密立根油滴實(shí)驗原理 用噴霧器將油滴噴入電容器兩塊水平的平行電極板之間時(shí),油滴經(jīng)噴射后,一般都是帶電的。在不加電場(chǎng)的情況下,小油滴受重力作用而降落,當重力與空氣的浮力和粘滯阻力平衡時(shí),它便作勻速下降,它們之間的關(guān)系是: mg=F1+B(1) 式中:mg──油滴受的重力,F1──空氣的粘滯阻力,B──空氣的浮力。 令σ、ρ分別表示油滴和空氣的密度;a為油滴的半徑;η為空氣的粘滯系數;vg為油滴勻速下降速度。因此油滴受的重力為 mg=4/3πa^3δg(注:a^3為a的3次方,一下均是),空氣的浮力 mg=4/3πa^3ρg,空氣的粘滯阻力f1=6πηaVg (流體力學(xué)的斯托克斯定律 ,Vg表示v下角標g)。于是(1)式變?yōu)椋?BR> 4/3πa^3δg=6πηaVg+4/3πa^3ρg 可得出油滴的半徑 a=3(ηVg/2g(δ-ρ))^1/2。2) 當平行電極板間加上電場(chǎng)時(shí),設油滴所帶電量為q,它所受到的靜電力為qE,E為平行極板間的電場(chǎng)強度,E=U/d,U為兩極板間的電勢差,d為兩板間的距離。適當選擇電勢差U的大小和方向,使油滴受到電場(chǎng)的作用向上運動(dòng),以ve表示上升的速度。當油滴勻速上升時(shí),可得到如下關(guān)系式: F2+mg=qE+B(3) 上式中F2為油滴上升速度為Ve時(shí)空氣的粘滯阻力: F2=6πηaVe 由(1)、(3)式得到油滴所帶電量q為 q=(F1+F2)/E=6πηad/(Vg+Ve)(4) 。4)式表明,按(2)式求出油滴的半徑a后,由測定的油滴不加電場(chǎng)時(shí)下降速度vg和加上電場(chǎng)時(shí)油滴勻速上升的速度ve,就可以求出所帶的電量q。 注意上述公式的推導過(guò)程中都是對同一個(gè)油滴而言的,因而對同一個(gè)油滴,要在實(shí)驗中測出一組vg、ve的相應數據。 用上述方法對許多不同的油滴進(jìn)行測量。結果表明,油滴所帶的電量總是某一個(gè)最小固定值的整數倍,這個(gè)最小電荷就是電子所帶的電量e。 |