## 1.6 Proef van Milikan

De Amerikaanse wetenschapper Robert Millikan bepaalde aan het begin van de 20e eeuw de lading van het elektron met een verrassend simpel experiment. In figuur 1.6.1 zie je een vereenvoudigde weergave van zijn opstelling.

Met een sproeier ("spray" in het plaatje) spoot Millikan oliedruppeltjes in een ruimte. Door wrijving met de sproeier raakten de druppels een beetje negatief geladen. Het ene druppeltje kreeg bijvoorbeeld een overschot van 2 elektronen, een andere van 3, enzovoort.

Onder invloed van de zwaartekracht zakten de druppeltjes langzaam naar beneden. Sommige druppeltjes kwamen hierdoor tussen de twee metalen platen terecht. Deze platen waren aangesloten op een variabele spanningsbron. Een spanningsbron zorgt ervoor dat er tussen twee platen een vrijwel uniform elektrisch veld ontstaat, waarvoor geldt:

Hierin is U de bronspanning (in V) en d de afstand tussen de platen (in m). Met een microscoop hield Millikan een druppeltje in de gaten, terwijl hij de bronspanning aanpaste. Bij een bepaalde spanning bleef het druppeltje zweven. Er is dan evenwicht tussen de krachten omhoog en de zwaartekracht omlaag. Teken maar eens een krachtendiagram van de krachten op het druppeltje. De opwaartse kracht van de lucht kan niet verwaarloosd worden!

De Universiteit van Saint-Boniface in Winnipeg, Canada heeft voor zijn studenten een computerpracticum ontwikkeld van de proef van Millikan.

Wij gaan dit practicum ook doen. In de afbeelding hieronder zie je vast de meetopstelling.

Ga naar de site van de Universiteit van Saint-Boniface en download het programma 'Millikan Apparatus'.

Open het programma en bekijk de proefopstelling eens wat nauwkeuriger. Je ziet het volgende:

- Het scherm is wat je te zien krijgt, als je in de microscoop kijkt.
- Het linker deel is het meetapparaat met de kamer waar de druppeltjes in worden geschoten, de microscoop, de waterpas ("Level"), de lamp en het raster met lijnen dat ook zichtbaar is door de microscoop.
- Het blauwe gedeelte bevat de spanningsbron. Met de twee schuiven kan het spanningsverschil (grof en fijn) worden geregeld en ook kan de spanning worden omgepoold.

Ga als volgt te werk:

1 .Stel het apparaat in.

- Zorg met level dat het apparaat precies horizontaal staat. Dat doe je door te zorgen dat de luchtbel precies in het midden komt. Zodra dit het geval is, wordt dat gemeld.
- Lijn daarna het grid uit, met de knop "reticle". Ook hier krijg je een melding als de instelling juist is.
- Zet vervolgens de lamp aan. Zet met behulp van de schuif de sterkte van de lamp op maximaal.
- Zet tot slot de spanningsbron aan, maar houd de spanning op nul.

Pas nu kun je gaan meten!

2. Spray een druppeltje in de stand "New bead".

Zet de sprayer daarna in de stand "Same bead". Er wordt nu voor gezorgd dat je steeds hetzelfde druppeltje ziet, dat je telkens opnieuw kunt laten bewegen.

3. Varieer de spanning totdat het druppeltje zweeft.

Dit laatste vergt veel oefening. Let op: stel eerst de spanning grof in.

Heb je dat gedaan, maak dan gebruik van de mogelijkheid om het beeld te vergroten.

Je zult zien dat de druppel toch nog beweegt. Je moet met de fijnregeling de druppel weer stil zien te krijgen.

4. Is dat gelukt, sla dan de uiteindelijke spanning op in het datagrid.

5. Spuit een nieuw druppeltje ("New bead") in en herhaal de meting.

6. Herhaal dit tot je zoveel data hebt dat er een duidelijk patroon zichtbaar is. Vraag hulp aan je PAL/leraar als je niet zeker bent of je al voldoende data hebt. Zoek eens uit hoe je de verzamelde data met behulp van het datagrid kunt opslaan.

7. Je kunt nu de ladingen berekenen met de volgende formule:

met: ρ = dichtheid olie

ρl = dichtheid lucht

r = straal oliedruppel

g = valversnelling

E = veldsterkte n.b. realiseer je dat geldt: E = U/d

Klil op Help voor de benodigde gegevens.

8. Rangschik de ladingen naar opklimmende grootte.

9. Probeer de eenheidslading te bepalen.

A)

Probeer de formule:

af te leiden.

Aanwijzing:

Bedenk dat op de druppel door de lucht een opwaartse kracht wordt uitgeoefend die gelijk is aan de grootte van de zwaartekracht werkend op de verplaatste hoeveelheid lucht.

Klik hier