Robert Andrew Millikan

Correction des erreurs

Fermer la correction d'erreur

• Étudiant Zhao Zhongyao

  Une erreur 25365 a été signalée

Expérience de personnage

Après que Millikan soit entré à l'Oberlin College dans l'Ohio en 1886, il a été embauché comme membre du corps professoral de la classe de physique élémentaire depuis la deuxième année. Il aimait beaucoup ce travail, ce qui lui a permis d'étudier plus en profondeur. La physique.

Après avoir obtenu son diplôme universitaire en 1891, il a continué à enseigner dans la classe de physique élémentaire pendant deux ans, écrivant ainsi un manuel largement diffusé. Au collège, les matières préférées de Millikan étaient le grec et les mathématiques.

En 1893, il obtient une maîtrise et, la même année, un doctorat. bonus du Département de Physique de l'Université de Columbia.

En 1895, Millikan a obtenu un doctorat, devenant ainsi le premier doctorat en physique à obtenir son diplôme du département de physique de l'Université de Columbia. Il a ensuite étudié aux universités de Berlin et de Göttingen en Allemagne.

En 1896, il retourne en Chine et enseigne à l'Université de Chicago. En raison de ses excellents résultats d'enseignement, il a été promu professeur agrégé en deuxième année.

En 1910, en raison de son excellent travail d'enseignement et de recherche, il est officiellement promu professeur titulaire.

En 1921, Millikan quitta l'Université de Chicago et fut transféré au California Institute of Technology en tant que directeur du Normal Bridge Laboratory du Département de physique. Là, il a principalement étudié les rayons de l'espace découverts par un autre physicien Victor Hess. Millikan a prouvé que ces rayons venaient de l'espace et les a nommés "rayons cosmiques". (Rayons cosmiques).

De 1921 à 1945, avant que Millikan ne prenne sa retraite, il a été président du conseil d'administration de Caltech. Au cours de cette période, Caltech est devenue l'une des meilleures universités de recherche aux États-Unis.

Le 19 décembre 1953, Millikan décède à son domicile en Californie à l'âge de 85 ans des suites d'une crise cardiaque.

Résultats de recherche

Détermination de la charge élémentaire

Millikan est célèbre pour sa précision expérimentale. Dès le début de 1907, il se consacre à l'amélioration de la mesure de la charge des particules alpha dans la chambre à nuages ​​de Wilson, ce qui est très efficace, ce qu'affirme Rutherford. Rutherford lui a conseillé de travailler dur pour empêcher les gouttelettes d'eau de s'évaporer.

En 1909, lorsqu'il a préparé les conditions pour que les nuages ​​chargés augmentent la tension à 10 000 volts sous l'équilibre de la gravité et des forces du champ électrique, il a découvert que "quelques gouttelettes d'eau étaient restées dans l'aéroport" après la dissipation des nuages. , Afin de créer la méthode de la goutte d'eau équilibrée et la méthode de la nappe équilibrée pour mesurer la charge électronique, mais quelqu'un l'a attaqué pour n'obtenir que la valeur moyenne au lieu de la charge élémentaire.

En 1910, il a apporté des améliorations pour la troisième fois, de sorte que les gouttelettes d'huile puissent monter et descendre lorsque la force du champ électrique et la gravité sont en équilibre, et que l'huile causée par le changement d'électricité peut être vue lorsqu'elle est irradiée. La baisse change soudainement, de manière à trouver la différence du changement dans la quantité de charge ;

En 1913, il obtient la valeur de la charge électronique : e=(4,774±0,009)×10-10esu, ainsi, L'existence de la charge élémentaire est confirmée expérimentalement. La valeur précise qu'il a mesurée a finalement mis fin au débat sur la discrétion des électrons et a permis le calcul de nombreuses constantes physiques pour obtenir une plus grande précision.

constante de Planck

Il se consacre également à l'étude de l'effet photoélectrique. Après une observation attentive,

En 1916, ses résultats expérimentaux affirmaient pleinement l'amour. l'équation d'effet photoélectrique d'Instein et mesuré la constante de Planck h la plus précise à ce moment-là. En raison des travaux ci-dessus, Millikan a remporté le prix Nobel de physique en 1923.

Spectroscopie à étincelles élémentaires

Il a également mené des expériences sur des électrons s'échappant de la surface métallique sous l'action d'un fort champ électrique. Il a également été engagé dans la recherche de la spectroscopie à étincelles élémentaires. Il a mesuré la région spectrale entre l'ultraviolet et les rayons X et a découvert près de 1 000 raies spectrales, avec des longueurs d'onde allant jusqu'à 13,66 nm), ce qui rend le spectre ultraviolet bien au-delà de la plage connue à l'époque. Ses travaux sur l'analyse des spectres de rayons X ont conduit à Uhlenbeek (GE Uhlenbeek 1900 ~ 1974) et à d'autres à proposer la théorie du spin électronique en 1925.

Rayons cosmiques

Il a également fait de nombreuses recherches sur les rayons cosmiques. Il a inventé le nom de "rayons cosmiques". J'ai étudié les orbites et les courbures des particules cosmiques et découvert les "particules alpha, les électrons à grande vitesse, les protons, les neutrons, les positons et les quanta V" dans les rayons cosmiques. Cela a changé le concept de « les rayons cosmiques sont des photons » dans le passé. Surtout pour d'autres utilisations Des recherches expérimentales sur les rayons cosmiques dans une chambre à nuages ​​dans un fort champ magnétique ont conduit son élève Anderson à découvrir les positrons en 1932.

Expérience de goutte d'huile

Procédure expérimentale

L'expérience de la goutte d'huile Millikan, une expérience réalisée par le physicien américain Millikan pour mesurer la charge électrique.

En 1907-1913, Millikan a utilisé des gouttelettes d'huile chargées se déplaçant dans des champs électriques et gravitationnels pour mener des expériences. On constate que l'électricité transportée par toutes les gouttelettes d'huile est un multiple entier d'une certaine charge minimale. La valeur de charge minimale est la charge électronique. Lorsque les gouttelettes d'huile sont pulvérisées entre les deux plaques électrodes parallèles horizontales du condensateur, les gouttelettes d'huile sont pulvérisées, est généralement chargée. En l'absence de champ électrique, une petite goutte d'huile tombera sous l'action de la gravité. Lorsque la gravité est équilibrée avec la flottabilité et la résistance visqueuse de l'air, elle tombe à une vitesse uniforme. La relation entre eux est : mg=F1+B(1), où : mg──la gravité de la gouttelette d'huile, F1──la résistance visqueuse de l'air, et B──la flottabilité de l'air.

Soient δ et respectivement la densité des gouttelettes d'huile et de l'air ; a est le rayon des gouttelettes d'huile ; est le coefficient de viscosité de l'air ; vg est la vitesse de chute uniforme des gouttelettes d'huile. Par conséquent, la gravité des gouttelettes d'huile est mg=4/3πa^3δg (Remarque : a^3 C'est la 3ème puissance de a, qui sont toutes ci-dessous), la flottabilité de l'air mg=4/3πa^3ρg, la résistance visqueuse de l'air f1=6πηaVg (loi de Stokes de la mécanique des fluides, Vg représente l'indice g de v). Donc (1) La formule devient : 4/3πa^3δg=6πηaVg+4/3πa^3ρg, le rayon de la goutte d'huile a=3(ηVg/2g(δ-ρ))^1/2(2), quand Lorsqu'un champ électrique est appliqué entre les plaques électrodes parallèles, supposons que la charge de la gouttelette d'huile est q, la force électrostatique qu'elle reçoit est qE, E est l'intensité du champ électrique entre les plaques parallèles, E=U/d, U est le différence de potentiel entre les deux plaques , D est la distance entre les deux plaques. Bien choisir la taille et la direction de la différence de potentiel U pour faire monter la goutte d'huile sous l'action du champ électrique, et vE représente la vitesse de montée. Lorsque la goutte d'huile monte à vitesse constante, la relation suivante peut être obtenue : F2+ mg=qE+B(3), où F2 est la résistance visqueuse de l'air lorsque la vitesse de montée de la goutte d'huile est Ve : F2=6πηaVe , et la quantité électrique q de la gouttelette d'huile est obtenue à partir des équations (1) et (3) sous la forme q=(F1+F2)/E=6πηad/(Vg+Ve)(4). La formule (4) montre qu'après que le rayon a de la goutte d'huile est calculé selon la formule (2), la vitesse de goutte mesurée vg lorsqu'aucun champ électrique n'est appliqué Et lorsque le champ électrique est appliqué à la vitesse de montée uniforme de la gouttelette d'huile vE, la quantité d'électricité q peut être obtenue. Notez que le processus de dérivation de la formule ci-dessus est pour la même goutte d'huile, donc pour la même goutte d'huile, un ensemble de données correspondantes de vg et vE a été mesuré dans l'expérience. La méthode ci-dessus a été utilisée pour mesurer de nombreuses gouttelettes d'huile différentes. Les résultats ont montré que les gouttelettes d'huile transportées La quantité électrique est toujours un multiple entier d'une certaine valeur minimale fixée, et cette charge électrique minimale est la quantité électrique e portée par l'électron. Connectez l'instrument à une source d'alimentation CA de 220 volts. Réglez l'alimentation haute tension sur la position 0, dévissez le couvercle de la chambre de dépôt d'huile, placez le niveau sur la surface supérieure de la plaque et utilisez la vis de nivellement pour régler le niveau de la plaque de condensateur à plaques parallèles dans la chambre de dépôt d'huile . Ajustez les oculaires du microscope pour que les marques du réticule soient clairement claires. Insérez ensuite la broche dans le petit trou de la plaque supérieure, ajustez l'angle de la source lumineuse jusqu'à ce que le champ lumineux autour de la broche soit le plus brillant, la plus grande plage et que l'intensité lumineuse soit observée à partir du microscope, puis retirez le épingler et visser le couvercle pour préparer la pulvérisation. Étant donné que les plaques du condensateur doivent être ajustées à cette étape, sachez que les plaques sont chargées et doivent être ajustées par l'enseignant. Vaporisez les gouttelettes d'huile dans la chambre de gouttes d'huile avec un pulvérisateur et observez le mouvement des gouttelettes d'huile au microscope. Dans l'expérience, trouvez d'abord une goutte d'huile appropriée (goutte d'huile plus petite, mouvement plus lent, moins de 5 électricité de base), faites-la tomber librement, puis ajoutez un champ électrique pour la faire monter (montée trop vite ou trop) Ajuster la tension de manière appropriée si elle est lente).

De cette façon, sous l'action alternative de la gravité et de la force du champ électrique, les gouttelettes d'huile peuvent monter et descendre plusieurs fois à plusieurs reprises, et elles peuvent être vues clairement dans tout le champ de vision, sinon il doit être resélectionné. Utilisez le chronomètre pour enregistrer: enregistrez une certaine distance L (distance entre l'échelle du réticule du microscope) de la goutte d'huile n fois, le temps total écoulé tg, enregistrez le temps total pendant lequel la goutte d'huile monte à la même distance L n fois, et le temps total écoulé tE total (deux enregistrements doivent être pour la même goutte d'huile). Divisez la distance totale nL parcourue par la goutte d'huile par le temps total tg total et tE total pour obtenir vg et vE. Utilisez la formule (4) pour calculer la goutte d'huile Électricité q. Selon la méthode ci-dessus, sélectionnez 6 à 10 gouttelettes d'huile différentes pour la mesure et calculez leur électricité respective. Traitement des données : cette expérience nécessite uniquement que les étudiants effectuent un traitement et une analyse numériques simples. Enregistrez les données et les calculs selon le tableau à la fin du livre. Ce tableau est un ensemble de données obtenues à partir de l'expérience avec un compteur de gouttes d'huile domestique.

Contexte expérimental

Après que Thomson ait découvert l'existence des électrons en 1897, les gens ont fait de nombreuses tentatives pour déterminer avec précision ses propriétés. Thomson a également mesuré la charge spécifique (rapport charge-masse) de cette particule élémentaire, confirmant que ce rapport est unique. De nombreux scientifiques ont effectué de nombreux travaux expérimentaux pour mesurer la charge des électrons. La valeur précise de la charge électronique a été mesurée pour la première fois expérimentalement par le scientifique américain Millikan en 1917. Sur la base des travaux de ses prédécesseurs, Millikan a effectué la mesure de la charge de base e. Il a fait des centaines de mesures. Une goutte d'huile a dû être regardée pendant plusieurs heures, montrant le degré de difficulté. Millikan a utilisé l'expérience de la goutte d'huile pour déterminer avec précision la charge de base e.

Importance de l'expérience

C'est un processus de découverte et de résolution continue des problèmes. Afin d'obtenir des mesures précises, il a créé les conditions environnementales nécessaires à l'expérience, telles que la mesure et le contrôle de la pression et de la température de la chambre de goutte d'huile. Au début, il utilisait des gouttelettes d'eau comme vecteur d'électricité. En raison de l'évaporation des gouttelettes d'eau, il n'a pas pu obtenir de résultats satisfaisants. Plus tard, il est passé aux gouttelettes d'huile à faible volatilité.

Au début, la valeur e calculée par la formule à partir des données expérimentales augmentait avec la diminution des gouttelettes d'huile. Face à cette situation, Millikan a analysé et estimé que la raison de cette erreur était que dans l'expérience Les gouttelettes d'huile sélectionnées sont très petites. Pour lui, l'air ne peut plus être considéré comme un milieu continu, et la loi de Stokes n'est plus applicable. Par conséquent, il a modifié la loi de Stokes par des analyses et des expériences et a obtenu des résultats raisonnables. .

Le dispositif expérimental de Millikan a été continuellement amélioré avec l'avancement de la technologie, mais ses principes expérimentaux jouent toujours un rôle à la pointe de la recherche contemporaine en sciences physiques. Par exemple, les scientifiques ont utilisé des méthodes similaires pour déterminer les particules élémentaires, l'électricité des quarks. Dans l'expérience de la goutte d'huile, l'idée ingénieuse et l'idée précise de convertir la mesure de la micro-quantité en la mesure de la macro-quantité, ainsi que l'instrument relativement simple, les résultats plus précis et stables sont tous éclairants.

Évaluation du personnage

Son style expérimental réaliste, rigoureux et créatif est également devenu un modèle dans le monde de la physique.