Наверное история с измерением заряда электрона - это один из лучших примеров проявления изобретательности, когда этого требует ситуация. Никак иначе тут и не скажешь.
По сути дела впервые измерение заряда электрона было проведено с помощью ведра с прозрачным стеклянным иллюминатором, микроскопа, нескольких капель масла и двух металлических пластин. Как всё это вообще можно использовать в одной установке?
Стоит отметить, что и сегодня природа электрона вызывает множество вопросов. Полезно прочитать эту мою статью. Ученые порой даже спорят, существует ли вообще такая частица и если существует, то чем она является - вихрем энергии с вероятностным расположением или чем-то типа "мячика".
Впервые заряд электрона был измерен в 1913 году. Можно только позавидовать упорству и уверенности Милликена, который смог побороть все сомнения и попытался измерить заряд электрона через шестнадцать лет после открытия частицы Томпсоном. Ведь даже если сегодня столько споров об этой частице, то что говорить про более ранние этапы изучения. Правда есть и обратная сторона - меньшее количество знаний, которые были накоплены на тот момент, вызывали и меньшее количество сомнений.
Экспериментальная установка вышла довольно простая. С помощью устройства, изображенного на фотографии выше, Милликен смог измерить заряд электрона с погрешностью всего 0,5%!
Идея простая и гениальная. Внутри сосуда горизонтально закреплены две металлические пластины, отстоящие друг от друга на известное расстояние. Капли масла распыляются на верхнюю пластину с помощью распылителя.
Верхняя пластина имеет маленькое отверстие, через которое проходит несколько капель масла в единицу времени, а среда между пластинами ионизируется рентгеновскими лучами, так что капли начинают приобретать некоторое количество электронов, проходя через неё.
Падение капли смягчается ионизированным воздухом, а само падение можно наблюдать в микроскоп. Проградуированная шкала позволяет измерить время падения между двумя отметками, и по этому показателю можно сделать вывод о массе и размере падающей капли.
Если на пластины подать напряжение, то капля может перестать падать и снова начать подниматься в верх за счет воздействия электрического поля между пластинами на электроны, приобретенные каплей от взаимодействия с ионизированной средой в момент падения.
Напряжение на пластины можно выключать и включать несколько раз, и каждый раз измеряется влияние на время подъема капли. Таким образом определяется общий электрический заряд капли. Капля может иметь разный заряд, что не удивительно. Ведь масса разная.
Милликен предположил, что должна работать закономерность (физические параметры капли х заряд одной частицы) = общий заряд капли. Этот общий заряд повлияет на время подъема. Значит, при учёте одинакового напряжения на пластинах, все полученные данные должны быть кратны размерам (который измеряется сеткой и известен) и единичному заряду, который по определению и логике является зарядом одного электрона.
Ученый проверил идею и обнаружил, что все измеренные полные электрические заряды были действительно кратны одному значению. Это значение действительно было зарядом одного электрона.
За эту работу Милликен получил Нобелевскую премию.
✅ Если вам интересно почитать и про другие изобретения, то обязательно подпишитесь на мой Telegram-канал про самые разные изобретения и их историю.
👉 Не забывайте ставить лайк материалу и подписываться на мой ДЗЕН-канал!