تحقیق درباره اندازه گيري بار الکترون توسط ميليکان

تحقیق درباره اندازه گيري بار الکترون توسط ميليکان

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 6

 

اندازه گيري بار الکترون توسط ميليکان

تاريخچه الکتريسته

علم الکتريسته به دوران باستان بر مي‌گردد که تاريخ دقيق آن مشخص نيست. اما برخي تولد آن را به مشاهده معروف تالس ملطي (Thales of Miletus) در 600 سال قبل از ميلاد ارجاع مي‌دهند. که در آن زمان تالس متوجه شد که يک تکه کهرباي مالش داده شده خرده هاي کاه را مي‌ربايد، يا اينکه در يک تجربه عادي ديده‌ايم که وقتي يک شانه کائوچويي سخت را با پارچه پشمي مالش دهيم، شانه ريزه‌هاي کوچک کاغذ را جذب مي‌کند. در اثر مالش اين دو جسم به يکديگر هم کائوچو و هم پشم خاصيت جديدي پيدا مي‌کنند. يعني باردار مي‌شوند، از اين آزمايش براي معرفي مفهوم بار الکتريکي استفاده مي‌شود.

منشأ الکتريسته :

طبق نظريه الکتروني اتم ، يک اتم از ذرات کوچکتري به نامهاي الکترون ، پروتون و نوترون تشکيل شده است، که الکترونها داراي بار منفي و پروتونها داراي بار مثبت و نوترونها بدون بار هستند. تعداد الکترونها و پروتونهاي يک اتم در حالت عادي برابر است. بنابراين ، اتم در حالت عادي از نظر بار الکتريکي خنثي است.در اثر تماس ، نزديکي و يا برخورد اجسام بر همديگر ميان اجسام اندازه حرکت خطي مبادله مي‌شود. در اثر تغيير اندازه حرکت ، نيروهايي ايجاد مي‌شود. چگونگي شکل گيري اين نيروها به ساختار اتمي تشکيل دهنده اجسام برمي‌گردد. به عبارتي اين نيروها منشأ الکتريکي و مغناطيسي دارند.در اثر مالش اجسام بر همديگر ، جسمي که در اتمهاي تشکيل دهنده خود اتمي از نوع دهنده الکترون داشته باشد، الکترون خود را به جسم ديگر که نسبت به آن خاصيت الکترونگاتيوي بيشتري دارد مي‌دهد و مبادله الکترون بين اتمها و در نهايت اجسام منجر به توليد الکتريسته مي‌شود.

تقسيمات الکتريسته :

الکتريسته ساکن :

اگر يک ميله شيشه‌اي را به پارچه پشمي مالش دهيم، هر دو جسم الکتريسته دار مي‌شوند. زيرا شيشه تعدادي الکترون از دست مي‌دهد و پارچه الکترون مي‌گيرد. پس شيشه داراي بار مثبت و پارچه به همان مقدار داراي بار منفي مي‌گردد. بار ايجاد شده در شيشه و پارچه در محل تماس باقي مي‌ماند.

الکتريسته القايي :

اگر ميله با بار منفي را به دو کره فلزي بدون باري که باهم در تماس بوده و توسط پايه‌هاي عايقي از زمين جدا شده باشند، نزديک کنيم. قبل از دور کردن ميله ، بدون دست زدن به پوسته کرات آنها را از هم جدا کنيم. کره نزديک به ميله داراي بار مثبت و کره دور از آن داراي منفي خواهد بود، که مقدار بار روي کرات برابرند. اين نوع باردار شدن را باردار شدن به روش القا يا مجاورت مي‌نامند.

الکتريسته جاري :

عبور پيوسته الکترون از يک هادي را الکتريسته جاري گويند. خلاف جهت حرکت الکترون را جهت قراردادي جريان الکتريکي (جريان الکتروني) انتخاب مي‌کنند. عامل برقراري جريان ثابت ، اختلاف پتاسيل ثابتي مي‌باشد، که در دو سر هادي برقرار است و وسايل توليد اين اختلاف پتاسيل ثابت پيلهاي شيميايي ، ژنراتورها و ديناموها مي‌باشند.

اجسام رسانا و نارسانا :

بعضي از اجسام مانند فلزات که الکتريسته را به خوبي از خود عبور مي‌دهند، رسانا ناميده مي‌شوند. در اين نوع اجسام الکترونهاي آزاد اتم به راحتي در شبکه بلوري اجسام حرکت مي‌کنند و عمل رسانايي را انجام مي‌دهند.اجسامي که الکترونهاي آزاد ( براي هدايت الکترون ) ندارند و نمي‌توانند الکتريسته را از خود عبور دهند، نارسانا يا عايق ناميده مي‌شود. بايد توجه نمود که رسانايي يا نارسانايي يک کميت نسبي است.

توزيع بار الکتريکي در اجسام رسانا :

اگر جسم رسانايي بر روي پايه عايقي قرار گيرد و در اثر مالش باردار شود، بار توليد شده در آن در سطح خارجي‌اش پخش مي‌شود، بطوري که در لبه‌ها و قسمتهاي نوک تيز چگالي سطحي بار بيشتر از ساير قسمتها مي‌باشد.

بار الکتريکي :

ميزان باري که ذره بنيادي الکترون دارد را مبنا قرار مي‌گيرد و چون مبادله بار از طريق الکترون صورت مي‌گيرد شمارش تعداد الکترونهاي مبادله شده بار الکتريکي جسم را به ما مي‌دهد. به عبارتي اگر جسمي n تا الکترون دريافت نمايد، بار الکتريکي آن از نوع منفي بوده (چون الکترون گرفته) و مقدارش n برابر بار الکترون خواهد بود. اگر بار الکتريکي را با علامت q و بار الکترون را با e نمايش دهيم، مقدار بار الکتريکي هر جسم از رابطه q = ne تبعيت مي‌نمايد. واحد بار الکتريکي به افتخار اولين قانون الکتريسته (قانون کولن) که آقاي کولن کشف نمود، کولن نام دارد. بار الکتريکي يک الکترون در دستگاه برحسب کولن برابر است با:

e = 1.06 x 10-19 c

اثر بارهاي الکتريکي بر همديگر :

بر طبق قانون کولن دو بار الکتريکي همنام همديگر را دفع و دو بار الکتريکي غير همنام همديگر را جذب مي‌کنند. مقدار نيروي جاذبه يا دافعه بين بارها بر طبق قانون کولن با حاصلضرب اندازه بارها نسبت مستقيم و با مجذور فاصله بارها نسبت عکس دارد. اين نيرو به جنس محيطي که بارها در آن واقع شده نيز وابسته است (بستگي نيرو به

 براي اندازه گيري بار الکترون در آزمايش ميليکان بار يونهايي اندازه گيري مي شود که در اثر تخليه الکتريکي در درون گازها بوجود مي آيند . براي انجام تخليه الکتريکي در اين طريقه از اثر فتوالکتريک استفاده مي شود . اشعه x داراي طول موج بسيار کوتاه و در نتيجه انرژي زياد است و هنگام تابش به يک گاز يونش ايجاد مي نمايد . جهت اندازه گيري بار يونهايي که به اين ترتيب بوجود مي آيند از پديده مهمي استفاده مي شود و آن اينستکه اگر در شرايط مناسب قطراتي از مايع در يک محيط يوني گازي شکل وارد شوند مرکز تجمع يونها خواهند شد و هر قطره تعدادي از يونها را تحت تاثير نيروهاي سطحي بخود جلب و جذب مي نمايد ذره اي جديد بدست مي آيد که بار الکتريکي آن مساوي يا چند برابر بار يونها خواهد بود و اساس آزمايش ميليکان عبارتست از مطالعه حرکت اين قطره ها تحت اثر يک ميدان الکتريکي

دستگاهي که در آزمايش ميليکان بکار مي رود عبارتست از يک اطاقک پر شده از هوا يا گازي ديگر . در بالاي اطاقک قطره چکان مخصوص قرار دارد که مايع مورد آزمايش را بصورت قطره هاي بسيار ريز در فضاي داخلي اطاق وارد مي نمايد در زير اين قطره چکان و در قسمت پايين اطاقک يک سطح با دو جوشن p1 و p2 قرار دارد جوشن بالاييp1 داراي گذرگاهي براي عبور قطره ها مي باشد . قطره ها مي توانند ضمن سقوط از اين گذرگاه بگذرند وداخل فضاي خازن شوند در پايين اطاقک و در هر طرف پنجره اي وجود دارد . از يکي از اين دو پنجره مثلا پنجره F1 اشعه X بداخل اطاقک تابيده مي شود تا گاز داخل اطاقک يونيزه شود پنجره ديگر  F2 براي روشن کردن داخل اطاقک مي باشد از همين قسمت بوسيله يک تلسکوپ مي توان داخل اطاقک را تماشا کرد و حرکت قطره را بدقت ملاحظه کرد از طرف ديگر مجموع دستگاه فوق بيک پمپ خلا و يک فشار سنج وصل شده تا بتوان فشار گاز داخل اطاقک را کنترل و تنظيم نمود . براي اينکه بتوان در درجه حرارت ثابت اين آزمايش را انجام داد اطاقک را در داخل يک حمام روغني قرار مي دهند.

    در ابتدا در اين آزمايش از قطره هاي آب استفاده مي شده ا ولي از آنجاييکه قطره هاي  آب در اثر تبخير وزن و حجمشان تغيير مي کرد بجاي آب از روغنهاي مايع استفاده مي شود بديهي است هر چه قطره ها ريزتر انتخاب شوند وزن آنها کمتر و سرعت سقوط کوچکتر خواهد بود و بنابراين حرکت آنها با دقت بيشتري مورد مطالعه قرار خواهد گرفت .

   در صورتيکه بين دو جوشن خازن اختلاف پتانسيلي برقرار نکرده باشند قطره ها پس از خروج از قطره چکان سقوط آزاد را شروع خواهند نمود در اين حالت هر قطره تحت اثر دو نيرو قرار مي گيرد يکي نيروي وزن ظاهري قطره که سبب سقوط قطره از بالا به پايين مي شود ديگري نيروي مقاومت محيطي که قطره در آن سقوط مي کند . نيروي مقاومت محيط در جهت عکس نيروي اول مي باشد . نيروي مقاومت محيط بستگي بسرعت سقوط ويسکوزيته محيط و شعاع قطره دارد. اگر قطره باندازه کافي ريز باشد بزودي نيروي وزن ظاهري قطره و نيروي مقاومت محيط با يکديگر برابر شده در نتيجه قطره بسرعت حد خواهد رسيد . يعني از آن لحظه به بعد با سرعت ثابت سقوط خواهد کرد و حرکتي يکنواخت خواهد داشت .

  حال اگر بين دو جوشن p1 و p2 خازن بوسيله يک باطري و يا وسيله ديگري اختلاف پتانسيل معيني برقرار کنيم يک ميدان الکتريکي بوجود مي آيد و قطره باردار از گذرگاه جوشن p1 وارد فضايخازن شود نيرويي از طرف ميدان بر قطره وارد مي شود و سبب مي گردد که حرکت آن بر حسب اينکه نيروي وارده در جهت يا در خلاف جهت نيروي وزن اثر کند تندتر يا کندتر شود. بنابراين ملاحظه مي شود که خازن وسيله خوبي براي تغيير دادن سرعت سقوط قطره مي باشد بطوريکه حتي ممکن است سرعت قطره را به صفر رسانيد که در اين صورت قطره در ميدان ديد تلسکوپ بخوبي قابل مشاهده مي باشد . اکنون آنچه را در فوق ذکر نموديم با محاسبات مربوطه تکرار مي کنيم .

1) سقوط آزاد  اگر جرم قطره  m و جرم هواي هم حجمش m’ باشد نيروي وزن قطره که سبب سقوط آن مي شود برابراست با :  

P = (m – m’ ) g

نيروي وارد در در خلاف جهت نيروي وزن يعني نيروي مقاومت محيط برابر است با :

F = 6πaηv0

اين نيرو توسط قانون stockes  معين مي شود که در آن a شعاع قطره v0 سرعت سقوط وηضريب چسبندگي يا ويسکوزيته محيط ( داخل اطاقک ) مي باشند در حالت حد که اين دو با هم برابر و يکديگر را خنثي مي نمايند خواهيم داشت :

(m – m’ ) g = 6πaηv0

که در اين حالت به v0 سرعت حد سقوط گويند . چون دانسيته هوا يا گاز داخل اطاقک نسبت به دانسيته روغن خيلي کوچک است مي توان از  وزن هوا يا گاز هم حجم قطره در مقابل وزن قطره صرفنظر نمود . اگر ρ  و ρ’ بترتيب دانسيته روغن و دانسيته گاز داخل اطاقک باشد مي توان رابطه فوق را بصورت زير نوشت:

  4/3 πa3 (ρ – ρ’ ) g = 6πaηv0

 عملا سرعت سقوط قطره را با مشاهده کردن بوسيله تلسکوپ و يادداشت کردن مدت سقوط براي مسافت معين اندازه مي گيرند که در شرايط عملي در حدود 04/0 ميلي متر در ثانيه مي تواند باشد و سپس با استفاده از رابطه فوق و داشتن سرعت

دانلود

پیشگوی اعظم

من از دوران نوجوانی رویایی داشتم! رویای تاسیس یک مکان برای به اشتراک گذاشتن ایده ها و نظرات خودم و همچنین جایی برای دانشجویان و دانش آموزان عزیز که بتوانند تمامی مقالات و جزوات مورد نیاز خودرا از طریق یک سایت مرجع تامین کنند.اکنون،این رویا،godofdoc (خدای داکیومنت) نام دارد D:a

شاید این مطالب را هم دوست داشته باشید

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *