Ero sivun ”Millikanin koe” versioiden välillä

[arvioimaton versio][arvioimaton versio]
Poistettu sisältö Lisätty sisältö
Tgare (keskustelu | muokkaukset)
→‎Laitteisto: -> viheellinen termi
Tgare (keskustelu | muokkaukset)
→‎Koejärjestely: Käännös en.wiki
Rivi 12:
 
Öljy on tavallisesti [[tyhjiö|tyhjiökäyttöön]] soveltuvaa laatua, sillä tällaisilla on erittäinen alhainen [[höyrynpaine]]. Tavallinen öljy haihtuisi ilmaan valonlähteen lämpövaikutuksesta, eikä pisaroiden massa näin ollen säilyisi kokeen aikana vakiona. Osa pisaroista varautuu suihkutuksen aikana hankauksesta suuttimen nokassa, mutta pisaroita voidaan varata myös [[ionisoiva säteily|ionisoivalla säteilyllä]].
 
===Koe===
Aluksi öljypisaroiden annetaan pudota levyjen väliin sähkökentän ollessa kytkettynä pois päältä. Ne saavuttavat [[ilmanvastus|ilmanvastuksesta]] johtuvan loppunopeuden nopeasti. Kun sähkökenttä kytketään päälle ja se on tarpeeksi vahva, osa pisaroista alkaa nousta. Näistä yksi otetaan tarkastelun kohteeksi, ja muut pyyhkäistään sivuun kytkemällä jännitettä vuoron perään päälle ja pois.
 
Pisaran annetaan pudota vapaasti sähkökentän ollessa pois päältä, ja sen loppunopeus v<sub>1</sub> lasketaan. Pisaraan vaikuttava ilmanvastus voidaan laskea [[Stokesin laki|Stokesin lain]] avulla:
 
::<math>F = 6\pi r \eta v_1 \,</math>
:jossa ''v<sub>1</sub>'' on pisaran loppunopeus sähkökentän ollessa pois päältä, ''η'' on ilman [[viskositeetti]], ja ''r'' pisaran [[säde]].
 
Paino ''G'' on tilavuus ''V'' kerrottuna öljyn tiheydellä ''ρ'' ja [[putoamiskiihtyvyys|putoamiskiihtyvyydellä]] ''g''. Laskuihin tarvitaan kuitenkin kappaleen paino ilmassa, joka on kappaleen todellinen paino vähennettynä ilman [[noste]]ella. Tämä voidaan täydellisen pyöreän pisaran tapauksessa kirjoittaa:
 
::<math>G = \frac{4}{3} \pi r^3 g(\rho - \rho_{ilma}) \,</math>
 
Koska pisara on vapaassa pudotuksessa ja sen nopeus on tasaista, siihen vaikuttavien voimien summan täytyy olla nolla. Siispä voimien ''F'' ja ''G'' täytyy kumota toistensa vaikutukset. <br>
<math>F = G</math>:stä seuraa:
 
::<math>r^2 = \frac{9 \eta v_1}{2 g (\rho - \rho _{ilma})} \,</math>
 
Kun ''r'' on ratkaistu, myös ''G'' voidaan ratkaista helposti.
 
Tämän jälkeen sähkökenttä kytketään jälleen päälle, jolloin pisaraan vaikuttava sähköinen voima on:
 
::<math>F_E = q E \,</math>
:jossa ''q'' on öljypisaran varaus ja ''E'' levyjen välisen sähkökentän suuruus. Vierekkäisille levyille pätee:
 
::<math>E = \frac{V}{d} \,</math>
:jossa ''V'' on [[potentiaaliero]] ja ''d'' on levyjen välinen etäisyys.
 
Yksi kuviteltavissa oleva ratkaisu olisi säätää potentiaalieroa ''V'', kunnes pisara pysyisi paikallaan, jolloin ''F<sub>E</sub>'' ja ''G'' voitaisiin kirjoittaa yhtäsuuriksi. Käytännössä tämä on kuitenkin hyvin vaikeaa tehdä tarkasti. Myös ''F<sub>E</sub>'':n määrittely on vaikeaa turvautumatta Stokesin lain käyttöön. Käytännöllisempi lähestymistapa on nostaa potentiaalieroa ''V'' hieman, jolloin pisara nousee uudella loppunopeudella ''v<sub>2</sub>''. Tästä saadaan:
 
:<math>q E - G = 6\pi r \eta v _2 \,</math>
 
::<math>= \frac{G v_2}{v_1} \,</math>
 
== Katso myös ==