Электрический заряд. Электроскоп • 8 класс • Физика

Содержание

В начале XX века английский физик Джозеф Джон Томсон делает важное для мира науки открытие. Он находит в экспериментах с катодными лучами элементарную частицу атома — электрон. Учитывая свойства данной частицы, было логично сразу предположить, что именно электрон является носителем элементарного, то есть более не делимого, заряда. Оставалось одно: измерить заряд количественно.

Во время наших исследований электростатических явлений нам нередко приходилось прибегать к использованию термина «заряд». Заряды, как мы говорили, скапливаются на поверхности, перераспределяются, перемещаются, вроде как притягиваются или отталкиваются — вот и выходит, что заряд, а не что-либо еще, является причиной каждого электрического явления.

Только… что-то не то. Мы охватили огромное количество вопросов за последние несколько уроков, частично включая даже теорию возникновения материи, однако при этом так и не наметили на пути остановку, где бы заряд выходил на первый план.

Именно заряд, не следствия из его свойств вроде статического электричества. Раз заряд — причина, почему вообще изучение электричества имеет место быть, нам стоит сделать последний рывок перед тем, как статика превратится в динамику. Сегодня мы побываем в экспериментальной лаборатории человека, который получил Нобелевскую премию в 1923 году за капельку масла, наконец перейдем к формулам и тем самым ответим на финальный и, пожалуй, наиболее важный вопрос введения в электрические процессы: что же такое заряд?

Опыт Милликена
Пусть и не с беспрецедентной точностью, но ему одним из первых удалось выразить заряд цифрой. Это Роберт Милликен — американский физик-экспериментатор.

Раз в составе атома есть мобильные частицы, способные взаимодействовать с себе подобными частицами внутри прочих атомов, они, вероятнее всего, являются базисом электрических процессов, если последние рассматривать на атомном уровне. Следовательно, частицы эти обладают неким свойством, что позволяют им при взаимодействии и перераспределении «переносить» вместе с собой электричество — можно грубо сказать, что электричество как бы в них «вшито».

⚡ Второе предположение представим в виде цепочки размышлений:

• электричество — нечто вроде свойства субатомных частиц;
• внутри атома находятся два разных вида чем-то похожих друг на друга по «электрическим свойствам» частиц — протоны и электроны;
• частицы эти по свойствам взаимно исключаются, так как обычно атом находится в состоянии покоя;
• электроны мобильнее протонов, ведь протоны сконцентрированы в ядре;
• тогда если измерить количество «электрического свойства» для индивидуального электрона, аналогичное будет работать и для протона.

Попробуем же посчитать это количество. Пусть снизу у нас имеется тело с переизбытком электронов, а сверху тело с недостатком электронов. Если тела объединить в единую систему, они создадут зону взаимного притяжения — атомы с переизбытком электронов будут стремиться «скинуть» лишнее в сторону, где преобладает недостаток.

Капельки масла — что может быть лучше. На капельку, падающую в обычных условиях, действует две силы — сила гравитации $m\vec{g}$ и сила сопротивления среды $F_{С}$. Движение при этом под действием силы гравитации происходит вниз. С помощью специального устройства можно зафиксировать предельную скорость падения, когда сила сопротивления сравнивается с гравитационной.

Равнодействующая сил в таком случае равна нулю, и тело, как следствие, падает равномерно, не в ускоренном состоянии. Это позволит рассчитать вес и массу.

Электрическая сила

Когда капелька начинает движение под действием электрической силы, интересно, что направление движения меняется: электрическая сила в нашем эксперименте превосходит гравитационную и аэродинамическую. Можно также дождаться нуля равнодействующей, за счет этого определить предельную скорость подъема, что позволит нам в свою очередь вычислить, сколько электрической силы действует на капельку.

{"questions":[{"content":"Посмотрите на капельку масла на последнем изображении.  Выберите и отметьте все силы, которые на нее действуют.[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["Аэродинамическое сопротивление","Электрическая сила","Гравитационная сила","Сила реакции опоры","Скоростная сила"],"answer":[0,1,2]}},"hints":["На капельку действуют <b>три</b> разных силы."]}]}

Электрическая сила отличается по своему «нутру» от механических сил: к примеру, и гравитационная сила, и электрическая обе действуют на объект без прямого контакта, условно на расстоянии, однако при этом электрическая сила явно действует не на массу, а как раз обуславливается количеством в теле «электрического свойства». Чем больше количество «электрического свойства», тем больше электрическая сила, — по аналогии, чем больше масса, тем быстрее тело притягивается к Земле.

В общей сложности, «электрическое свойство» — такая же фундаментальная единица, как и масса. Простой итог: «электрическое свойство» субатомных частиц было принято наречь электрическом зарядом. {-19}$$

Определение электрического заряда

Милликену подобным элегантным опытом удалось приблизительно подсчитать, каким количеством заряда обладает один электрон. Заодно продемонстрировать, что «электрическое свойство», то есть заряд — реальная физическая величина и абсолютно конкретное явление.  

Перейдем от абстракций к определениям:

Электрический заряд — фундаментальная величина, определяющая способность частицы вступать в электрические взаимодействия.

Повторимся, что заряд отдаленно напоминает массу — его наличие в природе так же фундаментально, и именно поэтому это слово и было использовано нами в определении выше. Заряд просто существует, являясь свойством субатомных частиц. Его источник — частички, протоны и нейтроны, которые его «переносят».

Элементарное значение заряда, более не делимое, мы с вами уже вывели. Давайте еще раз его запишем, чуть точнее, и дадим ему единицу измерения:

Элементарное значение заряда $e$ равняется $1,602 176 634\cdot10^{−19}$. {-19}\,Кл$.

Заряд: протон, нейтрон, электрон

Протон	Электрон	Нейтрон
e	-e	0

Впрочем, ничего нового, всего лишь иными словами. Несмотря на то, что преимущественно электрон сидит во главе электрического стола и обуславливает своим числом общий заряд тела, аналогичный заряд, с количественной точки зрения, присутствует и у протона, положительной частицы. Ровно сколько элементарного заряда переносит один электрон, ровно столько же — протон. С противоположным знаком. Нейтрон, как мы помним, зарядом не обладает. Его задача — «образовывать» массу атома. Поэтому его заряд принимают за ноль. Ну, о том, что разноименные заряды притягиваются, а одноименные отталкиваются, думаем, говорить вновь не нужно.

{"questions":[{"content":"Итого, вместо громоздкой постоянной в виде $1,602 176 634\\cdot10^{−19}$ в физике принято обозначать элементарный заряд литерой $e$: к ней можно добавить знак, чтобы показать отрицательный заряд $\\text{-}e$, можно добавить множитель $3e$, и так далее.  Главное, не забывать об этом буквенном сокращении. 
В качестве закрепления расположите частицы напротив их заряда, выраженного как $e$.  [[matcher-1]]","widgets":{"matcher-1":{"type":"matcher","labels":["Электрон","Протон","Нейтрон"],"items":["$\\text{-}e$","$e$","0"]}}}]}

Однако кое-что поясним. Когда произносят слово «заряд», обычно имеют в виду заряд тела, никак не частиц. Набить атом лишними протонами или изъять их — задача чрезмерно трудоемкая, поэтому не забывайте, что положительный заряд тела чаще всего образуется за счет недостатка электронов: когда протонов в атоме становится больше электронов, общий заряд смещается в положительную сторону.

С переизбытком электронов то же самое. В обычном атоме количество протонов и электронов совпадает, и стоит электронам изменить свое количество, меняется заряд атома. Как следствие — всего тела.

Устройство для определения заряда — электроскоп

Простейшее устройство, с помощью которого можно обнаружить наличие заряда, называется электроскоп. В стеклянный сосуд, с предварительно откачанным воздухом, помещают металлический стержень — он выполняет роль проводника электричества. На концах стержня снизу подвешиваются тонкие листочки фольги.

Если прикоснуться к концу стержня сверху заряженным предметом, электроны, от стержня до листочков, начнут перераспределяться.

Подумайте, а каким образом перераспределяются электроны? Зачем нужен проводник? Что произойдет с листочками, когда к ним прикоснуться заряженным предметом?

Свойства электрического заряда

Свойства зарядов не ограничиваются наличием разнородности в характере взаимодействия. И тем, что разнородное притягивается. Даже по этим двум положениям очевидно, что заряд — прямое следствие электронной структуры атома, поэтому ряд прочих свойств так же обуславливается фактом, что внутри атома располагается фиксированное количество электронов и протонов. На основе этого мы можем, как минимум, выделить еще три свойства-следствия.

Именно:

— исчисляемость заряда;
— сложение заряда;
— закон сохранения заряда.

Заряд складывается и вычитается

Заряды по своей природе похожи на слагаемые в математике, и все благодаря исчисляемости электронов. Дабы это проиллюстрировать, представим атом, к которому присоединилось два лишних электрона.

Вместе с собой они принесли «двойную порцию» отрицательного элементарного заряда. Для наглядности вновь обратимся к углероду, под порядковым номером 6. Следовательно, атом углерода содержит 6 протонов и столько же электронов. Пусть два электрона присоединились к углероду, что изменило его состав частиц до 8 электронов и 6 протонов.

Общий заряд атома до присоединения: $-6e+6e=0$.

Заряд после присоединения: $-6e+6e-2e=-2e$.

Правда… тело состоит из огромного количества атомов, и выражать его суммарный заряд суммой элементарных зарядов — труд титанический. Вспомним, что заряд одного электрона выражается значением $-0. 00000000000000000016\,Кл$. Поэтому обычно дается заряд для всего тела и обозначается отдельной литерой $q$. Однако алгебраического подхода к суммированию заряда это не меняет.

Так что можно записать следующую формулу в общем для системы тел:

$$\sum{Q_{общ}}=q_1+q_2+q_3+…+q_n,$$

где $Q_{общ}$ — общий заряд системы, $q_n$ — значение заряда тела, $n$ — количество тел в системе.

Заряд сохраняется

Электроны из ниоткуда не возникают и никуда бесследно не исчезают. Звучит знакомо, согласитесь? Вот почему, говоря о распределении заряда в замкнутой системе, упоминают закон сохранения заряда. Заряд переходит от одного тела к другому и сохраняется, подобно энергии. Безусловно, если систему разомкнуть, к примеру, от вакуума перейти к наличию в среде воздуха, электроны могут присоединяться к атомам элементов, содержащихся в воздухе, или «умыкнуть» парочку электронов. После кто-то откроет окно, воздушные массы придут в движение и электроны, некогда входящие в состав заряда системы, улетят путешествовать дальше. Тем не менее, заряд не исчез. Всего лишь передислоцировался.   

Выразить данное свойство формулой можно так:

$$\sum{Q_{общ}}=q_1+q_2+q_3+…+q_n=const$$

Закон сохранения электрического заряда. Алгебраическая сумма зарядов замкнутой системы остается постоянной величиной.

{"questions":[{"content":"В замкнутой системе находятся <b>три</b> тела. $\\sum{Q_{общ}}$ системы положителен и равняется $15\\,Кл$. Известно, что одно заряжено положительно и имеет величину заряда $3\\,Кл$, второе заряжено отрицательно и имеет величину заряда $5\\,Кл$. Чему равняется заряд третьего тела? <br />[[input-1]]<br />Третье тело заряжено [[fill_choice-6]].","widgets":{"input-1":{"type":"input","unit":"Кл","answer":"17"},"fill_choice-6":{"type":"fill_choice","options":["положительно","отрицательно"],"answer":0}},"step":1,"hints":["Если система замкнута, суммарное значение заряда постоянно и считается по формуле: $$\\sum{Q_{общ}}=q_1+q_2+q_3+…+q_n$$","У нас есть $\\sum{Q_{общ}}$ и значение двух имеющихся в системе зарядов. {18}$ электронов. Сообщает нам это о том, что заряд всегда поддается исчислению с точки зрения элементарных частиц. Скажем, если некое тело обладает зарядом $q$, то связь его с количеством электронов и протонов может быть выражена следующим образом:
$$q=n_2\cdot{e}-n_1\cdot{e},$$
где $q$ — заряд тела, $e$ — постоянная элементарного заряда, $n_2$ — количество протонов в теле, $n_1$ — количество электронов.
Поскольку протоны располагаются в ядре и редко имеют отношение к общему заряду тела, формулу можно упростить, оставив в ней только компоненту с количеством электронов. Все-таки электронный дисбаланс в подавляющем большинстве случаев приводит к тому, что тело обладает неким показателем заряда. 
Отсюда имеем следующее: 
$$q=n_E\cdot{e}$$
где $q$ — заряд тела, $e$ — постоянная элементарного заряда, $n_E$ — показатель электронного дисбаланса (значение переизбытка или недостатка электронов).  
{"questions":[{"content":"Образавр экспериментировал с трибоэлектричеством в лаборатории. {-19}}$$","Вычисляйте. 🤗"]}]}
Итоги раздела
Поздравляем!
Где-то было сложно, где-то было много, но вы справились и полностью завершили раздел введения в электрические процессы. Теперь вы отличаете трибоэлектричество от пироэлектричества, умеете показывать фокусы с турмалином, владеете необычными терминами вроде «валентность» и знаете, что такое заряд. Ни много ни мало, но это отличная база, чтобы следовать дальше.
Пока что электричество для нас — это сосредоточение заряда. Его движение практически не описывалось, в особенности на длинные дистанции. Однако самые восхитительные вещи, должны вам доложить, все же происходят, когда заряд путешествует не локально от тела к телу, а охватывает огромные расстояния. Например, от вашей розетки до электростанции. Как «накопить» столь существенный заряд? Как заставить электроны перемещаться на дистанции в сотни километров? Перемещаются ли электроны вовсе?
Ответы на эти и многие другие вопросы вас удивят. И их мы охватим уже в следующем разделе.
А сейчас — «повторение — мать учения». Приглашаем пройти тестирование по разделу, закрепить изученное, а также ознакомиться с рубрикой «Занимательное дополнение» и приоткрыть завесу тайны над одним из самых загадочных электростатических явлений природы — молнией.
единица измерения, определение, формулы для вычисления
Физика
12.11.21
13 мин.
Главной величиной в электродинамике считается электрический заряд. В физике его свойства, пожалуй, занимают такое же положение, как теоремы умножения и деления в алгебре. После открытия параметра удалось получить представления о силовых полях, токе, напряжении, понять суть энергии, классифицировать вещества по проводимости. Изучение взаимодействия частиц позволило сделать важные открытия, ставшие фундаментом в создании электронных приборов.

Оглавление:
Общие сведения
Свойства заряда
Закон Кулона
Решение задач


Общие сведения
Проводя серию опытов с янтарём, Уильям Гильберт заметил, что при определённых обстоятельствах он был способен притягивать к себе другие предметы.
  В XVI веке врач из Англии назвал тела, которые обладали таким свойством наэлектризованными. Им было сделано предположение, что в теле существует определённая субстанция, которая склонна к взаимодействию.
Французский учёный Шарль Франсуа Дюфе, провёдший большую работу по систематизации сведений, связанных с электричеством, пришёл к выводу, что такой субстанцией является элементарная частица. В каждом теле существует несколько их видов. Как показали опыты, одни образовывались при трении стекла о шёлк, а другие — смолы. Поэтому учёный назвал частицы «стеклянными» и «смоляными».
В 1897 году физиком Томсоном была открыта элементарная частица, получившая название электрон. Через двадцать лет Резерфорд выдвинул предположение о существовании противоположной величины. После этого теория была подтверждена экспериментально, а частица была названа протоном. Учёный из Англии в 1932 году смог обнаружить новый вид частиц, близких по размеру открытым, но отличающихся своим поведением.
  Назвал он их нейтронами, что в переводе с латинского обозначает «ни тот ни другой».
После открытия тока и напряжения учёными были обнаружены интересные эффекты. Проводник, по которому протекало электричество, вызывал отклонение магнитной стрелки. Это явление позволило сделать вывод, что элементарная частица является носителем энергии, которую и назвали зарядом. Понятие же о положительной и отрицательной частицы ввёл Вениамин Франклин.
 
Таким образом, было установлено, что атом вещества состоит из трёх частиц:
отрицательно заряженного электрона;
имеющего положительный заряд протона;
нейтральной частицы нейтрона.
В начале XX века американский физик Роберт Милликен опытным путём показал, что заряд дискретен, то есть для любого тела он составляет целое кратное и показывает количество электричества.
Сегодня под ним понимают скалярную физическую величину, определяющую возможности физического тела быть источником возникновения электромагнитных полей.
  Именно количество заряда и обеспечивает появление электромагнитного взаимодействия. Поэтому он не может существовать без носителя.
 
Свойства заряда
Для упрощения описания поля, возникающего вокруг заряженного тела или даже их системы, была введена идеализация — пробный точечный заряд. Простыми словами — это величина с размерами носителя, которым можно пренебречь. В абстрактном смысле заряд представляет собой генератор непрерывной симметрии изучаемой физической системы. По сути, это субстанция, которая «течёт» в физическом теле.
 
Для изучения взаимодействия заряженных частиц используют специальные приборы — электроскоп и электрометр. В состав первого входит металлический стержень, проходящий сквозь диэлектрическую пробку, с прикреплёнными к нему двумя тонкими металлическими лепестками (фольга). При взаимодействии тела со стержнем листки заряжаются и отклоняются друг от друга. Во втором же устройстве используется стрелка, которая может свободно вращаться на стержне. По её отклонениям судят о величине электрического заряда и его влиянии.
 
Из известных свойств заряженных частиц можно выделить следующие:
В природе есть как отрицательные, так и положительные заряды. При взаимодействии для разноимённых характерно появление силы притягивания, а одноимённых — отталкивания. Носителем наименьшего отрицательного заряда в физическом теле является электрон. Его величина составляет q = -1,6*10-19 Кл, а масса m = 9,1*10-31 кг. Положительный же переносят протоны. Значение их заряда аналогично электрону, но только с противоположным знаком, а масса больше m = 1,67*10-27 кг.
Электрический заряд по природе дискретный. Это значит, что его значение в любом случае будет кратно величине электрона: q = N qe. При этом n — всегда целое число.
 
При создании определённых условий электрический заряд можно переместить из одного тела в другое.
В замкнутой системе действует закон сохранения энергии частиц. Экспериментально установлено, что появление положительно заряженной частицы сопровождается исчезновением отрицательной. Любого знака заряды при их равенстве и взаимодействии могут аннигилировать, то есть нейтрализовать друг друга.
За единицу заряда принимается величина, определяемая как количество прошедших частиц через поперечное сечение проводника за единицу времени.
 
Эти свойства помогли лучше понять строение физических тел, дать определение таким параметрам, как ток и напряжение. А открытие того, что величина электричества не зависит от системы отсчёта, позволило вывести закон сохранения заряда.
Закон Кулона
Возможность взаимодействия зарядов между собой впервые подтвердил Кулон. Для этого он использовал крутильные весы собственного изобретения. На них было закреплено коромысло, подвешенное на шёлковую нить. К другому её концу через зажим крепилась стрелка микрометра. На одну чашу весов ложился шар, а на другую — противовес. Вся эта конструкция размещалась в сосуде, из которого был выкачан воздух. Через специальное отверстие в колбу можно было поместить другой шар.
 
В результате таких действий физик наблюдал, как при помещении шаров с разным зарядом происходило закручивание нити. Силу этого взаимодействия он определял по отклонению стрелки микрометра. Кроме этого, с помощью проводника Кулон замыкал оба тела и наблюдал распределение электрозарядов. Такое устройство позволяло измерять силы до 10-11 ньютон.
Проведя ряд экспериментов, учёный установил, что сила взаимодействия обратно пропорциональна квадрату расстояния между носителями и пропорциональна произведению их зарядов. То есть, чем большей энергией обладают носители и плотнее расположены друг к другу, тем сильнее они испытывают обоюдное влияние. В честь его работы величина энергии частицы стала измеряться в кулонах (Кл).
 
В математическом виде сила взаимодействия описывается выражением: F = k * (q1 * q2) / r2. Где:
q – величина энергии которой обладает элементарная частица;
k – коэффициент;
r – расстояние между зарядами.
Коэффициент является постоянной величиной, но зависит от выбора системы измерений. Так, для Гаусса его можно вычислить по формуле: K = (p * E0) / 4, где E0 – электрическая постоянная.
 
Кроме этого, с помощью закона Кулона возможно определить и силу, с которой взаимодействуют магнитные полюса. Находится она из выражения: F = f * (m 1 * m 2 / μ * r2). Эта формула похожа на предыдущую, только в ней стоит магнитная проницаемость среды – μ.
 
Решение задач
Электростатика – эта наука, занимающаяся изучением и нахождением сил, возникающих при взаимодействии заряженных частиц между собой в состоянии покоя. При помощи закона Кулона проводить постоянные измерения для этого не нужно, достаточно использовать полученные им закономерности.
 
Например, с помощью математики и знания нужных формул можно решать следующие виды задач:
Определить, с какой силой будут действовать друг на друга электроны, несущие заряд 10-8 кулон каждый, если расстояние между ними составляет три сантиметра. Это задача одноходовая, то есть решается по одной формуле: F = k * (q 1 * q 2 / r 2). Следует обратить внимание, что расстояние дано в сантиметрах, а подставлять его нужно согласно СИ в метрах. После подстановки и выполнения вычислений ответ должен получиться следующим: F = 9 * 10 9 * (H * m 2 / Кл2) * (10 -8)2 (Кл) / (3 * 10-2)2 (м) = 10-3 Н.
Найти, во сколько раз электроотталкивание между двумя электронами будет больше их силы притяжения. Для решения этой задачи понадобится взять данные о массе частицы и величине её заряда из справочника. Затем по закону Кулона рассчитать силу электрического взаимодействия, а по закону всемирного тяготения — гравитационную и найти соотношение полученных результатов. Так, F 1 = (k * q 1 * q 2) / r 2 = k * (e)2 / r 2, а F 2 = G * (m 1 * m 2) / r 2 = G * m / r 2. Отсюда F 1 / F 2 = 9 * 109 * 1,6 * 10-19 / 6,67 * 10-11 * (9,1 * 10-31)2 = 4, 23 * 1042.
Заряженные частицы находятся друг от друга на расстоянии семь миллиметров. Вычислить силу, действующую на заряд 2 нКл расположенный в точке, удалённой на три миллиметра от заряда в 10 нКл и на четыре от 16 нКл. Равнодействующую возникших сил можно определить так: F = F1 – F2, где: F1 – взаимодействие c третьим первого заряда, а F2 — второго. Таким образом, рабочая формула примет вид: F = k * (q 1 * q 3) / r 12 – k * (q1 * q3) / r 22 = k * q 3 * (q 1/ r 12 – q 2/ r 22). После подстановки данных в ответе должна получиться сила, равная: F = 2 * 10-3 Н.
Нужно обратить внимание, что при подстановке исходных данных в формулы нужно обязательно придерживаться СИ. Это важно, тем более что с помощью размерностей можно проверить правильность используемого или полученного выражения. А также при решении задач часто приходится прибегать к использованию справочника по электрофизике. Другие сложности при знании формул возникнуть не должны.
 Эксперимент Милликена с каплей масла | Дата, сводка и результаты 
 Развлечения и поп-культура
 География и путешествия
 Здоровье и медицина
 Образ жизни и социальные вопросы
 Литература
 Философия и религия
 Политика, право и правительство
 Наука
 Спорт и отдых
 Технология
 Изобразительное искусство
 Всемирная история
 Этот день в истории
 Викторины
 Подкасты
 Словарь
 Биографии
 Резюме
 Популярные вопросы
 Инфографика
 Демистификация
 Списки
 #WTFact
 Товарищи
 Галереи изображений
 Прожектор
 Форум
 Один хороший факт
 Развлечения и поп-культура
 География и путешествия
 Здоровье и медицина
 Образ жизни и социальные вопросы
 Литература
 Философия и религия
 Политика, право и правительство
 Наука
 Спорт и отдых
 Технология
 Изобразительное искусство
 Всемирная история
 Britannica объясняет 
 В этих видеороликах Britannica объясняет различные темы и отвечает на часто задаваемые вопросы.
 Britannica Classics 
 Посмотрите эти ретро-видео из архивов Encyclopedia Britannica.
 #WTFact Видео 
 В #WTFact Britannica делится некоторыми из самых странных фактов, которые мы можем найти.
 Demystified Videos 
 В Demystified у Britannica есть все ответы на ваши животрепещущие вопросы.
 На этот раз в истории 
 В этих видеороликах узнайте, что произошло в этом месяце (или любом другом месяце!) в истории.
 Студенческий портал 
 Britannica — лучший ресурс для учащихся по ключевым школьным предметам, таким как история, государственное управление, литература и т. д.
 Портал COVID-19 
 Хотя этот глобальный кризис в области здравоохранения продолжает развиваться, может быть полезно обратиться к прошлым пандемиям, чтобы лучше понять, как реагировать сегодня.
 100 женщин 
 Britannica празднует столетие Девятнадцатой поправки, выделяя суфражисток и политиков, творящих историю.
 Спасение Земли 
 Британника представляет список дел Земли на 21 век. Узнайте об основных экологических проблемах, стоящих перед нашей планетой, и о том, что с ними можно сделать!
 SpaceNext50 
 Britannica представляет SpaceNext50. От полета на Луну до управления космосом — мы изучаем широкий спектр тем, которые питают наше любопытство к космосу!
 Содержание
 Введение
 Краткие факты
 Связанный контент
 Викторины
 Физика и естественное право
 Эксперимент Милликена с каплей масла - Определение заряда электрона 
 Определение заряда электрона - Эксперимент Милликена с каплей масла: Эксперимент Милликена используется для измерения заряда электрона. Принцип, Экспериментальная установка, Теория
   Определение заряда
электрон - эксперимент Милликена с каплей масла  
  
 Эксперимент Милликена используется для
измерение заряда электрона.
  
   Принцип  
  
 Этот метод основан на изучении
движение незаряженной капли масла при свободном падении под действием силы тяжести и заряженного масла
падение в однородном электрическом поле. Подходящим образом регулируя однородное электрическое поле,
заряженную каплю масла можно заставить двигаться вверх или вниз или даже удерживать ее в равновесии.
поле зрения в течение достаточно длительного времени и ряд наблюдений может быть
сделал.
  
   Экспериментальная установка  
  
 Аппарат состоит из двух
горизонтальные круглые металлические пластины А и В диаметром около 22 см, разделенные
на расстоянии около 16 мм, как показано на рис. 6.5. Верхняя пластина имеет отверстие
(Н) посередине. Эти пластины удерживаются вместе изолирующими стержнями из стекла.
или эбонита, чтобы они были идеально параллельны друг другу.
  
 Пластины окружены
баня D с постоянной температурой и камера C с сухим воздухом. Тарелки
подключены к аккумулятору, который может обеспечить разность потенциалов
порядка 10000 В.
вязкая жидкость (например, глицерин) производится с помощью распылителя (AT)
возле отверстия H и попадают в пространство между A и B. Капли
освещаются дуговой лампой L и видны в микроскоп, окуляр которого
снабжен микрометрической шкалой. Одна такая капля просматривается через
микроскоп, когда он опускается под действием силы тяжести. Сила вязкости из-за воздуха увеличивается
и вскоре он достигает постоянной конечной скорости и пусть она будет  в  . Конечная скорость  v  капли измеряется с помощью
микроскоп.
  (и)
Движение под действием силы тяжести 
 Сила тяжести, действующая на
падение масла вниз равно  мг  =4/3 π  a   3   ρ  g, где  a  –
радиус капли масла,  ρ  — плотность масла и  г  — ускорение свободного падения.
 тяга, которую испытывает капля масла за счет вытесненного воздуха, составляет 4/3 πa  3  σ g, где σ – плотность воздуха.
 ∴ Суммарная сила, направленная вниз
действующее на каплю масла = вес капли масла - подъемная сила, испытываемая
капля масла.
 =(
4/3 πa  3   ρ  г ) - ( 4/3 πa  3  σ г )
 =
4/3 πa  3  (  ρ  - σ) g            .(1)
 С
капля масла достигает конечной скорости v, результирующая направленная вниз сила, действующая на
капля масла равна силе вязкости, действующей против направления
движение капли масла.
 По
По закону Стокса сила вязкости, действующая на каплю масла, равна 6πaηv, где η — сила вязкости.
коэффициент вязкости воздуха.
 4
/ 3 πa  3   (  ρ  - σ) g = 6πaηv      .(2)
 радиус капли масла
 A=
[9ηv / 2(  ρ  - σ)g ]  1/2        (3)
   (ii) Движение в электрическом поле  
   90 123
 Воздух внутри параллельных пластин
ионизируется, посылая пучок рентгеновских лучей. Капли захватывают один или несколько
электроны из ионизированного воздуха.
  
 Пусть  q  — заряд, переносимый наблюдаемой каплей. Пусть  E  будет электрическим полем, приложенным между
пластины A и B так, чтобы   упали
движется вверх с конечной скоростью  v  1   ,
которые можно определить с помощью микроскопа.
  
 Сила, действующая на каплю из-за
электрическое поле  Eq . Поскольку
скорость капли равномерна, имеем
  
  Уравнение       =
4/3 №  a   3  (  ρ  -  σ  )  г          +  6  π   a   η   v   1 9 0297
  Экв.
-  4/3 π  a   3  (  ρ  -  σ  )  г  =   6  π   a   η   v   1        .. (4) 
 Сложение уравнений (2) и (4),
  Экв.  =   6  π   a   η  (  v  +  v   1  )
.