قطرة ميليكان: الشحنة تأتي بالإلكترونات

كيف تلعب قطرة ميليكان

1. اختر اختبارًا واقرأ على البطاقة كتلة القطرة، والجهد أو الإلكترونات، والمسافة بين اللوحين.
2. استخدم ⁦q·V ÷ d = m·g⁩ للقطرة المعلّقة، و⁦q = n·e⁩، و⁦e = 1.602 × 10⁻¹⁹ C⁩.
3. اكتب توقّعك واضغط ابدأ. يرتفع الجهد مدة ⁦2 s⁩ ثم يثبت.
4. انظر هل تبقى القطرة معلّقة. قطرتك البرتقالية، أو درجات سلّم الشحنات البرتقالية، تُظهر ما تتوقّعه إجابتك.

الشحنة تأتي بالإلكترونات

في عام ⁦1909⁩ رشّ روبرت ميليكان وهارفي فليتشر قطرات زيت صغيرة جدًا بين لوحين معدنيين وراقباها بالمجهر. التقطت بعض القطرات بضعة إلكترونات زائدة. حين يكون بين لوحين المسافة بينهما ⁦d⁩ جهد ⁦V⁩ ينشأ مجال كهربائي ⁦E = V ÷ d⁩ يدفع الشحنة بقوة ⁦q·E⁩. وبضبط الجهد حتى تبقى قطرة معلّقة جعلا القوة الكهربائية مساوية للوزن، ⁦q·V ÷ d = m·g⁩، فوجدا الشحنة. قطرة بعد قطرة، كانت الشحنات دائمًا أعدادًا صحيحة من المقدار الصغير نفسه، ⁦e = 1.6 × 10⁻¹⁹ C⁩، شحنة إلكترون واحد. لم يحمل شيء نصفه قط. لذلك يقال إن الشحنة مكمّاة: تأتي بدرجات مقدارها ⁦e⁩، كما يأتي المال بقروش كاملة.

نموذج تعليمي مركّز

القطرة كرة من الزيت ⁦(886 kg/m³)⁩ في هواء ساكن. تُبقيها مقاومة الهواء في كل لحظة عند سرعتها الحدّية، ⁦v = (F_E − W) ÷ (6π·η·r)⁩، فلا تتسارع أبدًا. المجال بين اللوحين منتظم. يرتفع الجهد بانتظام مدة ⁦2 s⁩ ثم يثبت مدة ⁦2 s⁩، لذا تهبط القطرة قليلًا قبل أن يكتمل المجال. القطرة التي تصل إلى لوح تلتصق به. القطرات مرسومة مكبّرة، ومنظر المجهر مكبّر مع شبكة ⁦0.1 mm⁩. الإجابات ضمن ⁦2%⁩ صحيحة.