Millikan-Versuch
Physik
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Basiswissen｜
Die Elementarladung｜
Das Problem｜
Millikans Idee｜
Die Elementarladung｜
Die Idee der Quantelung｜
Historische Einordnung｜
Fußnoten
Basiswissen
Mit dem Millikan-Versuch wurde die Frage untersucht, inwiefern Elektrizität teilchenartig ist[3]. Der Versuch führte auch zur Bestimmung der Elementarladung eines Elektrons. Der Versuch wurde im Jahr 1910 vorgestellt. Über die zuvor bestimmte spezifische Ladung eines Elektrons[4] (Fadenstrahlrohr) konnte man dann auch die Elektronenmasse berechnen.
Die Elementarladung
Die in der Natur kleinstmögliche Ladungsmenge. Ladung meint hier elektrische Ladung mit plus und minus. Diese Ladung kann man nicht beliebig kleine machen. Es gibt eine "atomare" kleinstmögliche Ladungsmenge. Diese heißt Elementarladung. Sie ist sehr klein. Siehe auch Elementarladung ↗
Das Problem
Theoretisch könnte man eine Elementarladung nehmen und ihre Kraft auf eine bekannte andere Ladung messen. Dann wüsste man wie groß die Elementarladung ist. Problem: eine Elementarladung ist so klein,
dass man sie nicht einzeln "packen" kann.
Millikans Idee
- Er erzeugte sehr kleine Öltröpfchen.
- Man konnte sie nur mit Spezialmikroskopen beobachten.
- Sie waren so klein, dass sie vielleicht nur ...
- einige wenige Elementarladungen aufnehmen konnten.
- Millikan ließ geladene Tröpfchen in der Luft sinken.
- Aus der Sinkgeschwindigkeit konnte man die Kugelgröße berechnen[2].
- Über die Dichte von Öl konnte man die Kugelmasse berechnen.
- Mit einem elektrischen Feld konnte er das Sinken bremsen.
- Der Pluspol des Feldes war dabei oben und der Minuspol unten.
- Elektrische Kraft und Erdanziehungskraft hielten sich dann die Waage.
- Daraus konnte man eine Gleichung aufstellen.
- Über die Gleichung konnte man die Ladung auf einzelnen Tröpfchen berechnen.
Die Elementarladung
- Die Tröpfchen hatte nicht alle dieselbe Ladung.
- Aber: es zeigte sich, dass die berechneten Ladungen immer ...
- ganzzahlige Vielfache von einem Wert waren (etwa 1,6).
- Als berechnete Ladungen von einem Tröpfchen kamen ...
- zum Beispiel 1,6 oder 3,2 oder 4,8 heraus, aber nie z. B. 1,9.
- Die Ladung kommt in 1,6er-Paketen daher
- Kleinere Pakete als 1,6 scheint es nicht zu geben.
- Der Schluss: die 1,6 ist die elementare Zahl.
- Man nennt sie die Elementarladung ↗
Die Idee der Quantelung
Wenn eine physikalische Größe immer nur in ganzzahligen Vielfachen einer kleinsten Grundmenge angegeben werden kann, spricht man von einer Quantelung. Die elektrische Ladung, ganz gleich ob positiv oder negativ, ist ein Beispiel dafür. Weitere so ähnlich gequantelte Größen sind die Energie, der Bahn- und der Eigendrehimpuls. Siehe mehr unter Quantelung ↗
Historische Einordnung
Als Mlllikan seine Versuche im Jahr 1909 im US-amerikanischen Chicago durchführte, lag der Erste Weltkrieg als große Zeitenwende noch gut 4 bis 5 Jahre in der Zukunft. Im selben Jahr erlangte der Franzose Louis Bleriot Weltruhm als er als erster Mensch den Ärmelkanal von Calais nach Dover in einem Flugzeug überquerte (Flugdauer: 36 Minuten und 30 Sekunden). In Deutschland herrschte Kaiser Wilhelm II und das Land Polen gab es noch nicht. Im Jahr 1912 sollte die Titanic zu ihrer Schicksalsfahrt aufbrechen.
Fußnoten
- [1] Millikan, R. A. (1913). "On the Elementary Electrical Charge and the Avogadro Constant" (PDF). Physical Review. Series II. 2 (2): 109–143. DOI: doi:10.1103/PhysRev.2.109.
- [2] Metzler Physik. 5. Auflage. 592 Seiten. Westermann Verlag. 2022. ISBN: 978-3-14-100100-6. Dort die Seite 207.
- [4] Die spezifische Ladung gab nur an, wie viel mal größer die elektrische Ladung eines Elektrons ist im Vergleich zu seiner Masse. Dieser Wert von etwa 1,75882001076 mal 10 hoch 11 C/kg war schon vor Durchführung des Millikan-Versuchs bekannt. Siehe auch spezifische Ladung ↗