تجربة قطرة الزيت او تجربة ميلكان

تجربة قطرة الزيت أو تجربة ميليكانتجربة قطرة الزيت أو تجربة ميليكان هي من أشهر الطرق لقياس الشحنة الأولية e (وهي شحنة الإلكترون). قام بها روبرت ميليكان وهارفي فليتشر سنة 1909 م، وذلك بتحريك قطرة صغيرة من الزيت في مجال كهربائي بمعدل يوازن قوى الجاذبية، واللزوجة (عند مروره خلال الهواء)، والقوة الكهربائية. يمكن حساب تلك القوى خلال الجاذبية واللزوجة حسب كمية وسرعة قطرة الزيت، فمنها يمكن استنباط القوة الكهربائية. بما أن القوة الكهربائية هي نتاج الشحنة الكهربائية ومجال كهربيمعطى، فيمكن حساب الشحنة الكهربائية لقطرة الزيت بدقة تامة. نجد عند قياسالشحنة لقطرات زيت مختلفة، أن الشحنات كلها هي مضاعفات صحيحة لشحنة صغيرةمفردة تسمى الشحنة الأولية e.مبدأ التجربة هو موازنة قوى الثقالة نحو الأسفل مع قوى الطفو والقوىالكهربائية نحو الأعلى المؤثرة على قطرة دقيقة من الزيت متوازنة بين قطبينمعدنيين. وبما أن كثافة الزيت معروفة، فيمكن حساب كتل القطرات و قوىالثقالة والطفو بمعرفة نصف قطر القطرات. استطاع ميليكان وفليتشر بعد تحديدالحقل الكهربائي أن يحددا الشحنة الكهربائية في قطرات الزيت باستخدام التوازن الميكيانيكي. وقد استطاعوا بعد تكرار التجربة على عدة قطرات أن يؤكدوا أن الشحنات كانت مضاعفات بعض القيم الأساسية، وحسبوها مساوية 1.5924×10⁻¹⁹ كولوم بفارق واحد بالمئة عن القيمة المقبولة حاليا والمساوية لـ 1.602176487×10⁻¹⁹ كولوم، حيث افترضوا أنها شحنة الإلكترون الواحد.الجهاز


يحتوي جهاز ميليكان على زوج من الصفائح المعدنية الأفقية المتوازية. عند تطبيق فرق جهدعلى الصفائح، ينشئ بينهما حقلا كهربائيا في الفراغ. وقد استخدمت اسطوانةمن مادة عازلة لفصل الصفائح عن بعضها البعض، ثم فتحت أربع فتحات في جدارالاسطوانة ثلاث منها للإضاءة بضوء ساطع والفتحة الآخرى تستخدم للرؤيةباستخدام المجهر.تنفث غمامة ذات قطرات زيتية دقيقة في الحجرة فوق الصفائح. وهذا الزيت يستخدم عادة في أجهزة التفريغ لتمتعه بضغط بخارمنخفض جدا. الزيت العادي يتبخر نتيحة الحرارة الصادرة عن المنبع الضوئيفتتغير كتلة قطرة الزيت أثناء التجربة. تنشحن بعض القطرات كهربائيا نتيجةالاحتكاك مع فوهة النفث أثناء النفث. كما يمكن أن تشحن القطرات بإضافةمنبع إشعاع أيوني إلى الجهاز (مثل أنبوب الأشعة السينية).تدخل القطرات في الفراغ بين الصفيحتين فتخضع القطرات المشحونة إلى تأثيرالحقل الكهربائي، فيمكننا أن نوازن ميكانيكيا القوى المؤثرة أو نجعلهاتهبط أو ترتفع وذلك بتغيير الجهد بين الصفائح