밀리칸의 기름방울

소개글

밀리칸의 기름방울에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1 실험 제목

2 실험 목적

3 기본 이론

4.실험 방법

5.예비 고찰

본문내용

)
g
- 중력상수, 9.8(
m/s^2
)
eta
- 공기 점도,
1.867 times 10^-5
(
kg/ms
)
b
- 상수,
8.2 times 10^-3
(
Pa
m
)
p
- 대기압,
1.10 times 10^5
(
Pa
)
l/t
- 낙하속도, (
m/s
)
열전쌍 저항표
유적의 전하량 측정
Ⅳ. 실험 장치 및 기구
1. 밀리컨 기름방울장치
2. 초시계
3. DMM(Digital multimeter)
4. 기름
-기름방울의 재료로서 액체 파라핀(parafin)을 쓰거나 대신에 라텍스(latex) 입자를 쓰기도 한다. 이의 밀도를 알고 있어야 한다.
Ⅴ. 실험 방법
전하량의 최소단위는 매우 작다. 중력과의 비교로서 대전입자가 받은 전기력을 측정하면 전하량을 알 수 있다. 지금 우리가 측정하려는 전하량이 극소하기 때문에 이에 작용하는 전기력도 극미할 것이므로 대전체에 작용하는 중력도 극미하여야 한다. 이런 목적에 알맞는 입자로서 전자 현미경의 배율을 보정하는데 쓰이는 아주 작은 플라스틱 구가 있다. 이것을 라택스(latex)입자라고 한다. 여기서는 물과 약1/2정도로 혼합되어 있다. 시작하기 전에 용기를 잘 흔들어 주고 사용해야 한다.
1. 실험장치의 청결상태 및 기름이 있는지 확인한다.
2. 전원을 켜고 전압조절 단자를 300V에 고정시킨 후 DMM으로 전압V을 측정한다.
3. 열전쌍연결부에 DMM을 연결하고 열전쌍의 저항을 측정한다. 열전쌍
저항표를 보고 아래 황동판의 온도를 찾는다.
4. 전압 전환 레버를 중립에 두어 전극판에 전압을 걸리지 않도록 한다.
5.현미경을 보면서 분무구 (고무왕구)를 가볍게 손끝으로 누르면 측정용 입자를 포함한 시료(용액)가 극히 미립자가 되어 분무실에 산란한다. 분 무된 물방울과 입자는 전해조에 침입되어 별과 같이 반짝여서 관찰된다. 1회의 조작으로 여러 개의 입자가 관찰되지만 모두가 입자(포리스티렌 왕 구)가 아니고 물방울도 상당히 포함되어 있다.
물방울의 경우- 대부분 입자보다 가벼워서 낙하 속도가 느리므로 정 지된 상태로 관찰된다. 또 빠른 속도로 낙하하는 것 도 있으나 이것은 큰 물방울이다
6. 전계극성의 변환- 변환 스위치에는 극성의 방향이 표시되어 있다. 스위 치를 위로 올리면 위 극판에 (+), 아래 극판에 (-)의 전압이 걸린다. 또 스위치를 아래로 내리면 위와 반대가 된다. 스위치가 중앙이 되면 극성의 전압이 "0"이 된다.
7. 전계전압- 극판의 면적이 25mm * 65mm, 극판의 간격(
d
) 7.6mm, 평행 으로 부착한 극판에 직류전압을 걸면 "전계조" 내는 균일한 전계실이 된다. 전계극성의 변환 스위치를 상, 하로 변환하면 전기를 가진 입자는 상, 하 어느 방향으로든지 움직인다. 움직이는 속도는 입자는 대전한 전 기량과 전계전압에 비례한다.
8. 입자의 낙하 측정- 자연낙하 분무 조작에 의하여 관계조에 침입한 입자 는 중력의 작용으로 자연히 낙하한다. 이 낙하 속도는 초시계로 측정한 다. 이 조작은 1개의 입자에 대해서 여러 번 반복한다. (한 개의 입자 에 대한 반복 조작은 전계전압의 극성 전환에 의한다) 이것을 약 20개 이상의 입자에 관해서 실험한다.)
9. 전기장 하에서의 입자의 상승속도 측정- 분무 조작에 의하여 관계조에 침입한 입자는 전기장에 의하여 위쪽으로 상승하게 된다. 이때 현미경 의 눈금을 통과하는데 걸리는 시간을 측정한다. 이것은 여러 개의 입자 에 대해서 실시한다.(눈금- 0.5mm)
유의사항
1. 반복 조작의 경우 전계전압은 되도록 낮은 전압으로부터 시작하고 입자의 속도에 맞춰서 적당히 조절한다.
2. 분무를 할 때 입자가 보이지 않는다고 너무 많이 뿌리지 말고 침착하게 기다린다.
3. 입자 중에는 양전극에 전압을 걸어 줄 때 중력과 반대의 힘을 받아 위로 올라가는 것들이 있는데 이것들을 잘 봐야한다.
4. 입자를 바꾸어 조작할 때는 전계전압을 걸어서 "전계조" 내부를 깨끗히 한 후 분무 조작부터 시작한다.
Ⅵ. 예비고찰
1. 밀리칸의 실험에서 보고자 하는 것은 금속 평행판 사이에 전기장을 없애주면 기름방울은 중력을 받아 아래로 낙하하면서 공기의 저항력을 받게 되는데, 낙하 속도가 점점 빨라지면 공기의 저항력도 커지게 되어 낙하 가속도가 줄어들어 공기의 저항력과 중력이 같아지면 기름방울이 등속도로 내려오는 것을 보기 위함이다. (기본이론에서 보았을 때)
2. 기름방울의 속도는 망원경을 통해 특정할 수 있을 것이며 즉 망원경 내에 그어진 두 눈금 사이를 내려오는데 걸린 시간을 측정하면 될 것이다 (그러나 여러 번 측정해야 정확한 측정이 나올 것 같다)
3. 위의 결과로 이루어 질 때 중력과 기름방울의 무게(지름과 밀도를 알면 계산)와 전기장의 크기역시 알 수 있을 것이고 남은 것은 기름방울에 대전된 전하의 양인데. 그 대전된 양은 여러 번의 측정으로 전하는 일정한 단위의 배수로 잡힌다는 사실을 알아내어 전하는 연속적인 양이 아닌 양자 단위를 가진다는 사실을 알아 낼 수 있을 것이다.
(이때 기름방울의 질량을 구하는 것은 기름방울이 완전한 구라고 가정 하에 계산을 해야 구할 수 있을 것 같다.)
4. 기름방울은 1회 실험이 완료될 때까지 추적해야 할 것이다. 그렇지 않으면 정확한 측정이 어려워지게 된다.
*참고*
전자의 전하량을 계산하는 다른 방법
1. 유적의 반지름을 계산
a =
2. 유적에 작용하는 마찰력을 스토크의 법칙을 이용하여 계산
f =
t = (축전기가 충전된 상태에서 유적이 거리 D(m)를 낙하하는데 걸리는 평균시간).
3. 유적에 작용하는 전기장을 계산
E = V/d
4. 유적에 작용하는 중력을 계산
mg = (4/3)
a 3
(
)g
5. 유적의 전하를 계산
(축전기가 충전되어 있고 유적이 부양하는 경우)
(축전기가 충전되어 있고 유적이 낙하하는 경우)
◈참고 문헌◈
Modern Physics / A.Tipler
Fundamental Of Physics / Halliday, Resnick, Walker
대학 물리 / Tilly, Thum, 남균 외 삼구당
물리학 실험 / 김정홍, 이기방 1982 홍문당.

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