유전율 및 비유전율, 유전체, 톰슨의 음극선 실험, 밀리컨의 유적(기름방울) 실험 조사

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유전율 및 비유전율, 유전체, 톰슨의 음극선 실험, 밀리컨의 유적(기름방울) 실험 조사에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

럼 만들어서 극판사이로 분사시킨다. 기름방울은 중력에 의하여 아래로 떨어지는 동안 공기의 저항력과 평형이 되어 궁극적으로 등속도로 내려간다. 이 때 작은 기름 방울일수록 더욱 느린 등속도 운동을 한다. 이 운동을 분석하여 기름방울의 질량을 측정한다. 기름 방울 중에는 빛에 의하여 전기를 띤 것이 있을 수 있다.
그러므로 두 극판사이에 전압을 걸어 전기장의 세기 E를 걸어 주면 운동속도가 달라지는 기름 방울들을 관측할 수 있다. 그러므로 기름방울이 받는 중력과 전기력이 평형이 되도록 전기장의 세기를 조절하면 기름 방울은 멈추게 되고 된다. 기름방울의 질량을 m, 전하량을 q라고 하면, mg=qE의 관계가 성립되고 이 때 전하량은 q=mg/E로 측정할 수 있다.
밀리컨의 실험에 의하면 여러 개의 기름방울이 갖는 전하량은 10-19 C 을 단위로 할 때, 6.41, 8.01, 9.65, 11.23, 16.02, 17.57, 27.18 등과 같은 값들을 갖는다.
이 수들은 모두 1.60의 정수배에 해당하므로 전하의 기본 전하량은 전자의 전하량과 같고,
이 값은 e = 1.602 × 10-19 C 라고 할 수 있다.
따라서 전자의 질량 m은 비전하의 측정값으로 부터 계산하여 다음과 같은 값을 얻을 수 있다.
※ 이 값은 수소 질량의 약 1/1840정도이다.
※ 사진 출처 및 참고 site : http://www.mulinara.net/physics/wave/atom/k12.html 물리 나라
- 밀리컨의 기름방울실험(유적실험)의 원리
공기의 저항을 받아 일정한 종단속도(終端速度)로 낙하하는 대전(帶電)한 기름방울에 수직상향(垂直上向)의 전기장을 걸었을 때, 기름방울이 가지고 있는 전하의 양에 따라 그 속도가 변화하는 것을 이용한다.
즉 기름방울이 자유낙하할 때의 속도를 v1, 여기에 전기장 E를 걸었을 때 기름방울의 상승속도를 v2라고 하면, 자유낙하 때에는 중력 mg(m은 기름방울의 질량, g는 중력가속도)가, 상승할 때는 eE－mg(e는 기름방울의 전하)가 기름방울에 작용하는데, 어느 것이나 공기의 저항력과 평형을 이루어 일정한 속도(종단속도)로 움직인다.
스토크스의 법칙에 의하면, 이 저항력은 6πηav2(η는공기의 점성도, a는 기름방울의 반지름)가 되어
eE－mg=6πηav2
이 성립한다. 한편, 기름 및 공기의 밀도를 σ및ρ라고 하면, 부력(浮力)을 고려하여
m=4/3·πa3(σ－ρ)
가 되므로, 이것을 위의 식에 대입함으로써, v1,v2의 실측값으로부터 기름방울의 전하 e를 구할 수 있다.
- 밀리컨의 기름방울실험(유적실험)의 장치
항온조(恒溫槽)에 설비된 구리 용기 내에 분무장치 A에 의해 만들어지는 비휘발성 기름방울(반지름 10-4cm 정도)을 P를 통해서 D에 넣고, 이것이 평행콘덴서를 형성하는 극판(極板) MN 사이로 들어가게 되어 있다. S는 극판에 전위차를 주는 스위치, D의 위쪽에 장치한 관의 한쪽은 배기·압축 펌프, 다른 쪽은 압력계에 연결된다.
또 D의 한쪽 창은 아크등(燈)에 의해 옆쪽에서 강하게 조명을 하는 것이고, 반대쪽 창은 X선의 이온화작용에 의해 기름방울에 전하를 줌과 동시에, 조명광속(照明光束)의 출구로서 사용된다. 관측은 이 단면에 대하여 수직방향으로 뚫린 창에서 현미경을 사용하는데, 어두운 시야 내에 밝게 빛나는 기름방울이 현미경의 초점 사이에 놓인 2개의 표선(標線) 사이를 통과하는 시간에 따라 그 운동의 빠르기를 측정한다.
밀리컨이 이 장치로 얻은 기본전하량의 값은 4.77×10-10 esu (electro static unit)였으나, 그 때 이용된 공기의 점성도가 실제보다 작다는 것이 밝혀졌으며, 그 후 보정되어 현재는 4.803×10-10 esu 또는 1.602×10-19 C 이 쓰인다.
※ 사진 출처 및 참고 Site : http://100.naver.com/ 네이버 백과 사전
※ 참고 자료 Site 및 이미지 출처.
1. http://100.naver.com/ 네이버 백과 사전
2. http://www.mulinara.net/physics/wave/atom/k12.html 물리 나라
3. http://phya.yonsei.ac.kr/ 연세대학교 물리학과 사이트
4. http://ko.wikipedia.org/ 위키 백과 사전
5. http://www.rfdh.com/rfdb/er.htm RF DesignHouse.
6. http://www.encyber.com/index.html 두산 백과 사전

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유전율,   비유전율,   유전체,   톰슨,   밀리컨,   음극선,   유적실험,   기름방울