밀리컨 유적실험 예비보고서

목차

1.실험 제목

2.실험 날짜

3.실험 목적

4.실험 장치 및 부품

5.실험 이론

6.실험 방법

7.예비 고찰

본문내용

부양속도이다. 벡터를 이용하여 힘을 더하면
이 된다.
이 두 경우 모두 공기에 의하여 작은 크기의 부력이 유적에 작용한다. 공기의 밀도는 유적에 비하여 약 1/1000이므로 이 힘은 무시될 수 있다.
방정식 (1)과 (2)에서 를 소거하고 전기장의 크기 를 대입한 후 에 대하여 풀면
방정식 (3)으로부터 을 소거하기 위하여 구의 체적공식을 이용한다.
여기서 는 유적의 반지름이고 는 기름의 밀도이다.
를 계산하기 위하여 점성물질(점도가 인)내의 낙하속도와 구체의 반지름의 관계를 주는 스토크의 법칙을 이용한다.
그러나 스토크의 법칙은 낙하속도가 0.1 cm/s이하일 때 정확하지 않다.(이와 같거나 작은 속도를 갖는 유적은 약 의 반지름을 갖고 이는 공기분자의 평균자유거리(mean free path)에 접근한다. 이는 스토크의 정리를 유도하는데 필요한 가정중의 하나를 위반하는 조건이다.) 이 실험에서 이용되는 유적의 속도는 0.01에서 0.001 cm/s의 영역에 있으므로 점도에 교정인자를 곱한 다음 스토크의 공식에 사용한다. 이 결과로 얻어지는 유효점도는 아래와 같다
여기서 b 는 상수이고, p 는 대기압, 그리고 는 방정식 (5)를 이용하여 계산된 유적의 반지름이다.
방정식 (6)의 를 방정식 (5)에 대입하고 반지름 에 관하여 풀면
이다.
- 기름의 밀도, 886 (kg/m3)
- 중력상수, 9.8 (m/s2)
η - 공기의 점도, 1.867×10-5(kg/ms)
- 상수, 8.2×10-3 (Pa m)
- 대기압, 1.01×105 (Pa)
- 낙하속도, (m/s)
이 실험에서는
유적의 반지름을 계산하고
구한 반지름을 다음 식에 대입한다.
이 질량을 다음 식에 대입 하면
을 얻는다.
여기서 속도 ,은 떨어지는 시간과 올라가는 시간을 구하면 알 수 있다.
6.실험 방법
(1) 축전기의 반지름을 잰다.
(2) 전원을 켜고 전압조절 단자를 200V∼300V에 고정시킨 후 전압V을 측정한다.
(3) 고무 손잡이를 2회 정도 가볍게 눌러 기름을 분사시킨다.
몇 초 후에 현미경을 잘 조절하여 위로 느리게 운동하는 기름방울 하나를 선택하여 추적하여 이동한 거리(s)와 시간 을 측정한다. 이 기름방울은 1회 실험이 완료될 때까지 추적하여야 한다.
(4) 전압 절환 레버를 조절하여 위쪽 전극판에 + 전위가 걸 리도록 한다. 그러면 기름방울이 아래(이하 화면상)로 운동 할 것이다. 이동하는데 소요되는 시간 을 측정한다.
(5) 동일한 기름방울에 대하여 4회이상 반복하여 측정한다.
(6) 다른 기름방울에 대하여 과정을 10회 이상 반복한다.
7.예비 고찰
처음 추적한 기름방울이 하나 만의 전자로 대전되어 있을 가능성은 매우 희박하며, 많은 전자로 대전된 기름방울은 운동중에 전자를 더 얻거나 잃는 경우가 있다. 따라서 전기장이 인가되지 않은 경우에는 거리 d를 통과하는데 소요된 시간 t가 거의 같지만, 전기장하에서 거리 d를 통과하는데 소요된 시간 t+ t-를 여러 번 측정해 보면 앞의 결과와 상당한 차이가 있음을 발견할 수 있을 것이다.
시간 측정이 실험 오차를 중요한 요인이 될 것이다. 또한 온도의 영향을 고려하여 실험하여야 할 것이다. 또한 공기나 기름의 밀도, 공기의 점성계수등의 오차는 결과에 어떻게 전파되어 영향을 미칠 것이다.
떨어지는 시간과 올라가는 시간 그리고 를 측정함으로써 다음 식을 이용하여 기본 전하량을 구할 수 있을 것이다.
8.참고 문헌
김기식 외, 대학 물리학』,인하대학교 출판부, 2001.
David Halliday, Robert Resnick, 『물리학 총론』, 1987, 김종오 역
Arthur Beiser,현대 물리학,교보 문고,1998.

키워드

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