밀리컨 기름방울 실험결과re

소개글

밀리컨 기름방울 실험결과re에 대한 보고서 자료입니다.

목차

5.측정값

6.실험결과



1. 실험목적

2.실험 원리
　1)전자의 전하량 계산방법①
　2)전자의 전하량 계산방법②

3.실험기구 및 재료

4.실험방법


7.결론 및 검토

8.질문 및 토의

9.참고문헌 및 출처

본문내용

지로 굵은눈금 한칸(0.5mm)를 올라가는 시간()으로 측정했다
그리고 다시 올라갔을 때 이번에는 전극을 반대로(윗 전극판이 -가 되게),스위치를 -쪽으로 가져다 두어 떨어지는 기름방울의 종단속도 ()를 관측했다
결과적으로 같은 기름 방울을 가지고 3개의 데이터값을 산출했고 첫 번째 실험으로는(실험이론 참조) 전기장이 없을 때의 종단속도()와 윗 전극판이 +가 되게 전기장을 걸어줬을 때의 상승하는 기름방울의 종단속도()을 가지고 전하량 q를 산출했고
두 번째 실험으로는 윗 전극판이 +가 되게 전기장을 걸어줬을 때의 상승하는 기름방울의 종단속도()와 윗 전극판이 -가 되게 전기장을 걸어줬을 때의 하강하는 기름방울의 종단속도()를 이용하여 과 을 구하였고 실험결과 및 측정값은 “5.측정값, 6.실험결과”에 나타 내었다
이 그래프들은 우리조가 실험한 측정값을 가지고 나타낸 그래프이다 x축은 실험 횟수(n번)이고 y축은 /e,/e의 값이다(C/C이므로 단위 없음) 첫 번째 그래프는 실험1을 가지고 구한 것 이고 검은색 점은 각각의 실험 횟수에 해당하는 우리조의 측정값 q를 전자의 전하량(e=)으로 나누어서 나타낸 값이고 빨간선 n은 q/e에 가장 가까운 정수의 값이다 두 번째 그래프는 실험2를 가지고 나타낸 것 이고 검은선은 각각의 실험 횟수에 해당하는 기름방울이 상승할 때 측정한 값(/e=/e{편의상 /e로 표기하였음})이고 보라색 점은 기름방울이 하강할 때 측정한 값(/e=/e{편의상 /e로 표기하였음})이다 그리고 빨간선 n은 와 에 가장 가까운 정수의 값이다
그래프를 보면 q/e, /e와 /e의 값은 거의 정수로 나왔다 즉, 전하량을 구성하는 최저 전하량 단위는 전하가 가진 전하량(C)의 정수배로 나온다는 사실을 알 수 있다[ 이므로 가 된다] 즉, 기름방울의 전하량은 전자의 전하량의 정수배가 됨을 알 수 있고 이로 인해 전자의 전하량이 기름방울이 가지는 전하에 최소 전하량이 됨을 알 수 있다
상대오차는 모든 전하량은 전자의 전하량의 정수 배가 된다는 가정 하에 예상되는 전자의 개수와 q/e, , 를 가지고 각각의 상대오차를 구하였고
실험1의 상대오차의 평균값은 13.7%, 시 상대오차의 평균값은 24.93% 시 상대오차의 평균값은 24.96% 이렇게 상대 오차가 나왔다(자세한 오차는 ‘5.실험결과’참조)
그런데 실험할 때 몇몇 기름방울을 관찰하는데 종단속도로 매끄럽게 떨어지지 않고 들쑥날쑥(빨라졌다 느려졌다)하면서 떨어 졌다
오차의 원인은 다양할 수 도 있지만 한가지를 생각해 보았다
관찰자의 눈은 z축(위 그림으로는 가로 방향) 운동방향을 관찰 할 수 없다
이때 만약 기름방울이 z축의 성분을 가진다고 생각해보고 지구자기장의 방향이 그림과 같다고 생각해보자 그러면 평형을 이루었던 공기저항과 중력에 자기력이 개입한다
오른쪽 그림과 같이 자기력이 수직방향으로 작용되면 평형이었던 기름방울이 알짜힘이 윗방향이 될 것이다 그러면 기름방울의 낙하속도가 감속이 될 것이다
감속이 된 기름방울은 다음 시점에서(위 그림중 위에쪽 그림)공기저항의 수직성분이 감소하게 될것이고(임으로) 마찬가지로 자기력도(이므로) 감소하게 될 것이다
그러면 일정한 중력에 의해 이번에는 아래 쪽으로 기름방울이 가속이 될 것이다
가속이 된 기름방울은 그 다음 시점에서 (위 그림중 아래쪽 그림)공기저항의 수직성분이 증가 하게되고 (임으로) 마찬가지로 자기력도(이므로) 증가하게 될 것이다 그러면 또 일정한 중력에 비해 위쪽 성분들이 커져버렸으니 감속이 될 것이다
그러면 위 그림에 위에 부분과 밑에 부분이 반복이 되면서 종단속도를 재대로 측정하지 못 할 가능성이 있을 것이다
따라서 위 실험에 오차를 줄이기 위해서는 일단 위의 과정(자기장의 유입으로 인한 틀린 종단속도측정)이 맞는 가정인지를 확인 하기위해 기름통 주변에 파란선과 같은 방향으로 자기장을 걸어서 실제로 이런 현상이 이러나는 지를 확인해서 자기장의 방향 고려하여 다음 실험을 진행해야 될 것이다 또는 아예 자기력이 존재하지 않도록 v와 B가 수직이 되도록 실험을 하면 오차를 줄일 수 있을 것이다()
8.질문 및 토의
1)이온화 장치는 무엇이고 어떤원리로 기름방울을 대전시키는가?
이온화 장치는 밀리컨 기름유적실험에서 기름을 대전시키는 역할을 하는 도구이다
이온화 장치의 원리는 이온화 장치 안에 토륨이라는 방사선 물질이 있다 이 방사선 물질은 알파입자를 쏘는데 에너지를 가진 알파입자가 공기중에 있는 원자에 있는 전자에게 에너지를 주어 들뜬 상태가 된다 그러다 에너지를 많이 받은 전자는 결국 탈출에너지에 이르게 되어 원자를 탈출한다
탈출된 전자는 공기중을 떠돌다 주위에 있는 기름방울에 묻게 되고 이로인해 기름방울은 -전하로 대전 되어 진다
따라서 기름방울이 너무 작으면 전자가 묻기 힘들어서 이온화가 힘들 테고 너무 크면 중력이 너무 강해서 큰 전압을 가해줘야 되기 때문에 적당한 기름 방울을 고르는 것도 중요하다
2)레이놀드 수는 무엇인가?
스토크의 법칙은 점도가 η인 유체 중을 반지름이 a인 구형의 물체가 속도 V로 이동할 때 이 구가 받는 저항력을 6πaηV로 주어진다는 법칙이다 이 법칙은 레이놀드 수가 작을 때 즉 속도가 크지 않을 때, 구의 크기가 작고 점도가 낮을 때 잘 성립한다)을 이용한다.
레이놀드 수의 정의는 다음과 같다
흐름에서는 점성에 의한 힘이 층류를 촉진하도록 작용하고, 관성에 의한 힘은 난류를 일으키도록 작용한다. 유체에서는 관성력과 점성력의 비가 같다면, 어떤 종류, 장소의 유체에서도 유체의 성질은 같다. 이 비가 레이놀드 수로 NR=νd/ν또는 ρνd/μ로써 차원이 없는 수로 나타낸다. ρ는 밀도, μ는 정점성계수, d는 유로직경, ν는 속도, ν는 μ/ρ로 동점성계수이다. 층류의 한계는 NR≒2000, 전부 난류가 되는 것은 NR=3000~4000일 때이다.
9.참고문헌 및 출처
◎용어 (스톡스의 법칙,레이놀드의 수)-네이버
◎실험기구 및 사용법-물리학과 홈패이지,PASCO(조교님 매뉴얼),실험시간에 찍은 사진
◎실험 장치그림 -PASCO(조교님 매뉴얼)
◎질문 및 토의(이온화 장치의 원리)-PASCO(조교님 매뉴얼)

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