4.4. Порядок проведения эксперимента
1. Подготовка аппарата к работе. Соберите аппарат Милликена в соответствии с рис. 4.1, 4.2. Наполните генератор масляного аэрозоля маслом так, чтобы изогнутая капиллярная трубка в нем была покрыта маслом не менее чем на 2 мм. Установите выходное отверстие генератора аэрозоля напротив двух отверстий в акриловом стекле оболочки камеры аппарата. Подайте напряжение на аппарат, вставив вилку источника питания в розетку, при этом должна загореться лампа подсветки 5 (рис. 4.1). Глядя в окуляр объектива 1 выставите микрометрическую шкалу, видимую в нем, вертикально. Цена малого деления шкалы – 100 мкм.
2. Генерация аэрозольного облака. Один-два раза энергично нажав на резиновый баллон генератора аэрозоля, создайте в камере аппарата облако масляного аэрозоля. Глядя в окуляр объектива 1 убедитесь в наличии аэрозоля в камере. Включив тумблер 16 и плавно вращая ручку регулятора напряжения 10, определите, какие из капель аэрозоля являются заряженными. Последние в зависимости от величины подаваемого напряжения будут изменять свою скорость от опускного движения, до всплытия.
3. Измерение скорости установившегося падения капли аэрозоля в отсутствие электрического поля.
Выбрав подходящую заряженную каплю аэрозоля, ближе всего находящуюся к вертикальной микрометрической шкале, регулируя напряжение в камере, подведите каплю к нулевой отметке шкалы. Выключив напряжение на конденсаторе тумблером 16, засеките время T, за которое капля проходит 10-20 делений шкалы. Повторите опыт 3-4 раза. Определяя расстояние, которое проходит капля в соответствии с показаниями микрометрической шкалы, следует учесть 10-кратное увеличение микроскопа и 1.875-кратное увеличение объектива, расположенного перед микрометрической шкалой. В результате, если капля проходит X малых делений шкалы, то в реальности расстояние S, пройденное ей, составит
S = (X/1.875) ∙10-4 м.
Скорость установившегося падения капли в отсутствие электрического поля определяется как v1 = S/T.
4. Измерение напряжения в конденсаторе, при котором масляная капля висит неподвижно. После выполнения п. 3, включите тумблер 16 и плавной регулировкой напряжения в камере аппарата добейтесь, чтобы исследуемая вами капля висела неподвижно вблизи нулевой отметки.
5. Измерение скорости подъема капли в конденсаторе под действием электрического поля. После выполнения п. 4, увеличьте значение напряжения в камере до ближайшего целого значения, при котором скорость подъема капли не слишком велика. Зафиксируйте эту скорость по методике п. 3. Повторите опыт 3-4 раза.
6. Повторите пункты 2 – 5 по возможности 5-10 раз, проводя эксперименты с различными каплями аэрозоля.
7. Завершение работы. Установите нулевое напряжение в камере аппарата, после этого выключите тумблер 16. Отсоедините источник питания от сети.
4.5. Порядок обработки результатов эксперимента
Обработайте полученные вами результаты в соответствии с методами 1-2, описанными в разделе 3. Полученные результаты представьте как в виде таблицы, так и в виде зависимости, аналогичной изображенной на рис. 4.3. Постройте также гистограмму распределения величины заряда капли по образцу рис. 4.4 проведя, предварительно, отсеивание данных для частиц, электрический заряд которых, рассчитанный по методу 1 и методу 2 соответственно, различается более чем на 20% .
Рис. 4.3. Заряд капли как функция ее радиуса (результаты 400 экспериментов по методу 2)
Рис. 4.4. Гистограмма распределения наблюдаемых капель по величине заряда, с учетом поправки по формуле Каннингэма, определенного по методу 2, для капель масла, исследуемых в эксперименте (60 измерений после отсеивания).