الجهاز

مقطع عرضي لمقطرة الزيت الكهربائية تصغير 460 بك يُوضح هذا الشكل مقطعًا عرضيًّا لجهاز مِقْطرة الزيت الكهربائية والتي استخدمها ملِّيكان في حساب شحنة الإلكترون.


Simplified sch e of Millikan’s oil-drop experiment-ar.PNG تصغير 460 بك رسم توضيحي لتجربة قطرة الزيت لميليكان.




يحتوي جهاز ملِّيكان (مِقطرة الزيت الكهربائية) على زوج من الصفائح المعدنية الأفقية المتوازية. عند تطبيق فرق جهد كهربائي جهد على الصفائح، ينشئ بينهما حقلًا كهربائيًّا في الفراغ. وقد استخدمت اسطوانة من مادة عازلة لفصل الصفائح عن بعضها البعض، ثم فتحت أربع فتحات في جدار الاسطوانة ثلاث منها للإضاءة بضوء ساطع والفتحة الآخرى تستخدم للرؤية باستخدام المجهر.



تنفث غمامة ذات قطرات زيتية دقيقة في الحجرة فوق الصفائح. وهذا الزيت يستخدم عادةً في أجهزة فراغ التفريغ لتمتعه ضغط البخار بضغط بخار منخفض جدًّا. الزيت العادي يتبخر نتيحة الحرارة الصادرة عن المنبع الضوئي فتتغير كتلة قطرة الزيت أثناء التجربة. تُشحن بعض القطرات كهربائيًّا نتيجة الاحتكاك مع فوهة النفث أثناء النفث. كما يمكن أن تشحن القطرات بإضافة منبع إشعاع أيوني إلى الجهاز (مثل أنبوب الأشعة السينية ). تدخل القطرات في الفراغ بين الصفيحتين فتخضع القطرات المشحونة إلى تأثير الحقل الكهربائي، فيمكننا أن نوازن ميكانيكيًّا القوى المؤثرة أو نجعلها تهبط أو ترتفع وذلك بتغيير الجهد بين الصفائح.



فيزياء عامة


تجربة قطرة الزيت أو تجربة ميليكان هي من أشهر الطرق لقياس شحنة أولية الشحنة الأولية < >e (وهي شحنة الإلكترون). قام بها روبرت ميليكان و هارفي فليتشر سنة 1909 م، وذلك بتحريك قطرة صغيرة من الزيت في مجال كهربائي بمعدل يوازن قوى جاذبية (توضيح) الجاذبية ، و لزوجة اللزوجة (عند مروره خلال الهواء)، و قانون كولوم القوة الكهربائية . يمكن حساب تلك القوى خلال الجاذبية واللزوجة حسب كمية و سرعة قطرة الزيت، فمنها يمكن استنباط القوة الكهربائية. بما أن القوة الكهربائية هي نتاج شحنة كهربائية الشحنة الكهربائية و حقل كهربائي مجال كهربي معطى، فيمكن حساب الشحنة الكهربائية لقطرة الزيت بدقة تامة. نجد عند قياس الشحنة لقطرات زيت مختلفة، أن الشحنات كلها هي مضاعفات صحيحة لشحنة صغيرة مفردة تسمى شحنة أولية الشحنة الأولية < >e.





مبدأ التجربة هو موازنة قوى الثقالة نحو الأسفل مع قوى الطفو والقوى الكهربائية نحو الأعلى المؤثرة على قطرة دقيقة من الزيت متوازنة بين قطب كهربائي قطبين معدنيين. وبما أن كثافة الزيت معروفة، فيمكن حساب كتل القطرات و قوى الثقالة والطفو بمعرفة نصف قطر القطرات. استطاع ميليكان وفليتشر بعد تحديد الحقل الكهربائي أن يحددا الشحنة الكهربائية في قطرات الزيت باستخدام توازن ميكانيكي التوازن الميكيانيكي . وقد استطاعوا بعد تكرار التجربة على عدة قطرات أن يؤكدوا أن الشحنات كانت مضاعفات بعض القيم الأساسية، وحسبوها مساوية val 1.5924 e -19 u كولوم بفارق واحد بالمئة عن القيمة المقبولة حاليا والمساوية لـ val 1.602176487 e -19 u كولوم ، حيث افترضوا أنها شحنة الإلكترون الواحد.