Home Chemie Physik Sonstiges Schulbilder mich Links

Ladung + Strom
elektrisches Feld
Stromkreise
Ablenkung im E-Feld

parallele Seiten:

Elektronenleitung Millikan Vakuumdiode Braun´sche Röhre

Physik, 12 Elektrik  - Bestimmung der Elementarladung: der Millikan Versuch

Schweben und Fallen Sinken und Steigen Theorie

Bestimmen Sie die Ladung von insgesamt 10 Öltröpfchen und wählen Sie eine geeignete graphische Darstellung, um damit nachzuweisen, dass die Ladungen Q ganzzahlige Vielfache der Elementarladung e sind.

Außerdem eine Powerpointpräsentation über den Millikan Versuch von Jörg Rudolf.

Das Copyright für dieses Applet liegt bei Carsten Groß, Universität Zürich

Das Applet stellt den Blick durch das Mikroskop dar. Durch diese Optik, wirkt die Schwerkraft auf dem Bild nach oben. Die Skala dient dazu, die Strecke zu messen, die die Tröpfchen zurücklegen. Rechts daneben befindet sich die Anordnung mit den Timern, mit deren Hilfe die Geschwindigkeit der Tröpfchen gemessen werden kann. Die Triggerung (Auslösung), wird unten bei den jeweiligen Messmethoden erklärt.
Die Stoppen/Starten-Taste dient dazu, das Applet anzuhalten und wieder zu starten, falls Sie den Computer für andere Zwecke brauchen. Mit der Taste Pumpe wird eine kleine Anzahl Öltröpfchen 'zerstäubt' und in den Kondensator gebracht. 

Im unteren Teil des Applets befindet sich die Steuerung für die Kondensatorspannung Uc .
Mit der Taste Polarität wird die Richtung des elektrischen Feldvektors (parallel oder antiparallel zur Gewichtskraft) gewählt. Die Taste aus/an setzt die Spannung auf 0V und stellt bei erneutem Drücken den Ursprungszustand wieder her.

Kondensator-Plattenabstand

d = 6 mm

Viskosität der Luft

h = 7,25·10-6 Ns/m²

Dichte des Öls

rÖl = 875,3 kg/m³

Dichte der Luft

rLuft = 1,29 kg/m³

Abstand der Skalenstriche

s = 5,333·10-5 m

zurück zum Seitenanfang

 

Anleitung: Schweben und Fallen

Ein Öltröpfchen wird durch eine zur Schwerkraft entgegen gesetzten elektrischen Kraft in der Schwebe gehalten und anschließend (ohne Feld) seine Fallgeschwindigkeit gemessen.

Stellen Sie dafür die Triggerung auf 'Spannung aus' (Der obere Timer beginnt nach dem Ausschalten der Spannung zu zählen). Betätigen Sie die Taste Pumpe und warten Sie, bis Öltröpfchen am unteren Bildschirmrand erscheinen. Versuchen Sie nun, ein Tröpfchen durch geeignete Spannungswahl (Polarität des E-Feldes beachten) in der Schwebe zu halten. Notieren Sie diese Spannung. Drücken Sie anschließend die Taste aus, woraufhin das Tröpfchen nach unten fällt (in der Optik nach oben) und der Timer gestartet wird.

Wählen Sie einen Skalenstrich, an dem Sie den Timer wieder anhalten. Notieren Sie die zurückgelegten Skalenstriche x und die verstrichene Zeit t.

Achtung: Versuchen Sie nicht, die Zeit mit externen Uhren zu stoppen! Nur die Timer sind exakt auf das Applet abgestimmt.

Berechnen Sie die Fallgeschwindigkeit v0 unter Verwendung der Anzahl der zurückgelegten Skalenstriche x, des Skalenabstandes s und der benötigten Zeit t. Setzen Sie v0 in die Gleichung für q ein.

Hier eine EXEL-Tabelle zur einfacheren Auswertung.

zurück zum Seitenanfang

 

Anleitung: Sinken und Steigen im E-Feld

Aus den separat zu messenden Fall- und Steiggeschwindigkeiten wird die Ladung bestimmt.

Stellen Sie die Triggerung auf 'Umpolen' (der obere Timer startet nach Betätigung der Taste Polarität, nach erneutem Drücken startet der zweite Timer, der erste wird angehalten und so fort). Drücken Sie die Taste Pumpe und warten Sie, bis Öltröpfchen am unteren Bildschirmrand erscheinen.

Wählen Sie nun eine Spannung Uc und lassen Sie ein ausgewähltes Tröpfchen durch geeignetes Betätigen der Taste Polarität im Kondensator auf- und absteigen. Wählen Sie einen Skalenstrich am oberen oder unteren Rand, lassen Sie das Tröpfchen sich darauf zu bewegen und drücken Sie Reset.

Sobald das Teilchen den Strich erreicht hat, polen Sie die Spannung um. Das Teilchen bewegt sich in die entgegengesetzte Richtung, der Timer beginnt zu zählen. Wählen Sie einen entfernten Skalenstrich und polen sie erneut um. Daraufhin beginnt der zweite Timer zu laufen. Sie können diesen Vorgang beliebig oft wiederholen, um die Strecken zu addieren. Die Timer zählen an der zuletzt gestoppten Position weiter. Merken Sie sich die Gesamtzahl der zurückgelegten Skalenstriche x1 für die Abwärts- und x2 für die Aufwärtsbewegung. Der Zähler (im Triggerungsfenster) hilft Ihnen sich zu merken, wie oft Sie umgepolt haben.

Achtung: Versuchen Sie nicht, die Zeit mit externen Uhren zu stoppen! Nur die Timer sind exakt auf das Applet abgestimmt.

Berechnen Sie die Steig- und Sinkgeschwindigkeit v1 und v2 unter Verwendung der Anzahl der zurückgelegten Skalenstriche x, des Skalenabstandes s und der benötigten Zeit t. Setzen Sie diese in die Gleichung für q ein.

zurück zum Seitenanfang

Theorie

Für das Verhalten des Öltröpfchens ergeben sich je nach E-Feld vier verschiedene Möglichkeiten. Um die Messung des Radius r der Öltröpfchen  zu umgehen, müssen zwei der vier Möglichkeiten gemessen werden (in welcher Kombination ist eigentlich egal - praktikabel sind aber die beiden oben beschriebenen).

1. Fallen ohne Feld.

Das Tröpfchen fällt dabei nach einer zu vernachlässigenden Beschleunigungsphase mit konstanter Geschwindigkeit v0. In diesem Fall gilt folgendes Kräftegleichgewicht: Die stokesche Reibungskraft ist betragsgleich der Gravitationskraft.

2. Schweben

Das elektrische Feld wird so gepolt, dass elektrische Kraft und Gravitationskraft entgegengesetzt gerichtet sind. Das Feld wird so geregelt, dass das Tröpfchen schwebt, also nur noch durch die brownsche Bewegung zittert. Die elektrische Kraft ist betragsgleich der Gravitationskraft.

3. Steigen mit Feld. Das elektrische Feld wird so gepolt, dass elektrische Kraft und Gravitationskraft entgegengesetzt gerichtet sind und so hoch geregelt, dass das Tröpchen mit konstanter Geschwindigkeit v1 steigt. Folgendes Kräftegleichgewicht gilt: die stokesche Reibungskraft ist betragsgleich der Differenz von elektrischer Kraft und Gravitationskraft.

4. Fallen mit Feld. Das elektrische Feld wird umgepolt, elektrische Kraft und Gravitationskraft sind gleichgerichtet. Das Tröpfchen sinkt mit konstanter großer Geschwindigkeit v2. Es gilt: Die stokesche Reibungskraft ist betragsgleich der Summe von elektrischer Kraft und Gravitationskraft.

Die Stokes Reibung beträgt:

und die Masse m eines Öltröpfchens:

zurück zum Seitenanfang

letzte Änderung: 24.3.2005