Modern Fizika Labor. 2. Elemi töltés meghatározása

Hasonló dokumentumok
Modern Fizika Labor. 2. Az elemi töltés meghatározása. Fizika BSc. A mérés dátuma: nov. 29. A mérés száma és címe: Értékelés:

Mérés: Millikan olajcsepp-kísérlete

Tartalomjegyzék április. 1. Bevezetés A mérés menete 4

Modern Fizika Labor. A mérés száma és címe: A mérés dátuma: Értékelés: Infravörös spektroszkópia. A beadás dátuma: A mérést végezte:

Modern Fizika Labor Fizika BSC

2. Rugalmas állandók mérése jegyzőkönyv javított. Zsigmond Anna Fizika Bsc II. Mérés dátuma: Leadás dátuma:

Atomfizika előadás 2. Elektromosság elemi egysége szeptember 17.

1. Feladatok a termodinamika tárgyköréből

Modern Fizika Labor. 17. Folyadékkristályok

Nehézségi gyorsulás mérése megfordítható ingával

2. Hangfrekvenciás mechanikai rezgések vizsgálata jegyzőkönyv. Zsigmond Anna Fizika Bsc II. Mérés dátuma: Leadás dátuma:

Modern fizika laboratórium

Hatvani István fizikaverseny forduló megoldások. 1. kategória. J 0,063 kg kg + m 3

Függvények Megoldások

U = 24 V I = 4,8 A. Mind a két mellékágban az ellenállás külön-külön 6 Ω, ezért az áramerősség mindkét mellékágban egyenlő, azaz :...


Modern Fizika Labor. Fizika BSc. Értékelés: A mérés dátuma: A mérés száma és címe: 12. mérés: Infravörös spektroszkópia május 6.

Mérési jegyzőkönyv. M1 számú mérés. Testek ellenállástényezőjének mérése

Rugalmas állandók mérése (2-es számú mérés) mérési jegyzõkönyv

7. Mágneses szuszceptibilitás mérése

A mérés célkitűzései: A matematikai inga lengésidejének kísérleti vizsgálata, a nehézségi gyorsulás meghatározása.

2. Rugalmas állandók mérése

9. Laboratóriumi gyakorlat NYOMÁSÉRZÉKELŐK

NYOMÁS ÉS NYOMÁSKÜLÖNBSÉG MÉRÉS. Mérési feladatok

Fázisátalakulások vizsgálata

Mikroszkóp vizsgálata és folyadék törésmutatójának mérése (8-as számú mérés) mérési jegyzõkönyv

Rugalmas állandók mérése

Mérések állítható hajlásszögű lejtőn

Előszó.. Bevezetés. 1. A fizikai megismerés alapjai Tér is idő. Hosszúság- és időmérés.

Hidrosztatika, Hidrodinamika

Modern Fizika Labor. 12. Infravörös spektroszkópia. Fizika BSc. A mérés dátuma: okt. 04. A mérés száma és címe: Értékelés:

Peltier-elemek vizsgálata

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉPSZINT Függvények

Optikai alapmérések. Mivel több mérésről van szó, egyesével írom le és értékelem ki őket. 1. Törésmutató meghatározása a törési törvény alapján

Szélsőérték feladatok megoldása

Mikroszkóp vizsgálata Lencse görbületi sugarának mérése Folyadék törésmutatójának mérése

Lendület. Lendület (impulzus): A test tömegének és sebességének szorzata. vektormennyiség: iránya a sebesség vektor iránya.

7. Mágneses szuszceptibilitás mérése jegyzőkönyv. Zsigmond Anna Fizika Bsc II. Mérés dátuma: Leadás dátuma:

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK KÖZÉP SZINT Függvények

Modern Fizika Labor. Fizika BSc. Értékelés: A mérés dátuma: A mérés száma és címe: 13. mérés: Molekulamodellezés PC-n április 29.

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉPSZINT Függvények

FIZIKA II. Dr. Rácz Ervin. egyetemi docens

Kirchhoff 2. törvénye (huroktörvény) szerint az áramkörben levő elektromotoros erők. E i = U j (3.1)

58. ročník Fyzikálnej olympiády v školskom roku 2016/2017 Okresné kolo kategórie E Texty úloh v maďarskom jazyku

Megoldás: A feltöltött R sugarú fémgömb felületén a térerősség és a potenciál pontosan akkora, mintha a teljes töltése a középpontjában lenne:

28. Nagy László Fizikaverseny Szalézi Szent Ferenc Gimnázium, Kazincbarcika február 28. március osztály

Rugalmas állandók mérése

Fizika. Fizika. Nyitray Gergely (PhD) PTE PMMIK február 13.

9. Fényhullámhossz és diszperzió mérése jegyzőkönyv

3. Az alábbi adatsor egy rugó hosszát ábrázolja a rá ható húzóerő függvényében:

TANULÓI KÍSÉRLET (párban végzik-45 perc) Kalorimetria: A szilárd testek fajhőjének meghatározása

Hangfrekvenciás mechanikai rezgések vizsgálata

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK KÖZÉP SZINT Függvények

b) Ábrázolja ugyanabban a koordinátarendszerben a g függvényt! (2 pont) c) Oldja meg az ( x ) 2

A Föld középpontja felé szabadon eső test sebessége növekszik, azaz, a

3. Termoelektromos hűtőelemek vizsgálata jegyzőkönyv. Zsigmond Anna Fizika Bsc II. Mérés dátuma: Leadás dátuma:

0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 Q

Fizika. Tanmenet. 7. osztály. 1. félév: 1 óra 2. félév: 2 óra. A OFI javaslata alapján összeállította az NT számú tankönyvhöz:: Látta: ...

Jegyzőkönyv. mágneses szuszceptibilitás méréséről (7)

Folyadék belső súrlódásának mérése

Fázisátalakulások vizsgálata

Modern Fizika Labor Fizika BSC

VIDÉKFEJLESZTÉSI MINISZTÉRIUM. Petrik Lajos Két Tanítási Nyelvű Vegyipari, Környezetvédelmi és Informatikai Szakközépiskola

1. Feladatok a dinamika tárgyköréből

Vezetők elektrosztatikus térben

Méréstechnika. Hőmérséklet mérése

Modern Fizika Labor. 11. Spektroszkópia. Fizika BSc. A mérés dátuma: dec. 16. A mérés száma és címe: Értékelés: A beadás dátuma: dec. 21.

Szedimentáció, elektroforézis. Biofizika előadás Talián Csaba Gábor

Folyadékok és gázok mechanikája

FORGATTYÚS HAJTÓMŰ KISFELADAT

Compton-effektus. Zsigmond Anna. jegyzıkönyv. Fizika BSc III.

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK KÖZÉPSZINT Függvények

Az α értékének változtatásakor tanulmányozzuk az y-x görbe alakját. 2 ahol K=10

Rugalmas állandók mérése

MÉRÉSI JEGYZŐKÖNYV M4. számú mérés Testek ellenállástényezőjének mérése NPL típusú szélcsatornában

Mérést végezte: Varga Bonbien. Állvány melyen plexi lapok vannak rögzítve. digitális Stopper

Gázok. 5-7 Kinetikus gázelmélet 5-8 Reális gázok (limitációk) Fókusz Légzsák (Air-Bag Systems) kémiája

(III) Hangfrekvenciás mechanikai rezgések vizsgálata (Ablakhoz közeli mérőhely)

2. mérés Áramlási veszteségek mérése

Modern Fizika Labor. 5. ESR (Elektronspin rezonancia) Fizika BSc. A mérés dátuma: okt. 25. A mérés száma és címe: Értékelés:

Felvételi, 2017 július -Alapképzés, fizika vizsga-

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉP SZINT Függvények

FIZIKA JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

A LÉGKÖRBEN HATÓ ERŐK, EGYENSÚLYI MOZGÁSOK A LÉGKÖRBEN

Mágneses szuszceptibilitás mérése

A nagyobb tömegű Peti 1,5 m-re ült a forgástengelytől. Összesen: 9p

Mágneses szuszceptibilitás mérése

Concursul Preolimpic de Fizică România - Ungaria - Moldova Ediţia a XVI-a, Zalău Proba experimentală, 3 iunie 2013

Lineáris erőtörvény vizsgálata és rugóállandó meghatározása

VIZSGA ÍRÁSBELI FELADATSOR

Hatvani István fizikaverseny Döntő. 1. kategória

Mikroszkóp vizsgálata Folyadék törésmutatójának mérése

Termoelektromos hűtőelemek vizsgálata

Tömegpontok mozgása egyenes mentén, hajítások

Mechanika - Versenyfeladatok

a térerősség mindig az üreg falára merőleges, ezért a tér ott nem gömbszimmetrikus.

A viszkózus folyás aktiválási energiájának meghatározása Höppler-féle viszkoziméterrel.

A mérés. A mérés célja a mérendő mennyiség valódi értékének meghatározása. Ez a valóságban azt jelenti, hogy erre kell

Egyenletek, egyenlőtlenségek VII.

BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM Épületgépészeti és Gépészeti Eljárástechnika Tanszék HALLGATÓI SEGÉDLET

Átírás:

Modern Fizika Labor Fizika BSC A mérés dátuma: 2011.09.27. A mérés száma és címe: 2. Elemi töltés meghatározása Értékelés: A beadás dátuma: 2011.10.11. A mérést végezte: Kalas György Benjámin Németh Gergely

1. A mérés célja Feladatunk, hogy a mérés alatt kapott eredményekből meghatározzuk az elemi töltés értékét. Mérésünk során a Millikan által elgondolt kísérleti módszert használtuk. 2. A mérés elve Vegyünk kicsiny, ám atomi méretekben még makroszkopikus olajcseppeket, melyeket porlasztás során elektromos térbe juttatunk. Egy kiválasztott csepp tömege legyen m. A cseppre elektromos tér nélküli térrészben a gravitációs és a levegő felhajtó ereje hat. Ha a csepp esni kezd, a Stokes-féle fékező erő is hatni fog rá, ennek értéke gömb alakú testekre: F S =6 π η r v 0, ahol r a csepp sugara, v 0 a sebessége, η a levegő belső ellenállási együtthatója. A cseppek állandó sebességgel esnek, azaz a rájuk ható erők eredője zérus. Ennek értelmében: 6 π η r v 0 = ( ), ahol ρ és ρ l az olaj és a levegő sűrűsége, g a gravitációs gyorsulás. Ebből az egyenletből pedig a csepp sugara már kiszámítható. Homogén E elektromos tér esetén a fenti összefüggés kibővül egy qe taggal, ahol q a csepp töltése: qe=6 π η r v + ( ), qe=6 π η r v + ( ), ahol v a csepp sebessége, amikor az felfelé, v pedig amikor lefelé halad. A csepp q töltését, a csepp sugarának(r) az utolsó egyenletbe való behelyettesítésével kapjuk meg. A töltés kiszámításakor figyelembe kell vennünk, hogy a Stokes-féle törvény csak akkor érvényes a fentebb felírt formájában, amikor a csepp mérete sokkal nagyobb a közeg molekulái szabad úthosszánál. Ha ez nem teljesül, a következő korrekciót vezetjük be: F S =6 π η r v 0,ahol K= 8.26 10-3 Pa m és p a légnyomás. A meghatározott sugarakat ebbe a képletbe helyettesítve a Stokes-törvény súrlódási erejét kapjuk meg, amit felhasználhatunk a töltések meghatározására, pontosabb eredményt remélve.

3. A mérés menete 1.ábra A Millikan-berendezés vázlatos rajza A mérés során a Millikan-berendezést használtuk. Két, egymástól 0.6 cm távolságra lévő, 10 cm átmérőjű kondenzátor között homogén elektromos teret hozunk létre, ide egy porlasztó segítségével olajcseppeket juttatunk. Ezeket megvilágítottuk egy lámpával, és mozgásukat egy mikroszkóp segítségével figyeltük meg. A töltések meghatározásához mi a rögzített feszültségértékkel való mérést választottuk. Ekkor a polaritáskapcsolót használtuk a cseppek mozgásirányának megváltoztatásához, és mértük a mozgások úthosszát illetve a mozgások idejét. Minden csepp esetén megfigyeltük mozgásukat elektromos térben, illetve anélkül, mindezt megközelítőleg 30 darab cseppre. Mivel az általunk meghatározott töltések mérési hibája még így sem megfelelően kicsi, nem elég, ha meghatározzuk a töltések legnagyobb közös osztóját. Ezért lényeges, minél nagyobb számú cseppet megfigyelni, hiszen így az alábbi módszer sikeresen alkalmazható: Legyen a (még nem ismert) elemi töltés e, a mért töltések pedig q i. Belátható, hogy ha nem lenne mérési hiba, akkor sin( π )=0 miatt, a ( ) is igaz lenne. Tehát ha ebből e-re megoldva megkapjuk az elemi töltés értékét. A mérési hibáktól most eltekinthetünk, hiszen azok előjelesek, így jó közelítéssel kompenzálják egymást. Azonban a ( ) ( ) függvényben a szumma minden tagja pozitív, így x=e helyen valószínűleg minimuma lesz, és x e esetén a több éles minimum közül a legnagyobb lesz az elemi töltés helye.

4. Mérési adatok A mérési eredmények kiértékeléséhez szükséges adatokat az alábbi táblázat foglalja össze: kondenzátorlemezek távolsága (d) hőmérséklet (T) nyomás (p) levegő sűrűsége (ρ l ) olaj sűrűsége (ρ) 6 10-3 m 297 K 1.021 10 5 Pa 1.29 0.87 1.táblázat A környezet hőmérsékletének ismerete a levegő belső súrlódási együtthatójának hőmérséklettől való függése miatt fontos. Ez a következő képlettel, a Sutherland-formulával írható fel:,ahol η 0 =1.708 10-4 poise, C= 113 K, T 0 =273K és T a levegő abszolút hőmérséklete. A következő táblázatban az egyes cseppek mozgásának idejét, az ahhoz tartozó utat ( ez minden esetben a mikroszkóp nézőkéjén látható beosztás háromszorosa) és feszültségértéket írtuk fel: csepp út (beosztás) idő (s) tér nélkül E E feszültség (V) 1 3 27.48 6.84 12.09 595 2 3 39.27 8.73 15.72 595 3 3 46.44 10.38 15.68 595 4 3 35.65 7.175 10.225 595 5 3 39.69 9.99 19.86 595 6 3 63.55 22.125 30.50 595 7 3 45.96 9.99 19.86 590 8 3 61.53 13.38 18.09 590 9 3 35.70 8.43 30.87 592 10 3 32.10 5.67 6.90 596 11 3 27.51 5.49 8.83 594 12 3 25.458 5.91 6.60 594 13 3 40.425 11.225 15.425 594 14 3 36.00 8.58 12.99 596 15 3 29.568 6.72 10.41 597 16 3 25.458 6.87 14.46 598 17 3 31.47 7.62 13.25 595 18 3 48.225 13.075 15.65 590 19 3 76.40 20.45 33.45 593 20 3 49.09 10.23 21.69 592

21 3 22.23 9.35 12.84 592 22 3 36.825 12.475 24.30 592 23 3 37.54 9.41 15.32 592 24 3 26.94 7.29 10.17 597 25 3 57.15 12.30 15.575 593 26 3 52.47 10.71 14.25 591 2.táblázat Ezek után a mérés leírásban felhasznált összefüggések segítségével kiszámoltuk a töltésértékeket a cseppekre, és a felfelé illetve lefelé való mozgásoknál mért töltéseket átlagoltuk: csepp q (10-19 C) q (10-19 C) átlag (10-19 C) 1 4.51 4.84 4.675 2 3.01 3.08 3.045 3 2.38 2.67 2.525 4 9.51 9.63 9.57 5 3.04 3.18 3.11 6 3.62 4.00 3.81 7 2.51 2.26 2.385 8 1.633 1.99 1.8115 9 3.32 2.79 3.055 10 6.71 5.55 6.13 11 6.03 6.10 6.065 12 6.02 7.77 6.895 13 4.74 6.51 5.625 14 3.20 3.76 3.48 15 4.58 4.08 4.33 16 4.55 4.55 4.55 17 3.84 4.06 3.95 18 3.18 3.62 3.40 19 1.93 2.31 2.12 20 2.38 2.01 2.195 21 2.88 3.69 3.285 22 4.05 5.31 4.68 23 2.88 3.24 3.06 24 4.18 5.57 4.875 25 5.00 3.66 4.33 26 2.76 2.85 2.805 3.táblázat Az adatokat ábrázoltuk ( ) ( ) szerint, majd a legnagyobb minimum helyén (hiszen a többi minimum e/2, e/3,... értéket jelzi) leolvassuk a tengely értékét. Ennek alapján: ( )

2.ábra az ábrázolt függvény minimumhelyei A mérés hibáját a következő elgondolások alapján számítottuk: a távolságmérés során d hibája 0.05 mm, a sűrűségmérés hibája 6 nek becsültük. A pontatlanságot okozhatja a reakcióidő a mozgás megfigyelésénél, illetve a beosztás leolvasásának pontatlansága (ami 10-4 /3.75 méter). 5. Diszkusszió és felhasznált irodalom A pontatlanságok ellenére az elemi töltésre kapott érték meglepően megegyezik a szakirodalom által elfogadott értékkel, ahol e=1,602 176 487 10 19 C. Felhasznált irodalom: http://wigner.elte.hu/koltai/labor/parts/2jegyzet.pdf