Millikan-kísérlet 2− Mérések ismert tömegű olajcsepp esetén

Author:Éder Ottó, Melinda Banko, Éder Ottó, Istvan Muskovits

Feladatod az olajcseppek sebességének megmérése, majd eredményeid alapján a cseppek sugarának és töltésének kiszámítása.

1. feladat

A képernyő bal oldalán az olajcseppek megfigyelésére szolgáló mikroszkóp látóterét figyelheted meg. Indítsd el a szimulációt a vezérlőpanelen található Toolbar Image gombbal! a) Mit tapasztalsz? b) A mikroszkóp lencséjén egy skála található, melynek segítségével megmérhető a csepp sebessége. Hogyan?

2. feladat

A megfelelő jelölőnégyzetet kiválasztva (Erőösszetétel) a mikroszkóp látóterének helyén megjelenik a kísérleti összeállítás rajza. Azonosítsd az olajcseppre ható erőket! a) Mit jelöl a sárga nyíl (? b) Mit jelöl a lila nyíl ()? Milyen irányú? c) A feszültséget bekapcsolva (válaszd a megfelelő jelölőnégyzetet!) a vektorábrán megjelenik egy piros nyíl is (. Mit jelöl a piros nyíl? d) Mit mondhatunk a cseppre ható erőkről, és ezek hatására hogyan mozog az olajcsepp?

3. feladat

Indítsd újra a szimulációt a Szimuláció újraindítása gomb megnyomásával és kapcsold ki a feszültséget a megfelelő jelölőnégyzet segítségével! (Ha változtattál a feszültség értékén a csúszka segítségével, állítsd az értékét –210 V-ra a kikapcsolás előtt!) Indítsd el a szimulációt a Toolbar Image gombbal! a) Kapcsold be a feszültséget és figyeld meg, mi történik! Magyarázd meg a látottakat! b) Mit kell tenned, ha lejátszáskor szeretnéd megfordítani az olajcsepp mozgását? c) Hogy tudod az olajcsepp mozgását felgyorsítani?

4. feladat

Add meg az erők nagyságát! a) Hogyan számíthatjuk ki az olajcseppre ható gravitációs erő nagyságát? b) Hogyan számíthatjuk ki az olajcseppre ható felhajtóerő nagyságát? c) Hogyan számíthatjuk ki az nagyságát? d) Mit tanultál a közegellenállási erőről? Hogyan számíthatjuk ki az nagyságát? e) Hogyan számíthatjuk ki az nagyságát?

5. feladat

Írd fel a megfelelő összefüggéseket! a) Írd fel a csepp térfogatát és sugarát a csepp tömegének és sűrűségének ismeretében. b) U ≠ 0 esetben a csepp egyenletes emelkedésekor mit mondhatunk a cseppre ható erőkről? Helyettesítsd be az erőkre felírt összefüggéseket! c) Add meg ezek alapján a csepp töltését!

6. feladat

Végezz méréseket és számításokat a Felhasználói leírásban ismertetett módon!

7. feladat

Figyeld meg a kapott grafikonon a töltések abszolút értékeit! Mit vehetünk észre a cseppek töltésével kapcsolatosan?

Felasználói leírás

Az adatok beírásánál tizedesvessző helyett pontot használjunk! Ha pontosan számoltunk (három értékes számjegy pontossággal), a beírt érték zöld színűre, egyébként piros színűre változik. A program csak a számítások eredményét ellenőrzi, a mérések eredményeit nem. A mérések során megállapodunk abban, hogy csak felfelé haladó cseppekre végezzük el a mérést, hogy számításaink során v értékeinél az előjelek használatától eltekinthessünk. A mérés menete: 1. Állítsuk be a vizsgálandó olajcsepp tömegét a megfelelő csúszka segítségével! 2. Állítsuk be a méréshez használandó feszültség értékét és előjelét (a megfelelő jelölőnégyzet és csúszka segítségével) úgy, hogy az olajcsepp felfelé mozogjon a mikroszkóp lencséjének beosztása előtt, majd írjuk be előjeles értékét a táblázatba! 3. Válasszunk ki két tetszőleges beosztást, amelyek között a csepp mozgását figyelni szeretnénk, és a két beosztás s távolságát írjuk be a táblázatba! A vékonyabb vonalak egymástól való távolsága 0,1 mm-nek felel meg (így két vastagabb vonal távolsága 0,5 mm). 4. Mérjük meg, mennyi idő alatt teszi meg a csepp a választott két beosztás közti távolságot, és írjuk be a táblázatba! 5. Számítsuk ki és írjuk be a táblázatba a csepp sebességének értékét három tizedes pontossággal! 6. Számítsuk ki a beállított csepptömeghez tartozó térfogatot és sugarat! Írjuk be a táblázatba a kapott sugárértéket

-ben két tizedes pontossággal! 7. Számítsuk ki az U, R, V és v értékekkel a csepp töltését, és írjuk be a táblázatba a kapott eredményt egy tizedes pontossággal! Eredményünket a táblázatba beírva a töltés abszolútértéke ábrázolódik a grafikonon. 8. A Szimuláció újraindítása gomb lenyomásával (ilyenkor az időmérő automatikusan nullázódik) lehetőségünk van más (tömegű) olajcseppekre is elvégezni a mérést és a számításokat. A Mérés újraindítása gomb lenyomásával az eddigi táblázatbeli értékek törlődnek. A számításoknál használt állandók értékei: - Az olaj(cseppek) sűrűsége:

- A levegő sűrűsége:

- A levegő viszkozitása:

- A nehézségi gyorsulás:

- A kondenzátorlemezek távolsága:

- A mikroszkóp lencséjének skáláján a vékonyabb vonalak egymástól való távolsága 0,1 mm-nek felel meg (így két vastagabb vonal távolsága 0,5 mm).