Millikan-kísérlet 3− Ismeretlen tömegű olajcsepp esete

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

Feladatod az olajcsepp sebességének megmérése elektromos térben és anélkül is, majd eredményeid alapján a csepp 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 hogyan mozog az olajcsepp a rá ható erők hatására?

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 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) U = 0 esetben a csepp egyenletes v₁ sebességgel süllyedésekor mit mondhatunk a cseppre ható erőkről? Helyettesítsd be az erőkre felírt összefüggéseket! b) Az előző összefüggés alapján add meg a csepp sugarát sebességének és sűrűségének ismeretében! c) U ≠ 0 esetben a csepp egyenletes v₂ sebességgel emelkedésekor mit mondhatunk a cseppre ható erőkről? Helyettesítsd be az erőkre felírt összefüggéseket! d) Add meg ezek alapján a csepp töltését!

6. feladat

Végezz méréseket és számításokat a Felhasználói leírásban ismertetett módon!

Felhasználói leírás

Az adatok beírásánál tizedesvessző helyett pontot használjunk. Ha pontosan számoltunk, a beírt érték zöld színűre, egyébként piros színűre változik. A program csak a számítások eredményét ellenőrzi, a mérések eredményeit nem. Fontos, hogy egy adott méréssorozat során ugyanazzal a cseppel végezzük a méréseket, így ne indítsuk újra sem a mérést, sem a szimulációt! A mérés menete: 1. Indítsuk el a szimulációt a gombbal és várjuk meg, míg a csepp a mikroszkóp lencséjének beosztása előtt mozog! 2. 2.1. Válasszunk ki két tetszőleges beosztást, amelyek között a csepp mozgását figyelni szeretnénk, és a két beosztás s távolságát írjuk be az első táblázatba! A vékonyabb vonalak egymástól való távolsága 0,1 mm-nek felel meg (így két vastagabb vonal távolsága 0,5 mm). 2.2. Mérjük meg, mennyi idő alatt teszi meg a csepp a választott két beosztás közti távolságot és írjuk be az első táblázatba! 2.3. Számítsuk ki és írjuk be az első táblázatba a csepp sebességének értékét három tizedes pontossággal! 2.4. Számítsuk ki az ehhez a sebességhez tartozó cseppsugár értékét, és írjuk be az első táblázatba a kapott eredményt

-ben, két tizedes pontossággal! 3. Ismételjük meg a csepp sebességének mérését még kétszer a 2. pontban ismertetett módon! Ekkor a kapott sugárértékek

átlaga megjelenik az első táblázat megfelelő cellájában, valamint a második táblázat R oszlopában. 4. 4.1. Állítsuk be a méréshez használandó feszültséget (a megfelelő jelölőnégyzet és csúszka segítségével) úgy, hogy az olajcsepp felfelé mozogjon, majd írjuk be előjeles értékét a második táblázatba! (Megállapodunk abban, hogy csak felfelé haladó cseppekre végezzük el a mérést, hogy számításaink során v₂ értékeinél az előjelek használatától eltekinthessünk.) 4.2. Válasszunk ki két tetszőleges beosztást, amelyek között a csepp mozgását figyelni szeretnénk, és a két beosztás s távolságát írjuk be a második táblázatba! 4.3. Mérjük meg, mennyi idő alatt teszi meg a csepp a választott két beosztás közti távolságot és írjuk be a második táblázatba! 4.4. Számítsuk ki és írjuk be a második táblázatba a csepp sebességének értékét három tizedes pontossággal! 4.5. Számítsuk ki a kapott R és v₂, valamint a beállított U értékekkel a csepp töltését és írjuk be a táblázatba a kapott eredményt egy tizedes pontossággal! 5. Végezzük el a méréseket és a számításokat más feszültségértékek beállításával is! A kapott töltések

átlagértékét az első táblázat felett láthatjuk. A Mérés újraindítása gomb lenyomásával az eddigi táblázatbeli értékek törlődnek, és lehetőségünk van más olajcseppekre is elvégezni a mérést és a számításokat. A felhajtóerő:

, ahol

a levegő sűrűsége. A számításoknál használt állandók értékei:

Az olaj(cseppek) sűrűsége:
A levegő sűrűsége:
A levegő viszkozitása:
A nehézségi gyorsulás:
A kondenzátorlemezek távolsága: