[부산대] 물리학도를 위한 물리실험3, 밀리컨 유적 실험

목차

1. 실험목적
2. 실험이론
3. 실험장치
4. 실험방법
5. 질문

본문내용

1. 실험목적
대전된 기름방울을 균일한 자기장 속에서 운동시켜 관찰된 운동으로부터 기름방울의 전하를 직접 측정하고, 측정한 전하가 전자 전하의 정수배라는 사실로부터 전자 하나의 전하를 구한다.

2. 실험이론
* 배경
전하는 임의의 양으로 나타나는 것이 아니라 기본전하의 배수로 나타난다. 이 사실을 결정하기 위해서 고안된 많은 실험장치 가운데 고전적인 것의 하나가 밀리컨이 고안한 것인데 그는 금세기 초의 수년간에 걸쳐서 소위 기름방울실험으로 알려져 있는 실험을 행하였다. 한 대전입자가 가지고 있는 전하량은 일정한 크기의 전기장 안에서 그 입자가 받는 힘들의 관계를 이용하여 측정할 수 있다. 전자의 전하를 결정하고자 하는 밀리컨 유적실험이 성공하려면 이같이 작은 크기의 힘을 측정할 수 있어야 한다. 이 실험에서는 전하를 띤 질량이 10-12 g 정도인 유적(기름방울)의 운동을 중력과 전기장의 영향 하에 관측한다. 전기장이 없는 상태에서 공기 중에서 유적이 떨어지는 속도를 측정하고 이에 스토크의 법칙을 적용하여 유적의 질량을 계산할 수 있다. 다음으로 전기장을 가한 후 이의 영향으로 유적이 부상하는 속도를 측정하여 유적에 작용하는 전기장의 힘, 그리고 이에 비례하는 유적의 전하를 계산할 수 있다.
한 유적에 작용하는 힘을 분석하여 유적이 가지고 있는 총 전하량을 결정하는데 필요한 공식을 찾을 수 있다.

* 전자의 전하량을 계산하는 다른 방법
아래 그림 1 (a)은 공기 중에서 낙하하는 유적이 종단속도(terminal velocity)에 달하였을 때 유적에 작용하는 힘을 보여 준다.(참고: 최종속도는 이 실험에서 이용되는 유적의 경우 몇 millisecond만에 도달한다.)
그림 1 (a)에서v는 낙하속도이고 F(=Cv, C:비례상수)는 공기와 유적사이의 마찰력, m은 유적의 질량, 그리고 g는 중력상수이다.

참고 자료

없음