Способ определения заряда электрона

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 9) Я,/18 1)5 О 09 ЕНИ К АВТОРСКОМУ на кап- осущеен ного конце ием на осу щесооб- О и при ого заряда. ойство для ления заря- дена схема скопа, освеО ения напряерезарядки условия об- условия куда Е 1 = гпд/ц,ли;е свободного пали,ед = Е 1 ц. от где щ- масса капд - ускорени о - заряд кап ния; ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР СДНИЕ ИЗО(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАРЯДАЭЛЕКТРОНА(57) Изобретение относится к общей физикеи может быть использовано в лабораторномпрактикуме по курсу "Электричество". Изобретение относится к общей физике и может быть использовано в лабораторном практикуме по курсу "Электричество",Известен способ определения заряда электрона, включающий введение заряженной капли жидкости между заряженными пластинами, многократное определение скорости движения капли между пластинами при различной величине электрического заряда на капле 1,Недостатком этого способа является значительная трудоемкость проведения измерений, особенно в лабораторном практикуме курса общей физики.Целью изобретения является снижение трудоемкости измерений,Поставленная цель достигается тем, что в способе определения заряда электрона, включающем введение заряженной капли жидкости между заряженными пластинами, многократное определение скорости движения капли между пластинами при различ, 17 б 4075 Целью изобретения является снижение трудоемкости измерений, Поставленная цель достигается тем, что в способе определения заряда электрона, включающем введение заряженной капли жидкости между заряженными пластинами и многократное определение скорости движения капли между пластинами при различной величине электрического заряда на капле, определение скорости движения осуществляют путем фиксации пути, пройденного каплей за заданное время, при этом в конце пути каплю останавливают воздействием на нее электрического поля, после чего осуществляют повторение измерений при сообщении капле иного электрического заряда. 2 ил,ной величине электрического заряда ле, определение скорости движения ствляют путем фиксации пути, пройд каплей за заданное время, при этом пути каплю останавливают воздейств нее электрического поля, после чего ствляют повторение измерени щении капле иного злектричесНа фиг,1 изображено уст осуществления способа опреде да электрона; на фиг.2 прив взаимного расположения микро тителя и объекта наблюдения,Установление первого знач жения поля Е 1 после каждой выбранной капли производят и щей остановки капли, то есть ипосле чего второе значение напряженности поля Ег поддерживают постоянным,например равным нулю, разрешая каплесвободно падать в течение фиксированногопромежутка времени, по истечение которого вновь устанавливают значение напряженности Е 1, чтобы капля вновьостановилась. При этом определение скорости движения капли для Ег производят поизмеренному пути, пройденному каплей за 10фиксированный промежуток времени т между двумя последовательными остановками,Существенными особенностями заявленного способа является создание послекаждой перезарядки капли режимов остановки капли, ее свободного падения и переключения напряженности поля. Этирежимы позволяют остановить каплю в конце пути, вернуть ее в исходную точку и затемвновь проводить экспериментс этой же каплей,Способ основан на описании движениязаряженных капель в присутствии электрического и гравитационного полей в конденсаторе с воздушной средой между 25пластинами. На каплю радиуса г и плотности р действуют сила гравитации, равная- туг р Ч, сила электрического поля ЧЕ и4 33сила вязкого трения -6 л гЧ, где д - 30коэффициент вязкости воздуха, Ч - скорость движения капли, Уравнение движениякапли имеет вид:- г г р - = - г г рЧ + Ч Е -4 з ОЧ 4 33 бс 3 35- 6 л туг Ч, (1)Решая дифференциальное уравнениеметодом разделения переменных, получим:Ч =Ч (1-(1 - Ч)Ъ (2) 40Ч,где Чо - скорость капли для момента временит=О,Ч - скорость установившегося движения, равная 452 Р,а г+ ЧЕ (3)Д д 6 д 1 у г2 Гггде г -- постоянная времени ус 9тановления скорости. 50Радиус г и заряд Ч являются неизвестными и определяются из опыта. Для этогоизмеряют скорости падения Ч 1 и Чг одной итой же капли при двух значениях напряженности Е 1 и Ег с учетом вышесказанного из 55выражения (3) получим два уравнения:ч, 2 Е ,Ц 22 Я9 + ц е 29 д бд д гРешая систему (4), получим выражения для г и Ч в общем случае:(8) Проводя перезарядку капли и каждый раз определяя ее заряд описанным выше способом, получают множество значений электрических зарядов капли Чь вообще говоря, разные, В случае существования элементарного электрического заряда эти значения должны подчиняться условию дискретности:Ч =/е/д, (9) где д - число нескомпенсированных элементарных зарядов на капле, е - заряд электрона, который является наибольшим общим делителем всех зарядов.На фиг,1 изображено устройство для осуществления способа определения заряда электрона; на фиг.2 приведена схема взаимного расположения микроскопа, осветителя и обьекта наблюдения.Устройство содержит камеру 1, пластины плоского конденсатора 2, отверстие 3 в верхней пластине конденсатора 2, кварцевое окно 4 в нижней пластине конденсатора 2, распылитель 5, капли 6 в зоне наблюдения между пластинами конденсатора 2, окно 7 в боковой поверхности камеры 1, микроскоп (МПБ) 8, искровой ионизатор 9, патрубок 10 для подачи капель от распылителя 5 в отверстие 3 в верхней пластине конденсатора 2, блок управления 11, цифровой вольтметр (В 7-16) 12, измеритель времени (ССЭШ) 13,Схема взаимного расположения микроскопа, осветителя и объекта наблюдения - капель включает:камеру 1, 7 и 14 - застек5 10 15 25 30 35 40 45 50 ленные окна боковых стенок камеры 1, осветитель (ОИМ) 15, микроскоп (МПБ) 8, капли б,Движение капли в зоне наблюдения между двумя параллельными пластинами конденсатора 2 контролируется через измерительный микроскоп 8, Капля 6 с помощью распылителя 5 через патрубок 10 и отверстие 3 в верхней пластине конденсатора 2 подается в зону наблюдения. В нижней пластине конденсатора 2 имеется кварцевое окно 4, служащее для прохождения ультрафиолетового излучения от ионизатора 9. Пластины конденсатора 2 заключены в металлический кожух для исключения влияния движения воздуха окружающей среды на движение капель 6 и защиты от внешних электрических полей. Камера имеет застекленные окна 14 и 7 для прохождения пучка 20 света от осветителя 15 и наблюдения за движением капель 6 с помощью микроскопа 8. Так как оси осветителя микроскопа 8 расположены под углом ЗОО, то свет в микроскоп 8 попасть не может, При появлении капель б в зоне наблюдения происходит рассеяние света каплями б, позволяющее наблюдать капли 6 на темном фоне, Пролетая от распылителя 5 до зоны наблюдения, многие капли 5 оказываются заряженными в результате трения о воздух. Значения радиусов капель 6 и их зарядов могут находиться в очень широком диапазоне. Задача экспериментатора - выбрать такую каплю 6, которая имеет как можно меньший заряд, но не слишком малую массу, чтобы пренебречь броуновским движением по сравнениюю с нап равлен н ым. Каплю 6 останавливают, подавая на пластины конденсатора 2 напряжение 01. С помощью окулярной шкалы микроскопа 8 фиксируют координату Х 1 выбранной капли б. Затем включается напряжение О и капля 6 начинает движение, По истечении фиксированного промежутка времени на пластины конденсатора 2 подают прежнее напряжение, Капля 6 останавливается вновь в точке с координатой Х 2, которую определяют с помощью окулярной шкалы микроскопа 8, Затем меняют заряд капли б с помощью ионизатора 9, о чем судят по появлению движения капли,В качестве конкретного примера выполнения предложенного способа измерения заряда электрона проведем измерения наописанной выше установке, Расстояниемежду пластинами конденсатора 2 составляет 0,22 см. После настройки освещенияот осветителя 15, позволяющего видеть капли 6, настройки на резкость окуляриой шкалы микроскопа 8, были осуществленыследующие режимы:1, Выбор капли 6 и установление напряжения 01, необходимого для остановки капли 6. Измерение координаты Х 1.2. Режим свободного падения, Капля 6падает в присутствии поля, которое отключается на время т = 8,6 с.3. Время измерения пути, пройденногокаплей 6, производится измерителем времени 13.4, По истечении времени с напряжениеуменьшается до нуля, после чего на пластины конденсатора 2 вновь подается напряжение Е 1, необходимое для остановкикапли 6. Измеряют координату Х 2 за фиксированный промежуток времени,4. Пе реза рядка капли 6 с помощьюионизатора 9. Под действием ультрафиолетовых лучей капля 6 меняет заряд и начинает двигаться. Устанавливая напряжение 01,добиваются остановки капли 6.5, Повторяют операции по пунктам 1 -4 многократно для набора статистики.За один час работы по новой методикеснимают до 70 замеров без особого напряжения органов зрения, По способу-прототипу для выполнения такого же числа замеровтребовалось приблизительно в 5 раз больше времени,Формула изобретения Способ определения заряда электрона, включающий введение заряженной капли жидкости между заряженными пластинами, многократное определение скорости движения капли между пластинами при различной величине электрического заряда на капле, отл ич а ющийся тем,что, с целью снижения трудоемкости, определение скорости движения осуществляют путем фиксации пути, пройденного каплей за заданное время, при этом в конце пути каплю останавливают воздействием на нее электрического поля, после чего осуществляют повторение измерений при сообщении капле иного электрического заряда,Составитель Н,ИсаевТехред М.Моргентал Корректор И Муска Редактор Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 Заказ 3459 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5