Referat über Millikan-Versuch < Physik < Naturwiss. < Vorhilfe
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(Frage) beantwortet  | | Datum: | 00:59 Sa 12.08.2006 | | Autor: | oli_k |
Ich habe diese Frage in keinem Forum auf anderen Internetseiten gestellt.
Hallo,
muss nächsten Freitag im Physik LK 12 ein Referat über den Millikan-Versuch halten. Wir haben gerade mal 3 Stunden gehabt, somit sind die Vorkenntnisse im Bereich elektrische Felder recht gering. Hab mich sehr intensiv mit dem Thema befasst, so würde ich den Versuch in eigenen Worten knapp beschreiben (wie ich es einem Mitschüler erklärte):
plattenkondensator, horizontal aufgestellt - oben plus unten minus.. da hauen die seeeehr kleine öltropfen rein, die man nur per seitlich einfallendem licht unter mikroskop erkennen kann...
durch das zerstäuben sind en paar positiv, en paar negativ un en paar neutral geladen (ladungstrennung/ionisierung durch auseinanderfetzen) -> demnach fallen die positiven runter zum - pol, die neutralen aufgrund der schwerkraft nach unten un die negativen zum + pol nach oben... somit muss die kraft vom plus pol die schwerkraft ausgleichen, damit der tropfen genau in der mitte schwebt.. so jetzt haben wir schonma schwebende öltropfen in der mitte, die jeweils entweder die ladung e haben, oder vielfache davon wie 3e oder 4e, wenn mehrere elektronen zusammen in einem tropfen sind...
anschliessend mit zig formeln un umformungen anhand von spannung, dichte radius laber laber erhält man die ladung der elektronen.. also vielfache davon wie z.b. 3,2 , 6,4 , 8,0 , 9,6 usw., je nach anzahl der elktronen in einem tropfen... danach kann man auf die ladung e=1,6 schliessen, da das alles vielfache von 1,6 sind...
also das prinzip hab ich verstanden, nur mit den ganzen formeln tue ich mich noch sehr schwer...
einige fragen:
Was ist die Coulombkraft FC = q*E ?
Was ist die Stokes'sche Reibungskraft für eine Kugel FStokes = 6*pi*r*"n"*v
Was sollen die jeweiligen Kräftegleichgewichte (z.B. Kräftegleichgewicht FG - Fauf - FStokes = 0) genau bedeuten ?
Wie komm ich dann überhaupt auf so für mich total unverständliche Formeln wie z.b. r = Wurzel ((9*"n"*v) / 2pg)
Ab der Ladungsbestimmung versage ich mit meinem VOrwissen dann völlig...
Habt ihr irgendwelchen guten Erklärungen, mit denen ihr mir die Formeln und Herleitungen näher bringen könnt? Denke, dass ich das eigentlich noch gar nicht wissen kann, zu Beginn der 12.. Auf jeden Fall muss ich das meinem LK irgendwie beibringen... Bin echt am Verzweifeln..
Vielen Dank, Oli!
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(Antwort) fertig  | | Datum: | 10:16 Sa 12.08.2006 | | Autor: | Infinit |
Hallo Oli,
den ersten Teil des Milikan-Versuchs, bei dem man die Öltröpfchen zum Schweben bringt zwischen den Kondensatorplatten, hast Du schon, wenn auch etwas leger, beschrieben.
Die Coloumb-Kraft wirkt auf ein geladenes Teilchen in einem elektrischen Feld und bewegt dieses Teilchen, zumindest im Vakuum, zu derjenigen Kondensatorplatte, die die entgegengesetzte Ladung des Teilchens aufweist. Schwebt das Teilchen, so heben sich die Coulombkraft und die Gravitationskraft gerade auf.
Jetzt kann man natürlich in einem weiteren Versuch die Spannung an den Kondensatorplatten erhöhen (positiv geladene Platte oben), so dass sich negativ geladene Teilchen, die vorher schwebten, auf den Weg zur oberen Kondensatorplatte begeben. In einem nicht luftleeren Raum passiert dies mit einer gewissen konstanten Geschwindigkeit und es entsteht dabei durch die Reibung zwischen dem Teilchen und dem Medium, in dem es sich bewegt, die Stokesche Reibungskraft. Wie sieht hier das Kräftegleichgewicht aus? Nun, die Coulomb-Kraft wirkt nach oben, die Gravitationskraft nach unten, die Stokesche Reibungskraft ist der Bewegung des Teilchens entgegengesetzt und wirkt demzufolge auch nach unten.
Polt man nun das Feld des Kondesators um, so begibt sich das Teilchen auf die Reise nach unten, und das mit einer größeren Geschwindigkeit als beim Aufsteigen, da nun Coulomb-Kraft und Gravitationskraft in einer Richtung wirken, nämlich nach unten. Die Stokesche Reibungskraft ist wieder der Bewegung entgegengesetzt und zeigt demzufolge nach oben.
Aus diesen drei Versuchsbedingungen (Schweben, Bewegen nach oben, Bewegen nach unen) lässt sich aus den gemessenen Werten der Geschwindigkeiten so ziemlich alles berechnen, bis auf die Unbekannten r und q, den Radius und die Ladung der bewegten Teilchen. Um r zu bestimmen, kommt das Mikroskop ins Spiel, man misst den Durchmesser dieser Teilchen und dann lässt sich demzufolge auch die Ladung q berechnen, die, je nach Größe des Teilchens, verschiedene Vielfache der Elementarladung beträgt.
Da ich zu faul zum Zeichnen war, habe ich etwas im Internet gestöbert. Als Ergänzung zu meiner verbalen Beschreibung findest Du passende Bilder unter
![[]](/images/popup.gif) http://leifi.physik.uni-muenchen.de/web_ph12/versuche/01millikan/antw3.htm
Hoffe, das Ganze ist jetzt etwas klarer für Dich.
Viele Grüße,
Infinit
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Die gegebene Antwort ist schon ziemlich korrekt.
Nur ein kleiner Fehler: Der Radius der Tröpfchen wird nicht mit dem Mikroskop bestimmt. Dafür sind sie zu klein und wirbeln zu sehr hin und her, du bekämst sie gar nicht scharf gestellt.
Das Mikroskop dient nur zur Beobachtung der Bewegung. Es enthält eine Skala (quasi ein Lineal), mit dem die Geschwindigkeit bestimmt wird. Du siehst die Tröpfchen wirklich nur als leuchtende Punkte.
Nochmal schnell zu den Formeln:
[mm] $F_C=q*E$ [/mm] mit [mm] $E=\bruch{U}{d}$ [/mm] ist die Coloumbkraft, also die Kraft, die der Kondensator ausübt.
[mm] $F_g=m*g=\bruch{4}{3}\pi r^3*\rho*g$ [/mm] ist die Gravitation, die auf eine Kugel der Dichte [mm] \rho [/mm] wirkt.
[mm] $F_S=6*\pi*r*v*\eta$ [/mm] ist die Reibungskraft, die die Kugel in der Luft sieht. [mm] \eta [/mm] ist dabei die Viskosität.
Im Schwebezustand gilt nun [mm] $F_C=F_g$. [/mm] In dieser Gleichung hast du die Unbekannten q und r, alles andere läßt sich einstellen / messen / nachschlagen. Hiermit läßt sich (noch) nicht viel anfangen.
Also erstmal der Fall ohne Spannung: Die Tröpfchen werden durch die Gravitation nach unten gezogen, die Reibung wirkt entgegen, und zwar so, daß eine gleichmäßige Geschwindigkeit entsteht. Es gibt keine weitere Beschleunigung! Also [mm] $F_g=F_s$
[/mm]
[mm] $\bruch{4}{3}\pi r^3*\rho*g=6*\pi*r*v*\eta$ [/mm] Da die Geschwindigkeit gemessen wird und auch alles andere bekannt ist, kannst du hieraus r bestimmen. Du kannst das nach r auflösen, das ergibt deine unverständliche Formel. Du solltest dir darunter nichts vorstellen, es ist einfach nur eine Formel, die dir den Radius des Tröpfchens liefert. Diesen kannst du jetzt oben, in den "Schwebefall" einsetzen, und dann den Schwebefall nur nach q auflösen. Damit hättest du deine Lösung schon.
Statt der "SChwebegleichung" könntest du jetzt auch eine Gleichung für steigende Teilchen aufstellen, und damit zusammen mit der "Fallgleichung" arbeiten. Dies hat den Vorteil höherer Präzision, und ergibt alles in allem eine sehr viel einfachere Gleichung.
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(Frage) beantwortet | | Datum: | 12:18 Sa 12.08.2006 | | Autor: | oli_k |
Hallo,
danke, das hat mir schon sehr geholfen - Allerdings noch ein paar Unklarheiten:
Was wird bei der Coloumbkraft mit d beschrieben? Der Abstand der Kondensatorplatten?
Warum gilt [mm] F_{g} [/mm] = [mm] F_{s} [/mm] , wenn das Teilchen langsam nach unten geht? Wäre dann nicht [mm] F_{g} [/mm] > [mm] F_{s} [/mm] ?
Wenn ich alles bis auf q habe, welche Gleichung meinst du dann mit "Schwebegleichung", die ich dann umstellen muss?
Den Rest habe ich verstanden, dass mit den beiden anderen Gleichungen lasse ich erstmal außen vor ("Steigleichung" / "Fallgleichung").
Vielen Dank für eure Hilfe,
Oli.
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(Antwort) fertig | | Datum: | 14:26 Sa 12.08.2006 | | Autor: | ONeill |
Hy!
Ja es gilt $ [mm] F_{g} [/mm] $ = $ [mm] F_{s} [/mm] $
Körper (oder Teilchen) behalten ihren gegenwärtigen Bewegungszustand bei, wenn keine Kraft auf sie wirkt.
Wenn nun $ [mm] F_{g} [/mm] $ = $ [mm] F_{s} [/mm] $ heben sich beide Kräfte auf==> es wirkt keine Kraft auf den Tropfen.
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Genau, vielleicht auch so:
Die Summe aller Kräfte ergibt die Beschleunigungskraft, also m*a, gibt also an, wie ein Körper immer schneller (oder langsamer) wird. Wenn du die Spannung ausschaltest, werden die Tropfen anfangen, immer schneller nach unten zu fallen, weil die Gewichtskraft ja die ganze Zeit wirkt. Die Stokes'sche Reibungskraft wirkt gleichzeitig abbremsend, und zwar stärker, je schneller der Körper ist. Es stellt sich ein Gleichgewicht ein, sodaß die Tropfen mit KONSTANTER Geschwindigkeit fallen / steigen. Das heißt aber, sie beschleunigen nicht, m*a=0, also muß auch die Summe der einzelnen Kräfte 0 sein.
Und nochmal: Hinter den ganzen Formel steckt nur Mathematik. Das anfängliche, was ich auch bereits geschrieben habe, hat eine physikalische Bedeutung, ja. Wenn du dann aber anfängst zu rechnen bekommst du Terme, die du dir besser nicht versuchst, anschaulich vorzustellen. Akzeptier einfach, was die Mathematik dir liefert, daß der komische Term dir den Radius gibt.
So ist es meistens, man beginnt mit was physikalischem und den zugehörigen Formeln, und dann kommt nur noch Mathematik, das physikalische verschwindet dann erstmal für ne Weile.
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(Frage) beantwortet | | Datum: | 20:35 Sa 12.08.2006 | | Autor: | oli_k |
Ok, vielen Dank.
Welche der Formeln muss ich denn nun nach q umstellen, welche meinst du also mit der "Schwebegleichung"?
Danke, Oli
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Na, das habe ich doch geschrieben. [mm] $F_C=F_g$
[/mm]
Also [mm] $q\bruch{U}{d}=\bruch{4}{3}\pi r^3\rho [/mm] g$
Also einfach den Bruch nach rechts bringen. Und das r wird dann duch den Versuch ohne Spannung bestimmt.
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(Mitteilung) Reaktion unnötig  | | Datum: | 22:38 Sa 12.08.2006 | | Autor: | oli_k |
Ok, dann kann das Referat ja kommen! Habe alles verstanden, vielen Dank!!
Oli
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