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a) Der MILLIKAN-Versuch zeigt, dass die elektrische Ladung nur in ganzzahligen Vielfachen der Elementarladung \(e\) auftritt, die Ladung also gequantelt ist. b) Geladene Öltröpfchen aus einer Sprühflasche treten durch ein Loch in das homogene Feld eines Plattenkondensators. Die Spannung an den Platten kann variiert und umgepolt werden. Durch schräg einfallendes Licht wird das Kondensatorinnere beleuchtet. Der Ort der Tröpfchen kann mit einem Mikroskop, in dem man die Lichtreflexe von den Tröpfchen sehen kann, festgestellt werden. Durch geeignete Spannungswahl kann ein Tröpfchen zum Schweben bzw. zu gleichförmiger Auf- und Abbewegung gezwungen werden. c) Die elektrische Kraft muss nach oben gerichtet sein. Millikan versuch aufgaben mit lösungen. Bei einem positiven Teilchen muss also die untere Kondensatorplatte positiv und die obere negativ geladen sein. Das elektrische Feld zeigt in diesem Fall vertikal nach oben. d) Für den Schwebezustand gilt\[{F_{{\rm{el}}}} = {F_{\rm{G}}} \Leftrightarrow q \cdot E = m \cdot g \Leftrightarrow q = \frac{{m \cdot g}}{E} \Rightarrow q = \frac{{3, 3 \cdot {{10}^{ - 15}}{\rm{kg}} \cdot 9, 81\frac{{\rm{m}}}{{{{\rm{s}}^{\rm{2}}}}}}}{{10 \cdot {{10}^4}\frac{{\rm{V}}}{{\rm{m}}}}} = 3, 2 \cdot {10^{ - 19}}{\rm{As}} = 2 \cdot e\]
e) Bei den Versuchen war die beteiligte Ladung so groß, dass es gar nicht auffallen konnte, ob eine Elementarladung mehr oder weniger vorhanden ist.
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Der Versuch von MILLIKAN Mit einem völlig anderen Verfahren gelang es dem amerikanischen Physiker ROBERT ANDREWS MILLIKAN (1868-1953), in den Jahren 1909 bis 1913 erstmals die Elementarladung e relativ genau zu bestimmen. Er nutzte dazu die Tröpfchenmethode, der Versuch wird heute als MILLIKAN-Versuch bezeichnet. MILLIKAN erhielt für die Präzisionsmessung der Elementarladung 1923 den Nobelpreis für Physik. Das Prinzip des MILLIKAN-Versuches ist in Bild 1 dargestellt. Aufgaben zum Millikan-Experiment 367. In der skizzierten .... In ein senkrecht gerichtetes elektrisches Feld werden Öltröpfchen gesprüht, die sich durch Reibung aufladen. Sie werden durch ein Mikroskop mit einer senkrecht angebrachten Skala beobachtet. Liegt kein elektrisches Feld an, sinken die Tröpfchen unterschiedlich schnell nach unten. Nach Anlegen eines Feldes sinken einige Tröpfchen schneller, andere schweben oder steigen. Nach Umpolen der Spannung kehrt sich die Bewegungsrichtung um. Die quantitativen Zusammenhänge Bei schwebenden Tröpfchen sind Gewichtskraft und Feldkraft gleich groß.
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Die übrigen Größen in der Gleichung sind Stoffkonstanten bzw. ergeben sich aus dem Versuchsaufbau (Abstand der Platten d). Bei den Experimenten ergab sich: Die Ladungen der Tröpfchen häuften sich bei ganzzahligen Vielfachen der Ladung e = 1, 602 176 46 ⋅ 10 -19 C Das ist genau der Betrag der Elementarladung.
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Hinweis: Bei dieser Lösung von LEIFIphysik handelt es sich nicht um den amtlichen Lösungsvorschlag des bayr. Millikanversuch und Plattenkondensator. Kultusministeriums. a) Der Gewichtskraft halten die elektrische Kraft und die Auftriebskraft des Öltröpfchens im Medium Luft die Waage. b) Aus dem Kräftegleichgewicht von Gewichtskraft und elektrischer Kraft ergibt sich\[{F_{\rm{G}}} = {F_{{\rm{el}}}} \Leftrightarrow m \cdot g = E \cdot 2 \cdot e = \frac{U}{d} \cdot 2 \cdot e \Leftrightarrow m = \frac{U \cdot 2 \cdot e}{{d \cdot g}} \]Einsetzen der gegebenen Werte liefert\[m = \frac{{255{\rm{V}}\cdot 2 \cdot 1, 602 \cdot {10^{ - 19}}{\rm{As}}}}{{5, 00 \cdot {{10}^{ - 3}}{\rm{m}} \cdot 9, 81\frac{{\rm{m}}}{{{{\rm{s}}^{\rm{2}}}}}}} = 1, 67 \cdot {10^{ - 15}}{\rm{kg}}\]
c) Die Auftriebskraft \({{F_{\rm{A}}}}\) ist gleich dem Gewicht der verdrängten Luft.
Da die Tröpfchen aus einer Vielzahl von Atomen bestehen, ist die Wahrscheinlichkeit sehr gering, dass sie nur eine einzige Elementarladung tragen. Um dennoch die Größe der Elementarladung herauszufinden, müssen wir das Experiment viele Male wiederholen und immer unterschiedliche Tröpfchen beobachten, die unterschiedlich stark geladen sind. Mithilfe eines Diagramms können wir dann die Elementarladung bestimmen. Millikan-Versuch – Diagramm
Um das Experiment auszuwerten, müssen wir ein Diagramm erstellen, indem wir die Ladung der einzelnen Tröpfchen auf der y-Achse auftragen. Auf der x-Achse tragen wir den Teilchenradius ein. Millikan-Versuch: Abbildung, Formeln & Übungen. Ein Diagramm für um die $50$ Versuche sieht in etwa wie folgt aus:
Auf der y-Achse ist die Ladung $Q$ der einzelnen Tröpfchen in Coulomb eingezeichnet, auf der x-Achse der Radius $r$ in Metern. Nach einer ausreichenden Zahl an Messungen können wir das gezeigte Muster erkennen: Die Ladungen $Q$ der Tröpfchen scheinen sich um bestimmte Messwerte zu gruppieren, die immer gleiche Abstände zueinander haben.
Elementarladung – gibt, und er konnte diese als erster relativ genau bestimmen. Grundgedanke und Versuchsaufbau zum Millikan-Versuch
Wenn man Öl zerstäubt, erhält man winzige Tröpfchen, die durch den Vorgang des plötzlichen Teilens elektrisch geladen werden (positiv oder negativ). Ein Öltröpfchen fällt unter dem Einfluss der Schwerkraft nach unten, wird aber durch die Reibung in der Luft abgebremst, so dass die Fallgeschwindigkeit klein bleibt – genauso, wie sehr feine Regentropfen nur sehr langsam nach unten fallen. Die Reibungskraft ist von der Geschwindigkeit abhängig. Millikan versuch aufgaben lösungen kursbuch. Je größer die Fallgeschwindigkeit wird, umso größer ist die Reibungskraft. Ist die Reibungskraft so groß wie die Gewichtskraft, heben sich beide Kräfte auf, und das Tröpfchen wird nicht weiter beschleunigt, sondern bewegt sich mit konstanter Geschwindigkeit weiter. Öltröpfchen beim Fallen in Luft (ohne elektrisches Feld):
Nach einer sehr kurzen Beschleunigungsphase führt das Öltröpfchen eine gleichförmige Bewegung aus (v 0 = konst.
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