일반물리학실험 | 밀리컨 기름 방울 실험 - Millican Oil Drop

 

 

 

TIP

 

 

1. 대전된 기름방울을 균일한 전기장 속에서의 운동으로부터 기름방울의 전하를 직접 측정하, 측정한 전하가 전자 전하의 정수배라는 사실로부터 전자의 전하를 구한다.
2. 밀리컨 유적실험을 실제로 수행 함으로써 기본전하(전자의 전하)를 측정해 보고, 또한 그 기본전하가 양자화 되어있다는 것을 확인함으로써 양자화를 실험적으로 확인해 본다. 

 

 

 

밀리컨의 기름방울 실험에 대한 역사적인 배경

1897년 J.J.Thomson은 약 1840회에 걸친 측정을 통해 수소원자 보다 작은 질량을 가진 음으로 대전된 미립자 (그는 corpuscles 라 불렀다. 그리고 이것은 ‘음극선’이라 번역 된다.)를 발견 하였다. 이와 비슷한 결과는 George FitzGerald와 Walter Kaufmann 에 의해서도 발견 되었다. J.J.Thomson은 이후 e/m (전하 대 질량의 비)를 계산하고 전자의 존재를 입증한 공로로 1906년에 노벨 물리학상을 수상하게 되었다. 하지만 아직까지는 이러한 실험을 통해 얻은 기본전하가 ‘연속적인 값’을 가진다고 생각하였고, 이를 토대로 빛에 대해서도 광자의 흐름(불연속적)이 아닌 연속 적인 빛의 흐름이라 생각하였다.

 

1900년대가 시작 할 즈음, 시카고대학의 교수인 밀리컨은 H.Fletcher 와 한 가지 실험을 하게 된다. 이것은 밀리컨의 유적실험이라고 불리는 기름 방울을 이용한 실험인데 이 실험을 통해 물리학의 기본적인 상수 중에서 기본전하라 명명된 e 의 값을 측정하는데 성공하게 되고 이 공로로 Robert Millikan 은 1923년에 노벨 물리학상을 수상하게 된다.

 

 

실험 방법

1. 실험 과정

1) 실험 장치의 청결상태 및 기름이 있는지 확인한다.

 

2) 전원을 켜고 전압조절 단자를 300V에 고정시킨 후 D㎜으로 전압을 측정한다.

 

3) 연전쌍연결부에 D㎜을 연결하고 열전쌍의 저항을 측정한다. 열전쌍저항표를 보고 아래 황동판의 온도를 찾는다. (실온: 20℃)

 

4) 전압 전환 레버를 중립에 두어 전극판에 전압을 걸리지 않도록 한다.

 

5) 현미경을 보면서 분무구를 가볍게 손끝으로 누르면 측정용 입자를 포함한 시료가 극히 미립자가 되어 분무실에 산란한다. 분무된 물방울과 입자는 전해조에 침입되어 별과 같이 반짝이며 관찰된다. 1회의 조작으로 여러 개의 입자가 관찰되지만 모두가 입자가 아닌 상당수의 물방울도 있다.

 

6) 전계극성의 변환 : 변환 스위치에는 극성의 방향 표시되어 있다. 스위치를 위로 올리면 극판에 (+), 아래 극판에 (-)의 전압이 걸린다. 또 스위치를 아래로 내리면 위와 반대가 된다. 스위치가 중앙이 되면 극성의 전압이 “0”이 된다.

 

7) 전계전압 : 극판의 면적이 25㎜ × 65㎜, 극판의 간격(d) 7.6㎜, 평행으로 부착한 극판에 직류전압을 걸면 “전계조” 내는 균일한 전계실이 된다. 전계극성의 변환 스위치를 상, 하로 변환하면 전기를 가진 입자는 상, 하 어느 방향으로든지 움직인다. 입자의 움직이는 속도는 대전한 전기량과 전계전압에 비례한다.

 

8) 입자의 낙하측정 : 자연낙하 분무 조작에 의하여 관계조에 침입한 입자는 중력의 작용으로 자연히 낙하한다. 이 낙하 속도는 초시계로 측정한다. 이 조작은 1개의 입자에 대해서 여러 번 반복한다.

 

9) 전기장 안에서의 입자의 상승속도 측정- 분무 조작에 의하여 관계조에 침입한 입자는 전기장에 의하여 위쪽으로 상승하게 된다. 이때 현미경의 눈금을 통과하는데 걸리는 시간을 측정한다. 이것은 여러 개의 입자에 대해서 실시한다.(눈금-0.5㎜)

 

 

 

[일반물리학실험]밀리컨 기름 방울 실험 레포트