Izvorni kod stranice Milikanov eksperiment

[[datoteka:Millikan’s oil-drop apparatus 1.jpg|mini|desno|300px|Aparatura za [[Robert Andrews Millikan|Milikanov eksperiment]].]]
[[datoteka:Millikan's Oil Drop apparatus, c. 1916, used by Robert Millikan and Harvey Fletcher in several experiments to measure an electron's charge - Museum of Science and Industry (Chicago) - DSC06505.JPG|mini|desno|300px|Otvorena aparatura za Milikanov eksperiment.]]
[[datoteka:Millikan's setup for the oil drop experiment.jpg|mini|desno|300px|Milikanova aparatura za eksperiment određivanja električnog naboja naelektrisanih kapljica ulja u električnom polju.]]
[[datoteka:Scheme of Millikan’s oil-drop apparatus.jpg|mini|desno|300px|Skica iz originalnih Milikanovih beleški (1913.).]]
[[datoteka:Oil-drop-experiment-apparatus.jpg|mini|desno|300px|Mikroskop korišten u Milikanovom eksperimentu.]]
[[datoteka:Millikan aufbau.jpg|mini|desno|300px|Moderna aparatura za Milikanov eksperiment.]]

'''Milikanov eksperiment''' je [[eksperiment]] u kojem je [[Robert Andrews Millikan|R. A. Milikan]] (1909.) pomoću kapljica [[ulja]] raspršenih u [[Homogenost|homogenom]] [[električno polje|električnom polju]] odredio [[elementarni električni naboj]].<ref>{{cite journal |last=Niaz |first=Mansoor |year=2000 |title=The Oil Drop Experiment: A Rational Reconstruction of the Millikan–Ehrenhaft Controversy and Its Implications for Chemistry Textbook |url=http://www.umich.edu/~chemstu/content_weeks/F_06_Week4/Mullikan_Erenhaft.pdf |journal=Journal of Research in Science Teaching |volume=37 |issue=5 |pages=480–508 |doi=10.1002/(SICI)1098-2736(200005)37:5<480::AID-TEA6>3.0.CO;2-X|bibcode = 2000JRScT..37..480N }}</ref><ref>{{cite journal |last=Millikan |first=R. A. |authorlink=Robert Andrews Millikan |title=On the Elementary Electrical Charge and the Avogadro Constant |url=http://www.aip.org/history/gap/PDF/millikan.pdf |journal=[[Physical Review]] |series=Series II |volume=2 |issue=2 |year=1913 |pages=109&ndash;143 |doi=10.1103/PhysRev.2.109 |bibcode=1913PhRv....2..109M |access-date=2020-08-22 |archive-date=2015-06-20 |archive-url=https://web.archive.org/web/20150620130806/http://www.aip.org/history/gap/PDF/millikan.pdf |dead-url=yes }}</ref> [[Aparatura]] eksperimenta sastoji se od dve komore koje se nalaze jedna na drugoj. Dno i vrh donje komore spojeni su na [[Proizvodnja električne energije|izvor električnog napona]] i čine [[električni kondenzator]]. Prostor između ploča kondenzatora može se obasjati [[Rendgenski zraci|rendgenskim zračenjem]]. Raspršivač ulja ubacuje laganu maglu sitnih uljnih kapljica u gornju komoru. Neke od kapljica kroz kružni otvor padaju u donju komoru i ulaze u homogeno električno polje kondenzatora. Tu uz pomoću rendgenskoga zračenja bivaju negativno [[Jonizacija|jonizovane]]. Električno polje deluje na kapljice ulja prema gore intenzitetom koji zavisi od toga koliko su [[elektricitet|naelektrisane]]. Milikan je pomoću [[mikroskop]]a merio [[zapremina|zapremine]] kapljica i posmatrao njihovo [[kretanje]]. Menjajući [[električni napon]] na pločama kondenzatora mogao je da promeni brzinu kretanja kapljica i da ih zaustavi.

Kada kapljica ulja lebdi u [[električno polje|električnom polju]], sve su [[sila|sile]] koje deluju na nju u [[Ravnoteža (mehanika)|ravnoteži]]:

:<math> F_{el} + F_{uz} = F_g </math>

gde je: ''F<sub>el</sub>'' = ''(Q∙U)/d'' - [[Električno polje|električna sila]], ''F<sub>uz</sub>'' = ''ρ<sub>zraka</sub>∙g∙V'' - [[uzgon]], ''F<sub>g</sub>'' = ''m∙g'' = ''ρ<sub>ulja</sub>∙g∙V'' - [[gravitacija]] na površini Zemlje, ''Q'' - [[električni naboj]] na kapljicama ulja, ''U'' - [[električni napon]] između [[Električni kondenzator|kondenzatorskih ploča]], ''d'' - razmak između kondenzatorskih ploča, ''ρ<sub>zraka</sub>'' - [[gustina vazduha]], ''ρ<sub>ulja</sub>'' - gustina [[ulja]], ''g'' - [[gravitaciono ubrzanje]], ''V'' - [[zapremina]] kapljice. Naboj kapljice ulja može se izračunati:

:<math> Q = \frac{V \cdot g \cdot d \cdot (\rho_{ulja} - \rho_{vazduha})}{U}\ </math>

Milikan je nakon četiri godine [[merenje|merenja]] i unapređivanja eksperimenta spoznao da se električni naboj na kapljicama menja skokovito i da je [[električni naboj]] svake kapljice ulja [[Množenje|umnožak]] [[Prirodni broj|prirodnoga broja]] ''N'' i najveće zajedničke [[mera|mere]] električnoga naboja ''e<sub>M</sub>'' = 1,592 · 10<sup>−19</sup> [[kulon|C]] ('''Milikanov elementarni naboj''') : ''Q'' = ''N<sub>eM</sub>''. Milikanov iznos elementarnog naboja je za 1% manji od savremeno izmerene vrednosti (1,602 · 10<sup>−19</sup> C).<ref>{{cite web|title=Robert Millikan|url=https://www.aps.org/programs/outreach/history/historicsites/millikan.cfm|website=APS Physics|accessdate=26. 4. 2016|archive-date=2021-04-24|archive-url=https://web.archive.org/web/20210424134658/https://www.aps.org/programs/outreach/history/historicsites/millikan.cfm}}</ref><ref>''Milikanov eksperiment'', [http://www.enciklopedija.hr/natuknica.aspx?ID=70473] "Hrvatska enciklopedija", Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2019.</ref>

== Atomizam elektriciteta ==

Prihvatanje [[Atomska fizika|atomističke hipoteze]] nužno je dovelo do zamisli da se i elektricitet mora sastojati od određenih sićušnih delova. Atomistička struktura elektriciteta prvi put se očitovala u [[elektrolit]]skim pojavama.

Poznato je da je čista [[voda]] vrlo slab provodnik [[električna struja|električne struje]]. Međutim ako se u njoj rastvori neka [[so]] ili [[Kiseline|kiselina]], tada je [[rastvor]] vrlo dobar [[električni provodnik]]. Električne struje u rastvorima povezane su sa hemijskim rastvaranjem soli ili kiseline. Dok teče struja između negativno naelektrisane [[katoda|katode]] i pozitivno naelektrisane [[anoda|anode]], koje su uronjene u tečnost, na katodi i anodi izlučuju se komponente koje sačinjavaju so ili kiselinu. Tako kod [[elektroliza|elektrolize]] [[Kuhinjska so|kuhinjske soli]] NaCl, [[natrijum]] odlazi ka katodi, a [[hlor]] ka anodi. Za razumevanje elektrolitskih pojava važno je opažanje da električne struje teku kroz rastvor već na najmanjem [[električni napon|električnom naponu]] između katode i anode. Odatle proizlazi da [[molekul]]i soli i kiselina moraju već unapred biti rastavljeni na pozitivne i negativne delove. Kada se uključi neki električni napon, on samo prenosi pozitivne čestice prema katodi, a negativne prema anodi. Naelektrisani delovi molekula koji se kreću rastvorom zovu se [[Svante Avgust Arenijus|Arenijusovi]] [[jon]]i. To mogu biti i [[atom]]i, kao što je to slučaj kod elektrolize kuhinjske soli, ili grupe atoma.

[[Michael Faraday|Faradej]] je eksperimentalnim ispitivanjima 1832. godine utvrdio osnovne zakone elektrolize, koji objašnjeni preko atoma, kažu da isti broj atoma jednovalentnih elemenata nosi sa sobom jednaku količinu elektriciteta. Potrebna je ista količina elektriciteta da se iz rastvora izluči 1 [[gram]] [[vodonik]]a (H), 23 grama [[natrijum]]a (Na), 35,5 grama [[hlor]]a (Cl) i 197,2 grama zlata (Au). Međutim te se količine odnose zaista kao [[Relativna atomska masa|atomske težine]] tih [[hemijski element|hemijskih elemenata]]. Faradajeva konstanta, to jest količina elektriciteta koju prenosi [[Avogadrov broj]] atoma, jednaka je:

:<math> F = 96\,485,332\,12\,\frac{\mathrm{C}}{\mathrm{ mol}} </math>

Taj se rezultat eksperimenta može najbolje protumačiti pretpostavkom da na svaki atom dolazi jedinična količina elektriciteta. Ta temeljna količina elektriciteta pomnožena Avogadrovim brojem ''N<sub>A</sub>'' jednaka je tada Faradajevoj konstanti:

:<math> F\,=\,e \cdot N_{A}</math>

Odatle se dobija da je najmanji [[električni naboj]] jednak ''e'' = 1,602 176 634 × 10<sup>−19</sup> [[kulon|C]]. Tu osnovnu količinu elektriciteta prvi je uveo [[George Johnstone Stoney|Džordž Stoni]]. Ona je osnovna [[Fizičke konstante|konstanta fizike]] i [[Elektrohemija|elektrohemije]].

[[Jon]]i mogu biti pozitivno i negativno nelektrisani. Njihov najmanji električni naboj može biti + ''e'' ili - ''e''. Međutim pored toga mogu joni često imati i naboj 2∙''e'', 3∙''e'', i tako dalje. Elektricitet se pojavljuje uvek kao celi broj Stonijeve elementarne količine naboja. Elektricitet se uočava po [[sila]]ma koja vladaju između naelektrisanih tela. [[Trenje]] je najpoznatiji način naelektrisavanja. Analiza sila koje vladaju između tela u takvom stanju neposredno dovodi do pretpostavke o električnom naboju i [[električno polje|električnom polju]].

[[Robert Andrews Millikan|R. A. Milikan]] je pronašao tačnu metodu po kojoj se mogu ispitivati sile na sasvim sićušnim česticama materije. [[Parafin]]sko ulje rasprši se u sitne, tek mikroskopski vidljive kapljice.<ref name="Bandrawal2009">{{cite book|first=Praveen Kumar|last=Bandrawal|title=Nobel Awards Winner Physics|url=https://books.google.com/books?id=iWyQcso9rskC&pg=PT169|accessdate=14. 12. 2012|date=11. 3. 2009|publisher=Pinnacle Technology|isbn=978-1-61820-254-3|pages=169–}}{{Dead link|date=February 2023 |bot=InternetArchiveBot |fix-attempted=yes }}</ref> Svaka kapljica ponese sa sobom određenu količinu elektriciteta. Te kapljice stavljaju se između ploča [[električni kondenzator|električnog kondenzatora]]. Ako same ploče nisu naelektirsane, kapljice padaju prema dole. Na njih deluje [[sila teže]]. Ako se ploče naelektrišu, kapljice ulja prestaju da jednoliko padaju. Neke se počinju dizati, druge padaju sporije ili brže. Očito je da je električno stanje koje potiče od naelektrisanih ploča kondenzatora jednako u čitavom prostoru kondenzatora. Budući da na kapljice deluju različite sile, one se moraju među sobom razlikovati svojim vlastitim električnim stanjem. Kapljice ulja imaju različiti električni naboj, pa zato na njih deluju slabije ili jače električne sile. [[Sila]] na svaku kapljicu može se prikazati kao umnožak dva činioca: prvi je činilac električni naboj kapljice, drugi je činilac određen prirodom kondenzatora - to je [[električno polje]] kondenzatora. Ova dva činioca su nezavisna, što se vidi se kad se pojačava ili oslabljuje električni naboj kondenzatora. Tada sila na sve kapljice ulja raste ili pada za isti činilac. Električni naboj se označava sa ''e'', a električno polje sa ''E'', te se sila F možemo izraziti u obliku:

:<math> \mathbf{F} = e \cdot \mathbf{E} </math>

Ako se stavi naboj ''e'' jednak 1, tad je iznos sile jednak polju ''E''. Električno polje, prema tome, jednako je sili na jedinicu pozitivnog električnog naboja. U kondenzatoru koji stoji vodoravno, električno polje ima smer prema gore ili prema dole, već prema tome da li gornja ploča kondenzatora ima negativan ili pozitivan naboj. Smer električnog polja daje sila na pozitivnom naboju. Kao pozitivan naboj uzet je naboj natrljanog staklenog štapa, kojim se na primer može naelektrisati gornja ploča kondenzatora.

Da se kapljicama ulja mora pripisati pozitivan ili negativan naboj, vidi se iz toga što neke bivaju u kondenzatoru ubrzane prema gore, neke prema dolje. Ako je gornja ploča kondenzatora naelektrisana pozitivno, a donja negativno, tada električno polje ima smer prema dole. Ono, dakle, pozitivno naelektrisane kapljice ulja ubrzava prema dole, a negativno naelektisane kapljice diže prema gore.

Milikanov eksperiment služi za tačno određivanje naboja. Ako se posmatra neka naelektrisana kapljica između ploča kondenzatora. Pod uticajem sile teže ona pada dole. Električni naboj se može tako menjati da električna sila drži ravnotežu sili teži. Polje kondenzatora vuče kapljicu silom ''e∙E'' prema gore, a sila ''m∙g'' prema dole. U slučaju da kapljica lebdi slobodno, važi jednačina ravnoteže:

:<math> m \cdot g =  e \cdot E </math>

[[Masa]] kapljica ulja je poznata jer se zna [[gustina]] [[ulja]] i [[prečnik]] kapljica, a električno polje se može lako meriti. Iz gornje jednačine se može izračunati električni naboj kapljica ulja. Milikan je našao da je električni naboj kapljice uvek jednak celom broju Stonijevog elementarnog naboja. Obasjavajući zracima, može se sasvim malo menjati naboj. Tada se opaža da takva promena iznosi uvek najmanje jednu elementarnu količinu naboja, ili dve, tri, i tako dalje. Time su Milikanovi eksperimenti nedvosmisleno utvrdili atomsku strukturu elektriciteta.

Analiza električnih sila dovodi do zaključka da u električnim pojavama postoje dva različita činioca: električni naboj i električno polje. Električni naboj javlja se kao svojstvo čestica, a električno polje se uočava u prostoru oko električnih tela, dakle, oko električnih naboja. Ako neki električni naboj dođe u prostor, gde vlada neko električno polje, on biva ubrzan ili usporen. [[Sila]] se može prikazati kao umnožak električnog naboja i spoljašnjeg električnog polja. Veza između naboja i polja je jednostavna.

Pored električnih polja potrebno je uvesti i [[električni napon]] ''U''. Kad se pokreće neki električni naboj u električnom polju, vrši se [[mehanički rad]]. Ako se uzme na primer da se pozitivni naboj pomera od negativne do pozitivne ploče kondenzatora. Na naboj deluje sila ''e∙E'', pa se pri pomaku ''d'' vrši rad ''e∙E∙d''. Električni napon kondenzatora U jednak je radu jediničnog naboja na putu od jedne ploče do druge:

:<math> U =  E \cdot d </math>

U praksi se obično zna električni napon između ploča kondenzatora. Električno polje se može tada proračunati:

:<math> E = \frac{U}{d}\ </math>

Pri datom naponu, na primer napona [[Električni provodnik|električnih vodova]] mreže, električno polje je to jače, što su ploče kondenzatora bliže.

Podesno je uvesti i električni napon između bilo koje dve tačke u prostoru gde vlada električno polje. Električni napon između dve tačke jednak je generalno radu koji se vrši kad se jedinični pozitivni naboj pomeri od jedne tačke do druge. Ako se uzme specijalno jedna tačku ili neka površina kao stalna (na primer tlo ili neka metalnu ploča ili beskrajno daleka tačka), to je električni napon funkcija od druge tačke prostora. Tako shvaćen električni napon zvaće se [[električni potencijal|električnim potencijalom]] i tom potencijalu može se dodeliti vrednost nula u čvrstoj tačci ili na čvrstoj ploči. Potencijal se označva slovom ''V''. U svakoj tački prostora električni naboj ''e'' ima potencijalnu energiju ''e∙V''. [[Merna jedinica]] električnog napona je 1 [[volt]] (V).<ref>[[Ivan Supek]]: "Nova fizika", Školska knjiga Zagreb, 1966.</ref>

== Reference ==
{{reflist}}

== Literatura ==
{{Refbegin}}
* {{Cite book |author1=Serway, Raymond A. |author2=Faughn, Jerry S. | title=Holt: Physics |url=https://archive.org/details/holtphysics0000serw | publisher=Holt, Rinehart and Winston | year=2006 | isbn=0-03-073548-3}}
* {{Cite book |author1=Thornton, Stephen T. |author2=Rex, Andrew | title=Modern Physics for Scientists and Engineers |url=https://archive.org/details/modernphysicsfor0000thor_g5v7 |edition=3rd | publisher=Brooks/Cole | year=2006 | isbn=0-495-12514-8}}
* {{Cite book |author1=Serway, Raymond A. |author2=Jewett, John W. | title=Physics for Scientists and Engineers |url=https://archive.org/details/physicssciengv2p00serw |edition=6th | publisher=Brooks/Cole | year=2004 | isbn=0-534-40842-7}}
* {{Cite journal | author=Millikan R. A. | title=On the elementary electrical charge and the Avogadro constant | journal=Physical Review | series=Series II | year=1913 | volume=2 | issue=2 | pages=109&ndash;143 | url=http://www.aip.org/history/gap/PDF/millikan.pdf | bibcode=1913PhRv....2..109M | doi=10.1103/PhysRev.2.109 | access-date=2020-08-22 | archive-date=2015-06-20 | archive-url=https://web.archive.org/web/20150620130806/http://www.aip.org/history/gap/PDF/millikan.pdf | dead-url=yes }} Paper by Millikan discussing modifications to his original experiment to improve its accuracy.
* {{cite journal|doi=10.1063/1.1302567 |title=A search for free quarks in the micro gravity environment of the International Space Station|journal=AIP Conference Proceedings|volume=504|pages=715–722|year=2000|last1=Hudspeth|first1=Paul}}  A variation of this experiment has been suggested for the [[International Space Station]].
* {{cite journal|doi=10.1063/1.2743125|url=http://faculty.mint.ua.edu/~pleclair/PH255/papers/Millikan/phys_today_millikan.pdf|title=Remembering the oil-drop experiment|journal=Physics Today|volume=60|issue=5|pages=56–60|year=2007|last1=Perry|first1=Michael F.|access-date=2020-08-22|archive-date=2016-03-03|archive-url=https://web.archive.org/web/20160303233446/http://faculty.mint.ua.edu/~pleclair/PH255/papers/Millikan/phys_today_millikan.pdf|dead-url=yes}}
{{Refend}}

== Vanjske veze ==
{{commons category|Oil-drop experiment}}
* [http://www.college-physics.com/book/electric-field/oil-drop-experiment/#the-experiment Simulation of the oil drop experiment (requires JavaScript)]
* Thomsen, Marshall, "''[https://web.archive.org/web/20060828054403/http://www.physics.emich.edu/mthomsen/sege.htm Good to the Last Drop]''". Millikan Stories as "Canned" Pedagogy. Eastern Michigan University.
* CSR/TSGC Team, "''[http://www.tsgc.utexas.edu/floatn/1997/teams/UT-austin.html Quark search experiment] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20070311144832/http://www.tsgc.utexas.edu/floatn/1997/teams/UT-austin.html |date=2007-03-11 }}''". The University of Texas at Austin.
* The oil drop experiment appears in a list of Science's 10 Most Beautiful Experiments [https://www.nytimes.com/2002/09/24/science/here-they-are-science-s-10-most-beautiful-experiments.html], originally published in the [[New York Times]].
* Engeness, T.E., "''[http://people.ccmr.cornell.edu/~muchomas/8.04/Lecs/lec_Millikan/Mill.html The Millikan Oil Drop Experiment]''". 25 April 2005.

{{Authority control}}

{{DEFAULTSORT:Ekperiment kapi ulja}}
[[Kategorija:Elektrostatika]]
[[Kategorija:Pokusi iz fizike]]
[[Kategorija:Elektromagnetizam]]