Milikan’ın Yağ Damlası Deneyi ve Elektron ‘un Elektrik Yükünün İlk Kez Ölçülmesi

Robert Milikan tarafından 1909 yılında yapılan bir deneyde elektronun yükünün büyüklüğü ölçüldü. Milikan ayrıca bu yükün en küçük birim yük olduğunu ve bu yükün kuantize olduğunu da ortaya koydu.  Simdi Milikan’ın bir elektronun yükünü nasıl ölçtüğünü açıklayacağız.

Milikan elektronun yükünü  , çok küçük bir yağ damlasına bir elektrik alan uygulayarak onun yerçekiminden dolayı düşmesine engel olabilecek elektrik alanın şiddetini ölçerek elde etti. Yağ damlasının kütlesini ölçebildiği için, yağ damlasına etki eden yerçekimi kuvvetini de ölçebildi. Milikan daha sonra buradan yola çıkarak, yağ damlasının sahip olması gereken yükü buldu.  Farklı yağ damlaları üzerindeki yükü değiştirdiğinde , yükün her zaman elektronun yükü olan -1.6×10^-19 C ‘un katı olduğunu gözlemledi.  Bu yükü elektronların taşıdığı anlamına geliyordu.

Milikan’ın kullandığı deney düzeneği aşağıda verilmiştir:

İlk olarak, Sprey olarak kullandığı bir alet kutunun içerisine yağ damlalarını püskürttü. Bu damlalardan bazıları üst kısımda yer alan çok küçük bir delikten aşağı düştü. Milikan ilk olarak bu damlaların terminal hızına ulaşana kadar düşmelerine izin verdi. Bir mikroskop yardımıyla terminal hızlarını ölçtü ve daha sonra bunu kullanarak formülden her bir damlanın kütlesini hesapladı.

Daha sonra, Milikan kutunun altını x-ışınlarıyla aydınlatarak  düşen damlalara elektrik yükü uyguladı. Bu havanın iyonize olmasına ve elektronların yağ damlalarına yapışmasına neden oldu. Kutunun altında ve üstünde yer alan plakaları bir pile bağlayarak, kutuya bir elektrik alanı uygulamayı başardı. Kutunun altında oluşan elektrik alan yağ damlalarına etki etti.  Doğru voltaj uygulandığında elektromanyetik kuvvet yerçekimi kuvvetini dengeleyerek yağ damlalarının havada asılı kalmasına neden oldu.

Bir yağ damlası havada asılı kaldığında m.g ağırlığı  tam olarak q.E elektrik kuvvetine eşit olur. E elektrik alanı, m yağın kütlesi ve g yerçekimi ivmesi bilindiğinden damlanın elektrik yükü q hesaplanabilir.

Milikan böylece bir damlanın elektrik yükünü ölçebildi. Bu deneyi x-ışınlarının gücünü arttırarak tekrarladı.  Böylece her seferinde farklı sayıda elektron yağ damlalarına yapıştı. Bir cok  q değerini hesapladı ve her seferinde bu değerin -1.6×10^-19 C ‘un katı olduğunu gözlemledi. Bu bir elektronun sahip olduğu elektrik yükünün değeridir. Bu deney ayrıca yükün kuantize olduğunu ve en küçük yük biriminin bu olduğunu ortaya koydu.

Kaynak : http://ffden-2.phys.uaf.edu/212_fall2003.web.dir/Ryan_McAllister/Slide3.htm