Yağ damlası deneyi

Yağ damlası deneyi 1909 yılında Robert Millikan ve Harvey Fletcher tarafından yapılan elektronun elektrik yükünü ölçmek amaçlı deneydir. Millikan elektronun yükünü, iki metal elektrot arasına konulan küçük yüklü yağ damlaları üzerindeki kütleçekim ve elektriksel çekim kuvvetini dikkatli bir şekilde dengeleyerek buldu.

Tarihi 
Robert Andrews Millikan'ın elektronik yükü ölçmeye yönelik ilk çalışmaları 1906’ ya rastlar. Millikan, ilk önce H.A. Wilson’ un yöntemini tekrarlamıştır. Fakat daha sonra deney yönteminde çok iyi bir iyileştirme yapmıştır. Millikan su damlaları yerine yağ damlaları kullanarak deneyi tekrarlamıştır. Millikan’ ın deneyinde yağ damlalarını kullanmasının en büyük avantajı, yağ damlalarının buharlaşmaması ve dolayısıyla deney boyunca yağ damlalarının sabit bir kütle değerinde kalmasıydı.

1909’ da Millikan, belirli bir zaman aralığında bir tek yağ damlasını gözlemleyebilecek şekilde deney düzeneğini oluşturmuştur. Millikan deneyini birçok yağ damlası için tekrarlayarak elektronun yükünü 1.592×10−19 C olarak bulmuştur. Millikan sonuçlarını “On the Elemantary Electrical Charge and the Avogadro Constant” isimli makalesini (Physical Review 32, 349) ile 1911’de yayınladı. Hemen ardından bir başka fizikçi Felix Ehrenhaft benzer bir deney yaptığını ve Millikan’ ın elemanter yük değerinden daha küçük bir yük değeri ölçtüğünü açıkladı. Bu sonuç Millikan’ı daha ileri ve titiz deneyler yapmaya götürdü. 1913 yılında Millikan orijinal sonuçlarını tekrar elde ettiği çalışmasını yayınladı ve bu çalışmasından dolayı 1923 yılında Nobel Fizik ödülünü aldı.

Bugün elektron için ölçülen en iyi yük değeri 1.60217733(49)×10−19 C, Millikan’ ın 1913’te açıkladığı değere oldukça yakındır.

Deney

Düzenek 

İki yatay ve birbirine paralel plaka arasına büyük bir potansiyel farkı uygulanarak homojen bir elektrik alan oluşturulur. Yağ damlaları plakalar arasında sürüklenebilir. Yağ damlacıkları ışığı yansıtır ve bir mikroskopla gözlenir. Damlacıklar parlayan bir yıldız gibi görünürler. Böylece damlaların düşüş hızı belirlenir.

Deneyde düşük buhar basıncına sahip yağ kullanılır. Bu yağın diğer yağlardan farkı, ışık kaynağının oluşturduğu ısıda buharlaşmamasıdır. Bazı yağ damlacıkları pompa tarafından püskürtüldüğünde sürtünme nedeniyle yüklenebilir bunu engellemek için iyonlaştırıcı bir radyasyon kaynağı ilave edilerek (örn. X-ışını tüpü) daha fazla yağ damlacığının yüklenmesi sağlanır.

Yöntem 

Elektrik alanda düşmekte olan bir damlaya dört kuvvet etki eder.
Yerçekimi (F=mg)
Elektriksel kuvvet (F=Eq)
Havanın kaldırma kuvveti (F=Vdg)
Havanın sürtünme kuvveti (F=6πrηv)

m: damlanın kütlesi, E: elektrik alan, q: damlanın elektrik yükü, V: damlanın hacmi, d: havanın yoğunluğu, r: damlanın yarıçapı, η: havanın akmazlığı, v: damlanın limit hızı

Kaynakça 

20. yüzyılda bilim
Fizik deneyleri
Elektrostatik
Temel kuantum fiziği