油滴實驗

油滴實驗 (Oil Drop Experiment)
國立臺中第一高級中學物理科張宇靖教師、康宇玹教師/國立彰化師範大學物理系洪連輝教授責任編輯

美國物理學家密立坎 (Robert A. Millikan) 於1909年進行油滴實驗，求出電子所帶的電荷 $$e$$ 值，因此於1923年的獲得諾貝爾物理學獎。

油滴實驗的裝置是在兩塊水平方式平行排列的金屬板通電，使上下極板成為正負極，以建立一個均勻電場。金屬板上有小孔，利用噴霧器在金屬板上方噴出細小油滴（如甘油），這些油滴從金屬板的小孔落下時，吸附由X-射線照射兩極間之氣體所產生的氣態陽離子或自由電子，使油滴帶正電荷或負電荷。帶電的油滴在兩金屬板間受到靜電力、重力、空氣阻力、浮力作用，當作用力達成平衡狀態時，油滴靜止懸浮或做等速運動。

以靜止狀態為例，油滴所受的向上的靜電力量值 $$=$$ 向下的地心引力（重力）量值

$$\because$$ 靜電力 $$=$$ 電場強度 $$(E)$$ $$\times$$ 電荷量 $$(q)$$

重力 $$=$$ 質量 $$(m)$$ $$\times$$ 重力場強度 $$(g)$$

故 $$E\times q=mg$$、$$q=mg/E$$

因為重力 $$mg$$ 已由實驗得知，電場強度 $$E$$ 可由施於兩極板間的電壓求出 （$$E=$$ 電壓 $$V/$$ 板距 $$d$$）。故油滴所帶的電荷量 $$q$$ 即可測得。

重複進行實驗後，密立坎發現每次油滴電荷量皆為 $$1.5924\times 10^{-19}$$ 庫侖（到2006年為止，已知基本電荷值為 $$1.60217653\times 10^{-19}$$ 庫侖）的整數倍，因此認定此數值為單一電子的電荷量。

參考資料

1. http://en.wikipedia.org/wiki/Oil_drop_experiment