Vraag 14Experiment van Millikan
Schreef je op papier? Maak een foto van je uitwerking op papier. Je foto blijft privé en de nakijker leest hem. Zet je naam er niet op.
Hoe pak je dit aan?
- Kies de formule die de dichtheid van de olie bevat, want daarmee reken je de dichtheid uit.
- Zet de gegevens uit de tekst om naar SI-eenheden voordat je invult.
- Bij het tweede deel schrijf je op welke krachten op de druppel werken.
- Vergelijk de twee krachten met de formules die in de tekst staan.
Hier verliezen leerlingen punten
- Vergeet niet de eenheden om te rekenen naar SI, zoals de snelheid in cm per seconde en de straal in micrometer.
- Laat alle tussenstappen van je berekening zien, zodat de docent kan volgen hoe je aan de uitkomst komt.
- Bij de uitleg volstaat het niet om alleen te schrijven dat de opwaartse kracht klein is. Leg uit waarom en vergelijk met de andere kracht.
Met een gratis account wordt je antwoord nagekeken per scorepunt, volgens het officiële correctievoorschrift. Wat je hier typt, blijft bewaard.
De vraag als tekst
In 1909 voerden Robert Millikan en Harvey Fletcher een experiment uit waarmee ze de lading van het elektron bepaalden. In figuur 1 staat een opstelling voor dit experiment afgebeeld. In figuur 2 is de opstelling schematisch weergegeven. In het bovenste gedeelte wordt olie verneveld tot kleine druppeltjes. De druppeltjes krijgen met behulp van ioniserende straling een lading. Door een kleine opening in de bovenste van twee platen kunnen enkele druppels omlaag vallen in het onderste gedeelte. Tussen deze platen kan een homogeen elektrisch veld gecreëerd worden door een spanningsbron aan te sluiten op de platen. Wanneer daar geen spanning over staat, vallen de druppels naar beneden. Als er wel een spanning staat kunnen de druppels ook omhoog bewegen. Tijdens het experiment lieten Millikan en Fletcher een druppel een aantal keren op en neer bewegen. figuur 1 figuur 2 Om de lading van één zo’n druppel te bepalen moet eerst de straal van die druppel bepaald worden. Deze kan bepaald worden door de valsnelheid van de druppel te meten op het moment dat er geen spanning over de platen staat. Tijdens het vallen werken er dan twee krachten op de druppel, de zwaartekracht F en de wrijvingskracht F . z w Voor de wrijvingskracht geldt: F = 6π η rv (1) w Hierin is: − η de viscositeit van de lucht, ook wel stroperigheid genoemd − r de straal van de druppel − v de snelheid van de druppel − 5 De grootte van de viscositeit is 1,828 · 10 , uitgedrukt in SI-eenheden.
De bolvormige druppel valt met een constante valsnelheid. Door deze snelheid te meten kan de straal van een druppel bepaald worden. Voor de straal geldt dan: 9 η v r = (2) 2 g ρ olie Hierin is: − g de valversnelling − ρ de dichtheid van de olie olie De overige grootheden zijn dezelfde als in formule (1).
Tijdens het vallen werkt er eigenlijk nog een tweede omhoog gerichte kracht op de druppel. Dit is de opwaartse kracht. De grootte van deze kracht is gelijk aan de zwaartekracht op de hoeveelheid lucht die door de druppel wordt verplaatst. Het volume van de verplaatste lucht is dus gelijk aan het volume van de oliedruppel. De opwaartse kracht is verwaarloosbaar klein ten opzichte van de zwaartekracht op de druppel. Millikan vond voor de druppel een valsnelheid van 0,084 cm s −1 . De straal van de druppel is dan gelijk aan 2,7 μm .
Voer de volgende opdrachten uit: − Toon aan dat de dichtheid van de olie, die Millikan gebruikte, gelijk is 2 − 3 aan 9,7 · 10 kgm . − Leg uit dat de opwaartse kracht verwaarloosbaar is ten opzichte van de zwaartekracht op de druppel.