ミリカンの実験一緒に彼の学生ハーヴェイ・フレッチャー（1884-1981）、とロバート・ミリカン（1868-1953）によって行わは、滴の数千人の動きを分析し、1906年に始まったと電荷の特性を研究することを目的としました均一な電場の真っ只中の油の。
結論として、電荷は任意の値ではなく、電子の基本的な電荷である1.6 x 10 -19 Cの倍数になったということです。また、電子の質量がわかりました。
図1.左側は、ミリカンとフレッチャーが実験に使用した元の装置。右側は簡略化した図。出典：ウィキメディア・コモンズ/ F サパタ、
以前、物理学者JJトンプソンは実験的にこの素粒子の電荷-質量関係を発見しました。彼はそれを「小体」と呼びましたが、各等級の値を個別にではありませんでした。
この電荷-質量の関係と電子の電荷から、その質量の値が決定されました：9.11 x 10 -31 Kg。
その目的を達成するために、ミリカンとフレッチャーは、油滴の細かい霧を噴霧する噴霧器を使用しました。噴霧器内の摩擦により、一部の液滴が帯電しました。
帯電した液滴は、図1の図に示すように、平行平板電極上にゆっくりと落ち着き、数枚が上部プレートの小さな穴を通過しました。
平行板の内部では、板に垂直な均一な電場を作成することが可能で、その大きさと極性は電圧を変更することによって制御されました。
プレートの内部を明るい光で照らすことにより、液滴の挙動が観察されました。
実験の説明
液滴が帯電している場合、プレート間に作成されたフィールドは、重力に対抗する力を液滴に加えます。
そして、それが何とか吊り下げられたままである場合、それは、場が重力と正確に釣り合う上向きの垂直力を及ぼすことを意味します。この状態は、滴の電荷であるqの値に依存します。
実際、ミリカンは、フィールドをオンにした後、いくつかのドロップが中断され、他のドロップが上昇し始めるか、下降し続けたことを観察しました。
電場の値を調整することにより、たとえば可変抵抗を介して、プレート内に浮遊したままの液滴を作ることができます。実際には簡単に達成することはできませんが、万が一発生した場合でも、フィールドに作用する力と重力のみが液滴に作用します。
滴の質量がmで、電荷がqの場合、力がEの大きさの適用された場に比例することがわかっているため、ニュートンの第2法則は、両方の力のバランスをとる必要があると述べています。
次のように、プレート間に確立された電圧VとこれらのL間の距離に依存するフィールドの大きさEだけでなく、重力加速度gの値も既知です。
問題は、小さな油滴の質量を見つけることでした。これが完了すると、電荷qの決定が完全に可能になります。当然、mとqはそれぞれ電子ではなく、油滴の質量と電荷です。
しかし…液滴は電子を失うか得るために帯電します。その値は粒子の電荷に関連しています。
油滴の質量
ミリカンとフレッチャーの問題は、液滴の質量を決定することでした。サイズが小さいため、簡単な作業ではありませんでした。
油の密度が分かれば、液滴の体積があれば、質量を解くことができます。しかし、ボリュームも非常に小さいため、従来の方法は役に立たなかった。
しかし研究者たちは、空気や環境の抵抗が介入して動きを遅くするため、そのような小さな物体が自由に落下しないことを知っていました。粒子は、電場がオフの状態で解放されると、加速された垂直方向の動きと下向きの動きを経験しますが、一定の速度で落下します。
この速度は「終端速度」または「限界速度」と呼ばれ、球の場合、その半径と空気の粘度に依存します。
フィールドが存在しない場合、MillikanとFletcherは、水滴が落下するのにかかる時間を測定しました。液滴が球形であり、空気の粘度の値であると仮定すると、最終速度から間接的に半径を決定できました。
この速度は、ストークスの法則を適用することによって求められ、その方程式は次のとおりです。
-v tは終末速度
-Rはドロップの半径（球形）
-ηは空気の粘度
-ρは液滴の密度
重要性
ミリカンの実験は、物理学のいくつかの重要な側面を明らかにしたため、非常に重要でした。
I）元素電荷は電子の電荷であり、その値は1.6 x 10 -19 Cであり、科学の基本定数の1つです。
II）その他の電荷は、基本電荷の倍数になります。
III）電子の電荷とJJトムソンの電荷-質量関係を知ることで、電子の質量を決定することができました。
III）素粒子と同じくらい小さい粒子のレベルでは、重力効果は静電効果と比較して無視できます。
図2.右側の手前にあるミリカンと、アルバートアインシュタインおよびその他の著名な物理学者。出典：ウィキメディア・コモンズ。
これらの発見により、ミリカンは1923年にノーベル物理学賞を受賞しました。彼の実験はまた、彼が電荷のこれらの基本的な特性を決定したので、単純な計装から始まり、すべての人によく知られている法則を適用するため、関連性があります。
しかし、ミリカンは、明らかな理由もなく、結果の統計的誤差を減らし、結果をより「提示可能」にするために、実験で多くの観察結果を破棄したと非難されました。
さまざまな料金のドロップ
ミリカンは彼の実験で非常に多くの滴を測定しましたが、それらすべてが油であるとは限りませんでした。彼は水銀とグリセリンも試しました。述べたように、実験は1906年に始まり、数年間続きました。3年後の1909年、最初の結果が発表されました。
この間、彼はプレートを通してX線を打ち、それらの間の空気をイオン化することにより、さまざまな帯電した液滴を得ました。このようにして、液滴が受け入れることができる荷電粒子が放出されます。
さらに、彼は浮遊液滴にのみ焦点を当てていませんでした。ミリカンは、液滴が上昇したとき、上昇率も供給された負荷に応じて変化することを観察しました。
そして、液滴が降下した場合、X線の介入により追加されたこの追加の電荷は速度を変化させませんでした。液滴に追加された電子の質量は、液滴自体の質量と比較して非常に小さいためです。
追加した電荷の量に関係なく、Millikanはすべての液滴が特定の値の整数倍である電荷を取得したことを発見しました。これは、eが言ったように電子の電荷です。
ミリカンは最初にこの値で1,592 x 10 -19 Cを取得しました。これは、現在受け入れられている値である1,602 x 10 -19 C よりもわずかに低くなっています。理由は、液滴の最終速度を決定します。
例
一滴の油を空中浮揚
次の例を見てください。油滴の密度はρ= 927 kg / m 3で、電場をオフにすると電極の中央で放出されます。液滴はすぐに最終速度に達し、半径が決定されます。その値はR = 4.37 x10 -7 mになります。
均一なフィールドがオンになり、垂直方向に上向きになり、大きさが9.66 kN / Cになります。このようにして、液滴は休止状態で浮遊したままであることが達成される。
それは尋ねます：
a）液滴の電荷を計算します
b）元素電荷が液滴の電荷に含まれる回数を見つけます。
c）可能であれば、負荷の兆候を確認します。
図3.一定の電場の中央にある油滴。出典：物理学の基礎。レックス・ウルフソン。
への解決策
以前は、次の式は静止時のドロップ用に導出されていました。
液滴の密度と半径がわかると、液滴の質量が決定されます。
したがって：
したがって、ドロップの料金は次のとおりです。
ソリューションb
基本的な負荷がe = 1.6 x 10 -19 Cであることを知って、前のセクションで取得した負荷をこの値で割ります。
その結果、液滴の電荷は元素電荷の約2倍（n≈2）になります。正確には2倍ではありませんが、このわずかな差異は、実験誤差の避けられない存在と、以前の各計算での丸めによるものです。
ソリューションc
声明は垂直方向上向きの場の方向と力についての情報を提供するという事実のおかげで、電荷の兆候を決定することは可能です。
電界線は常に正の電荷で始まり、負の電荷で終わります。したがって、下側のプレートは+記号で、上側のプレートは-記号で帯電します（図3を参照）。
液滴は電界によって駆動されて上のプレートに向けられ、反対の符号の電荷が互いに引き合うため、液滴は正の電荷を持つ必要があります。
実際にドロップを一時停止することは容易ではありません。そのため、ミリカンは、フィールドをオフにしてからオンにしてドロップが経験した垂直方向の変位（上下）に加えて、X線の電荷と移動時間の変化を使用して、ドロップが取得した追加の電荷の量を推定しました。
この取得された電荷は、すでに見たように、電子の電荷に比例し、立ち上がり時間と立ち下がり時間、滴の質量、gとEの値で計算できます。
参考文献
- 心を開く。電子を見に来た物理学者ミリカン。回収元：bbvaopenmind.com
- レックス、A。2011。基礎物理学。ピアソン。
- Tippens、P。2011。Physics：Concepts and Applications。第7版。マグローヒル。
- アムリタ。ミリカンの油滴実験。取得元：vlab.amrita.edu
- ウェイクフォレストカレッジ。ミリカンの油滴実験。回復：wfu.edu