Ładunek elektryczny

W 1896 roku Joseph John Thomson odkrył elektron. Nie udało mu się jednak wyznaczyć ani ładunku, ani masy tej cząsteczki. Wyliczył jedynie stosunek ładunku do masy elektronu (e/m). Naukowiec wierzył, że ta nowo odkryta cząsteczka jest składnikiem atomu, jednak nie mógł podać na to ostatecznego dowodu. Dostarczyło dopiero zmierzenie ładunku, a przez to również masy elektronu.

Wielu naukowców próbowało uporać się z tym problemem. Pierwszym któremu udało się zmierzyć ładunek elementarny był jeden ze studentów Thomsona - J.S. Townsend. Niestety jego pomiar był obdarzony bardzo dużym błędem. Pierwszym naukowcem, który w miarę dokładnie wyznaczył ładunek elektronu był Robert Andrews Millikana. Trzeba powiedzieć, że Millikan nie zmierzył ładunku elektronu lecz pokazał jedynie, że w przyrodzie istnieje pewna niepodzielna wielkość ładunku - ładunek elementarny. Wszystkie inne ładunki są całkowitymi wielokrotnościami tego podstawowego ładunku. Później okazało się, że ów ładunek elementarny jest właśnie ładunkiem elektronu.

W jaki sposób udało się Millikanowi obliczyć wielkość ładunku elementarnego?

Przeprowadził on eksperyment, w którym malutkie kropelki oleju naładowane pewnym ładunkiem elektrycznym spadały w polu grawitacyjnym pomiędzy dwoma równoległymi płytkami. Naukowiec mierzył prędkość kropelek, dzięki czemu poznał ich masę. Następnie przykładał pomiędzy płytkami pole elektryczne i obserwował te same kropelki spadające tym razem w polu grawitacyjnym i elektrycznym. Mierząc ich prędkość mógł wyznaczyć każdorazowo ładunek zgromadzony na kropli. Millikan przeprowadził wiele takich eksperymentów. Ładunek na kolejnych obserwowanych kroplach zmieniał się. Jednak zawsze zmieniał się o pewną wielokrotność pewnego stałego ładunku. Millikan nigdy nie zaobserwował zmiany mniejszej niż ten ładunek. Z tego faktu naukowiec wywnioskował, że w przyrodzie istnieje niepodzielny, podstawowy ładunek - ładunek elementarny. Jego wartość miała wynosić około 1,6*10-19 kulombów. Późniejsze doświadczenia potwierdziły wynik Millikana. W przyrodzie rzeczywiście istnieje ładunek elementarny. Jego wartość przyjmowana dzisiaj wynosi około 1,602*10-19 kulombów. Okazało się również, że elektrony odkryte przez Thomsona obdarzone są ładunkiem elementarnym, którego wielkość wyliczył Millikan.

Znając wartość ładunku elektronu e oraz stosunek q/m (e/m) możemy obliczyć masę m elektronu. Wynosi ona około 9,11*10-31 kilograma. Masa ta jest wielokrotnie mniejsza od masy najlżejszego atomu (wodoru). Jest to więc ostateczny dowód na to, że istnieje coś mniejszego niż atomy.

ZAPAMIĘTAJ:
- Najmniejszym ładunkiem swobodnie spotykanym w przyrodzie jest ładunek elementarny.
- Wartość ładunku elementarnego wynosi około 1,602*10-19 kulombów.
- Elektron obdarzony jest właśnie ujemnym ładunkiem elementarnym.
- Pomiaru ładunku elementarnego jako pierwszy dokonał Robert Andrews Millikan.
- Elektron ma masę równą około 9,11*10-31 kilogramów