Експеримент Міллікена продовжено

Бельгійські вчені запропонували новий метод для вимірювання заряду, накопиченого на зануреній у рідину пластиковій кулі. В результаті цього способу точність виміру склала один елементарний заряд. Цей метод дуже нагадує експеримент Роберта Міллікена, який був проведений близько ста років тому. Завдяки такій методиці точність вимірювання на межі твердого тіла та рідини дуже висока.

Дослідники вважають, що цей експеримент може використовуватися для різних комерційних установок, а також для вдосконалення різних комерційних установок.

Для моделювання колоїдної системи вченими, як правило, використовується завись невеликих пластикових кульок, розміщених у рідині. Але такі моделі описують випадкову зарядку та перезарядку колоїдних частинок приблизно, практично не враховуючи квантовий характер заряду.

Саме Міллікен перший спробував виміряти процеси перезарядки відповідно до уявлення про наявність елементарного заряду. У своєму експерименті вчений застосував захоплення електричним полем невеликих заряджених крапель олії. Сучасні бельгійські вчені з університету Ghent University повторили ідею експерименту Міллікена.

Вони застосували схожу схему у дослідженні елементарних процесів перезаряджання на межах рідини та твердого тіла. Ясне уявлення таких процесів дедалі важливіше для комерційного розвитку подібних субстанцій, що містять заряджені частки. Це можуть бути так звані «електронні чорнила», які застосовуються в електронних книгах, а також інші колоїдні рідини, що застосовуються для промислового виробництва.

У науковому журналі Physical Review Letters було представлено докладний опис цієї роботи. Для свого експерименту бельгійські дослідники взяли кульку з плексигласу діаметром 1 мікрон і помістили її в ємність з рідиною. Потім у посудину з цією «колоїдною» суспензією помістили два електроди, відстань між якими становила 300 мікрон. Потім на електроди стала подаватися осцилююча напруга.

Таким чином, в результаті зарядки та розрядки на межі рідини і твердого тіла кулька починала здійснювати коливальні рухи відповідно до прикладеної напруги. Максимальна амплітуда цих коливань відповідала повному заряду сферичної частки. Основною складністю експерименту було виставити параметри таким чином, щоб коливання, викликані прикладеною напругою, були більшими за випадкові коливання сфери. Також треба було часто вимірювати амплітуду коливань, щоб не пропустити процес елементарної перезарядки.

В результаті експериментів було виявлено, що процес перезаряджання сфери з такими параметрами відбувається двічі на секунду. Було з’ясовано стрибкоподібну зміну амплітуди коливань, що повністю підтверджує квантовий характер заряду колоїдних частинок. При порівнянні відомих даних про заряд електрона та даних про заряд сферичного об’єкта, отриманих в ході експерименту з’ясувалося десятивідсотковий збіг.

Для пояснення цього явища було висунуто гіпотезу, що деяка фіксована частина сфери втрачає іони водню. Внаслідок цього загальний заряд сфери стає негативним. Через деякий час іони водню знову приєднаються до сфери, зменшуючи тим самим її заряд. У ході експериментальних розрахунків з’ясувалося, що сфера мала 69 таких ділянок, у тому числі десять областей постійно було заряджено.

Таким чином, експеримент Міллікена був продовжений на новому технічному рівні.