Klausur Millikanversuch und Plattenkondensator Inhalt: Öltröpfchenversuch, Kräfte und Bewegungen am Kondensator Lehrplan: Elektrisches Feld Kursart: 3-stündig Download: als PDF-Datei (33 kb) Lösung: vorhanden Klausur: vorhanden! Hier geht's zur Lösung dieser Klausur... 127
Indem der Kondensator so gepolt wird, dass die obere Platte negativ geladen ist, wirkt auf positiv geladene Tröpfchen eine Kraft nach oben. Beobachten wir ein solches Tröpfchen, können wir die Spannung am Kondensator gerade so einstellen, dass es nicht mehr sinkt, sondern auf einer Höhe schwebt. Millikan versuch aufgaben lösungen. Für negativ geladene Tröpfchen müsste der Kondensator entsprechend umgekehrt gepolt sein. In diesem Schwebezustand herrscht ein Kräftegleichgewicht. Die Gewichtskraft $F_G$ des Tröpfchens wird durch die nach oben wirkende Auftriebskraft $F_A$ und die elektrische Coulombkraft $F_{el}$ genau kompensiert: $F_G = F_A + F_{el}$ Wir nutzen nun bekannte Zusammenhänge für die einzelnen Terme. Zunächst können wir die Gewichtskraft über den Zusammenhang $F_G = \rho_{Öl} \cdot \frac{4}{3} \cdot \pi \cdot r^{3}$ darstellen, wobei $\rho_{Öl}$ die Dichte des Öls ist und $r$ der Radius des Tröpfchens. Für die Auftriebskraft setzen die Formel des statischen Auftriebs ein, also $F_A = g \cdot \rho_{Luft} \cdot \frac{4}{3} \cdot \pi \cdot r^{3}$ mit der Dichte der Luft $\rho_{Luft}$.
Schauen wir uns nun die Durchführung an. Millikan-Versuch: Durchführung mit der Schwebemethode Um das Experiment durchzuführen, werden zwischen den Platten des Plattenkondensators kleine Öltröpfchen zerstäubt. Durch die Reibung der Tröpfchen aneinander, laden sich diese negativ auf. Die Bewegungen der Tröpfchen können nun mit einem Mikroskop beobachtet werden. Die Ladung der Kondensatoren ist so ausgerichtet, dass die positiv geladene Platte oben, und die negativ geladene Platte unten ist. Das negativ geladene Öltröpfchen wird also in Richtung der positiven Platte bewegt. Wirkende Kräfte Schau dir jetzt einmal an, welche Kräfte denn alles auf das Tröpfchen wirken. Auf das Tröpfchen wirken also mehrere Kräfte gleichzeitig. Zum einen wirkt die Schwerkraft bzw. die Gewichtskraft des Tröpfchens nach unten. Neben der wirkenden Gewichtskraft wirkt allerdings auch die Auftriebskraft und die elektrische Kraft der Kondensatoren auf das Tröpfchen. Millikan versuch aufgaben lösungen fur. Diese wirken entgegen der Gewichtskraft. Eine Auftriebskraft wirkt nur, wenn ein Medium verdrängt wird (z.
Dazu ist der Bereich zwischen den Platten außerdem mit einer hellen Lampe beleuchtet. Mit einem Zerstäuber können Öltröpfchen zwischen die beiden Platten eingebracht werden. Millikan-Versuch – Erklärung Um zu verstehen, wie wir mithilfe des Millikan-Versuchs die Elementarladung bestimmen können, müssen wir uns seine Durchführung anschauen. Dabei gibt es zwei Phasen: die Schwebephase und die Sinkphase. MILLIKAN-Versuch | LEIFIphysik. Die Schwebephase Zunächst werden Öltröpfchen mit dem Zerstäuber zwischen die Kondensatorplatten gebracht. Die Tröpfchen sind so fein, dass sie nur mit speziellen Mikroskopen beobachtet werden können. Durch das Mikroskop wählen wir ein Tröpfchen zur Beobachtung aus. Es bleibt aufgrund seiner geringen Größe lange in der Luft, da diese eine Auftriebskraft auf das Tröpfchen bewirkt. Aufgrund seiner Gewichtskraft beginnt es allerdings dennoch, langsam abzusinken. Jetzt kommt der Kondensator ins Spiel. Durch den Zerstäubungsprozess sind die Tröpfchen während ihrer Entstehung Reibung ausgesetzt, wodurch sich manche von ihnen elektrostatisch aufladen.
Aufgaben zum Millikan-Experiment 367. In der skizzierten Versuchsanordnung gelangen elektrisch geladene Öltröpfchen durch eine Bohrung in einen Plattenkondensator mit Plattenabstand d=3, 00 mm, an dem eine variable Spannung U anliegt. Der Wert der Öldichte von 880 kg/m³ enthält bereits eine Korrektur für den Auftrieb in Luft. a) Um ein Öltröpfchen im Kondensator zum Schweben zu bringen, muss eine bestimmte Spannung U eingestellt werden. In welchem Bereich muss diese Spannung gewählt werden, wenn von einem größtmöglichen Öltröpfchenradius von 0, 5 µm ausgegangen werden kann? Millikan-Experiment Aufgabe? (Schule, Physik, Aufgabenstellung). b) Erklären Sie, warum mit der Schwebemethode die Ladung des Öltröpfchens nur ungenau bestimmt werden kann. c) Nachdem ein Öltröpfchen bei U=42V zum Schweben bebracht wurde, wird der Kondensator vollständig entladen.
Es gilt also: Gewichtskraft F G = Feldkraft F m ⋅ g = Q ⋅ E Beträgt die Ladung eines Öltröpfchens Q = N ⋅ e und die elektrische Feldstärke in einem Plattenkondensator E = U d, so erhält man: m ⋅ g = N ⋅ e ⋅ U d und nach der Elementarladung e umgestellt: e = m ⋅ g ⋅ d N ⋅ U Damit könnte man die Elementarladung e bestimmen. Das Problem besteht allerdings in der Ermittlung der Masse. Millikan versuch aufgaben lösungen der. Um es zu lösen, wandte MILLIKAN folgenden "Trick" an: Neben der Gewichtskraft und der Feldkraft wirkt auf die kleinen Tröpfchen auch die Luftreibungskraft. Sie bewegen sich gleichförmig nach oben (Bild 1 oben), wenn diese Reibungskraft F R = F − F G (1) und gleichförmig nach unten (Bild 1 unten), wenn: F R = F + F G (2) Nach dem stokeschen Gesetz kann man für die Reibungskraft schreiben: F R = 6 π ⋅ η ⋅ r ⋅ v Dabei ist η die dynamische Viskosität ("Zähigkeit des Stoffes"), r der Tröpfchenradius und v die Geschwindigkeit der Tröpfchen. Aus den Kräftegleichgewichten (1) und (2) kann man unter Einbeziehung der zuletzt genannten Gleichung für die Reibungskraft die Geschwindigkeit beim Sinken und Steigen ermitteln: beim Steigen: beim Sinken: 6 π ⋅ η ⋅ r ⋅ v = N ⋅ e ⋅ E − m ⋅ g 6 π ⋅ η ⋅ r ⋅ v = N ⋅ e ⋅ E + m ⋅ g v 1 = N ⋅ e ⋅ E − m ⋅ g 6 π ⋅ η ⋅ r v 2 = N ⋅ e ⋅ E + m ⋅ g 6 π ⋅ η ⋅ r Um N ⋅ e = Q zu bestimmen, bildet man v 1 + v 2 und v 1 − v 2.