[물리학 실험보고서] 밀리컨 기름방울 실험[Millikan Oil-drop Experiment]

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[물리학 실험보고서] 밀리컨 기름방울 실험[Millikan Oil-drop Experiment]
[물리학 실험보고서] 밀리컨 기름방울 실험[Millikan Oil-drop Experiment]

1. 목 적
→ 대전된 기름방울을 균일한 전기장 속에서 운동시켜 관찰된 운동으로부터 기름방울의 전하를 직접 측정하고, 측정한 전하가 기본전하의 정수배라는 사실로부터 전자 하나의 전하를 구한다.

2. 실험원리
① 역사적 의의 : 1909년 밀리컨(R. A. Millikan)은 기름방울을 이용하여 실험을 한 결과, 전하의 크기를 측정하는데 성공했으며, 여러 개의 기름방울에 대해 각각의 전하를 구한 결과 특정수의 정수배에 가까운 값이 나옴을 찾아냈다. 이를 토대로 ‘기본 전하량’을 구해내는데 성공하여, 1923년 노벨물리학상을 수상하였다.

② 실험에 필요한 이론 및 공식들

당시 밀리컨이 사용했던 실험기구
왼쪽의 그림과 같이, Atomizer에서 기름이 나오면, 먼저 윗부분의 Charged Plate에 기름이 남아있게 된다. 이후, 윗부분에 Charged Plate에 있는 틈새를 통해서 기름방울이 떨어지게 되고, 두 개의 Charged Plate 사이에 걸려있는 전기장에 의해서 기름방울의 이동이 달라질 것이다. 물론, 전기가 흐르는 방향이나 전압을 바꿈에 따라서도 달라질 것이다. 기본적으로, 전기장이 걸려있지 않을 경우, 기름이 Charged Plate상단 틈새를 통해 나오면, 중력장에 의한 운동만 하게 될 것이다. 또한, 그림 오른쪽 하단에 설치되어 있는 Microscope를 통해서 기름방울의 운동 상태를 눈으로 직접 관찰할 수 있다.

즉, 이러한 운동을 다음과 같이 나타낼 수 있다.

→

그러나 실제 실험에서는 전기장 속에 음으로 대전된 질량 m인 기름방울을 넣었을 경우, 기름방울에 작용하난 여러 종류의 힘(전기력, 중력, 부력, 저항력)과의 관계로부터 전하량을 구하는 직접적인 측정법을 사용할 것이기 때문에 추가적으로 식이 더 필요하다.

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