Номер 4, страница 326 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

4. Что было доказано опытами Милликена и Иоффе?

Опыты американского физика Роберта Милликена и русского физика Абрама Иоффе, проведенные независимо друг от друга в начале XX века, были посвящены изучению природы электрического заряда и привели к одному из фундаментальных открытий в физике.

В своих знаменитых экспериментах с каплями масла (1909-1913 гг.) Роберт Милликен распылял мельчайшие капельки масла в камеру, где они заряжались в результате трения или ионизации воздуха. Эти заряженные капли попадали в пространство между двумя горизонтальными металлическими пластинами, на которые подавалось напряжение, создавая однородное электрическое поле. Подбирая напряженность поля, Милликен мог заставить каплю висеть неподвижно, уравновешивая силу тяжести электрической силой, или двигаться с постоянной скоростью. Измеряя массу капли и напряженность поля, он вычислял ее заряд. Проведя множество измерений для разных капель, он обнаружил, что полученные значения зарядов всегда были целыми кратными одной и той же фундаментальной величины.

Абрам Иоффе, работая в 1911-1913 гг., проводил схожие по идее эксперименты, но использовал заряженные пылинки металлов (цинка). Его метод имел важное отличие: он наблюдал за одной и той же пылинкой, но мог изменять ее заряд, освещая ее ультрафиолетовым или рентгеновским излучением (что вызывало фотоэффект и потерю электронов). При изменении заряда пылинка выходила из равновесия, и для ее повторного "подвешивания" требовалось изменить напряженность электрического поля. Иоффе показал, что изменение заряда всегда происходило скачкообразно, порциями, равными одному и тому же минимальному значению.

Таким образом, опыты Милликена и Иоффе, взаимно подтверждая и дополняя друг друга, неопровержимо доказали два важнейших факта:

1. Существование элементарного электрического заряда — наименьшей, неделимой порции заряда, носителем которого является электрон. Его значение было определено с высокой для того времени точностью: $e \approx 1,6 \times 10^{-19}$ Кл.

2. Дискретность (квантование) электрического заряда. Это означает, что любой электрический заряд $\text{q}$, существующий в природе, может быть представлен как целое число элементарных зарядов $\text{e}$: $q = n \cdot e$, где $\text{n}$ — целое число. Заряд не может принимать произвольные, промежуточные значения, он всегда состоит из целого числа "кирпичиков" — элементарных зарядов.

Ответ: Опытами Милликена и Иоффе была доказана дискретность (квантование) электрического заряда и было установлено существование его наименьшей порции — элементарного электрического заряда $\text{e}$, равного по модулю заряду электрона.