Номер 1, страница 160, часть 1 - гдз по физике 8 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 1. Глава 4. Электрический заряд. Электрическое поле. Параграф 40. Делимость электрического заряда. Электрон. Вопросы и задания - номер 1, страница 160.

Условие.

1. В чём заключалась суть опытов Иоффе и Милликена?

Решение.

Суть опытов, проведённых независимо друг от друга в начале XX века американским физиком Робертом Милликеном и российским физиком Абрамом Иоффе, заключалась в экспериментальном доказательстве дискретной природы электрического заряда и измерении его минимальной порции — элементарного заряда, обозначаемого как $\text{e}$. Оба учёных пришли к одному и тому же фундаментальному выводу, используя схожие по идее, но различные в деталях методики.

Общая идея экспериментов состояла в наблюдении за поведением очень маленьких заряженных частиц, помещённых в однородное электрическое поле, создаваемое между двумя горизонтальными пластинами. В этом поле на частицу действуют сила тяжести $F_g = mg$, направленная вниз, и электрическая сила $F_E = qE$. Подбирая напряжённость поля $\text{E}$, можно было уравновесить эти силы и заставить частицу неподвижно висеть в воздухе или двигаться с постоянной скоростью.

В опыте Милликена (1909 г.) в качестве таких частиц использовались мельчайшие капельки масла. Измеряя скорость падения капли без поля, он вычислял её массу $\text{m}$. Затем, включая поле и добиваясь равновесия ($qE = mg$), он определял заряд капли $\text{q}$. Проведя измерения для большого количества разных капель, Милликен установил, что их заряды всегда были целыми кратными одной и той же фундаментальной величины: $q = ne$, где $\text{n}$ — целое число. Эта величина $\text{e}$ и была признана элементарным зарядом.

В опыте Иоффе (1911-1913 гг.) использовались заряженные металлические пылинки цинка. Ключевое отличие его метода состояло в том, что он изменял заряд одной и той же пылинки прямо в ходе эксперимента. Сначала пылинка уравновешивалась в поле. Затем её облучали ультрафиолетовым светом, что вызывало фотоэффект и приводило к потере электронов, то есть к изменению заряда пылинки на величину $\Delta q$. Пылинка начинала двигаться. Чтобы снова её остановить, требовалось изменить напряжённость поля. По изменению поля Иоффе с высокой точностью определял изменение заряда $\Delta q$. Он обнаружил, что это изменение всегда было кратно одной и той же минимальной порции, тем самым напрямую доказав, что заряд изменяется дискретными единицами.

Таким образом, оба эксперимента блестяще подтвердили гипотезу о квантовании электрического заряда и позволили с высокой точностью измерить его фундаментальную единицу.

Ответ: Суть опытов Иоффе и Милликена заключалась в экспериментальном доказательстве того, что электрический заряд является дискретной (квантованной) величиной, то есть заряд любого тела всегда кратен некоторому минимальному, элементарному заряду $\text{e}$. Они добились этого, измеряя заряды микроскопических частиц (капель масла у Милликена, металлических пылинок у Иоффе), которые уравновешивались в электрическом поле под действием силы тяжести и электрической силы.