Einführung
Robert Millikan widmete sich ganz der Lehre und betonte die Bedeutung von Labor-based learning. Er hatte auch viele administrative und Führungsaufgaben im Bereich der Wissenschaft inne. Millikan Leistungen waren das Design und die Feinabstimmung von Experimenten, die die wichtigsten wissenschaftlichen Theorien seiner Zeit bestätigt, Bereitstellung der Implikationen für die Atomtheorie.,
Kleinstadt
Robert Andrews Millikan wurde am 22.März 1868 in Morrison, Illinois, als Enkel von Pionieren geboren, die aus Neuengland umgesiedelt waren. Er war der zweite Sohn von sechs Kindern von Silas Franklin Millikan geboren, ein Kongregationalist Minister, und Mary Jane Andrews, ehemaliger Dekan der Frauen am Olivet College, Michigan. Im Jahr 1872 zog die Familie in eine andere kleine Stadt, die von Maquoketa, Iowa. Millikan wuchs auf der Farm auf und besuchte die Maquoketa High School.,
Wissenschaftliche Karriere
Nach einer kurzen Zeit als Gerichtsreporter trat Millikan in das Oberlin College in Ohio ein (Alma Mater seiner Mutter) und studierte die Klassiker, wurde jedoch von einem Berater überzeugt, seine Faszination für Mathematik an den Physikunterricht anzupassen. Nach seinem Abschluss im Jahr 1891 unterrichtete er weiterhin Grundphysik. Seine wissenschaftliche Laufbahn ging weiter zu einem Stipendium in Physik an der Columbia University im Jahr 1893 und seine erste Promotion in Physik im Jahr 1895. Seine Doktorarbeit beschäftigte sich mit der Polarisation von Glühlampen.,1895 zog Millikan nach Deutschland, wo er ein Jahr bei Max Planck und Walther Nernst an den Universitäten Göttingen und Berlin studierte und 1896 in die USA zurückkehrte, um sich A. A. Michelson an der University of Chicago anzuschließen.
Millikan heiratete 1902 Greta Erwin Blanchard und wuchs mit drei Söhnen auf.
Millikan widmete sich dem Unterrichten und wurde 1910 Professor, etablierte einen Lehrplan und arbeitete an vielen Lehrbüchern zusammen, die das laborbasierte Lernen in der einleitenden Physik auf der Highschool-und College-Ebene betonten.,
Wichtige Entdeckung
Fortgesetzte Experimente führten Millikan zu seiner ersten wichtigen Entdeckung der elementaren Ladung von Elektrizität durch die Verwendung seiner eleganten „fallenden Tropfen Methode“, Messung der konstanten Ladung und Quanten von Elektronen, die direkte Bestimmung der Planck-Konstante, Bestätigung der Atomtheorie der Materie, und Experimente in der Spektroskopie über ultraviolette Strahlung Ebenen. Es folgten wichtige Forschungen zu kosmischen Strahlungs-und Ionisationsphänomenen.,
Verantwortung
Millikan übernahm viele administrative und Führungsaufgaben in der Wissenschaft: mit dem National Research Council, der während des Ersten Weltkriegs von George Hale, der American Association for the Advancement of Science und der American Physical Society organisiert wurde. Er vertrat die Vereinigten Staaten beim Völkerbund und dem Internationalen Physikkongress und war Berater der Industrie.,
Caltech
1921 zog Millikan überredet von George Hale und Arthur Noyes von Chicago zum neu gegründeten California Institute of Technology in Pasadena und der Leitung seines Norman Bridge Physics Laboratory. Bei Caltech, seine Forschung konzentrierte sich auf “ kosmische Strahlen,“Ein Begriff, den er erfunden, um hochenergetische Teilchen zu beschreiben, die die Erdatmosphäre treffen. Millikan blieb der Leiter des Instituts, als es weltbekannt wurde, schließlich in den Ruhestand im Jahr 1945.
Religion vs., Wissenschaft
Dieser bedeutende Wissenschaftler mit einem geistlichen Vater, einer Ausbildung in den Klassikern und einer Karriere in der Wissenschaft widmete sich sehr der Versöhnung seiner religiösen und wissenschaftlichen Philosophien und schrieb und hielt Vorträge zu diesem Thema.
Robert Millikan starb am 19. Dezember 1953 in San Marino, Kalifornien, innerhalb weniger Wochen nach dem Tod seiner Frau.
Wichtige Theorien
Robert Millikan Leistungen waren die Gestaltung und Feinabstimmung von Experimenten, die eindeutig die wichtigsten wissenschaftlichen Theorien seiner Zeit bestätigt, Bereitstellung der Implikationen für die Atomtheorie.,
Sein Öltropfen-Experiment bestätigte die Existenz des Elektrons und bestimmte seine Ladung genau. Sein Experiment zum photoelektrischen Effekt etablierte die Welle / Teilchen-Doppelnatur des Lichts.
Öltropfen-Methode
Millikan ‚ s Anforderungen bei der Gestaltung seiner eleganten und genialen Öltropfen-Methode waren:
(1) Die Schaffung des kleinstmöglichen, vollständig kugelförmigen, homogenen Körpers. Dieser Körper muss eine konstante Masse ohne störende Gravitationskraft und Konvektionsströme haben.,
(2) Die Anwendung eines elektrischen Feldes, um eine Ladung auf die Kugel zu setzen, dann diese Ladung zu ändern und die resultierende Geschwindigkeit der Kugel zu messen.
Das Gerät Millikan gebaut in einem Öltropfen (von einem Zerstäuber) in eine stabile Atmosphäre von fester Länge zwischen zwei Metallplatten, die ein festes elektrisches Feld auf den Tropfen aufgebracht. Durch einen Schalter in der Schaltung konnte das Feld ein – und ausgeschaltet werden.,
Das Experimentieren mit der Vorrichtung umfasste die Variation der Parameter: die messbare Entfernung, die der Tropfen zurücklegte, die Größe der Platten und die Methoden, mit denen die elektrische Ladung der Kugel verändert wurde.
Schließlich war die Größe des Öltropfens ein Tausendstel Millimeter im Durchmesser, der Zentimeter des Weges für den Öltropfen wurde von Platten mit 22 cm Durchmesser erhalten, die 16 mm voneinander entfernt waren, und die Stärke der aufgebrachten Ladung betrug etwa 6.000 Volt pro cm. Jeder dieser Werte erwies sich als optimal; Variationen würden das Experiment ruinieren.,
Der volle Gamut
Unter den Quellen verwendet, um den Tropfen Ladung zu ändern waren: Alpha, Beta oder Gammastrahlenbeschuss von Radium, ultraviolette Beleuchtung und Röntgenstrahlung-die volle Bandbreite des elektromagnetischen Spektrums.
Die experimentellen Fakten waren: Es gibt eine Ladung auf einem Elektron, es gibt eine kleinste“ Einheit “ Ladung, und die Ladung ändert sich in diskreten Mengen oder „Quanten.“
Über Jahre der weiteren Untersuchung wurde der absolute Wert des Elektrons in absoluten elektrostatischen Einheiten erhalten. Sie haben keine Abmessungen, sondern sind einfach Punktladungen elektrischer Kraft.,
Als nächstes entstanden die Prinzipien der Atomtheorie mit Beobachtungen, dass die Masse der positiv geladenen Elektronen 1.845 mal so groß ist wie die der Negativen, die Anzahl der Positiven und Negativen in einem Atom gemessen werden kann und die Negativen durch den Atomkern und die äußeren Regionen verteilt sind.
Wellentheorie
Die klassische Wellentheorie, die in den 1600er Jahren veröffentlicht wurde, beschrieb Licht als elektromagnetische Wellenstrahlung, die sich in wellenförmigen Bewegungen durch den Raum von Quellen wie der Sonne oder einer Glühbirne bewegt.
Um 1900 demonstrierte Philipp Lenard eine Ausnahme von der akzeptierten Theorie., Er zeigte, dass, wenn ultraviolettes Licht auf zwei Metallplatten in einem Vakuum eine kurze Strecke voneinander entfernt schien, elektrischer Strom durch den Stromkreis floss. Das ultraviolette Licht klopfte einige Elektronen von einer Platte; Sie flogen zur anderen Platte und vervollständigten den Stromkreis. Bei einem erhöhten Spannungspegel hörte der Strom auf zu fließen. Dieses Phänomen wird als photoelektrischer Effekt bezeichnet.
1905 schlug Einstein eine Erklärung für diesen Effekt vor, die auf der Arbeit von Max Planck aufbaute., Er erklärte, dass Licht nicht in kontinuierlichen Wellen verteilt ist, sondern sich ab einer endlichen Anzahl von Energiepunkten (Quanten) bewegt, die sich ohne Teilung bewegen und nur in ganzen Mengen absorbiert oder erzeugt werden können; Das Verhalten von Licht war eher wie ein Strom von Teilchen als eine kontinuierliche Welle. Es ist ein Teilchen, das die Energie liefert, um das Elektron von der Metallplatte auszustoßen. Diese Theorie stieß in der wissenschaftlichen Gemeinschaft auf Widerstand und blieb experimentell bewiesen.,
Photoelektrischer Effekt
Einstein schlug die Gleichung vor:
E = hf-P
um die maximale kinetische Energie jedes austretenden Elektrons im photoelektrischen Effekt zu beschreiben. E ist die „Escape“ – Energie, f ist die Frequenz des einfallenden Lichts, P ist Plancks Konstante und h ist die „Arbeitsfunktion“, die von Robert Millikan als „die Arbeit“ beschrieben wird, die notwendig ist, um das Elektron aus dem Metall zu holen.“
Über ein zehnjähriges Programm des Experimentierens, entwickelte Robert Millikan den Apparat Einsteins Theorie zu überprüfen., In einem evakuierten Glaskolben wurde eine Platte aus einem Alkalimetall wie Lithium, Natrium oder Kalium auf einem Rad montiert, das sich bei verschiedenen Frequenzen an einem Schabermesser und dann in den Weg des monochromatischen Lichts bewegte. Millikan hat die Spannung gemessen, die erforderlich ist, um den induzierten Strom zu verhindern. Der Graph der einfallenden Lichtfrequenz gegen Spannung war eine gerade Linie. Einsteins Gleichung wurde verifiziert.
Trotz seiner experimentellen Ergebnisse, nahm sich Millikan einige Zeit, um vollständig von Einsteins Theorie überzeugt zu sein., Die Bestätigung durch spätere Experimente anderer Wissenschaftler zu diesem Thema änderte schließlich seine Meinung. Die moderne Theorie des Lichts enthält sowohl die Welleneigenschaften als auch die Teilchen – (Photonen -) Eigenschaften von Licht.