Introduzione
Robert Millikan si è dedicato all’insegnamento e ha sottolineato l’importanza dell’apprendimento basato sul laboratorio. Ha anche ricoperto molte responsabilità amministrative e di leadership nel campo della scienza. Realizzazioni di Millikan sono stati la progettazione e messa a punto di esperimenti che hanno confermato le più importanti teorie scientifiche del suo tempo, fornendo le implicazioni per la teoria atomica.,
Piccola città
Robert Andrews Millikan nacque il 22 marzo 1868 a Morrison, Illinois, nipote di pionieri che si erano trasferiti dal New England. Era il secondo figlio di sei figli nati da Silas Franklin Millikan, un ministro congregazionalista, e Mary Jane Andrews, ex decano delle donne all’Olivet College, Michigan. Nel 1872, la famiglia si trasferì in un’altra piccola città, quella di Maquoketa, Iowa. Millikan è cresciuto lavorando nella fattoria e ha frequentato la Maquoketa High School.,
Carriera scientifica
Dopo un breve periodo come reporter di corte, Millikan è entrato Oberlin College in Ohio (alma mater di sua madre) e si è laureato in Classici, ma è stato convinto da un consulente per adattare il suo fascino con la matematica per insegnare fisica. Rimase insegnando fisica elementare dopo la laurea nel 1891. La sua carriera scientifica ha proceduto a una borsa di studio in Fisica presso la Columbia University nel 1893 e il suo primo dottorato in Fisica nel 1895. La sua ricerca di dottorato riguardava la polarizzazione della luce incandescente.,
Nel 1895, Millikan si trasferì in Germania e studiò per un anno con Max Planck e Walther Nernst alle Università di Gottinga e Berlino, tornando negli Stati Uniti nel 1896 per unirsi a A. A. Michelson all’Università di Chicago.
Millikan sposò Greta Erwin Blanchard nel 1902 e la loro famiglia crebbe fino a includere tre figli.
Dedicato all’insegnamento, Millikan divenne professore nel 1910, stabilendo un curriculum e collaborando a molti libri di testo che sottolineavano l’apprendimento basato sul laboratorio in fisica introduttiva a livello di scuola superiore e college.,
Importante Scoperta
Continuare la sperimentazione led Millikan per la sua prima importante scoperta della carica elementare di energia elettrica attraverso l’uso del suo elegante caduta “drop”, che misura la carica costante e quanta di elettroni, la determinazione diretta di Planck”s Costante, la conferma della teoria atomica della materia, e gli esperimenti di spettroscopia oltre i livelli delle radiazioni ultraviolette. Seguirono importanti ricerche sulle radiazioni cosmiche e sui fenomeni di ionizzazione.,
Responsabilità
Millikan ha assunto molte responsabilità amministrative e di leadership nella scienza: con il National Research Council organizzato da George Hale durante la prima guerra mondiale, l’American Association for the Advancement of Science e l’American Physical Society. Ha rappresentato gli Stati Uniti alla Società delle Nazioni e al Congresso Internazionale di Fisica ed è stato consulente per l’industria.,
Caltech
Nel 1921, convinto da George Hale e Arthur Noyes, Millikan si trasferì da Chicago al nuovo California Institute of Technology di Pasadena e alla direzione del suo Norman Bridge Physics Laboratory. Al Caltech, la sua ricerca incentrata su “raggi cosmici,” un termine che ha inventato per descrivere le particelle ad alta energia che colpiscono l”atmosfera della Terra. Millikan è rimasto il leader dell ” Istituto come è cresciuto per essere fama mondiale, finalmente andare in pensione nel 1945.
Religione vs., Scienza
Questo eminente scienziato con un padre ecclesiastico, un’educazione nei classici e una carriera nella scienza dedicò molti sforzi per riconciliare le sue filosofie religiose e scientifiche e scrisse e tenne conferenze su questo argomento.
Robert Millikan morì il 19 dicembre 1953 a San Marino, in California, poche settimane dopo la morte della moglie.
Teorie importanti
Le realizzazioni di Robert Millikan furono la progettazione e la messa a punto di esperimenti che confermarono inequivocabilmente le più importanti teorie scientifiche del suo tempo, fornendo le implicazioni per la teoria atomica.,
Il suo esperimento di goccia di olio ha confermato l’esistenza dell’elettrone e determinato con precisione la sua carica. Il suo esperimento sull’effetto fotoelettrico ha stabilito la doppia natura onda/particella della luce.
Oil Drop Method
I requisiti di Millikan nel progettare il suo elegante e ingegnoso oil drop method erano:
(1) La creazione del corpo più piccolo possibile, completamente sferico e omogeneo. Questo corpo deve avere una massa costante in assenza di forze gravitazionali interferenti e correnti di convezione.,
(2) L’applicazione di un campo elettrico per mettere una carica sulla sfera, quindi cambiare questa carica e misurare la velocità risultante della sfera.
L’apparecchio costruito da Millikan ha ammesso una goccia d’olio (da un atomizzatore) in un’atmosfera stabile di lunghezza fissa tra due piastre metalliche che hanno applicato un campo elettrico fisso alla goccia. Un interruttore nel circuito ha permesso di accendere e spegnere il campo.,
La sperimentazione con l’apparecchio ha comportato la variazione dei parametri: la distanza misurabile percorsa dalla goccia, la dimensione delle piastre e i metodi utilizzati per modificare la carica elettrica della sfera.
Infine, la dimensione della goccia d’olio era un millesimo di millimetro di diametro, il centimetro di percorso di viaggio per la goccia d’olio era ottenuto da piastre di diametro 22 cm posizionate a 16 mm di distanza e la forza della carica applicata era di circa 6.000 volt per cm. Ognuno di questi valori si è rivelato ottimale; le variazioni rovinerebbero l’esperimento.,
La gamma completa
Tra le fonti utilizzate per modificare la carica della goccia c’erano: il bombardamento di raggi alfa, beta o gamma da radio, illuminazione ultravioletta e irradiazione di raggi X-l’intera gamma dello spettro elettromagnetico.
I fatti sperimentali determinati erano: c’è una carica su un elettrone, c’è una carica “unità” più piccola e la carica cambia in quantità discrete o “quanti.”
Nel corso di anni di ulteriori studi, è stato ottenuto il valore assoluto dell’elettrone in unità elettrostatiche assolute. Non hanno dimensioni ma sono semplicemente cariche puntiformi di forza elettrica.,
Successivamente, i principi della teoria atomica sono emersi con le osservazioni che la massa di elettroni caricati positivamente è 1.845 volte quella dei negativi, il numero di positivi e negativi in un atomo può essere misurato e i negativi sono distribuiti attraverso il nucleo dell’atomo e le regioni esterne.
Teoria delle onde
La teoria classica delle onde, pubblicata nel 1600, descriveva la luce come radiazione elettromagnetica che si muove in movimento ondulato attraverso lo spazio da fonti come il sole o una lampadina.
Intorno al 1900, Philipp Lenard dimostrò un’eccezione alla teoria accettata., Ha dimostrato che quando la luce ultravioletta è stata brillata su due piastre di metallo poste a breve distanza l’una dall’altra nel vuoto, la corrente elettrica scorreva attraverso il circuito. La luce ultravioletta bussò alcuni elettroni da una piastra; volarono verso l’altra piastra e completarono il circuito elettrico. Ad un livello di tensione aumentato, la corrente ha smesso di scorrere. Questo fenomeno è noto come effetto fotoelettrico.
Nel 1905, Einstein propose una spiegazione per questo effetto costruita sul lavoro di Max Planck., Ha affermato che la luce non è distribuita in onde continue, ma viaggia come un numero finito di punti di energia (quanti) che si muovono senza dividersi e possono essere assorbiti o generati solo in quantità intere; il comportamento della luce era più simile a un flusso di particelle che a un’onda continua. È una particella che fornisce l’energia per espellere l’elettrone dalla piastra metallica. Questa teoria incontrò resistenza nella comunità scientifica e rimase da dimostrare sperimentalmente.,
Effetto fotoelettrico
Einstein propose l’equazione:
E = hf-P
per descrivere la massima energia cinetica di ciascun elettrone in fuga nell’effetto fotoelettrico. E è l” energia”fuga”, f è la frequenza della luce incidente, P è costante di Planck, e h è la” funzione di lavoro, “descritto da Robert Millikan come” il lavoro necessario per ottenere l ” elettrone dal metallo.”
Nel corso di un programma decennale di sperimentazione, Robert Millikan ideato l ” apparato per verificare la teoria di Einstein., All’interno di un bulbo di vetro evacuato, una piastra di un metallo alcalino, come litio, sodio o potassio, è stata montata su una ruota che si è spostata oltre un coltello raschietto e poi nel percorso della luce monocromatica a varie frequenze. Millikan ha misurato la tensione necessaria per impedire la corrente indotta. Il grafico della frequenza della luce incidente rispetto alla tensione era una linea retta. L ” equazione di Einstein è stata verificata.
Nonostante i suoi risultati sperimentali, Millikan ha impiegato un po ‘ di tempo per essere completamente convinto della teoria di Einstein., La conferma da esperimenti successivi sull’argomento da parte di altri scienziati alla fine cambiò idea. La moderna teoria della luce contiene sia le proprietà delle onde che le proprietà delle particelle (fotoni) della luce.