wprowadzenie
Robert Millikan poświęcił się nauczaniu i podkreślił znaczenie uczenia się w laboratorium. Pełnił również wiele funkcji administracyjnych i kierowniczych w dziedzinie nauki. Dokonaniami millikana było projektowanie i dopracowanie eksperymentów, które potwierdziły najważniejsze teorie naukowe jego czasów, dostarczając implikacji dla teorii atomowej.,
małe miasteczko
Robert Andrews Millikan urodził się 22 marca 1868 roku w Morrison w stanie Illinois, wnuk pionierów, którzy przesiedlili się z Nowej Anglii. Był drugim z sześciorga dzieci Silasa Franklina Millikana, Pastora Kongregacjonalistycznego, i Mary Jane Andrews, byłej dziekanki ds. kobiet w Olivet College w stanie Michigan. W 1872 roku rodzina przeniosła się do innego małego miasteczka, Maquoketa w stanie Iowa. Millikan dorastał pracując na farmie i uczęszczał do Maquoketa High School.,
kariera naukowa
Po krótkim stincie jako reporter sądowy, Millikan wstąpił do Oberlin College w Ohio (jego matka alma mater) i studiował w klasyce, ale został namówiony przez doradcę, aby dostosować swoją fascynację matematyką do nauczania fizyki. Po ukończeniu studiów w 1891 roku pozostał nauczycielem fizyki elementarnej. Jego kariera naukowa rozpoczęła się w 1893 roku na Columbia University, a jego pierwszy doktorat z fizyki w 1895 roku. Jego badania doktoranckie dotyczyły polaryzacji światła żarowego.,
w 1895 roku Millikan przeniósł się do Niemiec i przez rok studiował u Maxa Plancka i Walthera Nernsta na uniwersytetach w Getyndze i Berlinie.
Millikan ożenił się w 1902 roku z Gretą Erwin Blanchard, a ich rodzina liczyła trzech synów.
Millikan został profesorem w 1910 roku, ustanawiając program nauczania i współpracując przy wielu podręcznikach, które podkreślały laboratoryjne uczenie się w zakresie fizyki wprowadzającej na poziomie szkoły średniej i college ' u.,
ważne odkrycie
kontynuacja eksperymentów doprowadziła Millikana do pierwszego ważnego odkrycia elementarnego ładunku elektrycznego poprzez zastosowanie jego eleganckiej „metody spadania kropli”, pomiaru stałego ładunku i kwantów elektronów, bezpośredniego wyznaczania stałej Plancka, potwierdzenia atomowej teorii materii i eksperymentów w spektroskopii poza poziomami promieniowania ultrafioletowego. Następnie przeprowadzono ważne badania nad promieniowaniem kosmicznym i zjawiskami jonizacji.,
odpowiedzialność
Millikan przyjął wiele obowiązków administracyjnych i kierowniczych w nauce: z National Research Council zorganizowanym przez George 'a Hale' a podczas I wojny światowej, American Association for the Advancement of Science i American Physical Society. Reprezentował Stany Zjednoczone w Lidze Narodów I Międzynarodowym Kongresie Fizyki i był konsultantem przemysłu.,
Caltech
w 1921 roku, namówiony przez George 'a Hale' a i Arthura Noyesa, Millikan przeniósł się z Chicago do nowo powstałego California Institute of Technology w Pasadenie i został dyrektorem jego Norman Bridge Physics Laboratory. W Caltech, jego badania koncentrowały się na „promieniowaniu kosmicznym”, termin, który wymyślił, aby opisać wysokoenergetyczne cząstki, które uderzają w ziemską atmosferę. Millikan pozostał liderem Instytutu, jak to wzrosła do światowej sławy, ostatecznie na emeryturę w 1945 roku.
Religia a, Nauka
ten wybitny naukowiec z ojcem duchownym, wykształceniem w klasyce i karierą naukową poświęcił wiele wysiłku pogodzeniu swoich filozoficznych poglądów religijnych i naukowych i pisał i wykładał szeroko na ten temat.
Robert Millikan zmarł 19 grudnia 1953 roku w San Marino w Kalifornii, w ciągu kilku tygodni od śmierci żony.
ważnymi teoriami
dokonaniami Roberta Millikana było zaprojektowanie i dopracowanie eksperymentów, które jednoznacznie potwierdziły najważniejsze teorie naukowe jego czasów, dostarczając implikacji dla teorii atomowej.,
jego eksperyment kropli oleju potwierdził istnienie elektronu i dokładnie określił jego ładunek. Jego eksperyment na efekt fotoelektryczny ustalił falowo-cząsteczkowy podwójny charakter światła.
metoda kropli oleju
wymagania Millikana przy projektowaniu eleganckiej i pomysłowej metody kropli oleju były następujące:
(1) stworzenie możliwie najmniejszego, całkowicie kulistego, jednorodnego ciała. Ciało to musi mieć stałą masę w przypadku braku zakłócającej siły grawitacyjnej i prądów konwekcyjnych.,
(2) zastosowanie pola elektrycznego do umieszczenia ładunku na kuli, a następnie zmiana tego ładunku i pomiar powstałej prędkości kuli.
aparat zbudował kroplę oleju (z atomizera) w stabilną atmosferę o stałej długości pomiędzy dwiema metalowymi płytkami, które przyłożyły do kropli stałe pole elektryczne. Przełącznik w obwodzie pozwalał na włączanie i wyłączanie pola.,
eksperymenty z aparatem polegały na zmianie parametrów: mierzalnej odległości przebytej kropli, wielkości płyt oraz metod stosowanych do zmiany ładunku elektrycznego kuli.
wreszcie wielkość kropli oleju wynosiła tysięczną milimetra średnicy, centymetr ścieżki ruchu kropli oleju uzyskano z płyt o średnicy 22 cm, umieszczonych w odległości 16 mm od siebie, a siła zastosowanego ładunku wynosiła około 6000 woltów na cm. Każda z tych wartości okazała się optymalna; wariacje zniszczyłyby eksperyment.,
pełna gama
wśród źródeł używanych do zmiany ładunku kropli były: bombardowanie promieniami alfa, beta lub gamma z Radu, oświetlenie ultrafioletowe i promieniowanie rentgenowskie-pełna gama widma elektromagnetycznego.
ustalone fakty eksperymentalne to: jest ładunek na elektronie, jest najmniejszy ładunek „jednostkowy”, a ładunek zmienia się w dyskretnych kwantach.”
na przestrzeni lat dalszych badań uzyskano wartość bezwzględną elektronu w jednostkach bezwzględnych elektrostatycznych. Nie mają wymiarów, ale są po prostu ładunkami punktowymi siły elektrycznej.,
następnie, zasady teorii atomowej pojawiły się z obserwacji, że masa dodatnio naładowanych elektronów jest 1,845 razy więcej negatywów, liczba pozytywów i negatywów w atomie można zmierzyć, a negatywy są rozprowadzane przez jądro atomu i zewnętrznych regionów.
Teoria fal
klasyczna teoria fal, opublikowana w 1600 roku, opisywała światło jako promieniowanie fal elektromagnetycznych poruszające się w ruchu falistym przez przestrzeń ze źródeł takich jak słońce lub żarówka.
około 1900 roku Philipp Lenard zademonstrował wyjątek od przyjętej teorii., Pokazał, że gdy światło ultrafioletowe świeciło na dwóch metalowych płytach ustawionych w niewielkiej odległości od siebie w próżni, prąd elektryczny przepływał przez obwód. Światło ultrafioletowe wybiło kilka elektronów z jednej płyty; polecieli na drugą płytę i ukończyli obwód elektryczny. Przy pewnym podwyższonym poziomie napięcia prąd przestał płynąć. Zjawisko to znane jest jako efekt fotoelektryczny.
w 1905 roku Einstein zaproponował wyjaśnienie tego efektu oparte na pracy Maxa Plancka., Stwierdził, że światło nie jest rozproszone w falach ciągłych, ale przemieszcza się jako skończona liczba punktów energii (kwanty), które poruszają się bez podziału i mogą być absorbowane lub generowane tylko w całych ilościach; zachowanie światła było bardziej jak strumień cząstek niż ciągła fala. Jest to cząstka, która dostarcza energię do wyrzucenia elektronu z metalowej płyty. Teoria ta spotkała się z oporem w środowisku naukowym i pozostała do eksperymentalnego udowodnienia.,
efekt fotoelektryczny
Einstein zaproponował równanie:
E = hf-P
aby opisać maksymalną energię kinetyczną każdego uciekającego elektronu w efekcie fotoelektrycznym. E jest energią „ucieczki”, f jest częstotliwością padającego światła, p jest stałą Plancka, a h jest „funkcją pracy”, opisaną przez Roberta Millikana jako ” praca niezbędna do wydostania elektronu z metalu.”
w ciągu dziesięcioletniego programu eksperymentów Robert Millikan opracował aparat do weryfikacji teorii Einsteina., Wewnątrz ewakuowanej szklanej żarówki, płyta z metalu alkalicznego, takiego jak lit, sód lub potas, była zamontowana na kole, które przesuwało się obok noża skrobaka, a następnie w ścieżkę światła monochromatycznego o różnych częstotliwościach. Millikan zmierzył napięcie wymagane do zapobieżenia indukowanemu prądowi. Wykres częstotliwości padania światła w stosunku do napięcia był linią prostą. Równanie Einsteina zostało zweryfikowane.
pomimo swoich wyników eksperymentalnych, Millikan potrzebował trochę czasu, aby całkowicie przekonać się o teorii Einsteina., Potwierdzenie późniejszych eksperymentów na ten temat przez innych naukowców ostatecznie zmieniło jego zdanie. Współczesna teoria światła zawiera zarówno właściwości falowe, jak i cząstkowe (fotonowe) światła.