Millikanversuch
Sie finden hier drei verschiedene Versionen des Millikan-Versuchs als Computersimulationen:
1. Die Schwebemethode
Bei dieser Version wird die Spannung an den Kondensatorplatten so geregelt, dass ein ausgesuchtes Öltröpfchen im elektrischen Feld schwebt. Da der Radius des erzeugten Öltröpfchens für die Berechnung der Ladung benötigt wird, kann der Benutzer das Öltröpfchen anklicken. Dann wird der Radius angezeigt. Die Tröpfchen haben nicht alle die gleiche Größe - diese variiert in der Simulation stark. Zur Berechnung der Ladung werden daher beide Größen, also die Spannung und der Radius, benötigt.
Die Schwebemethode ist im realen Experiment kaum durchzuführen, da der Schwebezustand aufgrund der Brownschen Molekularbewegung schwer einzustellen ist und die Größe der Tröpfchen wegen der Lichtbeugung nicht richtig zu erkennen ist. Die Computersimulation ermöglicht aber dieses Verfahren, das wegen der überschaubaren physikalischen Zusammenhänge besonders für einen Grundkurs geeignet erscheint.
Im folgenden Beispiel wurden 50 Messungen ausgewertet und in einem Diagramm dargestellt. Die Quantelung der Ladung der Öltröpfchen wird dabei deutlich erkennbar.
Download des Dokuments "Auswertebeispiel"
2. Methode: Schweben - Fallen
Bei dieser Methode lässt sich der Radius eines Öltröpfchens durch seine Fallbewegung bestimmen, denn das Tröpfchen fällt mit konstanter Geschwindigkeit, sobald sich die Gewichtskraft und die Luftreibungskraft kompensieren. Mit Hilfe dieser Fallgeschwindigkeit kann man die Größe des Ölkügelchens berechnen.
Schwebespannung und Radius liefern dann die Ladung des Tröpfchens.
3. Methode: Fallen - Steigen
Da der Schwebezustand im realen Experiment nur schwer einstellbar ist, lässt man das Öltröpfchen im elektrischen Feld steigen und danach wieder fallen. Beide Bewegungen liefern Geschwindigkeiten, die in eine (etwas komplizierte) Formel für die Ladung des Tröpfchens eingehen.
Dabei gibt es zwei verschiedene Versuchsvarianten:
Variante 1: Das Öltröpfchen fällt ohne dem elektrischen Feld, also nur aufgrund seiner Gewichtskraft.
Variante 2: Das Öltröpfchen fällt mit elektrischem Feld, wobei die Kondensator gegenüber der Steigbewegung umgepolt wurden.
Beide Versionen lassen sich im realen Experiment durchführen und liefern brauchbare Ergebnisse. Die Computersimulation "millikan_3.exe" ermöglicht ebenfalls beide Versuchsversionen.