மில்லிகனின் எண்ணெய் திவலை சோதனை

மில்லிகனின் எண்ணெய்த் திவலை சோதனை (Oil drop experiment), 1909 ஆம் ஆண்டு ராபர்ட் ஆன்டுரூஸ் மில்லிகன் மற்றும் ஹார்வி பிளட்சர் ஆகிய அறிவியல் அறிஞர்கள் இணைந்து மேற்கொண்ட சோதனையாகும். இவ்விருவரும் எண்ணெய்த் திவலை சோதனையை மேற்கொண்டு எலக்ட்ரானின் மின்னூட்டம் கண்டறிந்தனர். இரண்டு இணையான கிடைமட்ட உலோகத் தகடுகளுக்கிடையே எண்ணெய்த் திவலையை அனுப்பி சோதனை மேற்கொள்ளப்பட்டது. முதலில், மின்புலம் ஏதும் கொடுக்காமல் திவலைகளின் முற்று திசை வேகம் கண்டறியப்பட்டது. திவலை முற்று திசை வேகத்தில் இருக்கும்போது ஸ்டோக்கின் விதிப்படி அதன் மீது செயல்படும் பாகு விசையானது புவியீர்ப்பு விசையை சமன் செய்கிறது. இவ்விரு விசைகளும் வெவ்வறு விதமாக கண்டறியப்படுகிறது. திவலைகளின் ஆரம் மற்றும் அடர்த்தி கொண்டு புவியீர்ப்பு விசையும், உரிய மின்னழுத்தத்தைக் கொடுத்து பாகு விசையும் கண்டறியப்படுகிறது. மின்புலம்மும் புவியீர்ப்பு விசையும் சமன் செய்யப்பட்டு திவலை நிறுத்தப்பட்டு பாகு விசை கண்டறியப்படுகிறது.

மின்புலம் பயன்படுத்தப்பட்டு எலக்ட்ரானின் மின்னுாட்டம் கண்டறிந்தனர். இச் சோதனையை பலமுறை மேற்கொண்டு எலக்ட்ரானின் மின்னுாட்டம் ஒரு சிறிய அளவின் மடங்காக இருப்பதைக் கண்டறிந்தனர். இதன் மதி்ப்பு 1.5924(17)×10⁻¹⁹ C என மில்லிகன் கண்டறிந்தார். பின்னர் இதன் மதி்ப்பு 1.602176487(40)×10⁻¹⁹ C என ஏற்றுக்கொள்ளப்பட்டது.^[1]. இது எதிர் மின்னுாட்டம் பெற்ற ஒரு எலக்ட்ரானின் மின்னுாட்டம் ஆகும்.

1908 ல் ராபர்ட் ஆன்டுரூஸ் மில்லிகன் சிகாகோ பல்கலைக்கழகத்தில் போராசிரியரகப் பணிபுரிந்தார்.^[2]. அப்போது தான் இச்சோதனை ^[3] செய்யப்பட்டது.

கண்ணாடி பெட்டியில் இருந்த இரண்டு இணையான கிடைமட்ட உலோக தகடுகளுக்கிடையே எண்ணெய் திவலையை அனுப்பி சோதனை மேற்கொள்ளப்பட்டது. இதன் மூலம் எதிர் மின்னுாட்டம் பெற்ற ஒரு எலக்ட்ரான் இன் மின்னுாட்டம் கண்டறியப்பட்டது.மில்லிகன் தன் சோதனையை முடித்தபோது அடிப்படைத்துகள்கள் என்ற கோட்பாடு ஏற்கப்படவில்லை. 1897 ல் ஜெ.ஜெ.தாம்சன் அவர்கள் கேதோடு கதிர்கள் இருப்பதையும், அவை எதிர் மின்னுாட்டம் பெற்று ,ஹைட்ரஜனை விட 1849 மடங்கு எடை குறைவாகப் இருப்பதை கண்டறிந்தார். 1923 ல் எதிர் மின்னுாட்டம் பெற்ற அடிப்படைத்துகள்கள் ஒரு எலக்ட்ரான் இன் அடிப்படை மின்னுாட்டம் e என்ற இயற்பியல் மாறிலியின் மதிப்பை கண்டறிந்ததற்காக மில்லிகன் அவர்கள் நோபல் பரிசு பெற்றார்.

கண்ணாடி பெட்டியில் இருந்த இரண்டு இணையான கிடைமட்ட உலோகத் தகடுகளுக்கிடையே எண்ணெய்த் திவலையை அனுப்பி சோதனை செய்யப்படுகிறது. மின்னழுத்தத்தை பயன்படுத்தி உலோகத் தகடுகளுக்கிடையே சீரான மின்புலம் உருவாக்கப்படுகிறது. சரியான மின் கடத்தாப் பொருட்களைப் பயன்படுத்தி உலோகத் தகடுகள் தாங்கப்படுகின்றது. எண்ணெய்த் திவலையைப் பார்க்க ஒருபுறம் சக்தி வாய்ந்த விளக்கும், மறுபுறம் நுண்ணோக்கியும் பயன்படுத்தப்படுகிறது.

தெளிப்பான்களைப் பயன்படுத்தி எண்ணெய்த் திவலைகள் உருவாக்கப்படுகிறது. மொத்த உபகரணமும் வெற்றிடத்தில் வைக்கப்படுகிறது. எளிதில் ஆவியாகாத எண்ணெய் பயன்படுத்தப்படுகிறது. எண்ணெய்த் திவலைகளை அயனியாக்க X-கதிர்கள் பயன்படுத்தப்படுகிறது.

முதலில் மின்புலம் ஏதும் கொடுக்காமல், புவியீர்ப்பு விசை மூலம் எண்ணெய்த் திவலைகள் பெறும் முற்றுத் திசை வேகம் கண்டறியப்படும். மின்புலம் தேவையான அளவு கொடுத்தவுடன், எண்ணெய்த் திவலைகள் மேல்நோக்கி நகரும். இது புவியீர்ப்பு விசையை விட மின்புலம் அதிகம் இருப்பதால் எண்ணெய்த் திவலைகள் மேல்நோக்கி செல்கிறது. ஒரு சரியான மின்புலம் மூலம் ஒரு எண்ணெய்த் திவலை மட்டும் நிலைநிறுத்தப்பட்டு சோதனை செய்யப்படுகிறது.

ஸ்டோக்கின் விதிப்படி மின்புலம் ஏதும் கொடுக்காமல் எண்ணெய்த் திவலைகள் புவியீர்ப்பு விசை மூலம் பெறும் முற்றுத் திசை வேகம்:

${\displaystyle F_{d}=6\pi r\eta v_{1}\,}$

இதில் v₁ என்பது எண்ணெய் திவலையின் முற்று திசை வேகம்; η என்பது காற்றின் பாகியல் எண்; r என்பது எண்ணெய்த் திவலையின் ஆரம் ஆகும். இதில் எடை w என்பது D என்ற பருமன், ρ என்ற அடர்த்தி மற்றும் g புவியீர்ப்பு முடுக்கம் ஆகியவற்றைப் பெருக்குவதால் கிடைக்கிறது. எண்ணெய்த் திவலையின் நிகர எடை (apparent weight) என்பது எண்ணெய்த் திவலையின் எடை மற்றும் காற்றின் மேல் நோக்கிய விசை இவற்றை கழிப்பதால் கிடைக்கிறது.

கோள வடிவமுள்ள எண்ணெய்த் திவலையின் நிகர எடை:

${\displaystyle {\boldsymbol {w}}={\frac {4\pi }{3}}r^{3}(\rho -\rho _{air}){\boldsymbol {g}}}$

எண்ணெய்த் திவலையின் முற்றுத் திசை வேகம் முடுக்கமடையாததால், அதன் மீது செயல்படும் விசைகளின் கூடுதல் சுழியாகும். F என்ற மின்புலம், w என்ற புவியீர்ப்பு விசையை சமன் செய்கிறது. அதாவது, F = w. இதன் மூலம்,

${\displaystyle r^{2}={\frac {9\eta v_{1}}{2g(\rho -\rho _{air})}}.\,}$

எண்ணெய்த் திவலையின் ஆரம் r கண்டுபிடிக்கப்பட்டதுடன் w எளிதாக கண்டுபிடிக்கப்படும். மின்புலம் கொடுக்கப்பட்டதும், எண்ணெய்த் திவலையின் மீது செயல்படும் மின் புல விசை:

${\displaystyle F_{E}=qE\,}$

இதில் q என்பது எண்ணெய் திவலையின் மின்னுாட்டம்; E என்பது கிடைமட்ட உலோக தகடுகளுக்கிடையே செயல்படும் மின்புல விசை.

இரண்டு இணையான கிடைமட்ட உலோகத் தகடுகளுக்கு:

${\displaystyle E={\frac {V}{d}}\,}$

இதில் V மின்னழுத்தம் மற்றும் d தகடுகளுக்கிடையேயுள்ள துாரம்.

${\displaystyle q{\boldsymbol {E}}-{\boldsymbol {w}}=6\pi \eta {\boldsymbol {(r\cdot v_{2})}}=\left|{\boldsymbol {\frac {v_{2}}{v_{1}}}}\right|{\boldsymbol {w}}}$ என்ற சமன்பாட்டைப் பயன்படுத்தி எண்ணெய்த் திவலையின் மின்னுாட்டம் பெறப்படுகிறது. இதிலிருந்து எதிர் மின்னுாட்டம் பெற்ற ஒரு எலக்ட்ரானின் அடிப்படை மின்னுாட்டம் e கண்டறியப்படும்.

விக்கிமீடியா பொதுவகத்தில்,
மில்லிகனின் எண்ணெய் திவலை சோதனை
என்பதில் ஊடகங்கள் உள்ளன.

• Simulation of the oil drop experiment (requires JavaScript)
• Thomsen, Marshall, "Good to the Last Drop பரணிடப்பட்டது 2006-08-28 at the வந்தவழி இயந்திரம்". Millikan Stories as "Canned" Pedagogy. Eastern Michigan University.
• CSR/TSGC Team, "Quark search experiment பரணிடப்பட்டது 2007-03-11 at the வந்தவழி இயந்திரம்". The University of Texas at Austin.
• The oil drop experiment appears in a list of Science's 10 Most Beautiful Experiments [1], originally published in the த நியூயார்க் டைம்ஸ்.
• Engeness, T.E., "The Millikan Oil Drop Experiment". 25 April 2005.
• Millikan R. A. (1913). "On the elementary electrical charge and the Avogadro constant". Physical Review. Series II 2: 109–143. doi:10.1103/PhysRev.2.109. Bibcode: 1913PhRv....2..109M. http://www.aip.org/history/gap/PDF/millikan.pdf. பார்த்த நாள்: 2017-05-20. , Paper by Millikan discussing modifications to his original experiment to improve its accuracy.
• Hudspeth, P. and Klingler, R., A search for free quarks in the micro gravity environment of the International Space Station , AIP Conf. Proc. 504, 715 (2000). A variation of this experiment has been suggested for the அனைத்துலக விண்வெளி நிலையம்.
• Perry, M. F., "Remembering the oil-drop experiment பரணிடப்பட்டது 2016-03-03 at the வந்தவழி இயந்திரம்", Physics Today, May 2007, 56-60.