science >> Wetenschap >  >> Chemie

Hoe het aantal overtollige elektronen te vinden

In 1909 bepaalde Robert Millikan dat het elektron een lading van 1.60x10 ^ -19 Coulombs heeft. Hij bepaalde dit door de zwaartekracht op oliedruppels in evenwicht te brengen met het elektrische veld dat nodig is om te voorkomen dat de druppels vallen. Een enkele druppel zou meerdere overmatige elektronen hebben, dus de gemeenschappelijke deler van de lading op meerdere druppeltjes gaf de lading van een enkel elektron. Afgeleide van dit experiment, een veel voorkomende vraag van studenten in de inleidende fysica vandaag, is hoeveel overtollige elektronen zich op een geladen bol bevinden als de totale lading ervan door experiment wordt gevonden als "x" Coulombs, ervan uitgaande dat je al een enkele elektronlading kent?

Stel dat u de lading van een oliedruppel hebt vastgesteld op bijvoorbeeld 2,4 x 10 ^ -18 Coulombs. Merk op dat de caret '^' verwijst naar exponentiatie. Bijvoorbeeld, 10 ^ -2 is gelijk aan 0,01.

Stel ook dat je van tevoren weet dat de lading van een elektron 1,60x10 ^ -19 Coulombs is.

Deel het totale teveel aan kosten door de bekende lading van een enkel elektron.

Verdergaand met het bovenstaande voorbeeld, is 2.4 x 10 ^ -18 gedeeld door 1.60 x 10 ^ -19 hetzelfde als 2.4 /1.60 keer 10 ^ -18 /10 ^ -19 . Merk op dat 10 ^ -18 /10 ^ -19 hetzelfde is als 10 ^ -18 * 10 ^ 19, wat gelijk is aan 10. 2.4 /1.6 = 1.5. Dus het antwoord is 1,5 x 10 of 15 elektronen.

Tip

Een moeilijker probleem is het oplossen van het aantal elektronen zonder vooraf de lading van een elektron te kennen. U kunt bijvoorbeeld vaststellen dat de vijf druppels ladingen hebben van 2,4 x 10 ^ -18, 3,36 x 10 ^ -18, 1,44 x 10 ^ -18, 2,08 x 10 ^ -18 en 8,0 x 10 ^ -19. Het vinden van de lading van een enkel elektron wordt dan een kwestie van oplossen voor de gemeenschappelijke deler van 240, 336, 144, 208 en 80. Het probleem hierbij is dat de getallen zo groot zijn. Een truc om het probleem verder te vereenvoudigen, is om de verschillen tussen nabijgelegen nummers te vinden. 240 - 208 = 32. 2 x 80 - 144 = 16. Dus het getal 16 springt eruit. Door 16 in de oorspronkelijke 5 gegevenspunten te verdelen, is dit in feite het juiste antwoord. (Wanneer de nummers een aanzienlijk foutenbereik hebben, wordt het probleem inderdaad erg moeilijk.)