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Forum: Offtopic Millikan-Versuch möglichst günstig und einfach


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von Christoph E. (stoppi)


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Hallo!

Aktuell versuche ich gerade den berühmten Millikanversuch 
(https://de.wikipedia.org/wiki/Millikan-Versuch) von Robert Millikan 
(Nobelpreis 1923) zur Bestimmung der Elementarladung e nach zu bauen. Es 
gibt ja käuflich zu erwerbende Apparate (z.B. 
https://www.conatex.com/catalog/physik_lehrmittel/fundamentale_konstanten/milikan_versuch_e_m_bestimmung_franck_hertz_versuch_planck_konstante/product-millikan_versuch/sku-1040271#.XdPSAdVCeM8 
oder 
https://www.alibaba.com/product-detail/JOAN-lab-millikan-oil-drop-apparatus_1850237826.html), 
aber erstens sind diese zum Teil extrem teuer und zweitens möchte ich es 
eben selbst umsetzen.

Im Originalexperiment wird ja Öl zerstäubt und dann im 
Kondensatorinnenraum die notwendigen Spannungen fürs Schweben bzw. 
driften nach unten/oben bestimmt. Daraus lässt sich dann der Radius r 
der Öltropfen eliminieren (ist ja unterschiedlich) und schlussendlich 
die Ladung Q (= Vielfaches von e) berechnen.

Ich verwende anstelle von Öl aber Mikropartikel mit bekannten 
Durchmesser 
(Ebay-Artikel Nr. 173622022422), 
konkret 1.5 µm.

Damit vereinfacht sich der Versuch deutlich. Ich könnte die Ladung nur 
aus einer einzelnen Messung (z.B. Bestimmung der Spannung, bei der der 
Mikropartikel schwebt) ableiten. Für Ladungen von 1*e bis 3*e benötige 
ich zum Schweben konkret Spannungen von 568V bzw. 189V (Plattenabstand 
des Kondensators = 5 mm, Dichte Mikropartikel = 1.05 g/cm³).

Daher habe ich zu Beginn einmal ein HV-Netzteil auf Basis eines 
CCFL-Inverters gebastelt. Dieses liefert mir Spannungen zwischen rund 40 
bis 970V.

Auf dem Weg zu mir sind gerade ein Plexiglasrohr, Messingscheiben, 
medizinischer Zerstäuber 
(https://slicksurgico.com/p/universal-atomizer-complete-with-movable-tube-screw-bottle-30-ccm-and-rubber-bulb/?attribute_pa_finishing=finish), 
Handymikroskop usw.

Anstelle eines gewöhnlichen Mikroskops möchte ich eben ein günstiges 
Handymikroskop 
(Ebay-Artikel Nr. 372679055488) 
mit 50-facher Vergrößerung verwenden. Auf das Handydisplay werde ich 
dann eine Folie mit mm-Markierungen kleben. Hierzu muss natürlich die 
Skala erstmals kalibriert werden. Bin schon neugierig, welche 
Gegenstandsweiten umsetzbar sind. Das Plexiglasrohr und die 
Messingscheiben haben nämlich einen Durchmesser von 50mm. Demnach wäre 
es günstig, wenn Gegenstandsweiten um die 25 mm möglich sind...

Als Beleuchtung kommt eine regelbare weiße 3W-LED zum Einsatz.

Wenn es Neuigkeiten gibt, melde ich mich wieder ;-)

von Christoph E. (stoppi)


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So, der Postmann hat geklingelt...

50mm-Plexiglasrohr, Parfumzerstäuber (den ich wie gesagt eh nicht 
verwenden werde) und 30x-Handymikroskop von Amazon 
(https://www.amazon.de/gp/product/B07D3RFHJH/ref=ppx_yo_dt_b_asin_title_o00_s00?ie=UTF8&psc=1) 
sind eingetroffen.

Gleich einmal das Handymikroskop getestet. Im Originalzustand war nicht 
nur das Gesichtsfeld durch das Linsengehäuse stark eingeschränkt, 
sondern ich musste für scharfe Abbildungen mit dem Objekt ganz nahe ans 
Gehäuse. Für meine Zwecke natürlich weniger geeignet, da der Abstand 
Linse-Öltropfen ja um die 25mm betragen wird (es sei denn, ich wandere 
mit dem Kondensatoreingang von der Mitte weg näher zum Rand).

Deshalb gleich einmal das Gehäuse bis zur Linse gekürzt. Jetzt ist das 
Gesichtsfeld deutlich größer und ich erreiche für scharfe Abbildungen 
fast die gewünschte Distanz zum Objekt.

Habe es auch anstelle des Handymikroskops mit einer einzelnen f = 39.5mm 
Glaslinse von Astromedia versucht. Diese hatte ich noch vom 
TSL1401-Arduino-Spektroskop über. Das Ergebnis und die Abstände zum 
Objekt sind mittelmäßig zufriedenstellend. Da ist das gekürzte 
Handy-Mikroskop besser.

Ich habe ja noch ein 50-fach Handymikroskop auf ebay bestellt. Mal 
schauen, ob das noch besser ist und ich vielleicht dessen Objektiv sogar 
verstellen kann. Müsste nämlich mit dem Objektiv näher ans Handy 
(kleinere Bildweite), damit die Gegenstandsweite (auf besagte 25mm) 
zunimmt.

: Bearbeitet durch User
von Marcus H. (Firma: www.harerod.de) (lungfish) Benutzerseite


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Hallo Christoph,

viel Erfolg beim Basteln - ich bin gespannt auf Deine Ergebnisse in 
diesem klassischen Experiment. Kann mich noch erinnern, wie es war, mit 
triefenden Augen durch das Okular zu schauen und Daten zu sammeln.

In diesem Zusammenhang sollte man auch mal
https://en.wikipedia.org/wiki/Harvey_Fletcher
erwähnen.

Die im Wikipedia Artikel zitierte Reference 9 ist in ganz vielen 
Aspekten interessant:
https://web.archive.org/web/20160128151252/http://www.cce.ufes.br/jair/te1/PhysToday_43_Fletcher_Work_Millikan.pdf

Grüße,
 marcus

von M.A. S. (mse2)


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Ich finde es grundsätzlich schön, wenn Leute sich mit soetwas befassen.
Interessante Sache, das!

Sorry, wenn es aus obenstehendem irgendwie hervorgehen sollte, ich habe 
keine Zeit, dass alles jetzt zu lesen aber:

Im Originalversuch wurde (soweit ich mich an meine Schulbildung 
erinnere) mit Röntgenstrahlung gearbeitet, um einzelne Elektronen 
herauszuschlagen.

Wie planst Du, hier vorzugehen.

von Christoph E. (stoppi)


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@ Marcus: Ja, H.Fletchers Beitrag ist ordentlich untergegangen. 
Ärgerlich wenn nur einer die Lorbeeren sammelt. Ist aber öfters in der 
Wissenschaft so (vgl. Hubblegesetz und die Beiträge von Lemaitre).

@ M.A.S.: Soviel ich weiß, diente die Röntgenstrahlung nur um die 
Ladungen zu ändern. Kann aber gut möglich sein, dass es durch die 
Röntgenstrahlung erst überhaupt zu einer Ionisierung kam. Es gibt auch 
kommerzielle Millikanapparate mit integrierten Alpha-Strahler.

Soweit ich aber in Erfahrung bringen konnte, brauche ich dies bei den 
Mikropartikeln eben alles nicht. Die laden sich beim Zerstäuben 
automatisch auf. Müsste beim Öl eigentlich das gleiche sein. Mal 
schauen...
Wenn ich einen Alphastrahler dazu benötigen würde, nehme ich einfach 
einen meiner Americium-241-Strahler...

Gestern habe ich in meinem Optikfundus noch eine nahezu ideale Linse mit 
Halterung finden können. Erstens ist die durch die Halterung einfach am 
Handy zu fixieren und zudem ist ihre Brennweite groß genug, um die 
geforderten Gegenstandsweiten von rund 2-3 cm einzuhalten. Anbei eine 
Aufnahme mit dieser Linse + Handyzoom. Die Skalenstriche sind 1 mm. Zur 
Erinnerung: Der Abstand der Kondensatorplatten beträgt geplante 5 mm.

von M.A. S. (mse2)


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Christoph E. schrieb:
> @ M.A.S.: Soviel ich weiß, diente die Röntgenstrahlung nur um die
> Ladungen zu ändern.

Jupp!


Christoph E. schrieb:
> Es gibt auch
> kommerzielle Millikanapparate mit integrierten Alpha-Strahler.

Uji!


Christoph E. schrieb:
> Wenn ich einen Alphastrahler dazu benötigen würde, nehme ich einfach
> einen meiner Americium-241-Strahler...
Aha, na wenn Du sowas im Schrank hast...

von Christoph E. (stoppi)


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Hier geht es mit Kleinigkeiten weiter. Habe am Wochenende nochmals 
überprüft, mit welcher Linse ich die Mitte des 50mm-Plexiglasrohres 
scharf und vergrößert bekomme.

Mit dem 30-fach bzw. eben angekommenen 50-fach Handymikroskopen geht es 
leider nicht, mit der "Linse 1" schon. Deren Brennweite habe ich mittels 
Laserpointer mit rund 31 mm bestimmen können. Mit dieser und dem 
manuellen Fokus erziele ich brauchbare Ergebnisse (siehe Bleistift im 
Glas).

von Christoph E. (stoppi)


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Kondensator und Zerstäuberkammer sind soweit fertig. Ein Rohr per Hand 
genau senkrecht abzuschneiden ist alles andere als leicht. Die 
Abweichungen liegen jetzt aber wohl im < 0.5mm-Bereich. Der Abstand d 
der Kondensatorplatten geht ja in die elektrische Feldstärke mit E = U/d 
ein. Von daher sollte er schon möglichst überall gleich sein...

Ich werde die ganze "Säule" mit drei M4-Gewindestangen von oben 
zusammenpressen. Als Dichtungsringe kommt Moosgummi zum Einsatz. So ist 
der Aufbau schön zerlegbar, falls er z.B. geputzt werden muss. Das 
Eintrittsloch in der oberen Kondensatorplatte hat momentan einen 
Durchmesser von 1 mm. Im Internet wurden zwar bei einer Quelle 0.5mm 
genannt, ich denke mir aber dass die dadurch bedingten Inhomogenitäten 
der elektrischen Feldstärke noch gering sind und zudem genügend 
Mikropartikel in den Innenraum driften.

Das Spannungskabel habe ich einmal seitlich an die obere Platte gelötet. 
Das Kabel für die untere Platte werde ich dann an der Unterseite 
festlöten und seitlich rausführen.

Beitrag #6063940 wurde vom Autor gelöscht.
von Christoph E. (stoppi)


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Schön langsam nimmt der Millikan-Apparat Formen an. Das zugeschnittene 
Plexiglas habe ich gestern abholen können. Das 6mm-Rohr für den 
Kondensatorinnenraum habe ich händisch auf 5 mm abgeschliffen. Die 
verstellbare LED-Halterung ist auch fertig.

Jetzt fehlt nur noch der Zerstäuber aus England (jener aus Pakistan kann 
nicht geliefert werden :aufsmaul: ) und die Handyhalterung...

von M.A. S. (mse2)


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Sei so nett und poste dann, wenn es soweit ist, den von Dir ermittelten 
Wert für e.

:)

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