Geschichte der Elementarladung

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Der MILLIKAN - Versuch - Die Geschichte der Bestimmung der Elementarladung e
Die Idee, dass elektrische Ladung durch diskrete
Teilchen hervorgerufen wird, wurde zuerst 1750
von Benjamin FRANKLIN beschrieben. 1881
erhielten diese Teilchen den Namen Elektronen.
1896 bestimmte J. J. THOMSON die spezifische
Ladung e/m von Elektronen, d.h. das Verhältnis
zwischen der Elektronenladung zur Elektronenmasse, und bewies damit ihren Teilchencharakter.
Er bestimmte aber nicht die Größe der Ladung.
1903 stellte H. A. WILSON seine Nebelkammer
vor, eine Apparatur, bei der dem man während
einer Kondensation kleinste Teilchen und sogar
Ionen betrachten kann. Damit konnte die Geschwindigkeit von ionisierten Wassertröpfchen
gemessen werden, die von einem Zerstäuber zwischen zwei entgegengesetzt geladene Metallplatten gesprüht wurden. Die Ladung eines einzelnen
Elektrons betrug nach dieser noch ungenauen
Messung zwischen 0,66·10-19 und 1,47·10-19 C.
1909 begann Robert Andrews MILLIKAN an der
University of Chicago mit der Verbesserung des
Versuchs von WILSON.
Hier konnten die Öltröpfchen dann auf einer Seite
durch ein auf kurze Distanz fokussiertes Mikroskop beobachtet werden. Um die Öltröpfchen
noch besser sichtbar zu machen, bestrahlte MILLIKAN sie von einer Seite mit Licht. Dann stoppte er die Zeit, die ein Tröpfchen brauchte, um
unter Einwirkung der Gravitationskraft eine markierte Entfernung von 1,303 cm zurückzulegen.
Danach fiel das Tröpfchen in einen Strahl von
Röntgenstrahlen von denen es ionisiert wurde,
damit das zwischen den parallelen Platten herrschende homogene Elektrische Feld überhaupt
eine Wirkung auf die Öltröpfchen hatte. Heute
weiß man, dass die Öltröpfchen sich durch die
Reibungselektrizität bei der Zerstäubung selbst
elektrisieren.
Unter dem Einfluss des Elektrischen Feldes stieg
das jetzt geladene Öltröpfchen dann wieder auf
und die Durchgangszeit wurde ein zweites Mal
gemessen. MILLIKAN ließ übrigens einen Großteil der Versuchsergebnisse wegfallen, was man
erst später bemerkte.
Schema des Historischen Versuchsaufbaus.
Der historische Versuchsaufbau
Er legte an zwei horizontal angebrachte Metallplatten, die 1,6 cm voneinander entfernt waren,
ein sehr hohe Spannung an, so dass zwischen den
Platten ein sehr starkes Elektrischen Feld herrschte. Dazu benutzte er eine entsprechende Batterie
mit einer Spannung von 10 000 V, wofür damals
sehr viel Aufwand nötig war. In der Mitte der
oberen negativen Platte brachte er einen Zerstäuber an, der ca. 1 mm große Öltröpfchen in den
Zwischenraum der Platten sprühte.
© 2002 Thomas Unkelbach
Aber erst nachdem MILLIKAN das Gesetz von
STOKES, das die Reibungskraft von fallenden
Körpern in einem zähen Medium beschrieb, richtig für die Öltöpfchen angewandt hatte, erhielt er
1910 den Wert von e = 1,63 ⋅ 10 −19 C . Bis zum
Jahr 1917 verbesserte er diesen Wert auf
e = 1,59 ⋅ 10 −19 C .
Heutige Messungen ergeben mit der noch im
Prinzip gleichen Versuchsanordnung den Wert
e = 1,602 ⋅ 10 −19 C .

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