| Ana Sayfa  | Özgeçmiş | Çalışmalar | Dersler | Ders Programı | Simülasyonlar  | Diğer | İletişim |

Elektron Yükü ve Kütlesinin Hesaplanması

Elektronun yük/kütle oranının belirlenmesinin ardından 1913 yılında elektronun kütlesi ve yükünün büyüklüğü Robert A. Millikan tarafından belirlenmiştir. Millikan elektronların yüklerini belirlemek için küresel yağ damlacıklarını elektronlarla yüklemiştir. Millikan'ın deneyi nasıl gerçekleştirdiği aşağıda daha ayrıntılı olarak tanımlanmıştır. Şekil 1 : Millikan'ın deneyinde kullandığı düzeneğin basit bir çizimi gösterilmiştir. Millikan'ın hazırladığı düzenek iki kısımdan oluşmuştur. Birincisi bir püskürtücü (atomizer) ile yağ damlacıklarının içine püskürtüldüğü oda, ikincisi elektrik alanının bulunduğu odadır. Yağ damlacıkları birinci odaya püskürtülürler ve oradan birinci odanın tabanındaki delikten elektrik alanının bulunduğu odaya geçerler. Bu damlacıkların elektrik yüklü olmaları gerektiğinden yağ damlacıklarının elektrikle yüklenebilmesi için X ışınları kaynağı kullanılır. İkinci odaya X ışınları gönderilerek havadaki moleküllerin iyonlaşması sağlanır. İyonlaşma sonucunda oluşan pozitif yüklü moleküller veya elektronlar yağ damlacıklarını pozitif veya negatif yüklerler. Elektrik yüklü damlacıkların hareketi bir teleskopla incelenir. Negatif yüklü bir yağ damlacığı için bu damlacığa etki eden yer çekim kuvveti; Şekil 2 : \rm F=mg kadardır.Burada; m; yağ damlasının kütlesi, g ; yerçekim ivmesi dir. Bu damlacığı yukarıya doğru çeken elektriksel kuvvetin büyüklüğü ise; \rm F=Eq kadardır. Burada E; elektrik alan büyüklüğü, q ; yağ damlası üzerindeki yük mikarıdır. Damlacığın hareket etmemesi durumunda damlacığa etki eden çekim kuvveti ve elektriksel kuvvet birbirine eşit demektir. \rm mg=Eq Eğer damlacığın kütlesi bilinirse damlacık üzerindeki elektrik yükü q büyüklüğü bulunabilir. Yağ damlası kütlesinin bulunabilmesi için için ikinci bir deney yapılması gerekir. Bu deneyde elektrik alan ortadan kaldırılarak damlacığın serbestçe düşmesine izin verilir. Belli bir zaman sonra hava direnci nedeniyle damlanın düşme hızı limit bir değere ulaşır. Bu damlacık üzerindeki çekim kuvveti ile hava direncinin (sürtünme kuvveti) denkleşmesi anlamına gelir. Bu durumda; \rm mg = 6 \pi \eta r \upsilon yazılır. Burada \rm \eta havanın vizkozite kaysayısı, r; damlacığın yarıçapı \rm \upsilon ; damlanın hızıdır. Yağ damlasının yoğunluğu \rm \rho kadarsa, \rm mg = {4 \over 3} \pi r^3 \rho g olacaktır. Damlacığın yarıçapı için \rm r = { 9 \eta \upsilon \over 2 \rho g} elde edilebilir. Yağ damlacığı limit hıza ulaştıktan sonra bir L mesafesini t zamanında geçerse yağ damlacığının hızı \rm \upsilon = { L\over t} eşitliğinden belirlenebilir. \rm q = { 6 \pi \eta r \upsilon \over E} eşitliğinden yağ damlacığı üzerindeki q yükü belirlenebilir. Millikan yaptığı deneylerde q yükünün \rm 1.593 \times 10^{-19} \; Coulomb tam katları olduğu bulunmuştur. Bugün elektronun bilinen yükü bu değere oldukça yakın olan \rm 1.6018 \times 10^{-19} \; Coulomb dur. Elektronun e/m oranının daha önce \rm -1.7588 \times 10^{11} \; C/Kg olduğundan daha önce bahsetmiştik. Elektronun yükü yerine konursa m kütlesi \rm 9.10 \times 10^{-31} \; Kg olarak bulunur. Benzer temellere dayalı olarak kullanılan kütle spektrometreler kullanılarak bir elementin farklı izotopları ve element içindeki oranları hesaplanabilir. Bu amaçla kullanılan sistemin basit bir çizimi aşağıda verilmiştir. Atom çekirdeği kısmında bu konu üzerinde durulacaktır.