|基本粒子6｜密立根油滴实验测量电子电荷，以及原子质量和体积？( 二 )

刚才我们已经算出了水滴的平均质量，所以汤森在1897年测量的结果是正离子的电荷值为0.9×10^-19库仑，负离子的电荷值为1×10^-19库仑，两个数据相差了10% ，可以解释为实验数据的不确定性。
1898年汤姆逊也测量的电子的电荷，跟汤森使用的方法基本上一样，区别是汤姆逊云室中的离子是用X射线照射空气产生，他在测量水滴的总质量以及总电荷的时候没有用硫酸，而通过测量空气的电导率以及温度的变化，间接的测出了水滴上的荷质比，最后获得的结果是2×10^-19库仑， 1901年实验经过改进，汤姆逊引用的值为1.1×10^-19库仑.
1903年，威尔逊继续跟进，也测量了电子的电荷，他测量水滴的半径和质量跟上面说的一样，都是用过测量下落速度算出来的。
区别是，威尔逊在算出水滴的质量和大小以后，就给云室施加了均匀的电场，这时水滴就受到了三个力的作用，重力、空气粘滞阻力，以及电场力。
重力可以根据刚才算出来的质量求出，粘滞阻力可以根据水滴的半径以及观测的速度算出来，电场力就等于水滴上的电荷乘以电场强度。
当这三个力再次达到平衡的时候，水滴就会匀速下落，然后我们就算出唯一一个未知量水滴的电荷， 1903年威尔逊测量的值是1.03×10^-19库仑。
可以看出三个结果的一致性非常高，但是人们还是觉得这个实验有问题，总感觉误差很大，测量出来的值不准，所以到了1906年美国物理学家密里根就决定重新测量电子的电荷，他希望得到比可文迪许实验室更精确的结果。
在密里根的实验中，最大的改进就是他没有用水蒸汽，而是用了矿物油，所以叫密里根油滴实验，他用喷雾器将矿物油喷进云室当中，围绕带电离子所形成的油滴有两个特点，首先油滴表面不易蒸发，所以可以一直保证质量不变，第二个就是在水蒸汽的实验中，我们只能看到一片云雾，只能对云雾这个整体进行研究，但是矿物油就不一样了，我们可以在云室中看到单颗油滴，所以可以对它进行跟踪研究。
比如我们可以给云室施加电场，让某一颗油滴上升，然后撤掉电场，让它下降，在多次的上升和下降的过程中，我们就可以对它进行精确的测量了，最后算出它的电荷。
下面我们就说1911年密里根论文中的一个例子， 6号油滴，在没有施加电场的时候， 6号油滴在匀速下落情况下，速度为8.59×10^-4米/秒，算出来的油滴质量为8.10×10^-14千克，半径为2.76×10^-6米。
然后给油滴加上一个强度为3.18×10^5伏/米的电场，电场力的反向和重力方向相反，当油滴开始匀速上升的时候，这就说明向上的电场力和重力以及粘滞阻力的和达到了一个平衡状态。
这个时候我们又可以列出一个公式，公式中只有油滴电荷一个未知量，这里我就不写公式了，直接给出结果。通过测量向上的速度，我们就能算出这个上升油滴的电荷为29.87×10^-19库仑。
然后我们撤掉电场，让油滴下降，然后再加上电场，再次测量油滴的电荷，再撤掉电场，再加上电荷，继续测量，重复多次实验之后，我们获得了一组数据。
29.87、39.86、28.25、29.91、34.91、36.59、28.28、34.95 ， 39.97、26.65、41.74、30.00、33.55 ，这些数值的单位都是10^-19库仑。
可以看出这些数字都比电子的电荷大了很多，所以这不是电子的电荷，也不是单位电荷，也很难看出他们之间有啥规律，别着急，我们先取它们之间的差值，也就是用油滴的电荷减去前一次上升时候的电荷，我们就能获得一足电荷变化的数据。
9.91、-11.61、1.66、5.00、1.68、-8.31、6.67、5.02、-13.32、15.09、-11.74、3.35 ，从它们差值就可以看出来，每次电荷的变化量，都是一个最小量的整数倍，可以算出这个最小的电荷大约为1.665×10^-19库仑
这个数值才是最小的单位电荷，才是电子的电荷值，这就是6号油滴测量出来的结果，那么密里根对多个油滴重复进行上述测量以后，得出来的电子电荷平均值为1.592×10^-19库仑。
这个值非常的准确，而汤森、汤姆逊和威尔逊使用水蒸汽，测量出来的电荷为整个云雾中离子电荷的平均值，所以并不准确。
好，现在我们有了电子的电荷，我们就能算出电子的质量，以及原子的质量和体积了。在这之前，我们再说下，原子的质量和单位电荷之比。
人类发现电解现象是从水开始，也是无意中看到了导线的两个极在水中可以产生氢气和氧气，那法拉第就对这个现象进行了深入的研究。