तैल विन्दु प्रयोग

तैल विन्दु प्रयोग हेतु मिल्लिकन का उपकरण

मूल आवेश (इलेक्ट्रॉन का आवेश) को मापने के लिए 1909 में रॉबर्ट ए मिल्लिकन और हार्वे फ़्लेचर द्वारा तैल विन्दु प्रयोग किया गया था। प्रयोग शिकागो विश्वविद्यालय में रायर्सन भौतिक प्रयोगशाला में हुआ। मिल्लिकन को 1923 में भौतिकी में नोबेल पुरस्कार मिला

प्रयोग में दो समानान्तर धात्विक सतहों के बीच स्थित क्षुद्र वैद्युतिक आवेशित तैल विन्द्वों का अवलोकन किया गया, जो एक संधारित्र की प्लेटों का निर्माण करती हैं। प्लेटें क्षैतिज रूप से उन्मुख थीं, जिसमें एक प्लेट दूसरे के ऊपर थी। शीर्ष प्लेट में एक क्षुद्र छिद्र के माध्यम से कणयुक्त तैल विन्द्वों की धुन्ध पेश की गई थी और X किरण द्वारा आयनित किया गया था, जिससे उन्हें ऋणात्मक रूप से आवेशित किया गया था। सर्वप्रथम, शून्य लागू वैद्युतिक क्षेत्र के साथ, गिरने वाली क्षुद्र विन्दु का वेग मापा गया। अन्तिम गति पर, कर्षण बल गुरुत्वाकर्षण बल के समतुल्य होता है। चूंकि दोनों बल भिन्न तरीकों से त्रिज्या पर निर्भर करते हैं, क्षुद्र विन्दु की त्रिज्या, और इसलिए द्रव्यमान और गुरुत्वाकर्षण बल, (तेल के ज्ञात घनत्व का प्रयोग करके) निर्धारित किया जा सकता है। तत्पश्चात्, वैद्युतिक क्षेत्र को प्रेरित करने वाला एक विभवान्तर प्लेटों के मध्य लागू किया गया था और यान्त्रिक सन्तुलन में विन्द्वों को विविक्त किए जाने तक समायोजित किया गया था, यह दर्शाता है कि वैद्युतिक बल और गुरुत्वाकर्षण बल सन्तुलन में थे। ज्ञात वैद्युतिक क्षेत्र का प्रयोग करके, मिल्लिकन और फ़्लेचर क्षुद्र तैल विन्दु पर आवेश का निर्धारित कर सकते हैं। कई विन्द्वों हेतु प्रयोग को दोहराकर, उन्होंने पुष्टि की कि आवेश एक निश्चित आधार मान के सभी छोटे पूर्णांक गुणांक थे, जिसका मान 1.5924(17)×१०⁻¹⁹ C पाया गया था जो वर्तमान में स्वीकृत मान, 1.602176634×१०⁻¹⁹ C, से लगभग 0.6% अन्तर रखता था। उन्होंने प्रस्तावित किया कि यह एक एकल इलेक्ट्रॉन के ऋणात्मक आवेश का परिमाण था।

प्रायोगिक विधि

तैल विन्दु प्रयोग हेतु उपकरण

इस विधि में कणित्र द्वारा उत्पन्न धुन्ध के रूप में तेल की विन्द्वों को वैद्युतिक संघनित्र के ऊपर की प्लेट में उपस्थित क्षुद्र छिद्र से गुजारा जाता है। इन विन्द्वों के नीचे की ओर गति को सूक्ष्ममापी युक्त सूक्ष्मदर्शी के द्वारा देखा गया। इन विन्द्वों के गिरने की दर को मापकर मिल्लिकन तैल विन्द्वों के द्रव्यमान को मापा सके। कक्षक के भीतर की वायु को X-किरणपुंज प्रवाहित करके आयनित किया गया। गैसीय आयनों के साथ संघट्टन से तैल विन्द्वों पर वैद्युतिक आवेश प्राप्त हुआ। तेल की इन विन्द्वों पर वैद्युतिक आवेश X-किरणों द्वारा उत्पन्न अधिशोषण वाले आयनों द्वारा अपनाया गया। इन आवेशित तैल विन्द्वों का गिरना मन्द, त्वरित अथवा स्थिर किया जा सकता है। ये विन्द्वों पर आवेश और प्लेट पर लागू विभवान्तर की ध्रौव्य तथा प्राबल्य पर निर्भर करता है। तैल विन्द्वों की गति पर वैद्युतिक क्षेत्र प्राबल्य के प्रभाव को ध्यानपूर्वक माप कर मिल्लिकन ने यह निष्कर्ष निकाला कि विन्द्वों पर वैद्युतिक आवेश (Q) का परिमाण सदा मूल आवेश, (e) का गुणांक होता है, अर्थात् $Q=ne,n\in \mathbf {N}$।