밀리컨 기름방울 실험

Millikan oil-drop experiment

전자 하나의 전하처럼 작은 양을, 밀리컨은 기름방울 하나로 어떻게 잴 수 있었을까요?

무슨 일이 일어났나

밀리컨은 나란한 금속판 두 장 사이에 전기를 띤 아주 작은 기름방울을 띄우고, 위로 미는 전기력이 무게와 꼭 맞도록 전압을 맞춰 방울을 멈춰 세웠습니다(MagLab).

시뮬레이터에서 판 사이 1 cm · 전압 612 V 이면, 전자 3 개가 붙은 3×10⁻¹⁵ kg 방울의 전기력 29.4 fN 이 무게 29.4 fN 과 맞섭니다.

전자가 4 개면 459 V 에서 멈춥니다 — 612 × 3 과 459 × 4 가 모두 1 836 이라, 방울의 전하가 전자 하나 몫의 몇 배인지가 멈추는 전압에 그대로 드러납니다.

밀리컨은 방울의 전하가 늘 어떤 값의 정수배라는 것을 찾고 그 값을 약 1.592×10⁻¹⁹ C 으로 계산했는데, 지금 값 1.602 176 634×10⁻¹⁹ C 보다 조금 작은 것은 공기 점성 값을 조금 틀리게 썼기 때문입니다.

시뮬레이터의 방울 질량 · 공기 저항 계수는 견주기 위한 본보기 값입니다.

💡 생활 속 예시

  • 가습기에서 나온 아주 작은 물방울이 한동안 떠다니는 것은, 방울이 작을수록 무게에 견주어 공기 저항이 커서 아주 천천히 떨어지기 때문입니다 — 밀리컨이 현미경으로 지켜본 기름방울도 그렇게 느리게 움직였습니다.
  • 폰이나 TV 화면에 먼지가 잘 붙는 것은 화면 겉의 전하가 작은 알갱이를 끌어당기기 때문인데, 밀리컨의 기름방울도 전하를 띤 덕분에 전기력으로 띄울 수 있었습니다.

누가 왜 찾았나

밀리컨은 그때 쓰던 방법보다 전자의 전하를 더 정확히 잴 길이 있어야 한다고 보고 1907 년 무렵 연구를 시작했습니다. 물방울 대신 기름방울을 썼고, 위 판의 바늘구멍으로 몇 개씩만 들어온 방울이 방사선으로 이온화된 공기에서 전자를 얻게 한 뒤 현미경으로 지켜봤습니다. 1909 년 그는 전자의 전하를 확정했고, 1923 년 노벨 물리학상을 받았습니다(MagLab).

확인된 값

밀리컨이 기름방울 실험으로 전자의 전하를 그때까지보다 정확히 잰 해
1909 출처
이 연구를 시작한 때 (1907 년 무렵)
1907 출처
물방울 대신 기름방울을 썼다 (물은 증발해 재기를 망침)
oil droplets 출처
장치 — 나란한 금속판 두 장
two parallel metal plates 출처
위 판의 바늘구멍으로 기름방울이 몇 개씩만 들어간다
pinhole 출처
기름방울은 현미경으로 지켜봤다
microscope 출처
지금 값은 조금 더 크다 (1.602×10⁻¹⁹ C)
1.602e-19 C 출처
차이의 까닭 — 공기 점성 값을 조금 틀리게 썼기 때문
air viscosity 출처
기본 전하 e (CODATA — 정확한 값, 지금 값)
1.6021766340000001e-19 C 출처
이 업적으로 1923 년 노벨 물리학상
1923 출처
밀리컨이 이 실험을 한 까닭 — 전자의 전하를 더 정확히 재는 방법이 있어야 한다고 봄
more accurate method 출처
판 사이 공기를 방사선으로 이온화해 떨어지는 방울이 전자를 얻게 함
ionized by radiation 출처
위로 미는 전기력이 중력과 꼭 맞으면 방울이 멈춘다
electric force balanced against gravity 출처
방울의 전하는 늘 어떤 값의 정수배였다
whole-number multiple 출처

교육과정에서는

  • 한국 2022 · 전자기와 양자 · 전자기적 상호작용
  • 일본 · 高等学校 物理 (4) 原子

출처

이어서 보기

같은 단원 · 정전기와 전기장

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