Experimentalphysik III (Atomphysik)

Kapitel 2
Atomistik der elektrischen
Ladung
2.1 Elementarladung
Schon die Faraday–Experimente zeigten, daß Atome Ladungen enthalten und in Ionen und Elektronen
zerlegt werden können. Die Versuche von J.J. Thomson, die mit Hilfe der Ablenkung von
Ionen verschiedener Gase in elektrischen und magnetischen Felder durchgeführt wurden, ergaben
dasselbe für Entladungen in verschiedenen Gasen: Kanalstrahlen, Kathodenstrahlen. Man fand,
daß die bei Gasentladungen, bei Ionisationsprozessen mit Röntgenstrahlen und beim Photoeffekt
entstehenden Ladungsträger dieselben waren. Somit gelang es, die Energie zu messen, die nötig
ist, um ein Atom zu ionisieren: Ionisierungsenergie.
Die erste Messung der Elementarladung gelang Millikan 1910. Er folgerte daraus die Quantisierung
der Ladung. Bei diesem Versuch schwebt ein ionisiertes Öltröpfchen in einem luftgefüllten
Kondensator. Ist kein elektrisches Feld angelegt, bewirkt die Schwerkraft m · g nach dem
Stokesschen Gesetz eine konstante Fallgeschwindigkeit v g , d.h. es gilt:
ohne elektrisches Feld
Reibungskraft = Schwerkraft mg =6πηrv g = 4π
3 r3 (ϱ Öl − ϱ Luft )g (2.1.1)
mit elektrischem Feld
Reibungskraft = Schwerkraft + el. Kraft −6πηrv E = 4π
3 r3 (ϱ Öl − ϱ Luft )g − q · E (2.1.2)
(2.1.1) − (2.1.2) 6πηr(v g + v E )=q · E (2.1.3)
wobei η die Viskosität der Luft ist und ϱ die Dichten sind. Setzt man den aus Gleichung (2.1.1)
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