Вчені з Бельгії запропонували нову методику вимірювання заряду

Вчені з Бельгії запропонували нову методику вимірювання заряду, що накопичується на зануреному в рідину пластиковому кульці з точністю до одного елементарного заряду. Запропонована методика нагадує експеримент Роберта Міллікена, проведений близько століття тому, і забезпечує безпрецедентну точність вимірювань на кордоні рідини і твердого тіла. На думку дослідників, експеримент може принести користь при виробництві різних комерційних пристроїв, а також при удосконаленні низки комерційних процесів.

В якості моделі колоїдних систем дослідники часто використовують суспензію з крихітних пластикових кульок в рідині. Як правило, такі моделі описують випадкову заряджання та перезаряджання колоїдних частинок з наближенням, яке ігнорує квантованный характер заряду.

У свій час експеримент Міллікена був першою спробою вимірювання процесів перезарядки у відповідності з уявленням про існування елементарного заряду. Для його вимірювання вчений використовував захоплення крихітних заряджених крапель масла в електричному полі.

Тепер же ідеологія експерименту була майже повторена вченими з Ghent University (Бельгія).

Подібну схему вони використовували для дослідження елементарних процесів перезарядки на кордоні твердого тіла і рідини.

Розуміння цих процесів стає все більш критичним для розвитку комерційних субстанцій, що включають в себе заряджені частинки, наприклад, таких як «електронні чорнило», призначені для електронних книг, а також ряду промислових процесів.

Докладний опис роботи опубліковано в журналі Physical Review Letters. У своєму експерименті команда використовувала сферу з плексигласу діаметром 1 мікрон в рідині.

Далі в ємність з цієї «колоїдної» сумішшю були встановлені два електрода на відстані 300 мм один від одного. Між електродами було докладено осциллирующее напруга.

Якщо в результаті процесів перезарядки на кордоні рідини і твердого тіла сфера виявлялася заряджена, вона коливалася у відповідності з прикладеною напругою, при цьому амплітуда коливань цієї частинки була мірою повного заряду сфери. Фокус експерименту полягав в тому, щоб встановити всі параметри таким чином, щоб випадкове рух сфери були багато менше цих коливань. Крім того, необхідно було вимірювати цю амплітуду досить часто, щоб не пропустити елементарні події зарядки і розрядки.

У ході дослідження вчені виявили, що

події зарядки і розрядки такої сфери відбуваються двічі на секунду. Вимірювання показали, що амплітуда коливань змінюється стрибкоподібно, що відповідає дискретної природи заряду. При цьому розрахунок цього заряду в межах 10% узгоджувався з відомими даними для заряду електрона.

Щоб пояснити спостерігалися явища, вчені припустили, що фіксована кількість областей сфери може втрачати іон водню, в результаті чого вся сфера отримує негативний заряд. Згодом водень може знову приєднатися до сфери, знижуючи його заряд. Розрахунки показали, що

експериментальна сфера мала в цілому 69 таких областей, з яких 10 постійно перебували в «зарядженому» стані в кожний момент часу. Це в свою чергу доводить, що такий складний процес, який втягує взаємодія безлічі молекул, може бути змодельований за допомогою моделі просто з малою кількістю параметрів. Таким чином, запропонована методика має право на існування.

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *