降低氣壓測(cè)量密立根油滴平衡電壓的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及物理量的測(cè)量領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在判斷一個(gè)物體受力平衡時(shí)，一般是以物體靜止或者處于勻速直線運(yùn)動(dòng)作為判斷標(biāo)準(zhǔn)，大多數(shù)的情況都以是否處于靜止來判斷受力物體是否處于力平衡(合力為O)。
[0003]密立根油滴的直徑大致在微米的數(shù)量級(jí)，空氣分子之間的間距大致在納米的數(shù)量級(jí)，當(dāng)油滴接近于平衡時(shí)，油滴就相當(dāng)于懸浮顆粒，受到空氣分子的不規(guī)則的碰撞，油滴顆粒會(huì)出現(xiàn)布朗運(yùn)動(dòng)，即不規(guī)則的雜亂運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致油滴受力平衡的判斷比較困難。對(duì)于比較大的油滴，空氣分子對(duì)油滴的不平衡作用力相對(duì)油滴的重力較小(即質(zhì)量大、慣性大)，其懸浮時(shí)的穩(wěn)定性比較好，但是由于油滴大、質(zhì)量大、受空氣分子的作用較小，下落時(shí)的速度比較快(即下落的時(shí)間比較短)，測(cè)量其下落時(shí)間的誤差比較大(受制于人的生理反應(yīng)速度0.1秒，由于油滴比較細(xì)小，無法采用光電門等裝置進(jìn)行計(jì)時(shí)，一般都采用顯微鏡放大后進(jìn)行人為判斷其位置以及操作開始計(jì)時(shí)和操作停止計(jì)時(shí))；當(dāng)油滴比較小的時(shí)候，受空氣分子碰撞作用的不平衡性表現(xiàn)比較大，布朗運(yùn)動(dòng)比較明顯，無法準(zhǔn)確確定其是否處于平衡狀態(tài)，導(dǎo)致平衡電壓的測(cè)量誤差比較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為減少氣體碰撞導(dǎo)致油滴不平衡作用力帶來對(duì)測(cè)量油滴平衡電壓的影響，本發(fā)明設(shè)計(jì)一種降低氣壓測(cè)量密立根油滴平衡電壓的方法。
[0005]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的采用的技術(shù)方案是:降低氣壓測(cè)量密立根油滴平衡電壓的方法，其特征是:降低油滴室內(nèi)部的氣壓使油滴的布朗運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象能夠忽略，能夠忽略是指在水平方向上看不到油滴在漂移，即油滴(由于受到電場(chǎng)力和重力作用)只在豎直方向發(fā)生移動(dòng)。
[0006]油滴室上方的上極板的落油孔連通真空裝置的進(jìn)氣管道，油滴室的下極板與油滴室的圓環(huán)形支撐架的下端處于密封狀態(tài)，油滴室上極板與油滴室的圓環(huán)形支撐架的上端下端處于密封狀態(tài)；油滴室外側(cè)有環(huán)狀透明膜密封環(huán)形支撐架側(cè)面的觀察孔和進(jìn)光孔;調(diào)節(jié)真空裝置電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度，使抽真空導(dǎo)致油滴室內(nèi)空氣的流動(dòng)對(duì)懸浮油滴的影響不大，影響不大是指沒有明顯的上移過程(本實(shí)驗(yàn)主要是依靠眼睛觀察，在眼睛的分辨率下，沒有明顯上移就是指眼睛觀察不到上移過程)，抽真空導(dǎo)致油滴受到一個(gè)向上的作用力，能夠通過降低上極板與下極板之間的電壓對(duì)沖該作用，在真空接近抽真空裝置的極限時(shí)，抽真空導(dǎo)致油滴受到一個(gè)向上的作用力消失，此時(shí)能夠準(zhǔn)確調(diào)節(jié)平衡電壓。
[0007]油滴盒由環(huán)形支撐架以及環(huán)形支撐架上端的上極板和底部的下極板組成，一個(gè)密封罩密封油滴盒所在的空間，油滴盒的下極板的電線以及上極板的電線與密封罩之間采用密封的方式接觸通過，密封罩有一個(gè)通孔連通到真空裝置的進(jìn)氣管道。
[0008]油滴室的落油孔密封，油滴室的下極板與油滴室的圓環(huán)形支撐架的下端處于密封狀態(tài)，油滴室上極板與油滴室的圓環(huán)形支撐架的上端下端處于密封狀態(tài)，圓環(huán)形支撐架與觀察孔和進(jìn)光孔都處于密封狀態(tài)，環(huán)形支撐架的側(cè)面有一個(gè)通孔連通真空裝置的進(jìn)氣管道。
[0009]環(huán)形支撐架的內(nèi)側(cè)有一個(gè)透明的硬質(zhì)圓筒，圓筒的高度與環(huán)形支撐架等高；圓筒與環(huán)形支撐架具有相同的中心軸線，圓筒外徑比環(huán)形支撐架內(nèi)徑小0.5-lmm，即圓筒外側(cè)與環(huán)形支撐架內(nèi)側(cè)之間的徑向距離為0.5-1_，由于圓筒與環(huán)形支撐架具有相同的中心軸線，在水平方向的橫截面內(nèi)，圓筒與環(huán)形支撐架具有相同的圓心，一條直徑方向上的圓筒的外側(cè)半徑與環(huán)形支撐架的內(nèi)側(cè)半徑之差就是徑向距離，圓筒的側(cè)面均勻分布通孔，通孔的直徑為環(huán)形支撐架側(cè)面通孔直徑的5%_20%。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:降低油滴室內(nèi)部的氣壓使油滴的布朗運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象能夠忽略，能夠更準(zhǔn)確測(cè)定油滴的平衡電壓；圓筒的側(cè)面均勻分布通孔能夠促使水平方向空氣流動(dòng)對(duì)油滴而言是均衡的，從而避免抽真空導(dǎo)致的油滴移動(dòng)。抽真空降低氣壓是一種常用的技術(shù)，其氣壓的具體數(shù)值不是本發(fā)明專利所關(guān)注的，本發(fā)明只要觀察到油滴在水平方向沒有偏移，此時(shí)就能夠忽略氣壓碰撞對(duì)平衡電壓測(cè)量的影響，此時(shí)調(diào)節(jié)平衡電壓旋鈕，使油滴在豎直方向保持平衡，此時(shí)測(cè)量完成，然后可以逐漸撤出真空恢復(fù)到常壓(從真空到常壓是現(xiàn)有技術(shù)能夠解決的)。
【附圖說明】
[0011]圖1是成都世紀(jì)中科儀器有限公司實(shí)驗(yàn)儀部件示意圖，圖2是油滴盒裝置示意圖；圖3是均衡油滴室內(nèi)空氣流動(dòng)的裝置；
其中1、CCD盒2、電源插座3、調(diào)焦旋鈕4、Q9視頻接口 5、光學(xué)系統(tǒng)6、鏡頭7、觀察孔8、上極板壓簧9、進(jìn)光孔10、光源11、確認(rèn)鍵12、狀態(tài)指示燈13、平衡及提升切換鍵14、0V及工作切換鍵15、定時(shí)開始結(jié)束切換鍵16、水準(zhǔn)泡17、電壓調(diào)節(jié)旋鈕18、緊定螺釘19、電源開關(guān)20、油滴管收納盒安放環(huán)21、調(diào)平螺釘(3顆)；31、噴霧口，32、進(jìn)油量開關(guān)，33、防風(fēng)罩，34、上極板，35、油滴室，36、下極板，37、油霧杯，38、落油孔，39、圓筒，40、通孔。
【具體實(shí)施方式】
[0012]現(xiàn)有技術(shù):
現(xiàn)有技術(shù)的油滴盒，一般為圓筒形，其下部為下極板36，下極板為油滴盒提供一個(gè)電極，一般設(shè)置為負(fù)極，圓筒形圍成的中空部分為油滴懸浮的空間，稱為油滴室35，油滴室35內(nèi)部空間的高度一般為5毫米，圓筒形的側(cè)面有三個(gè)密封透明孔(透明材料密封，對(duì)光照透明，對(duì)氣體而言是密封的)，其中一個(gè)為觀察孔7，另外兩個(gè)透明孔為進(jìn)光孔9，進(jìn)光孔9的光照來自發(fā)光二極管光源10，圓筒形的上部覆蓋上極板34，上極板34上表面接觸上極板壓簧8，上極板壓簧8為油滴盒提供一個(gè)電極，一般設(shè)置為正極。上極板34的中心有一個(gè)落油孔38，落油孔38為直徑0.5毫米左右的小孔。電壓調(diào)節(jié)旋鈕17調(diào)節(jié)加載到上極板34和下極板36之間的電壓V，從而調(diào)節(jié)上極板34和下極板36之間的電場(chǎng)E=V/5mm。
[0013]油滴盒的外側(cè)有圓環(huán)形防風(fēng)罩33，避免外界空氣流動(dòng)對(duì)油滴的影響，防風(fēng)罩33的上部是油霧杯37，油霧杯37—般由一個(gè)圓形筒、上蓋和底蓋組成，圓形筒的其側(cè)面有噴霧口31，油霧杯37有上蓋和底蓋，上蓋、底蓋以及圓形筒構(gòu)成杯狀結(jié)構(gòu)，其底蓋有孔，其底蓋的孔被一個(gè)金屬薄片覆蓋，金屬薄片能夠在底蓋的直徑方向移動(dòng)，金屬薄片也有一個(gè)孔，其孔徑一般與底蓋的孔的孔徑相等，當(dāng)移動(dòng)金屬薄片使金屬薄片的孔正對(duì)底蓋的孔的時(shí)候，噴灑在油霧杯的部分油滴穿過兩個(gè)正對(duì)的孔，穿過孔的油滴的一部分從油滴盒的落油孔38進(jìn)入油滴室35，該金屬薄片又稱為進(jìn)油量開關(guān)32。
[0014]光源10發(fā)出的光線照亮油滴室35內(nèi)部空間，鏡頭6和光學(xué)系統(tǒng)5以及調(diào)焦旋鈕3使懸浮的油滴成像到C⑶盒I，C⑶盒I的圖像通過Q9視頻接口 4連接到顯示器上。
[0015]狀態(tài)指示燈12表示是調(diào)節(jié)油滴平衡，還是油滴處于提升狀態(tài)，提升是在將油滴拉升到視場(chǎng)的上部，是在平衡電壓的基礎(chǔ)上增加一個(gè)大約200V的電壓，促使油滴向上運(yùn)動(dòng);平衡及提升切換鍵13，平衡和提升的轉(zhuǎn)換按鈕，通過狀態(tài)指示燈12確定其狀態(tài)。OV及工作切換鍵14，0V是電場(chǎng)力撤消后，油滴處于重力場(chǎng)中向下運(yùn)動(dòng)，受到空氣的阻力，加速運(yùn)動(dòng)一段距離后會(huì)處于勻速下落(如果不你考慮布朗運(yùn)動(dòng))，工作是指在電場(chǎng)作用下，調(diào)節(jié)平衡電壓或者調(diào)節(jié)向上提升油滴的提升電壓。
[0016]定時(shí)開始結(jié)束切換鍵15，定時(shí)開始啟動(dòng)計(jì)時(shí)，定時(shí)結(jié)束則停止計(jì)時(shí)。由于電場(chǎng)垂直于處于平行狀態(tài)的上極板34和下極板36，重力處于豎直方向，因此需