Маленькая капля масла падает под действием силы тяжести: Ответ на вопрос ОГЭ 2019 Физика Часть 1 Задание 11Маленькая капля масла падает под действием силы тяжести. Приблизившись к находящейся под ней положительно заряженной пластине, капля постепенно останавливается и в какой-то момент зависает над пла

Закон всемирного тяготения Ньютона • Джеймс Трефил, энциклопедия «Двести законов мироздания»

Между всеми телами во Вселенной действует сила взаимного притяжения.

На склоне своих дней Исаак Ньютон рассказал, как это произошло: он гулял по яблоневому саду в поместье своих родителей и вдруг увидел луну в дневном небе. И тут же на его глазах с ветки оторвалось и упало на землю яблоко. Поскольку Ньютон в это самое время работал над законами движения (см. Законы механики Ньютона), он уже знал, что яблоко упало под воздействием гравитационного поля Земли. Знал он и о том, что Луна не просто висит в небе, а вращается по орбите вокруг Земли, и, следовательно, на нее воздействует какая-то сила, которая удерживает ее от того, чтобы сорваться с орбиты и улететь по прямой прочь, в открытый космос. Тут ему и пришло в голову, что, возможно, это одна и та же сила заставляет и яблоко падать на землю, и Луну оставаться на околоземной орбите.

Чтобы в полной мере оценить весь блеск этого прозрения, давайте ненадолго вернемся к его предыстории. Когда великие предшественники Ньютона, в частности Галилей, изучали равноускоренное движение тел, падающих на поверхность Земли, они были уверены, что наблюдают явление чисто земной природы — существующее только недалеко от поверхности нашей планеты. Когда другие ученые, например Иоганн Кеплер (см. Законы Кеплера), изучали движение небесных тел, они полагали что в небесных сферах действуют совсем иные законы движения, нежели законы, управляющие движением здесь, на Земле. История науки свидетельствует, что практически все аргументы, касающиеся движения небесных тел, до Ньютона сводились в основном к тому, что небесные тела, будучи совершенными, движутся по круговым орбитам в силу своего совершенства, поскольку окружность — суть идеальная геометрическая фигура. Таким образом, выражаясь современным языком, считалось, что имеются два типа гравитации, и это представление устойчиво закрепилось в сознании людей того времени. Все считали, что есть земная гравитация, действующая на несовершенной Земле, и есть гравитация небесная, действующая на совершенных небесах.

Прозрение же Ньютона как раз и заключалось в том, что он объединил эти два типа гравитации в своем сознании. С этого исторического момента искусственное и ложное разделение Земли и остальной Вселенной прекратило свое существование.

Результаты ньютоновских расчетов теперь называют законом всемирного тяготения Ньютона. Согласно этому закону между любой парой тел во Вселенной действует сила взаимного притяжения. Как и все физические законы, он облечен в форму математического уравнения. Если M и m — массы двух тел, а D — расстояние между ними, тогда сила F взаимного гравитационного притяжения между ними равна:

F = GMm/D²

где G — гравитационная константа, определяемая экспериментально. В единицах СИ ее значение составляет приблизительно 6,67 × 10^–11.

Относительно этого закона нужно сделать несколько важных замечаний. Во-первых, его действие в явной форме распространяется на все без исключения физические материальные тела во Вселенной. В частности, сейчас вы и эта книга испытываете равные по величине и противоположные по направлению силы взаимного гравитационного притяжения. Конечно же, эти силы настолько малы, что их не зафиксируют даже самые точные из современных приборов, — но они реально существуют, и их можно рассчитать. Точно так же вы испытываете взаимное притяжение и с далеким квазаром, удаленным от вас на десятки миллиардов световых лет. Опять же, силы этого притяжения слишком малы, чтобы их инструментально зарегистрировать и измерить.

Второй момент заключается в том, что сила притяжения Земли у ее поверхности в равной мере воздействует на все материальные тела, находящиеся в любой точке земного шара. Прямо сейчас на вас действует сила земного притяжения, рассчитываемая по вышеприведенной формуле, и вы ее реально ощущаете как свой вес. Если вы что-нибудь уроните, оно под действием всё той же силы равноускоренно устремится к земле. Галилею первому удалось экспериментально измерить приблизительную величину ускорения свободного падения (см. Уравнения равноускоренного движения) вблизи поверхности Земли. Это ускорение обозначают буквой g.

Для Галилея g было просто экспериментально измеряемой константой. По Ньютону же ускорение свободного падения можно вычислить, подставив в формулу закона всемирного тяготения массу Земли M и радиус Земли D, помня при этом, что, согласно второму закону механики Ньютона, сила, действующая на тело, равняется его массе, умноженной на ускорение. Тем самым то, что для Галилея было просто предметом измерения, для Ньютона становится предметом математических расчетов или прогнозов.

Наконец, закон всемирного тяготения объясняет механическое устройство Солнечной системы, и законы Кеплера, описывающие траектории движения планет, могут быть выведены из него. Для Кеплера его законы носили чисто описательный характер — ученый просто обобщил свои наблюдения в математической форме, не подведя под формулы никаких теоретических оснований. В великой же системе мироустройства по Ньютону законы Кеплера становятся прямым следствием универсальных законов механики и закона всемирного тяготения. То есть мы опять наблюдаем, как эмпирические заключения, полученные на одном уровне, превращаются в строго обоснованные логические выводы при переходе на следующую ступень углубления наших знаний о мире.

Картину устройства солнечной системы, вытекающую из этих уравнений и объединяющую земную и небесную гравитацию, можно понять на простом примере. Предположим, вы стоите у края отвесной скалы, рядом с вами пушка и горка пушечных ядер. Если просто сбросить ядро с края обрыва по вертикали, оно начнет падать вниз отвесно и равноускоренно. Его движение будет описываться законами Ньютона для равноускоренного движения тела с ускорением g. Если теперь выпустить ядро из пушки в направлении горизонта, оно полетит — и будет падать по дуге. И в этом случае его движение будет описываться законами Ньютона, только теперь они применяются к телу, движущемуся под воздействием силы тяжести и обладающему некой начальной скоростью в горизонтальной плоскости. Теперь, раз за разом заряжая в пушку всё более тяжелое ядро и стреляя, вы обнаружите, что, поскольку каждое следующее ядро вылетает из ствола с большей начальной скоростью, ядра падают всё дальше и дальше от подножия скалы.

Теперь представьте, что вы забили в пушку столько пороха, что скорости ядра хватает, чтобы облететь вокруг земного шара. Если пренебречь сопротивлением воздуха, ядро, облетев вокруг Земли, вернется в исходную точку точно с той же скоростью, с какой оно изначально вылетело из пушки. Что будет дальше, понятно: ядро на этом не остановится и будет и продолжать наматывать круг за кругом вокруг планеты. Иными словами, мы получим искусственный спутник, обращающийся вокруг Земли по орбите, подобно естественному спутнику — Луне. Так мы поэтапно перешли от описания движения тела, падающего исключительно под воздействием «земной» гравитации (ньютоновского яблока), к описанию движения спутника (Луны) по орбите, не изменяя при этом природы гравитационного воздействия с «земной» на «небесную». Вот это-то прозрение и позволило Ньютону связать воедино считавшиеся до него различными по своей природе две силы гравитационного притяжения.

Остается последний вопрос: правду ли рассказывал на склоне своих дней Ньютон? Действительно ли всё произошло именно так? Никаких документальных свидетельств того, что Ньютон действительно занимался проблемой гравитации в тот период, к которому он сам относит свое открытие, сегодня нет, но документам свойственно теряться. С другой стороны, общеизвестно, что Ньютон был человеком малоприятным и крайне дотошным во всем, что касалось закрепления за ним приоритетов в науке, и это было бы очень в его характере — затемнить истину, если он вдруг почувствовал, что его научному приоритету хоть что-то угрожает. Датируя это открытие 1666-м годом, в то время как реально ученый сформулировал, записал и опубликовал этот закон лишь в 1687 году, Ньютон, с точки зрения приоритета, выгадал для себя преимущество больше чем в два десятка лет.

Я допускаю, что кого-то из историков от моей версии хватит удар, но на самом деле меня этот вопрос мало беспокоит. Как бы то ни было, яблоко Ньютона остается красивой притчей и блестящей метафорой, описывающей непредсказуемость и таинство творческого познания природы человеком. А является ли этот рассказ исторически достоверным — это уже вопрос вторичный.

См. также:

Установки подготовки нефти хитер-тритер, обезвоживание и обессоливание нефти

Для решения поставленной задачи, мы предлагаем 2-х ступенчатый «Хитер – тритер» производства AMR (Канада), являющийся на наш взгляд, более энергоэффективным техническим решением.

Расчетные условия:

Оборудование рассчитано согласно следующим технологическим условиям:

Примечания:

Мин. температура на входе во 2 ступень хитер-тритера — 50°С. Мы ожидаем, что при хорошей изоляции рабочая температура нефти не должна колебаться более, чем на 5°С с установки 1 ступени.

1. Мы ожидаем перепад давления 0,05 МПа в хитер тритере и 0,1 МПа – в смесительном клапане.
2. В соответствии со спецификацией, максимальное количество дисперсной воды должно быть 5% от массы сырой нефти на входе. Оставшаяся вода (вплоть до 12,4% масс.) – свободная вода и выпадает из секции нагрева.
3. Заказчик должен определить соленость на входе.

Гарантия характеристик продукции:

Примечания:

1. Значения указаны только при рабочих температурах и только для дисперсной воды (не растворенной воды)
2. Основные осадки и вода определены с помощи анализа ASTM D4007
3. Гарантия эксплуатационных характеристик требует нормальную дозировку используемых химикатов. Фактическая дозировка может быть установлена только во время эксплуатации на площадке. Однако типичные дозировки таковы:
1. Деэмульгатор — 50-200 ppm (об.)
2. ПАВ (для тяжелой нефти) — 10% от количества деэмульгатора
4. Соленость нефти определена анализом ASTM D3230 или D6470.
Гарантия на выходе – на выходе из 2-й ступени хитер-тритера.

Требования, предъявляемые к энергоносителям

Рассчитаны следующие максимальные показатели потребления энергоносителей:

Примечания:

1. В основании проектирования электрической части указано электропитание на входе 3 фазы, 50 Гц; мы предложили однофазное подключение трехфазного электропитания, что является стандартом для электростатического трансформатора.
2. Каждая система промывки шлама может быть включена по отдельности. Длительность и частота зависят от условий на площадке. Давление промывки шлама на входе должно быть мин. на 4 бар (59 psi) выше рабочего давления сосуда.

Описание технологического процесса

Процесс обессоливания и обезвоживания нефти в аппарате происходит в два этапа.

На первом этапе:

Обводненная соленая нефть, смешиваясь через смесительный клапан с опресненной оборотной водой подающейся со второго этапа очистки, снижая за счет этого концентрацию соли, поступает в аппарат сверху и по специальным направляющим отводится по периметру стенок корпуса вниз секции нагрева аппарата. В процессе движения нефти происходит ее дегазация. Выделившийся газ отводится из верхней части секции нагрева, а содержащаяся в нефти свободная вода под воздействием гравитационных сил отделяется от нефти и отводится из нижней части аппарата. Предварительно дегазированная и обезвоженная нефть поднимается вверх секции, нагреваясь о жаровые трубы. В ходе нагрева, дополнительно выделяется вода, которая также стекает вниз аппарата и отводится из него. Нагретая нефть через внутреннюю перегородку поступает в секцию электростатической дегидрации и обессоливания.

На втором этапе:

При помощи приемного распределительного коллектора и специальной подвижной конструкцией распределителей и перегородок нефть равномерно распределяется по всей длине секции аппарата. Стационарная конструкция с открытым дном обеспечивает выпадение возможного осадка, нивелировав тем самым закупоривание им коллектора.

Поднимаясь снизу вверх, нефть проходит через секции усовершенствованных вертикальных электростатических решеток, в которых подвергается воздействию электрического поля.

Под воздействием электрического поля, температуры и деэмульгатора происходит разрушение нефтяной эмульсии, коалесценция выделившихся капель воды и их гравитационное осаждение в нижнюю часть секции аппарата, выделившаяся обессоленная вода дренируется из аппарата и подается на смесительный клапан первой ступени для разбавления поступающей на обработку нефти.

Применяемые фирменные технологии

Электростатические поля AMR

Поле AMR AC-Plus™ — подходит для работы с сырой нефтью, которая имеет высокое содержание пластовой воды, такое как в стабильных эмульсиях тяжелой нефти, поскольку особенности соединения в результате вибрации на месте по технологии AMR AC-Plus™ предотвращают короткое замыкание из-за скопления воды между пластинами электростатической решетки.

Поле AMR AC-Plus™ более эффективно обрабатывает «соленую» или проводящую нефть, более распространена в сфере применения сырой нефти, поскольку эта технология не основывается на дифференциальном градиенте между положительными и отрицательными полюсами. Она основывается на меняющейся полярности каждой второй пластины.

В целом, технология AMR AC-Plus™ может без проблем использоваться для всех типов нефти и идеально подходит для тяжелой нефти.

Поле AMR AC-Direct™ — обеспечивает большую пропускную способность при меньшем размере аппарата.

AC-Direct™ идеально подходит для средней и легкой нефти и нефти с низким содержанием воды.

* После анализа характеристик сырой нефти для технологического процесса выбирается соответствующая технология электростатического поля AMR AC-Plus™ или AC-Direct.

Дренаж шлама

Во время дегидратации и обессоливания нефти, особенно при работе с тяжелой нефтью, на поверхности воды / нефти может образовываться шлам, который существенно мешает обезвоживанию и обессоливанию. Различные виды шлама включают следующее:

• Неразложенный – устойчивая эмульсия
• Стабилизированные твердые частицы – маленькие твердые частицы
• Парафиновый – при эксплуатации ниже точки помутнения нефти
• Асфальтового характера – выделяются асфальтиты
• Химически стабилизированные – слишком много деэмульгатора

Шлам может подвергаться тепловой, химической обработке и эффективно дренироваться.

Дренаж шлама включен как стандартное оснащение аппарата.

Особенности конструкции и применяемого оборудования

• Электростатические решетки — в аппарате используются вертикальные усовершенствованные электростатические решетки, обеспечивая эффективную эксплуатацию и требующие меньше электроэнергии, чем горизонтальные проволочные решетки.
• Саморегулирующиеся трансформаторы — потребляют то количество тока, которое необходимо. Они автоматически потребляют больше или меньше тока в зависимости от потребности, не требуя дорогих тиристорных систем управления и контроля.
• Предохранительные затворы — внутренние предохранительные шаровые поплавковые затворы из нержавеющей стали как «последнее средство», которые создают короткое замыкание (и, следовательно, прерывают питание решеток) до того, как газ попадает на решетки высокого напряжения в том случае, который маловероятен, если все другие предохранительные устройства не сработают.
• Локальный размыкатель цепи – в объем комплектации аппарата включен местный взрывозащищенный, управляемый вручную размыкатель цепи, чтобы обслуживающий персонал мог безопасно и с уверенностью обеспечить отключение электропитания.
• Вводная втулка Dual-Loc™ AMR Process
  • имеет ШЕСТЬ уплотнений.
  • спроектирована таким образом, что технические специалисты имеют доступ только к резьбе металл по металлу, и, снабженная несколькими уплотнениями, исключает неисправности, характерные для обычных вводных втулок.
  • провод высокого напряжения соединяется с вращающимся коннектором и крепится обычными установочными винтами, делая установку простой и не требуя пайки.
  • В дополнение к простому подключению, провода высокого напряжения, AMR Dual-Lock™ имеет безопасный механизм, предотвращающий скручивание провода высокого напряжения, что может повредить изоляцию/провод при неправильной установке.

Объем поставки (2-ступенчатая установка)

Каждая установка электростатического хитер-тритера состоит из следующих основных компонентов:

• Горизонтальный электростатический хитер-тритер нефти AMR Advanced AC-Direct^TM — внутренний диаметр 2,439 мм (8’) х 13,716 мм (45′) материалы из углеродистой стали
• Исполнение 1,0 МПа (145 psi) при 100°С (212°F), -29°С (-20°F) минимальная расчетная температура металла
• Одна U-образная жаровая труба из углеродистой стали, Ду 20″ х 3,810 мм (12,5’) длиной, общая длина 7,620 мм (25’).
• Алюминиевая O-образная горелка с естественной тягой в комплекте с составным инжектором в сборе, форсункой горелки с устройством смешивания, пилотной (дежурной) горелкой в сборе и контролем пламени.
• Панель управления запалом горелки.
• Горелочная топливная магистраль природного газа по CSA B149.3, приложение B, рис. В2 и В3 или В4 (стандартная система защиты пламени, стандартный клапан регулирования расхода на входе).
• Один однофазный многовыходной трансформатор высокого напряжения 50 кВА AC-Direct^TM, автоматическое регулирование.
• Система контроля трансформатора AC-Direct™, состоящая из:
  • местный размыкатель цепи для технического обслуживания.
  • местный амперметр/вольтметр.
  • выходы 4-20 мА для удаленного контроля тока и напряжения из помещения управления (операторная)
  • Выходные аварийные сигналы для основного бака:
  • сигнал высокой температуры
  • сигнал высокого напряжения
  • сигнал высокого давления
  • сигнал уровня.
• Электростатические внутренние детали, состоящие из AMR AC-Direct™:
  • Решетки из углеродистой стали, высокое напряжение, вертикальный поток.
  • Предохранительный поплавок из нержавеющей стали.
  • Входная втулка AMR Dual-Lock™ из нержавеющей стали.
  • Распределительный манифольд из углеродистой стали на входе нефти.
  • Распределительный манифольд на выходе нефти.
  • Коллектор из углеродистой стали для отвода воды.
  • Дренаж шлама из углеродистой стали.
  • Четыре (4) сопловые системы для песка/шлама.
    • Диффузор из углеродистой стали, для обслуживания плавучей системы
  • Высокоэффективные автоматические смесительные клапаны.
  • Центробежный насос рециркуляции для подачи воды промывки песка/шлама.
  • Несущая рама из углеродистой стали
  • Лестница с площадками обслуживания высоко расположенных приборов КИПиА и клапанов.
• Трубная обвязка из углеродистой стали.
• КИП и клапаны для безопасной эксплуатации.
• Подключение электрического и пневматического оборудования к распределительным коробкам на краю рамы.
• Электрический подогрев для исполнения на холодную погоду.
• Ультразвуковая дефектоскопия от патрубков до соединений сосудов по требованиям ГОСТ.
• Предохранительное реле автоблокировки для трансформатора по российским требованиям.
• Блокировки предохранительного клапана давления по российским требованиям.
• Внутренняя футеровка сосуда.
• Окраска.
• Изоляция с алюминиевым покрытием.
• Функциональное испытание КИП.
• Упаковка.
• Погрузка в грузовик.

Применимы следующие стандарты проектирования:

• ASME VIII Раздел 1 Штамп U Сосуды давления.
• ГОСТ Р
• ASME B31. 3 Трубная обвязка.
• AWS D1.1 Производство металлоконструкций.
• ATEX Классификация опасных зон для электрооборудования.
• Будут предоставлены все имеющиеся сертификаты ГОСТ на КИП и электроинструменты. Для тех позиций, на которые сертификата ГОСТ нет, будет предоставляться сертификат ATEX.
• Сертификат на трансформатор: ATEX-IECEx с маркировкой II 3 G EX pz T5 IP66

8 Электрическое поле | Школьные файлы SchoolFiles.net

Это означает, что
1) оба шарика заряжены отрицательно
2) оба шарика заряжены положительно
3) первый шарик заряжен положительно, а второй — отрицательно
4) первый шарик заряжен отрицательно, а второй — положительно
5. Отрицательно заряженную проводящую пластину соединили проводником с шаром незаряженного электроскопа. В результате листочки электроскопа разошлись на некоторый угол (см. рисунок).

При этом
1) шар и листочки электроскопа получили отрицательный заряд
2) шар электроскопа получил отрицательный заряд, а листочки электроскопа – положительный заряд
3) шар электроскопа получил положительный заряд, а листочки электроскопа – отрицательный заряд
4) шар и листочки электроскопа получили положительный заряд
6.
К двум маленьким заряженным бусинкам, подвешенным наизолирующих нитях, подносят снизу стеклянный шар, предварительно
потертый о шелк. Заряды какого знака находятся на бусинках?
1) обе бусинки заряжены положительно
2) обе бусинки заряжены отрицательно
3) бусинка 1 заряжена положительно, а бусинка 2 – отрицательно
4) бусинка 1 заряжена отрицательно, а бусинка 2 – положительно
7. К двум маленьким заряженным бусинкам, подвешенным наизолирующих нитях, подносят снизу эбонитовый шар, предварительно
потертый о мех. Заряды какого знака находятся на бусинках?

1) обе бусинки заряжены положительно
2) обе бусинки заряжены отрицательно
3) бусинка 1 заряжена положительно, а бусинка 2 – отрицательно
4) бусинка 1 заряжена отрицательно, а бусинка 2 – положительно
8.

На рисунке изображены одинаковые электрометры, соединенные стержнем. Из какого материала может быть сделан этот стержень?
А. Медь.
Б. Сталь.
1) только А
2) только Б
3) и А, и Б
4) ни А, ни Б
9. Положительно заряженное тело притягивает подвешенный на нити легкий шарик из алюминиевой фольги.  Заряд шарика может быть:
А. отрицателен
Б. равен нулю
Верными являются утверждения:
только А
только Би А, и Б
ни А, ни Б
10. К отрицательно заряженному электроскопу поднесли, не касаясь его, палочку из диэлектрика. При этом листочки электроскопа разошлись на значительно больший угол. Палочка может быть
заряжена только отрицательно
заряжена только положительно
заряжена и положительно, и отрицательно
не заряжена
11. К шару на конце стержня незаряженного электроскопа поднесли, не касаясь его, положительно заряженную стеклянную палочку. Листочки электроскопа разошлись на некоторый угол. Что при этом происходит с зарядом электроскопа?

электроскоп останется в целом нейтральным, но заряды перераспределятся: на листочках будет недостаток электронов, на верхнем конце стержня – избыток электронов
электроскоп останется в целом нейтральным, но заряды перераспределятся: на листочках будет избыток электронов, на верхнем конце стержня – недостаток электронов
и листочки, и стержень электроскопа приобретут отрицательный заряд
и листочки, и стержень электроскопа приобретут положительный заряд
12. К подвешенному на тонкой нити отрицательно заряженному шарику А поднесли, не касаясь, шарик Б. Шарик А отклонился, как показано на рисунке. Шарик Б
имеет отрицательный заряд
имеет положительный заряд
может быть не заряженможет иметь как положительный, так и отрицательный заряды
13. Металлический шарик 1, укрепленный на длинной изолирующей ручке и имеющий заряд +q, приводят поочередно в соприкосновение с двумя такими же шариками 2 и 3, расположенными на изолирующих подставках и имеющими, соответственно, заряды –q и +q.

Какой заряд в результате останется на шарике 2?1) q2)
3)
4) 014.

К одному из незаряженных электрометров, соединенных проводником, поднесли положительно заряженную палочку. Как распределится заряд на электрометрах?
1) оба электрометра будут заряжены отрицательно2) оба электрометра будут заряжены положительно3) на электрометре 1 будет избыточный положительный заряд, на электрометре 2 – избыточный отрицательный заряд4) на электрометре 1 будет избыточный отрицательный заряд, на электрометре 2 – избыточный положительный заряд15.

К середине массивного проводника, соединяющего два незаряженных электрометра, поднесли положительно заряженную палочку. Как распределится заряд на электрометрах?
1) на электрометре 1 будет избыточный положительный заряд, на электрометре 2 и массивном проводнике – избыточный отрицательный заряд2) на электрометре 1 будет избыточный отрицательный заряд, на электрометре 2 и массивном проводнике – избыточный положительный заряд3) оба электрометра будут заряжены положительно, а массивный проводник – отрицательно4) оба электрометра будут заряжены отрицательно, а массивный проводник – положительно16. Одному из двух одинаковых шариков сообщили заряд –8q, другому — заряд –2q. Затем шарики соединили проводником. Какими станут заряды шариков после соединения?1) одинаковыми и равными –3q2) одинаковыми и равными –5q3) одинаковыми и равными –10q4) заряд первого шарика –6q, второго –4q

Эксперимент с каплей масла Милликена | Введение в химию

Цель обучения

• Опишите основные результаты эксперимента Милликена с каплей нефти

Ключевые моменты

• В эксперименте Милликена с каплей масла был измерен заряд электрона. До этого эксперимента существование субатомных частиц не было общепризнанным.
Устройство
• Милликена содержало электрическое поле, создаваемое между парой параллельных металлических пластин, которые удерживались друг от друга изоляционным материалом.Электрически заряженные масляные капли попадали в электрическое поле и балансировались между двумя пластинами путем изменения поля.
• Когда заряженные капли падали с постоянной скоростью, гравитационная и электрическая силы на них были равны. Таким образом, заряд масляной капли был рассчитан по формуле Q = [latex] \ frac {m \ cdot g} {E} [/ latex]. Милликен обнаружил, что заряд отдельного электрона составляет 1,6 x 10 ^-19 Кл.

Условия

• Эксперимент с каплей масла Эксперимент, проведенный Робертом Милликеном и Харви Флетчером в 1909 году по измерению заряда электрона.
• электрон — субатомная частица, имеющая отрицательный заряд и вращающаяся вокруг ядра; поток электронов в проводнике составляет электричество.

Эксперимент с масляной каплей

В 1909 году Роберт Милликен и Харви Флетчер провели эксперимент с каплей масла, чтобы определить заряд электрона. Они подвешивали крошечные заряженные капельки масла между двумя металлическими электродами, уравновешивая направленную вниз гравитационную силу с восходящим сопротивлением и электрическими силами. Плотность нефти была известна, поэтому Милликен и Флетчер могли определить массы капель по наблюдаемым радиусам (поскольку по радиусам они могли рассчитать объем и, следовательно, массу). Используя известное электрическое поле, а также значения силы тяжести и массы, Милликен и Флетчер определили заряд капель масла в механическом равновесии. Повторяя эксперимент, они подтвердили, что все заряды были кратны некоторой фундаментальной стоимости. Они рассчитали, что это значение составляет 1,5924 × 10 ⁻¹⁹ кулонов (C), что находится в пределах 1% от принятого в настоящее время значения 1,602176487 × 10 ⁻¹⁹ C. Они предположили, что это был заряд одного электрона.

Как проходил процесс?

На рисунке ниже показана упрощенная схема эксперимента Милликена с каплей масла. Аппарат состоял из пары металлических пластин и масла определенного типа. Милликен и Флетчер обнаружили, что лучше всего использовать масло с чрезвычайно низким давлением пара, такое как масло, предназначенное для использования в вакуумном аппарате. Обычное масло испаряется под действием тепла источника света, вызывая изменение массы масляной капли в течение эксперимента.

При приложении разности потенциалов к паре параллельных горизонтальных металлических пластин в пространстве между ними создавалось однородное электрическое поле.Для разделения пластин использовалось кольцо из изоляционного материала. В кольце были вырезаны четыре отверстия — три для освещения ярким светом и одно для просмотра в микроскоп. Мелкий туман из капель масла распылялся в камеру над пластинами. Капли масла становились электрически заряженными за счет трения о сопло во время распыления. В качестве альтернативы заряд может быть вызван включением источника ионизирующего излучения (например, рентгеновской трубки).

Капли попали в пространство между пластинами, и, поскольку они были заряжены, ими можно было управлять, изменяя напряжение на пластинах. Первоначально каплям масла позволяли падать между пластинами при выключенном электрическом поле.Они быстро достигли предельной скорости из-за трения с воздухом в камере. Поле было включено, и, если оно было достаточно большим, некоторые капли (заряженные) начали подниматься. Это потому, что направленная вверх электрическая сила, F _E , для них больше, чем направленная вниз сила тяжести, g. (Заряженный резиновый стержень может таким же образом захватывать кусочки бумаги.) Вероятно выглядящая капля была выбрана и удерживалась в середине поля зрения путем попеременного отключения напряжения до тех пор, пока все остальные капли не упали. Эксперимент был продолжен с этой единственной каплей.

Милликен предполагал, что капли падают с постоянной скоростью. При этой постоянной скорости сила тяжести на капле и сила электрического поля на капле равны:

F _вверх = F _вниз

[латекс] \ cdot [/ latex] F _вверх = Q [латекс] \ cdot [/ latex] E F _вниз = m [латекс] \ cdot [/ latex]

Q — заряд электрона, E — электрическое поле, m — масса капли и г — сила тяжести.

Q [латекс] \ cdot [/ latex] E = m [латекс] \ cdot [/ latex] g

Q = [латекс] \ frac {m \ cdot g} {E} [/ латекс]

Можно увидеть, как Милликен рассчитал заряд электрона. Милликен обнаружил, что все капли имеют заряды, кратные 1,6 x 10 ^-19 C.

Во время экспериментов Милликена и Флетчера с каплями масла существование субатомных частиц не было общепризнанным. Экспериментируя с катодными лучами в 1897 году, Дж. Дж. Томсон обнаружил отрицательно заряженные «корпускулы» с массой примерно в 1840 раз меньше массы атома водорода. Джордж Фицджеральд и Вальтер Кауфманн нашли аналогичные результаты. В 1923 году Милликен получил Нобелевскую премию по физике отчасти благодаря этому эксперименту.

Помимо определения заряда электрона, красота эксперимента с каплей масла заключается в его простой и элегантной демонстрации того, что заряд фактически квантован. С тех пор эксперимент повторялся поколениями студентов-физиков, хотя это довольно дорого и сложно провести должным образом.

Boundless проверяет и курирует высококачественный контент с открытой лицензией из Интернета. Этот конкретный ресурс использовал следующие источники:

Опыт с каплей масла

Опыт с каплей масла

В знаменитом эксперименте с каплей масла Милликен и Флетчер определили заряд электрона. В ходе эксперимента маленькие капли масла разбрызгивались в камеру и наблюдались в микроскоп, как они падали в воздухе. 3} {3} (\ rho _ {\ text {oil}} — \ rho _ {\ text {air}}) g. \ конец {уравнение} \]

Здесь $ \ rho _ {\ text {oil}} = 900 $ [кг / м³] и $ \ rho _ {\ text {air}} = 1,2922 $ [кг / м³] — плотности масла и воздуха, а $ g = 9,81 $ [м / с²] — ускорение свободного падения. Наблюдая за конечной скоростью капли, можно определить ее радиус.

В камере были две металлические пластины, которые можно было использовать для приложения электрического поля в вертикальном направлении.{-19} $ C.

Эксперимент с каплей масла смоделирован ниже. Капли масла имеют случайный размер и заряд. Некоторые заряжены положительно, а некоторые — отрицательно. В реальном эксперименте капли настолько малы, что вы не можете определить их размер, но при моделировании можно показать размер и заряд частиц. Чтобы измерить заряд капли, отрегулируйте электрическое поле так, чтобы капля оставалась неподвижной, и запишите электрическое поле. Затем выключите электрическое поле и посмотрите, как быстро падает капля.Исходя из этой информации и приведенных выше уравнений, можно рассчитать заряд.

Эксперимент с масляной каплей

Эксперимент, проведенный Робертом Милликеном в 1909 году определила размер заряда электрона. Он также определил что был наименьший «единичный» заряд, или этот заряд «квантован». Он получил Нобелевскую премию за свою работу.Мы собираемся объяснить это поэкспериментируйте здесь и покажите, как Милликен смог определить размер заряда на одиночном электроне.

Милликен зарядил крошечную каплю масла и измерил насколько сильным должно быть приложенное электрическое поле, чтобы остановить капля масла от падения. Поскольку он смог отработать массу капля масла, и он мог вычислить силу тяжести на одном капля, он мог затем определить электрический заряд, который должна имеют. Варьируя заряд на разных каплях, он заметил, что заряд всегда был кратен -1,6 x 10 -19 C, заряд на одиночный электрон. Это означало, что это электроны несли этот блок. обвинять.

Вот как это работало. Посмотрите на аппаратуру, которую он использовал:

http://www.mdclearhills.ab.ca/millikan/experiment.html

Распылитель распыляет мелкий туман из капель масла в камера.Некоторые из этих крошечных капелек упали через отверстие в верхний этаж. Милликен сначала позволил им упасть, пока они не достигли терминала скорость. С помощью микроскопа он измерил их конечную скорость, и по формуле рассчитал массу каждой капли масла.

Затем Милликен зарядил падающие капли, осветив нижняя камера с рентгеновскими лучами. Это привело к ионизации воздуха, и электроны, прикрепляющиеся к каплям масла.
Прикрепив батарею к пластинам выше и ниже этой нижней камеры, он смог подать электрическое напряжение. Произведенное электрическое поле в нижней камере этим напряжением будет действовать заправленное масло капли; если бы напряжение было правильным, электромагнитная сила просто сбалансируйте силу тяжести на капле, и капля зависнет подвешен в воздухе.

Теперь вы попробуйте. Щелкните здесь, чтобы открыть имитацию камеры Милликена.Сначала дайте каплям упасть. Обратите внимание, как они сначала ускоряются, из-за силы тяжести. Но быстро сопротивление воздуха заставляет их добраться до терминала. скорость.
Теперь сфокусируйтесь на единственной падающей капле и увеличьте электрическое поле. пока капля не останется в воздухе. В тот момент для этого падение, электрическая сила на нем в точности равна силе тяжести в теме. У некоторых капель больше электронов, чем у других, поэтому потребуется более высокое напряжение для остановки.
Закончив играть с устройством, закройте окно и мы продолжим.

Хорошо, давайте посмотрим на вычисления, которые теперь мог сделать Милликен.

Когда капля подвешена, ее вес m · g в точности равен к приложенной электрической силе q · E

http://www.mdclearhills.ab.ca/millikan/experiment.html

Значения E, приложенного электрического поля, m масса капли, и g, ускорение свободного падения, — все известные значения.Так что вы можно решить для q, заряд при падении:

http://www.mdclearhills.ab.ca/millikan/experiment.html

Милликен определил заряд по капле. Затем он переделал эксперимент много раз, каждый раз меняя силу ионизирующего рентгеновского излучения. воздух, так что различное количество электронов прыгнет на молекулы масла каждый раз. Он получил различные значения q.
Заряд q при падении всегда был кратен -1.6 х 10 -19 С, заряд на одиночном электроне.

Милликен искал этот номер, и он также показывал что значение было квантовано; самая маленькая единица заряда была это сумма, и это был заряд одного электрона.

Почему капля масла отскакивает от градиента воды / этанола и в конечном итоге падает на дно емкости

Группа исследователей, работающая в Университете Твенте, решила загадку, почему капля масла многократно отскакивает при падении в градиенте вода / этанол, но в конечном итоге падает на дно банки. В своей статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters , группа описывает свое исследование странного поведения.

В физике эффект Марангони описывает различия в поверхностном натяжении жидкостей, которые могут приводить к, казалось бы, странному поведению, например, образованию «слез» в бокале вина с большим количеством алкоголя. В этой новой работе исследователи исследовали эффект Марангони применительно к отскакиванию капель масла в сосуде, содержащем градиент вода / этанол.

Чтобы начать эксперимент, исследователи осторожно налили этанол в сосуд с водой, избегая слишком сильного перемешивания, так что градиент плотности образовался естественным образом. Затем они добавили в емкость одну каплю масла, в данном случае анетола. Капля медленно погрузилась в смесь, а затем быстро отскочила обратно вверх.Капля проделывает это несколько раз, прежде чем в конечном итоге погрузится на дно емкости. После тщательного изучения всего сценария исследователи обнаружили, что происходит на самом деле.

Вначале капля падает под действием силы тяжести — исследователи обнаружили, что при этом поверхностное натяжение капли различается сверху и снизу (эффект Марангони), что приводит к накоплению энергии. Как только она достигает точки опрокидывания, энергия высвобождается, толкая каплю обратно к поверхности.Но каждый раз, когда она падает и отскакивает, количество нарастающего напряжения уменьшается, вероятно, из-за смешивания воды и этанола, когда капля многократно движется вниз и вверх. В конце концов, выделившейся энергии не хватает, чтобы поднять каплю вверх, и она падает на дно контейнера. Исследователи отмечают, что тот же сценарий может быть воспроизведен с использованием других типов градиентов плотности нефти и жидкости.

© 2019 Сеть Science X

Ссылка : Почему капля масла отскакивает в градиенте вода / этанол и в конечном итоге падает на дно банки (2019, 1 мая) получено 27 февраля 2021 г. с https: // физ.org / news / 2019-05-oil-waterethanol-gradient-finally-Falls.html

Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в информационных целях.

Na-17 Аппарат для капель масла Миликан

Цель

Аппарат PASCO Millikan Oil Drop разработан для проведения эксперимента Millikan Oil Drop, в котором электрический заряд, переносимый частицей, может быть рассчитан путем измерения силы, действующей на частицу в электрическом поле известной силы. Хотя относительно легко создать известное электрическое поле, сила, оказываемая таким полем на частицу, несущую только один или несколько избыточных электронов, очень мала. Например, поле 1000 вольт на сантиметр (105 вольт на метр) будет оказывать силу всего 1,6 x 10-9 дин (1,6 x 10-14 ньютонов) на частицу, несущую один избыточный электрон. Это сила, сравнимая с силой тяжести, действующей на частицу массой 10 -12 (одна миллионная) грамма (10-15 килограмм). Успех эксперимента Millikan Oil Drop зависит от способности измерять такие малые силы.Поведение маленьких заряженных капелек нефти, имеющих массу всего 10-12 грамм (10-15 кг) или меньше, наблюдается в гравитационном и электрическом поле. Измерение скорости падения капли в воздухе позволяет с использованием закона Стокса рассчитать массу капли. Наблюдение за скоростью поднимающейся капли в электрическом поле позволяет затем вычислить силу, действующую на каплю масла, и, следовательно, заряд, переносимый ею.

Аппарат

• Аппарат для капель масла Милликен
• Источник тория 232
• Нелетучие минеральные масла
• Телевизионная камера и монитор
• Источник питания 500 В

Аппарат Миликан для капель масла и снимок экрана с каплями масла.

Описание

С рычагом на камере в положении распыления. Поместите распылитель минерального масла в отверстие в верхней части распылителя. Сжимайте распылитель, пока капли масла не будут видны на мониторе. Установите рычаг в выключенное положение. Следует наблюдать, как капли масла медленно падают под действием силы тяжести. Включите блок питания на напряжение 300В и выше. При необходимости добавьте еще капель масла. Установите рычаг на камере в положение «Ионизация», это вызовет ионизацию капель масла положительно или отрицательно.При переключении переключателя зарядки пластины в положительное или отрицательное положение капли масла будут двигаться вверх или вниз с квантовой скоростью в зависимости от заряда капли масла. Переключение переключателя зарядки планшета. Капли будут менять направление. Установка переключателя зарядки в заземленное положение приведет к тому, что капли масла упадут вниз под действием силы тяжести.

Поддержка физики

Решение OpenStax College Physics, глава 18, проблема 62 (задачи и упражнения)

Стенограмма видеозаписи

Это ответы по физике из колледжа с Шоном Дычко. Эксперимент Милликен Ойл Капля использовался, чтобы выяснить, каков заряд одного электрона, но в этом вопросе мы предполагаем, что мы знаем заряд одного электрона, и выясняем, какова напряженность этого электрического поля. Поэтому, когда Милликен первоначально проводил этот эксперимент, он знал, что такое электрическое поле и каков размер масляной капли и, следовательно, ее вес, и он объединил эти фрагменты информации, чтобы вычислить заряд. Хорошо! Итак, радиус этой капли масла равен 1.00 микрометров, что составляет 1,00 умножить на 10 с точностью до минус 6 метров, а плотность этого масла составляет 920 килограммов на кубический метр. Итак, вопрос (а) просит нас выяснить, каков вес этой капли нефти — это будет ее масса, умноженная на напряженность гравитационного поля — и мы вычислим массу, используя эту формулу плотности — плотность — это масса на объем — и мы можем найти m , умножив обе части на V . Итак, масса — это плотность, умноженная на объем, и затем мы будем использовать радиус, чтобы выяснить, что такое объем, зная эту формулу для объема сферы — четыре трети π умноженных на куб радиуса — так что это то, что мы ‘ Я заменим м на в нашей формуле веса. Итак, это четыре трети ρ умножить на πr в кубе умножить на г . Итак, это четыре трети, умноженные на 920 килограммов на метр в кубическом метре, умноженные на π , умноженные на 1,00 микрометр в кубе, умноженные на 9,81 ньютона на килограмм, что дает силу тяжести или вес, другими словами, 3,78 умножить на 10 и минус 14 ньютонов. В части (b) говорится, что если в капле есть единственный избыточный электрон, найдите напряженность электрического поля. Таким образом, электростатическая сила будет равна заряду, умноженному на напряженность электрического поля, и будет равна силе тяжести, поскольку капля находится в подвешенном состоянии и не ускоряется.Итак, мы разделим обе части на q , чтобы найти E , и это сила тяжести, деленная на заряд. Получается 3,7805 умножить на 10 минус 14 ньютонов, которые мы нашли в части (а), и разделить на заряд одного электрона, который равен 1,60 умножить на 10, на минус 19 кулонов. Это дает напряженность электрического поля от 2,36 раз от 10 до 5 ньютонов на кулон.

Gravity Segregation — обзор

4.10 Резюме и общие выводы

Характеристики потока жидкости во всех коллекторах регулируются сложной взаимосвязью между: (1) диапазоном размеров пор и распределением, (2) матрицей и проницаемостью трещин, (3) разделение под действием силы тяжести, (4) смачиваемость, (5) давление и температура и (6) сила тяжести.Гравитационные и капиллярные силы управляют начальным проникновением углеводородов в водонасыщенные геологические ловушки, и в течение длительного периода времени устанавливаются локальные и вертикальные распределения насыщенности в областях внутри коллектора, которые зависят от шести параметров.

Разница в плотности, давление и температура распределяют легкие компоненты в верхней части ловушки углеводородов и растворяются в жидких фазах. Следовательно, когда добыча нефти снижает пластовую температуру и давление, насыщенность различных фаз изменяется с более высокой пропорциональной потерей газа и более легких углеводородов. Изменения капиллярного давления (которые зависят от насыщения) имеют место и вместе с понижением температуры распределяют свойства растворимости сырой нефти, что приводит к флокуляции и осаждению полярных соединений с тяжелой молекулярной массой и общему изменению смачиваемости в сторону более смоченного нефтью коллектора. Если изменение смачиваемости вызывает изменение с сильной смачиваемости водой на нейтральную ( I _w > 5 до I _w ˜ 0), вторичное производство достигнет более высокого уровня S _w (более низкая остаточная нефтенасыщенность) и улучшенное заводнение (добавление полимера, заводнение полимер-поверхностно-активное вещество и т. Д.)) должно быть экономически целесообразным. Если пласт изначально смочен нефтью ( I _w <0), изменение общей смачиваемости в сторону более смоченной нефтью системы из-за осаждения полярных компонентов вызовет снижение скорости добычи, увеличение количества воды. / дебита нефти и снижения конечной практической S _wor . Повышение вторичной нефтеотдачи не будет эффективным.

МУН для микробов путем введения питательных веществ с последующим периодом отключения от 3 до 6 месяцев может повлиять на изменение смачиваемости из-за более влажных условий и образования растворенного газа, вызванного бактериями.Это может вызвать дополнительный период производства с использованием контролируемого поддержания давления.

Небольшой диапазон размеров пор определяет низкую проницаемость и низкий общий объем углеводородов, потому что, когда S _wi высокий, S _wor (1 -S _или ) низкий. Вода была исходным флюидом, насыщающим пласт, поэтому вода занимает более мелкие поры, которые не могут быть вытеснены вторжением углеводородов, потому что пороговое значение капиллярного давления дренажа воды слишком велико.Коллектор будет иметь тенденцию быть сильно увлажненным нефтью в более крупных порах, изолированных от поверхности пор относительно толстыми пленками воды. Таким образом, велика вероятность того, что пласт из песчаника с низкой проницаемостью будет увлажненным, будет иметь низкий объем нефти, покажет низкую эффективность добычи, и после прорыва воды будет незначительная добыча нефти.

Коллекторы с относительно большими порами (более высокая проницаемость) имеют более широкий диапазон подвижной нефтенасыщенности ( S _wor — S _wi ).Коллекторы песчаника будут иметь тенденцию варьироваться от умеренно увлажненных водой до нейтральных, а снижение пластового давления и температуры во время добычи будет иметь тенденцию приводить пласт к более влажному состоянию нефти. Вторичная добыча будет иметь более длительные периоды добычи после прорыва воды, которые могут быть увеличены за счет улучшения заводнения. Карбонатные коллекторы имеют тенденцию к смачиванию от нефтеносных до нейтральных. Прорыв воды произойдет рано после начала вторичной добычи, и производительность будет ниже, чем для сопоставимого коллектора из песчаника. Трещинные карбонатные коллекторы зависят от противоточного впитывания в блоки трещин, а также от уменьшения межфазного натяжения и изменения смачиваемости до более влажного состояния.

Неустанная сила тяжести устанавливает вертикальный градиент распределения насыщения и вертикальное изменение смачиваемости и капиллярного давления. Эти изменения в отношении высоты над контактом вода-нефть и многие из ранее отмеченных наблюдений были подтверждены лабораторными испытаниями и Хамоном (2000), а также были представлены Арчером и Уоллом (1987).Породы, расположенные близко к контакту вода-нефть (WOC), обычно смачиваются водой, но становятся более смачиваемыми нефтью по сравнению с расстоянием над WOC. Вблизи WOC капиллярное давление отвода воды низкое; следовательно, если диапазон размеров пор относительно велик, проницаемость породы будет высокой, а самопроизвольное впитывание будет низким. Нефть, первоначально мигрирующая в резервуар, будет проникать в более крупные поры и оставлять маленькие поры, заполненные водой, создавая систему смешанной смачиваемости с водяными пленками, изолирующими нефть от твердой поверхности в порах. Капиллярное давление дренажа увеличивается с высотой над WOC, и поэтому нефть, проникая в резервуар, вытесняет воду из все более мелких пор. Пленка воды между нефтью и стенками пор является тонкой, что приводит к условиям, при которых взаимодействующие молекулярные силы приводят к развитию более смачиваемой нефтью системы. Принудительное вытеснение приведет к тому, что остаточная нефть останется изолированной в глобулы по всей сети пор.

Водонасыщенные и нефтенасыщенные породы вблизи WOC имеют тенденцию оставлять более низкую остаточную нефтенасыщенность после первичной и вторичной добычи.Таким образом, эффективность вытеснения нефти зависит от: (1) проницаемости породы (большой диапазон размеров пор), (2) высоты над WOC (для однородной сети пор эффективность вытеснения уменьшается с увеличением высоты над WOC) и (3) большая эффективность вытеснения. Меньшее количество остаточной нефти получают из участков коллектора, где смачиваемость близка к нейтральной.

Факторы, которые контролируют свойства потока жидкости и эффективность вытеснения, представляют собой сложную комбинацию смачиваемости, взаимодействия молекулярных сил, диапазона размеров пор и их распределения, проницаемости, силы тяжести, капиллярного давления, расположения в коллекторе, температуры и давления.