降低氣壓測量密立根油滴平衡電壓的方法
【技術領域】
[0001 ]本發明涉及物理量的測量領域。
【背景技術】
[0002]在判斷一個物體受力平衡時，一般是以物體靜止或者處于勻速直線運動作為判斷標準，大多數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量級，空氣分子之間的間距大致在納米的數量級，當油滴接近于平衡時，油滴就相當于懸浮顆粒，受到空氣分子的不規則的碰撞，油滴顆粒會出現布朗運動，即不規則的雜亂運動，導致油滴受力平衡的判斷比較困難。對于比較大的油滴，空氣分子對油滴的不平衡作用力相對油滴的重力較小(即質量大、慣性大)，其懸浮時的穩定性比較好，但是由于油滴大、質量大、受空氣分子的作用較小，下落時的速度比較快(即下落的時間比較短)，測量其下落時間的誤差比較大(受制于人的生理反應速度0.1秒，由于油滴比較細小，無法采用光電門等裝置進行計時，一般都采用顯微鏡放大后進行人為判斷其位置以及操作開始計時和操作停止計時)；當油滴比較小的時候，受空氣分子碰撞作用的不平衡性表現比較大，布朗運動比較明顯，無法準確確定其是否處于平衡狀態，導致平衡電壓的測量誤差比較大。
【發明內容】
[0004]為減少氣體碰撞導致油滴不平衡作用力帶來對測量油滴平衡電壓的影響，本發明設計一種降低氣壓測量密立根油滴平衡電壓的方法。
[0005]本發明實現發明目的采用的技術方案是:降低氣壓測量密立根油滴平衡電壓的方法，其特征是:降低油滴室內部的氣壓使油滴的布朗運動現象能夠忽略，能夠忽略是指在水平方向上看不到油滴在漂移，即油滴(由于受到電場力和重力作用)只在豎直方向發生移動。
[0006]油滴室上方的上極板的落油孔連通真空裝置的進氣管道，油滴室的下極板與油滴室的圓環形支撐架的下端處于密封狀態，油滴室上極板與油滴室的圓環形支撐架的上端下端處于密封狀態；油滴室外側有環狀透明膜密封環形支撐架側面的觀察孔和進光孔;調節真空裝置電機的旋轉速度，使抽真空導致油滴室內空氣的流動對懸浮油滴的影響不大，影響不大是指沒有明顯的上移過程(本實驗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)，抽真空導致油滴受到一個向上的作用力，能夠通過降低上極板與下極板之間的電壓對沖該作用，在真空接近抽真空裝置的極限時，抽真空導致油滴受到一個向上的作用力消失，此時能夠準確調節平衡電壓。
[0007]油滴盒由環形支撐架以及環形支撐架上端的上極板和底部的下極板組成，一個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，密封罩有一個通孔連通到真空裝置的進氣管道。
[0008]油滴室的落油孔密封，油滴室的下極板與油滴室的圓環形支撐架的下端處于密封狀態，油滴室上極板與油滴室的圓環形支撐架的上端下端處于密封狀態，圓環形支撐架與觀察孔和進光孔都處于密封狀態，環形支撐架的側面有一個通孔連通真空裝置的進氣管道。
[0009]環形支撐架的內側有一個透明的硬質圓筒，圓筒的高度與環形支撐架等高；圓筒與環形支撐架具有相同的中心軸線，圓筒外徑比環形支撐架內徑小0.5-lmm，即圓筒外側與環形支撐架內側之間的徑向距離為0.5-1_，由于圓筒與環形支撐架具有相同的中心軸線，在水平方向的橫截面內，圓筒與環形支撐架具有相同的圓心，一條直徑方向上的圓筒的外側半徑與環形支撐架的內側半徑之差就是徑向距離，圓筒的側面均勻分布通孔，通孔的直徑為環形支撐架側面通孔直徑的5%_20%。
[0010]本發明的有益效果是:降低油滴室內部的氣壓使油滴的布朗運動現象能夠忽略，能夠更準確測定油滴的平衡電壓；圓筒的側面均勻分布通孔能夠促使水平方向空氣流動對油滴而言是均衡的，從而避免抽真空導致的油滴移動。抽真空降低氣壓是一種常用的技術，其氣壓的具體數值不是本發明專利所關注的，本發明只要觀察到油滴在水平方向沒有偏移，此時就能夠忽略氣壓碰撞對平衡電壓測量的影響，此時調節平衡電壓旋鈕，使油滴在豎直方向保持平衡，此時測量完成，然后可以逐漸撤出真空恢復到常壓(從真空到常壓是現有技術能夠解決的)。
【附圖說明】
[0011]圖1是成都世紀中科儀器有限公司實驗儀部件示意圖，圖2是油滴盒裝置示意圖；圖3是均衡油滴室內空氣流動的裝置；
其中1、CCD盒2、電源插座3、調焦旋鈕4、Q9視頻接口 5、光學系統6、鏡頭7、觀察孔8、上極板壓簧9、進光孔10、光源11、確認鍵12、狀態指示燈13、平衡及提升切換鍵14、0V及工作切換鍵15、定時開始結束切換鍵16、水準泡17、電壓調節旋鈕18、緊定螺釘19、電源開關20、油滴管收納盒安放環21、調平螺釘(3顆)；31、噴霧口，32、進油量開關，33、防風罩，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。
【具體實施方式】
[0012]現有技術:
現有技術的油滴盒，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電極，一般設置為負極，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內部空間的高度一般為5毫米，圓筒形的側面有三個密封透明孔(透明材料密封，對光照透明，對氣體而言是密封的)，其中一個為觀察孔7，另外兩個透明孔為進光孔9，進光孔9的光照來自發光二極管光源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為油滴盒提供一個電極，一般設置為正極。上極板34的中心有一個落油孔38，落油孔38為直徑0.5毫米左右的小孔。電壓調節旋鈕17調節加載到上極板34和下極板36之間的電壓V，從而調節上極板34和下極板36之間的電場E=V/5mm。
[0013]油滴盒的外側有圓環形防風罩33，避免外界空氣流動對油滴的影響，防風罩33的上部是油霧杯37，油霧杯37—般由一個圓形筒、上蓋和底蓋組成，圓形筒的其側面有噴霧口31，油霧杯37有上蓋和底蓋，上蓋、底蓋以及圓形筒構成杯狀結構，其底蓋有孔，其底蓋的孔被一個金屬薄片覆蓋，金屬薄片能夠在底蓋的直徑方向移動，金屬薄片也有一個孔，其孔徑一般與底蓋的孔的孔徑相等，當移動金屬薄片使金屬薄片的孔正對底蓋的孔的時候，噴灑在油霧杯的部分油滴穿過兩個正對的孔，穿過孔的油滴的一部分從油滴盒的落油孔38進入油滴室35，該金屬薄片又稱為進油量開關32。
[0014]光源10發出的光線照亮油滴室35內部空間，鏡頭6和光學系統5以及調焦旋鈕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]狀態指示燈12表示是調節油滴平衡，還是油滴處于提升狀態，提升是在將油滴拉升到視場的上部，是在平衡電壓的基礎上增加一個大約200V的電壓，促使油滴向上運動;平衡及提升切換鍵13，平衡和提升的轉換按鈕，通過狀態指示燈12確定其狀態。OV及工作切換鍵14，0V是電場力撤消后，油滴處于重力場中向下運動，受到空氣的阻力，加速運動一段距離后會處于勻速下落(如果不你考慮布朗運動)，工作是指在電場作用下，調節平衡電壓或者調節向上提升油滴的提升電壓。
[0016]定時開始結束切換鍵15，定時開始啟動計時，定時結束則停止計時。由于電場垂直于處于平行狀態的上極板34和下極板36，重力處于豎直方向，因此需