撰文:第87屆張培恩、陳冠瑋、許恩與
★原理:
此儀器可用來測量電荷量與油滴大小。透過噴霧器,使較大的油滴與管壁摩擦,形成帶電的小油滴,並將其注入油滴室。在已施加向上或向下電場的平行電極板之間,這些帶電油滴同時受到重力、庫侖靜電力與空氣阻力的影響。當其合力為零時,可觀察其等速落下的速度,進而推算油滴的帶電量及大小。最後,將多組油滴的帶電量取其最大公因數,即可求得基本電荷量。
★操作步驟:
(1)確認插頭已經插上並打開電源。
(2)將油滴注入噴霧器。
(3)調整光源位置,使視野能明亮(必要時輔以手電筒照明)。
※若使用相機拍攝,請注意曝光不可過亮,否則會看不到油滴。
(4)調整物鏡位置,視野清楚時鎖緊螺絲。
(5)對準入油口擠壓噴霧器,使油滴噴入油滴室內。
(6)調整電壓與電場方向,觀察油滴的運動狀態並記錄。
(7)器材使用畢將電源拔除並清潔器材。
修復過程:
(一)儀器操作問題:
一開始,面對陌生的儀器與數個附屬部件,我們完全不知該如何使用這台儀器,也不清楚那些附屬的部件應該安裝在哪裡,以及它們的用途。為了解決這個問題,我們不斷地查找網路資料,但始終找不到 MLD-5 的使用說明書。不過,我們發現了它的後續型號 MLD-30 的說明書。透過參考其內容,我們逐步推敲出這款儀器的使用方法,並了解了各個部件的功能。
(二)光源問題:
接著,接上電源後,我們遇到的問題是視野中央出現黑影,導致無法觀測油滴室內部。為了找出問題所在,我們展開探討與觀察。經檢查後,我們發現內部透鏡有破損,於是拆開顯微鏡外殼,取下透鏡並用雷射光照射。結果顯示,除了少部分光線發散外,並無明顯異常。後來,我們發現只需用手電筒直接照射油滴室內部,便能解決亮度問題,或使用手機相機拍攝,視野亮度也同樣足夠。
(三)油滴注入問題:
解決光源問題後,我們接下來要準備觀測油滴。一開始,我們嘗試用滴管接上噴霧器附帶的細針(當時我們還不清楚如何正確使用噴霧器),結果油滴過大,過重導致直接落下,無法觀測,讓我們百思不得其解。
首先,油滴的大小過大,因此得找辦法縮小油滴。再者,這台顯微鏡真的能夠看到油滴室內部嗎?為了確認,我們打開油滴室上方的蓋子,將滴管放入,使油滴停留在滴管口不落下,並透過顯微鏡觀察,成功確認能夠看到油滴。此時,唯一剩下的問題就是如何縮減油滴的大小。
最初,我們只知道附屬的金色棒狀物是霧化器,但不清楚如何操作。直到其中一位組員誤打誤撞按壓,才發現它的正確用法。然而,儘管我們多次嘗試,依然無法成功觀測到油滴。經過檢討後,我們發現關鍵問題在於噴霧器的噴氣口與底面的高度與注油口並非完全對齊。我們原以為應該將噴霧器直立噴射,但實際上,由於高度存在些微差異,導致油滴被擋住無法進入油滴室。最終,我們改變策略,由一人負責觀測,另一人負責擠壓油滴,確保油滴能夠順利進入油滴室內。
經過無數次嘗試與不懈努力,我們終於成功觀察到油滴緩緩飄落的景象。那一刻,我們既感動又充滿了成就感!