(a) Descreva detalhadamente o experimento de Millikan para obter a carga do elétron. Que forças agiam na gota quando ela estava (b) subindo, (c) descendo? (d) Qual a aceleração das gotas? Deduza as expressões para as velocidades de subida e de descida das gotas e do raio das mesmas.
O experimento Millikan é extremamente importante. Entre 1910 e 1911, Robert Millikan usou algumas ideias inteligentes e experimentação cuidadosa para mostrar que a carga é quantizada. Ele então determinou um valor para o quantum fundamental de carga, conhecido como carga unitária.
Ele não conseguia medir um único quantum de carga. Em vez disso, ele mediu a carga de várias gotas de óleo e deduziu que todas poderiam ser divididas por um único fator, que deve ser a unidade básica de carga.
O experimento Millikan é muito complicado e difícil de realizar na escola. É mais provável que você use um clipe de filme ou simulação do experimento para mostrar seus princípios aos alunos. Os princípios são:
Uma gota de óleo cairá pelo ar sob seu próprio peso. Se a gota receber uma carga, ela pode ser suspensa usando um campo elétrico. Nesse ponto, a força eletrostática equilibra o peso da gota. O tamanho da força eletrostática depende da carga na gota. Assim, Millikan poderia calcular a carga contanto que soubesse o peso.
Para encontrar o peso da gota, Millikan permitiu que a gota caísse pelo ar. Ele atinge rapidamente sua velocidade terminal. Nesse ponto, o peso está sendo equilibrado pelo arrasto viscoso do ar. O arrasto pode ser calculado a partir da Lei de Stokes, que permitiu a Millikan determinar o peso.
Millikan repetiu o experimento por mais de 150 gotas de óleo. Ele selecionou 58 de seus resultados e encontrou o fator comum mais alto. Ou seja, a única unidade de carga que poderia ser multiplicada para dar a carga que ele mediu em todas as suas gotas de óleo.
Quando a gota de óleo está no campo elétrico, há uma força elétrica, F, agindo para cima. Isso é dado por:
F = Eq onde q é a carga da gota de óleo e E é a intensidade do campo.
A gota está sendo puxada para baixo por seu peso, mg. Quando a queda está suspensa e estacionária, a força resultante é zero.
Igualando as duas forças, você encontra carga.
Quanto à velocidade terminal, é necessário saber a viscosidade do ar.
Uma solução quantitativa dessa pergunta vai além do escopo de uma duvida. Necessitaria que você submetesse uma tarefa.