Experimentul picăturii de ulei Millikan

Experimentul picăturii de petrol a lui Robert Millikan a măsurat încărcarea electronului. Experimentul a fost efectuat prin pulverizarea unei cețe de picături de ulei într-o cameră deasupra plăcilor metalice. Alegerea uleiului a fost importantă, deoarece majoritatea uleiurilor s-ar evapora sub căldura sursei de lumină, ceea ce a determinat schimbarea masei pe tot parcursul experimentului. Uleiul pentru aplicații în vid a fost o alegere bună, deoarece a avut o presiune foarte mică de vapori. Picăturile de ulei ar putea fi încărcate electric prin frecare, deoarece acestea erau pulverizate prin duză sau pot fi încărcate expunându-le la radiații ionizante. Picăturile încărcate ar intra în spațiul dintre plăcile paralele. Controlul potențialului electric pe plăci ar provoca creșterea sau căderea picăturilor.

Calcule pentru experiment

F_d = 6πrηv₁

unde r este raza de cădere, η este vâscozitatea aerului și v₁ este viteza terminală a căderii.

Greutatea W a căderii de ulei este volumul V înmulțit cu densitatea ρ și accelerația datorată gravitației g.

Greutatea aparentă a căderii de aer este adevărata greutate minus puterea ascendentă (egală cu greutatea aerului deplasat de picăturile de ulei). Dacă se presupune că scăderea este perfect sferică, atunci greutatea aparentă poate fi calculată:

W = 4/3 πr³g (ρ - ρ_aer)

Căderea nu se accelerează la viteza terminală, astfel încât forța totală care acționează asupra acesteia trebuie să fie zero astfel încât F = W. În această condiție:

r² = 9ηv₁ / 2g (ρ - ρ_aer)

r este calculat astfel W poate fi rezolvat. Când tensiunea este pornită forța electrică pe cădere este:

F_E = qE

unde q este sarcina pe căderea de ulei și E este potențialul electric de pe plăci. Pentru plăci paralele:

E = V / d

unde V este tensiunea și d este distanța dintre plăci.

Sarcina pe cădere este determinată prin creșterea tensiunii ușor, astfel încât scăderea de ulei să crească cu viteza v₂:

qE - W = 6πrηv₂

qE - W = Wv₂/ v₁