A CARGA DO ELÉTRON (MILIKAN)Experimento 2 – Bloco 2

Laboratório de Física Moderna

OBJETIVO

• Demonstrar a quantização da carga elétrica• Determinar o valor da carga do elétron

INTRODUÇÃO TEÓRICA• Experimento realizado por Robert Andrews Milikan • Determinou pela primeira vez a carga do elétron• Recebeu o prêmio Nobel de 1923

• A carga elétrica carregada pode ser calculada medindo-se a força produzida por um campo elétrico na partícula sempre como múltiplo de  e =1.60 x 10^-19 Coulombs o que comprova sua natureza discreta.

• Nesse experimento, analisaremos as forças agindo numa gota de óleo carregada e em queda livre sob a ação da resistência do ar

INTRODUÇÃO TEÓRICA• Durante o movimento de queda a gota atinge sua  velocidade

 terminal  em  alguns milissegundos e agem sobre ela a força da gravidade, a força elétrica e a resistência do ar. Também há a força de empuxo do ar, porém como a densidade do ar é apenas um milésimo da do óleo essa força pode ser desprezada.

• Dessa forma, medindo-se a velocidade terminal em queda livre ( vf) e conhecendo-se a viscosidade do ar e a densidade do óleo, pode-se determinar a massa da gota de óleo.

• Aplica-se então um campo elétrico vertical intenso o suficiente para fazer a gota subir e mede-se a velocidade terminal de subida (vr) para determinar a força elétrica atuando nela e, portanto, a sua carga.

INTRODUÇÃO TEÓRICA• Relacionando essas forças e grandezas obtemos:

• Onde: • ρ = densidade do óleo em kg/m3. Utilizaremos um óleo

mineral de densidade 886 kg/m3. • g = aceleração da gravidade = 9,79 m/s2. • b = contante = 8,20 x 10-3 Pa.m. • p = pressão barométrica em Pa. Obtido no site do IPMET

INTRODUÇÃO TEÓRICA• η  =  viscosidade  do  ar  em  N.s.m^-2. Mede-se a

resistência em ohms do termistor no interior da câmara, compara-se com a Tabela de conversão para temperatura (pág. 20, Ref. 1) e, posteriormente, compara-se a temperatura com o gráfico que a relaciona com  viscosidade do ar (pág. 19, Ref. 1).

• E = campo elétrico, em V/m, aplicado à gota. Esse campo é produzido por um capacitor formado por duas placas metálicas cuja distância é medida por espaçador de plástico. A tensão  V  aplicada nas placas é produzida por uma fonte de alta tensão conectada diretamente na plataforma do aparato Millikan. Sendo E = V/d, usa-se V = 400V. Durante o experimento o sentido do campo é controlado através de uma chave comutadora.

INTRODUÇÃO TEÓRICA• Vf = velocidade terminal de queda livre da gota na

ausência de campo elétrico, em m/s. Essa medida é obtida cronometrando-se o tempo de queda e contando os retículos do visor da plataforma. Cada retículo grande equivale a 0,5 mm.

• Vr = velocidade de subida da gota na presença do campo elétrico, em m/s. Calculada da mesma forma que a velocidade de queda livre.

ESQUEMA DE MONTAGEM

PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

• Conferir se a plataforma está nivelada

• A câmera de óleo foi desmontada

• A luz que iluminava a câmera foi ligada a uma fonte de 12V. A fonte do sistema foi ligada a 450V

• Mediu-se a temperatura da câmara através da resistência do termistor.

PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

• O atomizador foi preparado e colocado na entrada da câmara de óleo

• Com a plataforma na posição Spray Droplet Position, o atomizador foi apertado e pode-se observar as gotas de óleo na câmara

• A posição da alavanca de controle da plataforma foi posicionada em OFF

PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

• Visualmente, escolheu-se uma gota e foi medido o tempo de queda num predeterminado espaço

• Foi acionado um capacitor para criar um campo elétrico que conseguisse fazer a gota subir, e o tempo de subida também fora anotado.

• Moveu-se a alavanca de controle para a posição ON por alguns segundos para ionizar a gota de óleo

• Repetiu-se o processo para outras gotas

RESULTADOS E DISCUSSÕES• COLOCAR TABELAS

RESULTADOS E DISCUSSÕES

RESULTADOS E DISCUSSÕES

RESULTADOS E DISCUSSÕES

CONCLUSÕES• Foi possível observar indício da quantização da carga

elétrica por meio deste experimento.

• Porém, houve uma certa dificuldade em determinar um padrão, e o sistema do experimento apresentava uma sensibilidade.

• O valor da carga do elétron foi determinado com um certo erro baixo, 6,99%. Talvez, com a escolha de gotas que estivessem com melhor comportamento e velocidade, esse erro poderia ter sido menor ainda.

REFERÊNCIAS• [1] Eisberg, R.; Resnick, R.. Física Quântica – Átomos,

Moléculas, Sólidos, Núcleos e Partículas, Editora Campus, 1979.

• [2] Apostila de Laboratório de Física Moderna. Unesp, Bauru. 2015.

• [3] <http://www.ipmet.unesp.br/index2.php?menu_esq1=&abre=ipmet_html/estacao/index.php>

• [4] Instruction Manual and Experiment Guide for the PASCO Scientific – Model AP-8210 – Millikan Oil Drop Apparatus.