Determinação da carga do elétron por Millikan

1881. G Johnstune Stoeny

1897, Towsend,J.J Thomson

1897, Zeeman, Lorentz

1909, R. A. Millikan

• PRINCÍPIO E OBJETIVOS• O movimento de gotículas de óleo eletricamente carregadas

sujeitas a um campo elétrico e ao campogravitacional é investigado e as velocidades das gotículas são determinadas por medidas diretas dos temposde subida e descida. A carga elementar é então obtida a partir da medida das cargas elétricas de uma grande quantidade de gotículas.

• EQUIPAMENTO• Aparato de Millikan (contendo borrifador, reservatório de óleo,

sistema de alimentação de óleo, capacitor,• microscópio de observação, lâmpada, suporte, etc), fonte de

tensão, voltímetro, escala micrométrica de• calibração, lâminas de vidro, comutador elétrico, cabos de conexão,

cronômetro, nível de bolha de ar.

• PROCEDIMENTOS EM LABORATÓRIO• 1. O arranjo experimental encontra-se esquematizado na Fig. 1. A fonte de tensão fornece a

tensão necessária para a iluminação do campo de observação e também para a aceleração das gotículas eletricamente carregadas. Observe que a lâmpada deve ser conectada à saída de tensão de 6,3 V da fonte.

• 2. A conexão em série das saídas de tensão contínua fixa (300 V) e variável (0 a 300 V) da fonte de alimentação permite a obtenção de tensões de 300 a 600 V entre as placas do capacitor no aparato de Millikan. A polaridade dessa tensão pode ser invertida com uso do comutador. As conexões elétricas envolvidas encontram-se indicadas na Fig. 2.

• 3. Antes de iniciar as medições é necessário verificar o nivelamento do aparato, de tal forma que as placas do capacitor estejam na horizontal (isso garante que o campo elétrico a ser aplicado entre as placas possuirá a mesma direção do campo gravitacional). Utilize o nível de bolha para fazer essa verificação, ajustando os pés do aparato de Millikan se necessário.

• 4. Acione a fonte de tensão com os cabos de alimentação das placas do capacitor desconectados, de modo que apenas a lâmpada de iluminação da câmara no aparato de Millikan esteja alimentada.

• 5. O movimento das gotículas é visualizado através do microscópio montado no aparato de Millikan. Com auxílio de uma câmera de vídeo, a imagem das gotículas é observada em um monitor de TV, sendo a distância percorrida pelas gotículas medida com uso da escala gravada no monitor.

• 6. Para correta medida das distâncias percorridas pelas gotículas, é necessário efetuar um procedimento de calibração da distância entre os traços de referência marcados no monitor. Para isso, introduza diante do microscópio uma lâmina contendo a escala micrométrica de calibração. Ajuste a orientação dessa lâmina para permitir que os traços da escala de calibração fiquem paralelos aos traços de referência no monitor.

• 7. Registre a relação entre as divisões nas duas escalas e obtenha assim o fator de calibração da escala de medição. É recomendável repetir algumas vezes este processo, inclusive em diferentes aulas, para verificar a reprodutibilidade do fator de calibração.

• 8. Borrife uma quantidade de óleo dentro da câmara e observe o movimento das gotículas através do monitor. A posição do microscópio como um todo pode ser agora ajustada para a focalização de cada gotícula individualmente.

• 9. Se as gotículas exibirem deslocamentos laterais (fora da vertical) será necessário reajustar o• nivelamento do aparato. Caso o movimento apresente turbulências, a abertura da câmara

localizada em frente ao microscópio deverá ser bloqueada com uma lâmina de vidro transparente.

• 10. Aplique uma tensão entre 300 e 500 V ao capacitor, borrife nova quantidade de óleo e observe o movimento das gotículas.

• 11. Selecione uma gotícula cujo movimento possa ser alterado com mudança na polaridade do capacitor, ou seja, uma gotícula que inverta o sentido do movimento quando o comutador for acionado.

• 12. Observe o movimento de descida dessa gotícula entre duas marcas quaisquer na escala de referência.Marque com o cronômetro digital o tempo que a gotícula leva para percorrer tal distância no movimento de subida.

• 13. Inverta a polaridade com o comutador, observe novamente a subida da gotícula e repita a medida anterior entre 5 e 10 vezes, reajustando o foco do microscópio se necessário. (Não esqueça de zerar ocronômetro entre cada par de medições consecutivas!)

• 14. Ainda com a mesma gotícula repita o procedimento anterior, mas agora medindo o tempo de descida para um total de 5 a 10 percursos consecutivos.

• 15. Se houver variações bruscas ao longo das seqüências de tempos de subida (ou descida) medidos para uma dada gotícula, isso significa que houve alteração na sua carga durante o processo de medição.

• Assim, os dados referentes a essa gotícula só poderão ser aproveitados (para cálculos de médias) até o ponto onde ocorreu a mudança.

• 16. Evite trabalhar com gotículas com movimento muito rápido, já que estas apresentarão cargas• elevadas e não servirão ao propósito de verificação da quantização da carga.• 17. Evite também trabalhar com gotículas que se movam muito vagarosamente ou cujo movimento• apresente flutuações consideráveis (movimento browniano). A tensão aplicada poderá ser

aumentada(desde que fique inferior a 500 V) para reduzir essas flutuações.• 18. Repita todo o processo acima, selecionando uma nova gotícula e analisando seu movimento de• subida e descida. Modifique também a tensão aplicada ao capacitor na análise de diferentes• gotículas. Efetue ao todo medidas para no mínimo 50 diferentes gotículas.

• Obs.: Para o bom desenvolvimento desta prática, é fundamental que sejam analisadas gotículas contendo diferentes quantidades de cargas elétricas elementares. Recomenda-se portanto que após cadasérie de medidas sejam calculados os valores das cargas das gotículas analisadas naquela série, de modo que o grupo possa perceber se tais valores estão se repetindo em torno de uma média comum ou estão cobrindo uma extensão maior de valores de cargas elétricas (o que é desejado). Assim, o grupo poderá decidir pela escolha de diferentes parâmetros experimentais (tempo de subida, tempo de descida e tensão aplicada) na seleção das próximas gotículas a serem analisadas, a fim de conseguir analisar um número razoável de gotículas possuindo diferentes quantidades de cargas elétricas elementares.

• CUIDADOS QUE DEVEM SER TOMADOS EM LABORATÓRIO• 1. Não permita jamais que a tensão aplicada ao capacitor ultrapasse 500 V.• 2. Mantenha sempre as gotículas a serem observadas em foco, de modo a evitar

erros de paralaxe na• análise do movimento das gotículas.• 3. Evite tocar nas superfícies das lentes ou das placas transparentes no aparato de

Millikan.• 4. Opere o comutador com cuidado, uma vez que estão sendo aplicadas tensões

elevadas.