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Experimento de Millikan
Grupo 312 - Leandro Donizeti Ribeiro, Marcio Koji Umezaw, Henrique Romeo
Instituto de Física – Universidade de São Paulo
Disciplina FNC 0313 – Prof. Dra. Elisabeth Mateus Yoshimura
27 de setembro de 2007




Resumo

Este experimento consistiu em determinar a quantização da carga elétrica e o valor da carga elementar, assim como estudar os métodosexperimentais utilizados, com intuito de obter uma incerteza relativa o menor possível. Isto foi feito utilizando um método semelhante ao utilizado por Millikan, ou seja, medindo as velocidades de subida e descida de gotas de óleo, sob a ação de um campo elétrico, porém neste experimento foram utilizados equipamentos computacionais a fim de otimizar o processo de medida. Usando tanto os dados dogrupo (62 gotículas analisadas) como com os dados de toda a classe (um total de 249 gotículas), procurou-se observar tanto a quantização da carga elétrica quanto a determinação de seu valor, obtendo resultados bastante satisfatórios.










Introdução




A realização deste experimento é conceitualmente simples, no entanto, os experimentos efetuados por Millikan e Flechterprovocaram um grande impacto sobre os conceitos que até então vigoravam em física atômica, rendendo assim o prêmio Nobel a Millikan em 1923.

A importância do experimento de Millikan consiste no fato de este observar a quantização da carga elétrica elementar, além é claro de fornecer o valor de tal carga, uma das constantes fundamentais da natureza. O experimento realizado no LaboratórioDidático é essencialmente o mesmo daquele realizado por Millikan e Flecther em 1910, do qual há um pequeno resumo a seguir.

O arranjo experimental é esquematizado na figura 1. O atomizador de perfume foi usado para borrifar óleo de relógio na câmara acima do capacitor. Durante a pulverização algumas gotículas de óleo ionizam-se por atrito. Quando essas gotículas penetram no capacitor, ficamsob a ação do campo elétrico que há entre as placas do capacitor.




[pic]

Figura 1 - Equipamento utilizado por Fletcher para determinação da carga elétrica elementar.



Nos primeiros experimentos, Fletcher investigou o efeito de um campo criado pela aplicação de um potencial de 1000 volts. Imediatamente observou (através do pequeno telescópio) que algumas gotículas subiamlentamente, enquanto outras desciam rapidamente, um resultado lógico para quem sabia que algumas gotículas estavam positivamente carregadas, e outras negativamente. Ligando e desligando a bateria na freqüência adequada, ele conseguia selecionar uma gotícula e mantê-la no seu campo de visão por um longo tempo. Com algumas medidas e o tratamento matemático utilizado por Millikan e Begeman, Fletcherobteve, com seu rústico equipamento, resultados bastante razoáveis. Logo depois Millikan encomendou uma montagem "profissional", com a qual obteve um valor mais preciso para a carga elementar de 4,774(5) statC. O valor aceito atualmente é de 4,803×10-10 statC.

As gotículas em questão estavam sujeitas às forças elétrica:

[pic];

gravitacional:

[pic];

o empuxo, que nocaso dessas gotículas é dado por:

[pic];

e a força viscosa, dada pela Lei de Stokes:

[pic],

onde q é a carga da gotícula, E é o campo elétrico aplicado, m é a massa da gotícula, g é a aceleração da gravidade, ρar e ρóleo são respectivamente as densidades do ar e do óleo, η é o coeficiente de viscosidade do ar, a é o raio da gotícula e v a sua velocidade.

Assim, uma gotículacom a força elétrica para baixo, paralela à gravidade, faz com que a gotícula seja acelerada para baixo, aumentando sua velocidade e com isso também a força resistiva, até que esta se iguale à soma das outras forças de sentido contrário, fazendo com que a gotícula atinja uma velocidade constante (velocidade terminal). Como o tempo gasto na parte acelerada do movimento é muito curto (da ordem de...
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