L'expérience de la goutte d'huile de Millikan

L'expérience de goutte d'huile de Robert Millikan a mesuré la charge de l'électron. L'expérience a été réalisée en pulvérisant un brouillard de gouttelettes d'huile dans une chambre au-dessus des plaques métalliques. Le choix de l'huile était important car la plupart des huiles s'évaporaient sous la chaleur de la source de lumière, ce qui faisait que la goutte changeait de masse tout au long de l'expérience. L'huile pour les applications sous vide était un bon choix car elle avait une très faible pression de vapeur. Les gouttelettes d'huile peuvent se charger électriquement par frottement lorsqu'elles sont pulvérisées à travers la buse ou elles peuvent être chargées en les exposant à des rayonnements ionisants. Des gouttelettes chargées entreraient dans l'espace entre les plaques parallèles. Le contrôle du potentiel électrique à travers les plaques ferait monter ou descendre les gouttelettes.

Calculs pour l'expérience

F_ré = 6πrηv₁

où r est le rayon de chute, η est la viscosité de l'air et v₁ est la vitesse terminale de la goutte.

Le poids W de la goutte d'huile est le volume V multiplié par la densité ρ et l'accélération due à la gravité g.

Le poids apparent de la goutte d'air est le vrai poids moins la poussée ascendante (égal au poids de l'air déplacé par la goutte d'huile). Si la chute est supposée parfaitement sphérique, le poids apparent peut être calculé:

W = 4/3 πr³g (ρ - ρ_air)

La goutte n'accélère pas à la vitesse terminale donc la force totale agissant sur elle doit être nulle telle que F = W. Dans cette condition:

r² = 9ηv₁ / 2g (ρ - ρ_air)

r est calculé pour que W puisse être résolu. Lorsque la tension est activée, la force électrique sur la goutte est:

F_E = qE

où q est la charge sur la goutte d'huile et E est le potentiel électrique à travers les plaques. Pour les plaques parallèles:

E = V / d

où V est la tension et d est la distance entre les plaques.

La charge sur la goutte est déterminée en augmentant légèrement la tension de sorte que la goutte d'huile augmente avec la vitesse v₂:

qE - W = 6πrηv₂

qE - W = Wv₂/ v₁