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O experimento de Millikan

      O precursor na investigação da carga do elétron foi o inglês J.J. Thomson em 1897. Thomson e seu estudante C.T.R. Wilson tentaram determinar a carga do elétron fazendo uso de uma câmara de bolhas ou câmara de nuvens, desenvolvida por Wilson.
Os íons são produzidos com um feixe de raios X ou com um feixe de raios gama, emitidos por uma fonte radioativa e servem como núcleos de condensação de vapor d’água produzido na câmara. Em outras palavras, os íons são envolvidos por gotículas do vapor supersaturado para que possam ser vistos e mensurados .O melhor valor obtido por Thomson foi da ordem de 1.1x10-19 coulomb.

       Em 1903, outro estudante de Thomson, H.A. Wilson, implementou duas novidades nesse método. A primeira foi a decisão de observar apenas a parte superior de cada nuvem, porque consistia de gotículas menores e que se deslocavam mais lentamente. A segunda e mais importante novidade,foi a introdução de um campo elétrico na mesma direção do campo gravitacional.A carga do elétron obtida com este método oscilava em torno de 1.04x10-19 coulomb.
Millikan e seu estudante Begeman iniciaram, em 1907, a repetição do experimento de H.A. Wilson, conseguindo o valor  médio em torno de 1.3x10-19 coulomb.

       Uma fonte de erro muito importante nos métodos baseados na câmara de bolhas foi destacada por Rutherford. A dificuldade de se levar em consideração o efeito da evaporação das gotículas de água resultava em valores superestimados para o número de gotículas e, conseqüentemente, em valores subestimados para a carga do elétron. Portanto, o problema crucial era reduzir o efeito da evaporação.

       A idéia imediata de Millikan foi utilizar um forte campo elétrico (obtido com uma tensão da ordem de 10 kV) para imobilizar a camada superior da nuvem de gotículas ionizadas e com isso acompanhar seu processo de evaporação. Qual não foi sua surpresa quando, ao ligar a bateria, a nuvem se dissipou completamente; no entanto , observações sucessivas levaram Millikan a descobrir que depois da dissipação algumas minúsculas gotículas permaneciam, proporcionando, pela primeira vez, a observação de gotas individuais que iniciavam o movimento, depois paravam, e às vezes invertiam a direção do movimento quando o campo elétrico era desligado e depois ligado.Com este método chegaram ao valor de 1.56x10-19 coulomb para a carga do elétron.
 


      Todavia, o problema da evaporação continuava. Tentativas para resolver este problema desembocaram no experimento da gota de óleo, realizado por  Fletcher ,que é mostrado no vídeo a seguir.




Clique na imagem para uma visão 3D do Experimento (utilize o mouse para mudar o ângulo de visão)


Links interessantes sobre o assunto:


Documento detalhado sobre experiência

Revista Brasileira de Ensino de Física

Simulador (download)

Simulador da experiência (Java)

Fazendo um aparato caseiro