ESPERIMENTO DI MILLIKAN 1911

ESPERIMENTO DI ROBERT MILLIKAN PER LA DETERMINAZIONE DELLA CARICA ELEMENTARE

Delle goccioline di olio vengono nebulizzate e per strofinio si caricano con carica q. Le goccioline cariche vengono poi lasciate cadere tra due armature cariche dove è presente un campo elettrico E diretto verso il basso e subiscono una forza F diretta verso l'alto. A questo punto si varia l'intensità del campo E in modo che alcune goccioline rimangano sospese  : allora in questo caso la forza F è uguale e contraria al peso della gocciolina. 

e si ricava la carica della singola goccia:

Millikan ripete più volte l’esperimento e trova:
–le variazioni delle cariche ottenute sono multipli interi di una carica minima
–valore della carica minima 1,592·10^-19 C (incertezza relativa 1,8·10-3) 
Dato ufficiale più recente:
–1,60217733·10^-19C (incertezza relativa 0,30·10^-6)
NB: nell'esperimento reale le goccioline invece di fermarsi si muovono a velocità costante e per questo si deve considerare anche la forza viscosa. L'equazione diventa un più complessa:

 dove r è il raggio e v la velocità della gocciolina.

 esperimento di Millikan della PSSC

animazione dell'esperimento

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ESPERIMENTO DI THOMSON: SCOPERTA DEGLI ELETTRONI

1884 : Edison scopre l’effetto termoelettronico. Un filo metallico incandescente è capace di emettere dei particolari raggi detti "RAGGI CATODICI” perchè emessi dal catodo che è l'elettrodo negativo.

Dal 1880 al 1896: J.J. Thomson studia la natura dei raggi catodici e scopre che sono particelle cariche perché deviate da un campo elettrico. Usando il campo magnetico dimostra che sono cariche negative da come sono deviate.





Nel suo celebre esperimento del 1896 determina il rapporto carica massa di queste particelle che chiama ELETTRONI. Ricordiamo che il rapporto q/m carica-massa identifica in modo univoco la particella. Nel 1905 Millikan determina il valore della carica elementare e ritrova lo stesso rapporto carica massa trovato da Thomson. Quindi si dimostrò che gli elettroni sono i portatori della carica elementare .


ESPERIMENTO:



Thomson usa un tubo (di Crookes) a raggi catodici. Dal catodo viene emesso un fascio di raggi catodici per effetto termoelettronico. I raggi attraversano con una certa velocità il campo elettrico E generato dalle armature di un condensatore. Il raggio viene deviato e la deflessione verticale si può misurare sulla seconda estremità del tubo di Crookes.



Le particelle entrano con velocità v₀ in campo elettrico ortogonale E (condensatore piano).
Subiscono una deflessione d misurabile sullo schermo.




Si ricava il tempo che impiegano per uscire dal condensatore di lunghezza L tenuto conto che la componente del moto nella direzione orizzontale è uniforme: t=L/v₀ . Il tempo trovato si sostituisce nella legge oraria del moto uniformemente accelerato nella direzione verticale ottenendo:



Da questa si può ricavare il rapporto carica massa:



dove y è la deflessione che si può leggere nello schermo dello strumento, E è il campo elettrico applicato.

Manca solo il valore della velocità iniziale v₀ degli elettroni.
Per determinare v₀ si sovrappone al campo elettrico E un campo magnetico B generato da delle bobine percorse da corrente in modo che le linee di forza di B risultino perpendicolari a quelle del campo elettrico e alla direzione del fascio.
Le particelle subiscono così la forza di Lorentz diretta nella stessa direzione del campo E ma in verso opposto.
Si regola la corrente nelle bobine e quindi si regola il campo B fino a quando la deflessione ritorna a zero. La condizione di equilibrio è:

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