quinta-feira, 30 de maio de 2019

Experimento de Millikan da Carga de uma Gota de Óleo

Na disciplina de Fundamentos da Estrutura da Matéria da UCS nós, Júlia Bristot Matos, Júlia Giacomet Thomazoni e Leonardo Müller, com supervisão do professor Cláudio Antonio Perottoni, produzimos um material didático referente ao experimento da gota de óleo realizado por Millikan em 1909. Através dessa publicação, você será capaz de calcular a carga elétrica dessa gota de óleo!
  
Experimento de Millikan da Carga de uma Gota de Óleo
Robert Andrews Millikan foi um importante físico experimental que recebeu, em 1923, o Nobel de Física por seus trabalhos sobre o efeito fotoelétrico e a medida da carga do elétron.
Millikan desenvolveu, em 1909, um experimento no qual foi possível determinar com precisão a carga elétrica elementar. Esse experimento bastante simples faz uso da movimentação de uma pequena gota de óleo eletrizada sob a ação de um campo elétrico e também sob a ação da gravidade. Repetimos o experimento de Millikan e gravamos para que você possa calcular também a carga do elétron a partir de algumas medições simples com o uso do vídeo.
Para calcular a carga do elétron, utilizamos a carga de algo extremamente pequeno, uma gota de óleo. Para a realização do experiment0o, foi montado o equipamento utilizando óleo em um pulverizador, um capacitor de placas planas e paralelas, um retículo micrométrico para calibração, uma fonte DC, uma chave reversora de polaridade, um multímetro, um cronômetro, uma fonte de luz branca e uma câmera de celular.
Borrifamos algumas gotículas de óleo no interior de uma câmara, entre as placas eletricamente carregadas. Quando eletrizamos o capacitor, surge um campo elétrico no seu meio. Caso a gotícula de óleo tenha carga (seja ela positiva ou negativa) ela será atraída ou repelida, aumentando assim sua velocidade em uma das direções.
O vídeo foi dividido em dois momentos: o primeiro mostra a movimentação da gota de óleo sem a ação do campo elétrico e o segundo é a gota de óleo sofrendo a ação do campo elétrico com uma diferença de potencial de 300V.
Para realizar a medida da carga do elétron deve-se calcular a velocidade da gotícula nesses dois momentos. Para a realização das medidas é necessário saber: a cada 10 pequenas divisões, temos 1 mm  de distância. O tempo deve ser medido com um cronômetro.
  • Sem campo elétrico(E=0, não considerar o empuxo do ar sobre a gota)
Para calcular a velocidade da gota de óleo utilizaremos as medidas de distância e tempo que determinamos com o vídeo.
 
A gota de óleo nesse momento sofre a ação de duas forças: a força peso e a força de fricção de Stokes (para objetos esféricos que se movem em um fluido viscoso). A partir disto, podemos descobrir o raio da nossa gota de óleo igualando as equações das forças
 
 
Manipulando a equação iremos obter:
  
Substituindo as constantes na fórmula, temos:
 
Agora, basta utilizar a velocidade calculada anteriormente para descobrir o raio da gota de óleo!
Vocês tem noção do tamanho do que estamos calculando? A ordem de grandeza do raio da gota se compara ao tamanho de bactérias e protozoários!
  • Com campo elétrico (E>0)
Calcularemos a velocidade da gota de óleo v2, sob a ação de um campo elétrico, com uma diferença de potencial U=300V, usando a equação (1).
Dessa vez, a gota de óleo sofre a ação de uma força elétrica além das forças peso e de Stokes.

 
Manipulando a equação (4) e substituindo as constantes, teremos:
 
Por último, aplicaremos uma correção na equação de Stokes para partículas muito pequenas.
 
Que valor você encontrou? A unidade de carga elétrica é coulomb [C] e o valor atualmente aceito é de 1,602.10^(-19) C! Para maiores informações, consulte as referências.

 

Referências

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