Het Millikan Oil Drop Experiment

Het oliedruppel-experiment van Robert Millikan mat de lading van het elektron. Het experiment werd uitgevoerd door een nevel van oliedruppeltjes in een kamer boven de metalen platen te sproeien. De keuze van olie was belangrijk omdat de meeste oliën zouden verdampen onder de hitte van de lichtbron, waardoor de druppel tijdens het experiment van massa zou veranderen. Olie voor vacuümtoepassingen was een goede keuze omdat het een zeer lage dampdruk had. Oliedruppeltjes kunnen elektrisch worden geladen door wrijving terwijl ze door het mondstuk worden gesproeid of ze kunnen worden opgeladen door ze aan ioniserende straling bloot te stellen. Geladen druppeltjes zouden de ruimte tussen de parallelle platen binnentreden. Het regelen van de elektrische potentiaal over de platen zou ervoor zorgen dat de druppels stijgen of dalen.

Berekeningen voor het experiment

F_d = 6πrηv₁

waar r de druppelstraal is, is η de viscositeit van lucht en v₁ is de eindsnelheid van de druppel.

Het gewicht W van de oliedruppel is het volume V vermenigvuldigd met de dichtheid ρ en de versnelling ten gevolge van de zwaartekracht g.

Het schijnbare gewicht van de luchtdruppel is het werkelijke gewicht minus de opwaartse druk (gelijk aan het gewicht van lucht verplaatst door de oliedruppel). Als wordt aangenomen dat de druppel perfect bolvormig is, kan het schijnbare gewicht worden berekend:

W = 4/3 πr³g (ρ - ρ_lucht)

De val versnelt niet met eindsnelheid, dus de totale kracht die erop inwerkt moet nul zijn zodat F = W. Onder deze voorwaarde:

r² = 9ηv₁ / 2g (ρ - ρ_lucht)

r wordt berekend zodat W kan worden opgelost. Wanneer de spanning wordt ingeschakeld, is de elektrische kracht op de druppel:

F_E = qE

waarbij q de lading op de oliedruppel is en E de elektrische potentiaal over de platen is. Voor parallelle platen:

E = V / d

waarbij V de spanning is en d de afstand tussen de platen.

De lading op de druppel wordt bepaald door de spanning enigszins te verhogen zodat de oliedruppel met snelheid v stijgt₂:

qE - W = 6πrηv₂

qE - W = Wv₂/ v₁