L`expérience de Millikan et la charge de l`électron

L’expérience de
Millikan et la charge
de l’électron
{
1
Sunday, December 15, 2013

Physicien américain ; a vécu de 1868 à
1953 ; Lauréat du prix Nobel de physique
de 1923 pour ses recherches sur la charge
élémentaire de l’électricité et l’effet
photoélectrique ; a reçu la médaille Hugues
en 1923, le Faraday lectures de la Royal
Society of Chemistry en 1924 et la médaille
Franklin en 1937.
Robert Andrews Millikan
2
Description de l’expérience :
Des gouttelettes d’huile sont
vaporisées au-dessus d’une
plaque percée d’un trou ; celles
qui tombent à travers sont
ionisées par une source
radioactive qui émet des
électrons. Il observe d’abord la
chute libre des gouttelettes. Il
établit ensuite une tension
électrique entre les deux
plaques ; la force électrique fait
alors remonter la gouttelette

L’expérience de Millikan
3

Le champ électrique est nul et on laisse chuter la gouttelette dans le champ
gravitationnel. Sa vitesse augmente, mais très rapidement la force de frottement
visqueuse, proportionnelle à cette vitesse, équilibre la force gravitationnelle et la
chute se stabilise à une vitesse constante. Il suffit alors de chronométrer le
temps écoulé entre les passages de la gouttelette entre les deux repères, dont la
distance est connue, pour déterminer la vitesse de chute. On connecte ensuite les
plaques à une tension électrique. Les deux plaques forment alors les armatures
d'un condensateur plan, dont le champ électrique est pratiquement constant
dans la partie centrale, où ont lieu les mesures. La valeur de la tension est
suffisamment élevée pour que la force électrique dépasse le poids de la
gouttelette, cette dernière se stabilise d’abord puis remonte verticalement. De
nouveau, sa vitesse d'ascension se stabilise rapidement grâce à l'action de la
force de frottement visqueuse et on peut la déterminer à l'aide du chronomètre en
observant le passage de la gouttelette entre les deux repères. De l'équilibre entre
les forces électrique, gravitationnelle et de frottement, on déduit la charge
électrique portée par la gouttelette. En connectant et court-circuitant
successivement les plaques, on peut amener la gouttelette à faire plusieurs
montées-descentes. Les gouttelettes sont électrisées par leur simple passage à
travers le fin orifice de l'atomiseur mais leur charge électrique peut aussi changer
lorsqu’elles captent des ions ou des molécules chargées qui flottent dans l'air de
l'enceinte ; on utilise une source radioactive à radium pour favoriser leur
ionisation. Millikan parvient ainsi à observer la même gouttelette changeant de
charge électrique, puis mesure la variation de cette charge et trouve qu'elle est
4
toujours
un multiple d’un même nombre : la charge élémentaire.

Millikan conclut que les charges
électriques qu'il a observées sont des
multiples d'une charge élémentaire, la
charge de l'électron, dont la valeur est
de 4,891 10-10 esu. Cette valeur lui
permet par la suite de déterminer
d'autres constantes physiques, parmi
lesquelles le nombre d'Avogadro ou la
masse de l'atome d'hydrogène
Analyse de cette
expérience
5

Millikan utilise des données provenant de
plusieurs publications sur la viscosité de l'air
et sa dépendance par rapport à la
température, afin d'obtenir les valeurs les
plus sûres. C’est exactement ce paramètre,
qu'il n'a pas mesuré lui-même, qui fait
dériver légèrement ses résultats: la valeur
finale publiée de la charge de l'électron est
de 4,774 10-12 esu, soit 1,592 10−19C, ce
qui diffère d'environ 1% par rapport à la
valeur actuelle 1,602 176 487 (40) × 10−19
Mais, après d’autres
expériences..
6

Et c’est quoi la charge
élémentaire alors ?
7

En résumé…
8