L'expérience de Millikan (1909)

Exercice supplémentaire · niveau 3 (difficile) · physique (première), chapitre 2 — Interactions fondamentales et notion de champ · Superposition, équilibres et limites

Énoncé

L'expérience de Millikan (1909). Une gouttelette d'huile de masse $m = 3, 2 \times 1 0^{- 15}$ kg, chargée, est immobile entre deux plaques horizontales où règne un champ vertical de valeur $E = 6, 5 \times 1 0^{4}$ $V / m$ .

Écrire la condition d'équilibre et en déduire $∣ q ∣$ .
Diviser $∣ q ∣$ par $e$ . Que constate-t-on ? Quelle propriété de la charge cela met-il en évidence ?

Corrigé

1. À l'équilibre, la force électrique compense le poids : $∣ q ∣ E = m g$ , donc

$∣ q ∣ = \frac{m g}{E} = \frac{3 , 2 \times 1 0 ^{- 15} \times 9 , 8}{6 , 5 \times 1 0 ^{4}} \approx 4, 8 \times 1 0^{- 19} C .$

2. $\frac{4 , 8 \times 1 0 ^{- 19}}{1 , 602 \times 1 0 ^{- 19}} \approx 3, 0$ : la gouttelette porte exactement trois charges élémentaires. En répétant l'expérience sur des milliers de gouttes, Millikan n'a jamais trouvé que des multiples entiers de $e$ : c'est la preuve expérimentale de la quantification de la charge, et la première mesure de $e$ .

Contrôle : le champ étant dirigé vers le bas ou vers le haut selon le montage, seul le signe de $q$ change — la valeur trouvée reste la même.

Piège : oublier le poids en croyant la gouttelette « trop légère ». C'est justement l'égalité de deux forces minuscules qui rend la mesure possible.

Les autres exercices de ce chapitre Le cours du chapitre

Un blocage sur cet exercice ? Le tuteur d'Adloun guide par questions, sans donner la réponse.