Expérience de millikan

Pages: 9 (2044 mots) Publié le: 22 décembre 2010


  
 
 
Travaux pratiques de physique Section de physique / EPFL

Michael Tschumi et Gatien Cosendey 17/01/2005

Expérience de Millikan

Travaux pratiques de physique Section de physique / EPFL

Michael Tschumi et Gatien Cosendey 17/01/2005

Introduction :
Ce TP reprend l’expérience effectuée par Robert A. Millikan, qui lui valutle prix Nobel en 1923. Cette expérience a pour but de mettre en évidence le fait que la charge électrique apparaît sous forme d’un multiple entier d’un quantum fondamental de charge, qui est en fait la charge de l’électron, ainsi que celle du proton car la matière étant globalement neutre, ces deux particules subatomiques possèdent la même charge, mais de signe opposé. Cette expérience a permit àMillikan non seulement de mettre en évidence cette quantification de la charge, mais aussi de déterminer la valeur de ce quantum dont toutes les charges sont un multiple. Le principe de cette manipulation est de projeter de fines gouttelettes d’huile à l’aide d’un atomiseur au-dessus d’un petit orifice dans l’armature d’un condensateur plan parallèle. Quelques gouttes passent à travers le trouentre les armatures où l’on a établi un champ électrique. Eclairée latéralement, chaque gouttelette brille lorsqu’on l’observe à travers un microscope. En quittant l’atomiseur, la plupart des gouttelettes se chargent négativement en recevant par frottement un petit nombre inconnu de charges négatives (électrons). De plus, on ionise l’air entre les plaques du condensateur à l’aide des isotopes 226Ra et228Ra radioactifs du radium, ce qui entraînera la charge de gouttelettes qui ne se seraient pas chargées lors de leur sortie de l’atomiseur suite à l’ionisation de l’air. Il suffit alors d’étudier leur mouvement, ascendant ou descendant suivant la polarisation du condensateur afin de déterminer leur charge. Ce mouvement peut soit être dû à un champ électrique constant, soit alternatif. Dans cecas on étudie l’oscillation de la gouttelette. En observant le mouvement de beaucoup de charges, il devient alors possible de mettre en évidence la quantification de la charge, en montrant que toutes les charges sont multiples d’un certain nombre, ou quantum de charge.

Description de l’expérience :
Comme expliqué dans l’introduction, l’expérience consiste à vaporiser de fines gouttelettesd’huile chargée (de charge inconnue) entre les deux plaques d’un condensateur, et de les visualiser à l’aide d’un microscope et d’un écran vidéo. Voici un schéma du montage :

Figure 1 : Schéma du montage

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Ainsi qu’un schéma de l’enceinte confinée par lecondensateur :
Introduction d’huile

Iso lant
d

Condensateur

Figure 2 : Schéma de l’enceinte

L’écran vidéo sur lequel on visualise les gouttelettes est gradué, 30 graduations correspondant à (0.84 ± 0.01) ⋅ 10 −3 m :

Figure 3 : Schéma de l’écran

Ne connaissant pas la masse exacte de la gouttelette observée, nous mesurons sa vitesse descendante et ascendante en inversant la polaritédu condensateur. Le principe est d’effectuer des mesures sur un maximum de gouttelettes différentes afin d’obtenir un bon échantillonnage pour montrer la quantification de la charge, ainsi que déterminer de quel quantum de charge les charges des gouttelettes sont multiples. Nous n’avons pas réalisé l’autre partie de l’expérience, consistant à placer les gouttelettes dans un champ électriquealternatif.

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Théorie :
Dans cette expérience interviennent quatre forces : • La force due à la gravitation. Cette force n’est pas directement mesurable dans le cadre de cette expérience. C’est pourquoi on utilisera la différence de temps mise par r r...
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