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STRUMENTI E METODI DELLA CHIMICA
Come furono determinate
la carica e la massa degli elettroni
Nel 1909, il fisico americano Robert Millikan (1868-1953) ideò un metodo ingegnoso
per determinare la carica elettrica degli elettroni.
L’esperimento di Millikan
La strumentazione e la procedura utilizzate sono
illustrate nella
figura A
.
In un contenitore da cui è stata aspirata gran
parte dell’aria, così da produrre condizioni di
estrema rarefazione, sono presenti due piastre
metalliche. L’aria residua viene irradiata con rag-
gi X con l’obiettivo di ionizzare (trasformare in
ioni positivi) le molecole gassose, strappando a
esse degli elettroni.
Attraverso un foro presente nella piastra supe-
riore vengono introdotte, per mezzo di un ne-
bulizzatore, delle goccioline di olio che iniziano
a cadere verso il basso per la forza di gravità: al-
cune di esse, però, si caricano negativamente ac-
quistando elettroni emessi dalle molecole dei
gas presenti nell’aria.
Le due piastre metalliche vengono collegate a
un generatore di corrente in modo che quella
superiore si carichi positivamente e quella infe-
riore negativamente. Per mezzo di un sistema di
ingrandimento si individua una singola goccioli-
na, che quindi viene immobilizzata tra le due
piastre regolando l’intensità del campo elettrico.
In questo momento la gocciolina è sottoposta a
due forze verticali di verso contrario: la forza di
gravità (di intensità
F
g
=
m g
, in cui
m
è la mas-
sa della gocciolina e
g
l’accelerazione di gravità),
che la fa cadere verso il basso, e la forza elettri-
ca (di intensità
F
c
=
E q
, in cui
E
è l’intensità del
campo elettrico e
q
la carica della gocciolina),
che l’attira verso l’alto. Quando la goccia è ferma
le due forze si bilanciano:
F
g
=
F
c
quindi
m g
=
E q
da cui
I valori di
g
e di
E
sono noti, mentre
m
si può de-
terminare conoscendo il volume
V
della goccioli-
na (misurabile sperimentalmente) e la densità
d
dell’olio utilizzato:
m
=
d V
. Si ricava in questo
modo la carica della goccia.
La carica elettrica è sempre un multiplo
intero della carica dell’elettrone
Ripetendo la prova più volte, Millikan scoprì
che gocce diverse avevano cariche differenti, ma
tutte multiple, secondo numeri interi, di una ca-
rica minima:
q
=
1,6 · 10
−
19
C. Capì che questa
era, in valore assoluto, la carica di una goccioli-
na che aveva acquistato un solo elettrone, quin-
di la carica dell’elettrone. Conoscendo sia la ca-
rica
q
sia il rapporto
q
/
m
tra la carica e la massa
dell’elettrone (
q
/
m
=
1,76 · 10
11
C/kg), determi-
nato in precedenza da Thomson, fu poi facile ri-
cavare la massa della particella:
m
= ⋅
⋅
= ⋅
−
−
16 10
176 10
91 10
19
11
31
,
,
,
C
C/kg
kg
q
m g
E
=
+
_
piastra negativa
piastra positiva
goccioline di olio
raggi X
sistema di
ingrandimento
nebulizzatore
gocciolina sospesa
in osservazione
foro
figura A
Schema
dell’esperimento
di Millikan.