Comment jouer à Goutte de Millikan
- Choisis un test et lis sur la carte la masse de la goutte, la tension ou les électrons, et l'écartement.
- Utilise q·V ÷ d = m·g pour une goutte immobile, q = n·e et e = 1,602 × 10⁻¹⁹ C.
- Tape ta prédiction et appuie sur Démarrer. La tension monte pendant 2 s, puis reste fixe.
- Regarde si la goutte reste immobile. Ta goutte orange, ou les barreaux orange de l'échelle des charges, montrent ce que prédit ta réponse.
La charge vient en électrons
En 1909, Robert Millikan et Harvey Fletcher ont pulvérisé de minuscules gouttes d'huile entre deux plaques de métal et les ont observées au microscope. Certaines gouttes captaient quelques électrons en trop. Avec une tension V entre des plaques distantes de d, il y a un champ électrique E = V ÷ d, qui pousse une charge avec la force q·E. En réglant la tension jusqu'à ce qu'une goutte reste immobile, ils rendaient la force électrique égale au poids, q·V ÷ d = m·g, et trouvaient ainsi la charge. Goutte après goutte, les charges étaient toujours des nombres entiers de la même minuscule quantité, e = 1,6 × 10⁻¹⁹ C, la charge d'un électron. Rien n'en portait jamais la moitié. C'est pourquoi on dit que la charge est quantifiée : elle vient par marches de e, comme l'argent vient en centimes entiers.
Un modèle d'apprentissage ciblé
La goutte est une sphère d'huile (886 kg/m³) dans de l'air immobile. Le frottement la maintient à sa vitesse limite à chaque instant, v = (F_E − W) ÷ (6π·η·r), donc elle n'accélère jamais. Le champ entre les plaques est uniforme. La tension monte régulièrement pendant 2 s puis reste fixe 2 s, donc la goutte descend un peu avant que le champ soit complet. Une goutte qui atteint une plaque y reste collée. Les gouttes sont dessinées agrandies et la vue au microscope est grossie, avec un quadrillage de 0,1 mm. Les réponses à 2 % près sont justes.