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O presente relatório científico, relata os estudos da disciplina de física moderna na pesquisa e elaboração da 10º prática laboratorial sobre aplicações experimentais com micro-ondas. A metodologia da prática fornecida pelo prof.Dr. José Alves tem como ferramenta a realização por meios virtuais, em um site da Universidade Federal dpo Ceará - Laboratorio de física, aonde possuia os matérias necessários para a aplicação da prática e produção dos dados. Já com manuseio do experimento, produzimos a
Tipologia: Trabalhos
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Universidade Federal do Ceará
Departamento de Física
Disciplina: Física moderna - CD 0354 - 2022.
Prof. O Dr. J. Alves de Lima Junior
Sybele Lanuccy Alves Barros da Silva
Matrícula:
Fortaleza-CE, 19 de março de 2022
A Priori para que possamos demonstrar como ocorreu o experimento do
Experimento da gota de óleo de Millikan, vamos entender inicialmente os fundamentos
deste experimento e sua breve história para que só assim possamos entender sua
execução. Inicialmente temos que meados de 1907, o valor para a carga contida nos
elétrons não era determinado ainda, mas apenas a razão entre sua carga e massa. Sabe-se
que muitos cientistas de renome como o físico inglês J.J. Thomson, haviam tentado
determina o valor da carga dos elétrons, mas foi mau executado, anos se passaram e
somente em 1897, Thomson descobriu os elétrons que observou que eram partículas
elementares e de carga negativa, com isso também foi capaz de determina
experimentalmente a razão entre carga e massa eletrônicas. Também, usando câmara de
nuvens, conseguiu obter valores de carga muitos próximas daquele que é conhecido
atualmente, seu resultado experimentalmente foi cerca de 1,1. 10
− 19
Entretanto, o
valor conhecido atualmente da carga eletrônica só foi precisamente determina pela
física norte-americano Robert Andrews Millikan em 1909, a descoberta li rendeu o
prêmio Nobel de física em 1923, ficando conhecido pelo experimente da gota de óleo. A
execução de seu experimento era bastante simples e elegante, foram feitas bastante
tentativas envolvendo a gotas de água e três montagens distintas foram necessárias para
que Millikan pudesse refinas seu experimento, em sua montagem experimental
definitiva era um atomizador uma espécie de borrifador capaz de borrifar o óleo em
pequenas gotículas, que eram lançadas em direção a uma capacitor de placas paralelas
preenchido com ar e alimentado por baterias que geravam algumas dezenas de milhares
de volts de tensão elétrica. Assim quando borrifadas, algumas gotículas ficavam
eletrizadas por atrito e apresentavam um desequilíbrio de cargas então essa carga
excedente respondia ao campo elétrico externo com uma força elétrica que as lançava
para cima ou para baixo de acordo com o sinal da carga presente em seu interior. Logo
para algumas gotículas, no entanto as forças peso, elétrica, empuxo e atrito do ar
ficavam próximas de se anulas, fazendo-as subir ou descer muito lentamente e
permitindo medidas precisas de seus diâmetro e massa, que eram algumas das medidas
necessárias para a determinação da carga individual de cada gota. O resultado
experimentais em mãos, Millikan percebeu que os valores de carga elétrica
determinados experimentalmente nas gotículas de óleo eram sempre múltiplos de um
valor de 1,59. 10
− 19
Tendo em vista, tudo que mencionamos sobre a parte histórica da prática,
podemos comentar como foi efetuado os dois procedimentos do experimento virtual.
Tendo em vista que as gotas de óleo produzidas por um pulverizador, são lançadas em
uma região onde existe um campo elétrico que é produzido aplicando-se uma diferença
de potencial elétrico entre as placas paralelas de um capacitor, tendo que devido ao
atrito entre o óleo e as paredes do pulverizador, as gotas formadas ficam eletricamente
carregada, portanto, sujeitas a ação do campo elétrico. Tendo que cada gota sofre a
força peso ( F ¿¿ g )¿, a força elétrica ( F ¿¿ E )¿, a força de atrito viscoso com o ar
V
e a força do empuxo. Após a entrada da gota no capacitador, essas forças se equilibram
e a gota passa a se com velocidade constante, a velocidade terminal. Entendendo isso
que que as três forças que devemos referir, primeiramente a força viscosa sobre uma
esfera, no nosso caso gota de raio r e a velocidade v e uma fluido de viscosidade η é
dada pela lei de Stokes:
V
= 6 πrηv (3.1)
A segunda, trata-se o peso de uma esfera de massa m , volume
0
e densidade ρ
no campo gravitacional da terra é dado por:
g
= m g = ρV
0
g =
π r
3
ρg
A força elétrica é dada por:
E
= qE = q
d
Quando a gota se desloca para baixo, temos que a força viscosa irá para cima, a
força gravitacional irá para baixo e a força elétrica irá para baixo, quando somamos
vetorialmente as três forças e igualando a zero para o equilíbrio quando a gota atinge
velocidade terminal, obteremos:
V
g
E
Substituindo as expressões para as forças, obtém-se:
6 πrη v
1
− q
d
π r
3
ρg = 0
Quando a gota se desloca para cima, a força viscosa irá para baixo junto com a
força gravitacional e a força elétrica irá para cima. Somando vetorialmente as três forças
e igualando a zero, obtemos:
q
d
π r
3
ρg − 6 πrη v
2
Efetuando a soma e subtração das equações (3.) e (3.), obteremos uma expressão
para raio e outro para a carga da gota sendo elas:
q = C
1
1
2
1
2
r = C
2
1
2
3.4.1 – Procedimento 1º
Tendo em vista tudo que mencionamos até agora, podemos contabilizar os dados
obtidos em uma tabela abaixo com os resultados experimentais.
Tendo os dados obtidos, podemos assim fazer o gráfico da carga da gota no eixo
y em função do raio no eixo x. A origem do eixo x não precisa estar no gráfico. Basta
representar no eixo x o intervalo de valores dos raios.
2- Qual o valor médio da carga do elétron obtido nesta prática? (para o cálculo da média
dívida o somatório dos valores das cargas de cada gota pelo somatório do número de
elétrons)
3- Qual o erro percentual do valor obtido para a carga do elétron em relação ao
valor da literatura? Comente.
4- Nos FUNDAMENTOS a força devida ao empuxo foi desprezada. Calcule a
força devida ao empuxo que atua numa gota de óleo de silicone de raio 5,08x10 ⁷m.⁻
5- Calcule a intensidade de cada uma das forças (peso, viscosa e elétrica) que
atuam sobre a gota da questão anterior, supondo que a gota tem a carga de três elétrons
e se move para baixo com velocidade terminal no interior de um capacitor sujeito a uma
diferença de potencial de 400 V. Calcule também quantas vezes cada uma destas forças
é maior do que o empuxo.
6- Usando-se uma fonte radioativa que acompanha o experimento real (Am-241;
que emite partículas
), é possível alterar a carga das gotas. Se uma gota, inicialmente neutra, capturar uma
partícula , o que mudaria no experimento de Millikan?
A Priore, temos que a terceira prática laboratorial da disciplina de física
moderno trazendo a aplicação de um postulado cientifico. Sabe-se que dela, os alunos
do curso de física iram construir a perspectiva analítica sobre a matéria apresentada
tanto na parte teórica, quanto na parte no laboratório produzida virtualmente. Tendo em
vista isso, temos que o experimento da gota de óleo de Millikan nos mostra o quanto a
natureza tende a simplicidade para a explicações das grandezas físicas e suas
propriedades. Tendo que o efectuamento da prática se deu por meios digitais, após a
obtenção de dados, podemos responder o questionamento sobre as propriedades das
ondas eletromagnéticas.
poderíamos reproduzi-la e retira a mesmas conclusões. Por tanto, já no laboratório com
os aparatos todos em mãos, um grupo com três estudantes com o manuseio dos
aparelhos fornecidos podemos reproduzir o experimento de Michelson com a repetição
para diminuir o erro já existente, pois devemos considera que a contagem para os dois
procedimentos foram feitos pelos estudante, logo a existência de erros em contagens no
padrão construtivo ou destrutivos das ondas no anteparo poderia ocorrer, já que utiliza-
se da visão do ser um humano e com isso podemos chegar aproximadamente próximo
do valor exato.
(1) Tipler, Paul Allen. Física moderna. Reverté, 1980.
