Explique/detalhe o que é a quantização da carga e a carga elementar e qual a importância/papel do experimento de Millikan.

Passo 1

O enunciado pede para explicar o conceito de quantização da carga elétrica, definir a carga elementar e mostrar por que o experimento de Millikan foi crucial para estabelecer esses conceitos. O conteúdo envolve eletrostática e história da física experimental.

Passo 2

A quantização da carga elétrica é a propriedade de que qualquer carga isolada q só pode ocorrer em múltiplos inteiros de uma “unidade fundamental” de carga. Em outras palavras, existe um valor mínimo de carga, abaixo do qual não se observam cargas menores, e toda carga comprovadamente observada satisfaz
q = n e,
onde n é um número inteiro (positivo, negativo ou zero) e e é a carga elementar.

Passo 3

A carga elementar é esse valor mínimo de carga elétrica observado na natureza. Ela corresponde à carga de um próton (ou em módulo, de um elétron) e seu valor experimentalmente determinado é
e = 1,602 \times 10^{-19}\,\text{C}.
Esse valor representa a unidade básica de carga, de forma que não se encontra nenhuma partícula livre com carga menor que \pm e.

Passo 4

No experimento de Millikan (1909), gotículas de óleo carregadas eletricamente eram pulverizadas entre duas placas metálicas horizontais. Ajustando a diferença de potencial entre as placas, Millikan fazia as gotas ficarem “flutuando” em equilíbrio, pois as forças elétrica e gravitacional se anulavam:
qE = m g,
onde q é a carga da gota, E o campo elétrico aplicado, m a massa da gota e g a aceleração da gravidade. Medindo E e estimando m (pelo raio da gota, obtido via viscosidade do ar), ele determinou q para muitas gotas e descobriu que todos os valores caíam em múltiplos inteiros de um mesmo valor mínimo, que ele identificou com e.

Passo 5

A importância do experimento de Millikan foi dupla:
  1. Ele confirmou experimentalmente que a carga está de fato “quantizada” em unidades discretas.
  2. Ele forneceu a primeira medida precisa do valor da carga elementar e, fundamento de toda a eletrostática e da teoria atômica.

Resposta

A quantização da carga significa que qualquer carga q é um múltiplo inteiro da carga elementar e. A carga elementar, medida por Millikan, vale
e = 1,602 \times 10^{-19}\,\text{C}.
O experimento de Millikan foi fundamental para demonstrar essa quantização e fixar o valor de e, corroborando a ideia de que a matéria é composta por partículas carregadas discreteamente.

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