Questão 05:
Explique como você poderia medir a relação entre massa e carga do elétron? Em seguida, como você poderia medir a carga do elétron? Obs: utilize os fatos científicos estudados em sala de aula.
Explique como você poderia medir a relação entre massa e carga do elétron? Em seguida, como você poderia medir a carga do elétron? Obs: utilize os fatos científicos estudados em sala de aula.
Passo 1
O enunciado pede duas coisas: primeiro, medir a razão carga-sob-massa do elétron, isto é
; depois, medir a própria carga elementar
. Para isso vamos usar dois experimentos clássicos vistos em sala: o de Thomson (para
) e o de Millikan (para
).
Passo 2
No experimento de Thomson fazemos um feixe de elétrons cair em campos elétrico e magnético perpendiculares. Primeiro aceleramos os elétrons por uma diferença de potencial
, adquirindo velocidade
Em seguida aplicamos um campo elétrico
e um campo magnético
tais que eles se cancelam e o feixe não se desvie. Isso dá
Depois desligamos
e mantemos só
, fazendo o feixe descrever um arco de raio
. A força magnética
fornece a força centrípeta
, logo
Medindo
,
e
obtemos
.
Passo 3
No experimento de Millikan suspendemos gotas de óleo carregadas entre placas para medir
. Primeiro, sem campo, cada gota cai com velocidade terminal
em equilíbrio entre peso
e arrasto viscoso
, ou seja
o que permite determinar o raio
e a massa
da gota. Em seguida ligamos um campo elétrico
ajustado para manter a gota parada, de modo que
Repetindo para várias gotas percebe-se que os valores de
vêm em múltiplos inteiros de uma carga mínima
. Esse valor mínimo é a carga do elétron.
Resposta
Para medir
usamos o método de Thomson e obtemos
Para medir
usamos o experimento de Millikan, obtendo
e verificando que
ocorre em múltiplos de uma unidade elementar.