罗伯特·米利肯（Robert Millikan）（1868-1953）和他的学生哈维·弗莱彻（1884-1981）一起进行的密立根实验始于1906年，旨在研究电荷的性质，分析数千滴液滴的运动在均匀电场中的油。
结论是，电荷没有任意值，而是1.6 x 10 -19 C的倍数，这是电子的基本电荷。另外，发现了电子的质量。
图1.左侧的Millikan和Fletcher在实验中使用的原始设备。右边是它的简化图。资料来源：Wikimedia Commons /F。扎帕塔
此前，物理学家汤姆森（JJ Thompson）通过实验发现了这种基本粒子的电荷质量关系，他称其为``小球''，但没有分别找到每个量级的值。
从该电荷-质量关系和电子的电荷确定其质量值：9.11×10 -31 Kg。
为了实现其目的，Millikan和Fletcher使用了一个雾化器，该雾化器喷出了细小的油滴雾。由于喷雾器中的摩擦，一些液滴带电。
带电的液滴缓慢沉降在平行的平板电极上，其中一些穿过上板上的小孔，如图1所示。
在平行板内部可以产生垂直于板的均匀电场，其电场强度和极性可通过修改电压来控制。
通过用强光照射板的内部观察液滴的行为。
实验说明
如果液滴带电荷，则在板之间产生的电场会在液滴上施加力来抵消重力。
如果它也设法保持悬挂状态，则意味着磁场施加了向上的垂直力，从而精确地平衡了重力。这种情况将取决于q的值，即液滴的电荷。
的确，米利肯观察到，在打开田野后，一些水滴被悬挂，其他水滴开始上升或继续下降。
通过调节电场值（例如通过可变电阻），可以使液滴保持悬浮在板内。尽管在实践中很难做到，但如果发生的话，只有电场和重力作用在液滴上。
如果液滴的质量为m并且其电荷为q，并且知道该力与施加的幅度E成正比，则牛顿第二定律指出两个力必须平衡：
g的值，重力加速度以及磁场的大小E是已知的，其取决于板之间建立的电压V和这些L之间的间距，例如：
问题是要找到一小滴油的质量。一旦完成，确定电荷q是完全可能的。当然，m和q分别是油滴的质量和电荷，而不是电子。
但是…液滴是带电荷的，因为它失去或获得了电子，因此其值与所述粒子的电荷有关。
油滴的质量
Millikan和Fletcher的问题是确定液滴的质量，由于其体积小，这不是一件容易的事。
知道油的密度，如果您有液滴的体积，就可以解决质量。但是体积也很小，因此常规方法没有用。
但是，研究人员知道，这样的小物体不能自由下落，因为空气或环境的阻力会介入，从而降低其运动速度。尽管在关闭电场的情况下释放粒子时，粒子会经历垂直加速并向下移动，但最终以恒定速度下降。
该速度称为“终极速度”或“极限速度”，在球形的情况下，取决于其半径和空气的粘度。
在没有田野的情况下，密立根和弗莱彻测量了液滴掉落所需的时间。假设液滴是球形的并且具有空气的粘度值，则它们设法根据最终速度间接确定半径。
通过应用斯托克斯定律可以找到该速度，这是其方程式：
-v t是终极速度
-R是液滴的半径（球形）
-η是空气的粘度
-ρ是液滴的密度
重要性
密立根的实验至关重要，因为它揭示了物理的几个关键方面：
I）元素电荷是电子的元素电荷，其值为1.6 x 10 -19 C，这是科学的基本常数之一。
II）任何其他电荷以基本电荷的倍数出现。
III）知道电子的电荷和JJ Thomson的电荷-质量关系，就可以确定电子的质量。
III）在与基本粒子一样小的粒子水平上，与静电粒子相比，重力效应可忽略不计。
图2.右侧前景中的密立根与阿尔伯特·爱因斯坦和其他著名物理学家在一起。资料来源：维基共享资源。
由于这些发现，密立根获得了1923年诺贝尔物理学奖。他的实验也很重要，因为他从简单的仪器开始并应用了众所周知的定律，就确定了电荷的这些基本特性。
但是，米利坎因没有明显的理由而丢弃实验中的许多观察结果而受到批评，这是为了减少结果的统计误差并使它们更“可表现”。
各种费用下降
Millikan在他的实验中测量了很多滴，但并非全部都是油。他还尝试了汞和甘油。如前所述，该实验始于1906年，历时数年。三年后的1909年，第一个结果发表了。
在这段时间里，他通过将X射线穿过板子以使它们之间的空气电离，从而获得了各种带电液滴。以这种方式释放带电粒子可以接受的带电粒子。
此外，他不仅仅专注于悬浮液滴。Millikan观察到，当液滴上升时，上升速度也会根据传递的负载而变化。
而且如果液滴下降，由于X射线的干预而增加的额外电荷不会改变速度，因为与液滴本身的质量相比，液滴中添加的任何电子质量都很小。
不管添加了多少电荷，密立根都发现所有液滴都获得的电荷是某个特定值的整数倍，即e，即基本单位，正如我们所说的，它是电子的电荷。
Millikan最初获得的此值为1,592 x 10 -19 C，略低于当前接受的1,602 x 10 -19 C的值。其原因可能是他在公式中为确定液滴的最终速度。
例
悬浮一滴油
我们看下面的例子。油滴的密度为ρ= 927 kg / m 3，并在电场消失的情况下在电极中间释放。液滴迅速达到终极速度，从而确定半径，其半径结果为R = 4.37 x10 -7 m。
均匀磁场打开，垂直指向上方，幅度为9.66 kN /C。通过这种方式，实现了液滴保持静止悬挂。
它要求：
a）计算液滴电荷
b）找出液滴电荷中包含多少次元素电荷。
c）尽可能确定负载的符号。
图3.在恒定电场中间的油滴。资料来源：《物理学基础》。雷克斯·沃尔夫森。
解决方案
以前，以下表达式是在休息时派生的：
知道液滴的密度和半径，就可以确定液滴的质量：
从而：
因此，下降的费用为：
解决方案b
知道基本负载为e = 1.6 x 10 -19 C时，将上一节中获得的负载除以该值：
结果是液滴上的电荷约为元素电荷的两倍（n≈2）。它不是精确的两倍，但是这种轻微的差异是由于不可避免地存在实验误差，以及在每个先前的计算中均进行了四舍五入。
解决方案c
由于语句提供了有关垂直向上指向的磁场方向以及作用力的信息，因此可以确定装药的符号。
电场线始终以正电荷开始，以负电荷结束，因此，下极板带有+号，而上极板带有-号（见图3）。
由于液滴是由电场驱动而指向上方的板，并且由于符号相反的电荷相互吸引，因此液滴必须具有正电荷。
实际上，保持下降暂停并不容易。因此，密立根使用墨滴通过打开和关闭电场所经历的垂直位移（上下波动）以及X射线电荷和传播时间的变化来估算墨滴获得了多少额外电荷。
正如我们已经看到的那样，该获得的电荷与电子上的电荷成比例，并且可以通过上升和下降时间，液滴的质量以及g和E的值进行计算。
参考文献
- 开放的心态。密理根，来见电子的物理学家。从以下位置恢复：bbvaopenmind.com
- Rex，A.，2011年。《物理学基础》。皮尔森
- Tippens，P。2011。《物理：概念与应用》。第7版。麦格劳·希尔。
- 阿姆里塔。密立根的油滴实验。取自：vlab.amrita.edu
- 维克森林学院。密立根的油滴实验。从以下位置恢复：wfu.edu