Robert Andrews Millikan: biografia, cálculo do elétron, outras contribuições - Ciência - 2023

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Robert Andrews Millikan (1868-1953) foi um físico experimental de renome, além de notável educador e figura pública nos Estados Unidos durante as primeiras décadas do século XX. Da mesma forma, ele fez inúmeras contribuições e descobertas nos campos da eletricidade, óptica e física molecular.

No entanto, a grande conquista de Millikan foi o cálculo da carga do elétron, que ele conseguiu determinar graças ao que agora é conhecido como o experimento da gota de óleo.

Hoje, este trabalho é considerado um exemplo ideal de aplicação do método científico. No entanto, além de sua pesquisa, o sucesso de Millikan foi em grande parte devido à longa experiência adquirida como resultado da persistência no estudo dos fenômenos naturais.

Biografia

Vida pessoal

Robert Millikan nasceu em 22 de março de 1868 em Morrison, Illinois, e morreu em 19 de dezembro de 1953 em San Marino, Califórnia.

Quando ele completou cinco anos, Millikan mudou-se com sua família para McGregor, Iowa .Dois anos depois, os Millikans se estabeleceram em Maquoketa, onde Robert começou seus estudos secundários. Em linhas gerais, pode-se constatar que a educação familiar foi determinante em sua vida profissional.

Da mesma forma, sua devoção e paixão pelo trabalho, que sempre esteve acima de seus desejos e aspirações pessoais, além de sua grande honestidade intelectual, levaram-no a ter sucesso na ciência e na vida pública.

Em 1902 ele se casou com Greta Blanchard e desfrutou de sua lua de mel na Europa. Como resultado dessa união, três filhos nasceram: Clark, Glenn Allen e Max Franklin.

Estudos realizados

Em 1886, ele começou seus estudos no Oberlin College, onde aprendeu trigonometria, geometria analítica e grego. Formou-se em 1891 e obteve o doutorado em física pela Columbia University em 1895, sendo o primeiro a fazê-lo no departamento onde estudava.

Depois de receber seu doutorado, Millikan viajou para a Alemanha (1895-1896), onde estudou em prestigiosas universidades como Göttingen e Berlim.

Durante sua passagem pela Europa, relacionou-se com importantes pesquisadores como o físico alemão Roentgen (1845-1923), descobridor dos raios X, ou o francês Becquerel (1852-1903), cujos estudos sobre radioatividade foram decisivos no meio científico.

De volta aos estados

Em 1910, Millikan recebeu uma oferta de emprego como assistente no Laboratório Ryerson da Universidade de Chicago, então, ao aceitá-lo, ele encerrou sua turnê pela Europa. Nesta instituição trabalhou como professor, exercendo o cargo até 1921.

Na Universidade de Chicago, Millikan trabalhou duro como pesquisador e educador, descobrindo algumas de suas grandes paixões no ensino.

Em 1921 ele deixou a Universidade de Chicago para se tornar o diretor do Norman Bridge Physics Laboratory, localizado no California Institute of Technology (Caltech) em Pasadena.

Durante sua vida, Millikan ensinou cadeiras em diferentes áreas da física, foi reitor do laboratório de física do Instituto Norman Bridge e diretor do Caltech.

O entusiasmo de Millikan pela educação

Millikan era um excelente aluno com ótimas habilidades de ensino, então, no final de seu segundo ano em Oberlin, o professor que lhe ensinou grego pediu-lhe para ensinar física elementar.

Ele se preparou muito para essa tarefa durante as férias de verão de 1889. Millikan resolveu todos os problemas do livro de física e se esforçou para que os alunos trabalhassem nos problemas durante o ano do curso.

Para Millikan, o ato de resolver muitos problemas era a melhor metodologia para o ensino de física. Esse sistema de ensino foi defendido pelo cientista ao longo de sua vida, razão pela qual ele também é considerado um grande entusiasta da educação.

Esta motivação levou-o a ser co-autor de uma série de textos inovadores em termos de metodologia de ensino. Os livros escritos por Millikan incluíam muitos problemas que incorporavam questões conceituais, o que era muito novo para a época.

Millikan como agente de publicidade em educação

Devido à sua determinação em aumentar a reputação da Caltech, Millikan foi classificado como um dos grandes agentes de publicidade no campo da educação. Isso foi necessário para transformar o Instituto em um centro de grande prestígio para o ensino das ciências naturais e da engenharia.

No entanto, ele divergia fortemente de seus colegas em questões de política, filosofia e religião. Além disso, seus métodos administrativos não eram convencionais, mas sua liderança pessoal era essencial para que as situações dessem certo.

Em conclusão, pode-se afirmar que a influência de Millikan foi um pilar fundamental no desenvolvimento e formação de físicos e pesquisadores nos Estados Unidos.

Investigações de Millikan: carga de elétrons e outras contribuições

- A estimativa da carga do elétron

Millikan iniciou seus estudos sobre a carga do elétron em 1907, com base no modelo do físico H. A. Wilson (1874-1964). A investigação passou por várias etapas.

A primeira fase consistia em ionizar o ar em uma câmara de nuvem e, em seguida, condensar os íons em uma nuvem. Dessa forma, ele observou e mediu a queda da nuvem apenas sob a ação da gravidade.

Posteriormente, avaliou a queda de uma nuvem ionizada, mas sob a influência de uma força elétrica vertical que se sobrepõe à gravidade. Após vários processos, ele conseguiu projetar o experimento da gota de óleo, o que lhe permitiu calcular a carga elétrica fundamental e sua massa.

Isso foi conseguido por meio de equipamentos que dispersavam o óleo em gotas muito pequenas. Estes caíram por um buraco onde foram submetidos ao campo elétrico.

Com o uso de lentes especiais, uma queda pôde ser visualizada e, medindo a velocidade da queda, o cientista conseguiu estimar o valor da massa do elétron. O experimento foi repetido várias vezes.

Dessa forma, Millikan determinou a carga básica e também conseguiu estabelecer seu valor. Em 1909, ele publicou o artigo onde explicava a técnica que utilizou para determinar a carga do elétron.

- O trabalho em fotoeletricidade

Seus primeiros trabalhos e publicações sobre fotoeletricidade foram realizados a partir de 1907 com seu aluno G. Winchester. O objetivo foi investigar se a corrente fotoelétrica e o potencial limitante dependiam da temperatura do metal emissor.

Durante essas investigações, Millikan teve que lidar com uma série de erros de processo, como a importância de limpar as superfícies de metal e o perigo de usar faíscas como fonte de luz de ondas curtas, uma vez que as descargas de faíscas podem falsificar potenciais medidos ao induzir oscilações elétricas no dispositivo.

- O espectro ultravioleta extremo

Millikan concluiu que estudos de luz ultravioleta usando faíscas quentes produzidas entre eletrodos de metal eram possíveis, graças à sua pesquisa sobre os potenciais dessas faíscas.

Essa descoberta foi muito importante para a comunidade científica, uma vez que todos os esforços anteriores no curto espectro ultravioleta haviam sido limitados por sua extrema capacidade de absorção.

Mas o uso de uma faísca quente e uma grade de reflexão côncava resolveu o problema, além de colocar um espectrógrafo de vácuo ao longo de todo o trajeto dos raios.

Os primeiros resultados obtidos com um espectrógrafo de vácuo deste tipo foram descritos por Millikan e Sawyer em 1918.

- Raios cósmicos

O estudo dos raios cósmicos remonta ao início do século XX. Eram abordagens experimentais onde, por meio do uso de eletroscópios, os processos de descarga eram medidos em relação à altitude.

Millikan teve dias difíceis em suas atividades de pesquisa de raios cósmicos. A este respeito, seus debates vigorosos sobre a natureza e a origem dos raios cósmicos são proeminentes. Pode-se estabelecer que suas descobertas foram eventos importantes no mundo da ciência na década de 1930.

O design dos experimentos

Durante seu tempo em Pasadena, Millikan tornou-se ativamente interessado em raios cósmicos novamente. Em seus experimentos, ele usou eletroscópios e barômetros que enviou para a atmosfera com a ajuda de balões sonoros.

Esses balões atingiram alturas que alcançaram até 11,2 e 15,2 quilômetros. Os valores instrumentais foram coletados na subida e na descida, sendo possível determinar o valor do choque durante o procedimento.

Esses experimentos foram realizados por Millikan na primavera de 1922 com I. S. Bowen. A pesquisa mostrou que os raios cósmicos são mais penetrantes do que qualquer outra radiação conhecida.

É decisivo indicar que, antes das investigações de Millikan, os raios cósmicos eram estudados apenas por meteorologistas e especialistas em radioatividade. Após esses trabalhos, um novo campo de estudo e pesquisa se abriu para os físicos da época.

Prêmios e distinções

Em 1923, Millikan recebeu uma comunicação anunciando que havia sido homenageado com o Prêmio Nobel de Física por suas pesquisas sobre o efeito fotoelétrico e a carga do elétron.

Millikan participou do Terceiro Congresso da Solvay em Bruxelas em 1921, o assunto do congresso sendo átomos e elétrons.

Ele recebeu o Doutorado Honoris Causa de vinte e cinco universidades. Além do Prêmio Comstock, a Medalha Edison e a Medalha Hughes.

Referências

Millikan, o físico que veio ver o elétron. Obtido em 28 de dezembro de: bbvaopenmind.com
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