밀리컨의 기름방울실험

1911년 미국의 물리학자인 로버트 A. 밀리컨에 의해 처음 실시되었다.

밀리컨은 기름증기로 만들어진 기름방울에 존재하는 미세한 전하를 직접 측정하는 방법을 고안했다. 전하가 전기장 내에 있을 때 전하는 전기장의 세기와 전하량의 곱으로 주어지는 힘을 받는다. 밀리컨은 분리된 기름방울들의 아주 작은 전하에 작용하는 전기장의 세기와 기름방울에 미치는 전기력을 측정할 수 있었고 그결과를 이용하여 전하의 크기를 결정할 수 있었다.

밀리컨이 했던 실험뿐만 아니라 다음과 같이 변형된 것도 기름방울실험이라 부른다. 예를 들면 상하 양면은 금속으로 되어 있고 옆면은 투명하게 되어 있는 밀폐된 상자의 윗면에 조그만 구멍을 뚫어 이곳으로 기름 몇 방울을 넣는다. 중력과 공기저항을 받으면서 천천히 떨어지는 기름방울을 현미경으로 관찰함으로써 기름방울의 무게, 즉 기름방울에 작용하는 중력의 크기를 알 수 있다.

기름방울이 어떠한 순전하값을 가진다면, 상자의 양 금속판(위쪽과 아래쪽)에 가해주는 전압(전위차)을 조절하여 기름방울이 멈추도록 할 수 있다. 즉 전하를 띤 기름방울에 작용하는 전기력의 세기를 조절하여, 아래 방향으로 작용하는 중력의 크기와 같게 할 수 있다. 이러한 방법을 반복해서 실행함으로써 각 기름방울들의 전하값을 구할 수 있는데 그값은 연속적인 값이 아니라 불연속적인 값들로 최소값의 정수 곱들로 나타낼 수 있다. 이때 최소값이 기본전하값이 된다. 밀리컨의 이러한 실험방법은 전하가 기본적인 자연단위로 존재한다는 확실한 증거를 제공해주었다. 전하의 기본단위를 측정하기 위한 이후의 다른 여러 가지 방법에서도 전하의 기본값은 오차한도 안에서 동일하게 구해진다.