Carica elettrone

La carica dell'elettrone, ossia la carica elettrica di un singolo elettrone, si indica con le notazioni equivalenti e^-, -e oppure -q_e, e il suo valore è di circa -1,602×10^-19 coulomb (C).

Volendo essere più precisi, da maggio del 2019 il valore della carica dell'elettrone è stato convenzionalmente fissato a -1,602176634×10^-19 coulomb.

Il valore della carica elettrica dell'elettrone fu calcolato sperimentalmente per la prima volta dal fisico statunitense Robert Millikan che, in quello passato alla storia come esperimento di Millikan, ottenne il valore di 4,4774×10^-10 statcoulomb, equivalenti a 1,5924×10^-19 coulomb.

Carica elettrone e carica elementare

Per cogliere la differenza tra carica elementare e carica dell'elettrone, e per capire perché spesso vengono usate come sinonimi, è necessaria una piccola premessa.

Oggi sappiamo che ogni atomo è composto da un nucleo contenente neutroni e protoni, e da elettroni che orbitano attorno a esso. Il neutrone ha carica elettrica nulla, mentre elettrone e protone hanno carica elettrica opposta, e si è convenuto di assegnare al protone un valore di carica positivo e all'elettrone un valore di carica negativo.

Ciò spiega perché il valore della carica dell'elettrone è preceduto dal segno meno, mentre il valore della carica del protone è preceduto dal segno più.

Tuttavia quando Millikan condusse il suo esperimento, nell'ormai lontano 1909, con il termine elettrone ci si riferiva all'unità di carica elementare, ossia alla quantità indivisibile di una carica elettrica.

Inoltre, in occasione dell'esperimento di Millikan si dimostrò che la carica elettrica è quantizzata, ossia che qualunque carica elettrica che si può osservare in natura è sempre un multiplo (positivo o negativo) dell'unità di carica elementare, fino a quel momento chiamata elettrone. Ciò spiega anche perché il valore ottenuto da Millikan non è preceduto dal segno meno.

A seguito di questa scoperta si convenne di definire la nozione di carica elementare e di distinguerlo da quello di carica dell'elettrone. Nello specifico:

• la carica elementare è il quanto di carica elettrica libera, ossia la quantità indivisibile di una carica elettrica presente in natura. Si indica con i simboli e oppure q_e: il suo valore è il modulo del valore della carica dell'elettrone determinato sperimentalmente da Millikan, e da maggio del 2019 convenzionalmente fissato a 1,602176634×10^-19 C

• la carica dell'elettrone (simbolo e^-, -e o ancora -q_e) è la carica elettrica di un singolo elettrone, il cui valore è -1·e

Carica elettrone nel sistema CGS

Il sistema CGS (sistema centimetro-grammo-secondo) era quello usato ai tempi di Millikan ed è l'antenato dell'odierno Sistema Internazionale.

L'unità di misura della carica elettrica nel sistema CGS è lo statcoulomb (StatC), detto anche franklin (Fr) o unità di carica elettrostatica (esu).

1 esu equivale a circa 3,33564×10^-10 coulomb

dunque per calcolare il valore della carica dell'elettrone in esu basta dividere il valore della carica espresso in coulomb per il fattore di conversione 3,33564×10^-10

In questo modo si ottiene che il valore della carica dell'elettrone in unità di carica elettrostatica è di circa -4,8032×10^-10 esu

Rapporto tra carica e massa dell'elettrone

Il rapporto tra la carica e la massa dell'elettrone fu calcolato da Thomson in un esperimento condotto nel 1897 per mezzo di un tubo catodico, ancor prima di sapere quale fosse il valore della carica dell'elettrone, che come abbiamo già visto venne calcolato da Millikan circa dodici anni dopo.

Con l'esperimento di Thomson si ottenne il seguente valore:

Incrociando i dati raccolti da Thomson e da Millikan fu possibile stimare la massa dell'elettrone (m_e), che oggi sappiamo essere di circa 9,11×10^-31 kg.

Ad oggi il valore accertato del rapporto tra la carica e la massa dell'elettrone è di circa -1,76×10¹¹ C/kg. Per la precisione:

dove i numeri scritti tra la coppia di parentesi tonde indicano il margine d'errore sulle ultime due cifre decimali.

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Per concludere ti segnaliamo la pagina sulle costanti fisiche, tra cui compare anche la carica dell'elettrone.