تئوری آزمایش
در فضای پیرامون ما تعداد زیادی الکترون وجود دارد و اگر ذره‌ای با بار الکتریکی مثبت را در این فضا قرار دهیم، می‌تواند الکترون را به خود جذب کند. این کار اساس آزمایش قطره روغن ملیکان است. یعنی اگر قطرات روغن در حین سقوط در هوا یونیزه شوند و به این ترتیب باردار گردند، می‌توانند چند الکترون از محیط را جذب کنند. بنابراین می‌توان با اندازه گیری این بارها به بار الکترون پی برد. این آزمایش را رابرت ملیکان برای اندازه گیری بار یک الکترون منفرد طراحی کرد.
زمانی که یک قطره روغن بدون بار در هوا سقوط می‌کند، سه نیروی وزن ، ارشمیدس ، چسبندگی (با ویسکوزیته) بر آن وارد می‌شود. دو نیروی وزن و ارشمیدس مقدار ثابتی دارند و مستقل از سرعت قطره می‌باشند، اما نیروی چسبندگی ثابت نبوده و مقدار آن بستگی به سرعت دارد. بنابراین در هنگام سقوط قطره مقدار نیروی چسبندگی افزایش یافته و بالاخره زمانی می‌رسد که برآیند نیروهای وارد بر قطره صفر شود. در این حالت حرکت قطره یکنواخت بوده و سرعت آن مقدار نهایی و ثابت خواهد شد. در این حالت می‌توان شعاع قطره روغن را از شرط صفر شدن برآیند نیروهای وارد بر قطره بدست آورد.
حال اگر قطره روغن در حین سقوط مقداری بار الکتریکی به خود بگیرد و آن را میان دو صفحه موازی با فاصله معین که به اختلاف پتانسیل معین V وصل شده است، قرار دهیم، چون قطره روغن باردار شده است، لذا در میدان الکتریکی موجود میان صفحات بر آن نیرویی اعمال می‌شود. اختلاف پتانسیل و فاصله صفحات مقادیر معلومی هستند که خودمان تنظیم می‌کنیم. می‌توانیم به کمک این نیروی الکتریکی قطره را به حالت سکون درآوریم و چون شعاع قطره را از قبل می‌دانیم، لذا مقدار بار الکتریکی از صفر شدن برآیند کل نیروها در این حالت محاسبه می‌شود.
وسایل آزمایش
اطاقک ملیکان
محفظه کوچکی به عمق چند میلیمتر با کف و سقف فلزی که به الکترودهایی برای اعمال ولتاژ متصل شده است، اطاقک ملکیان نامیده می‌شود. این اطاقک حاوی یک لوله روشنایی ورودی از دیوار اطاقک و سوراخی در سقف آن برای پاشیدن قطرات می‌باشد.
میکروسکوپ برای مشاهده قطره‌ها
در یک سر لوله میکروسکوپ ، عدسی شیئی نصب شده است که از سوراخی واقع در یکی از دیواره‌های اطاقک به مشاهده قطرات روغن می‌پردازد. در سر دیگر لوله ، عدسی چشمی قرار دارد و طول لوله قابل تنظیم است تا تصویر قطره‌ها در چشم به حالت وضوح در آید. البته حرکت قطره توسط میکروسکوپ به صورت معکوس دیده می‌شود. در قسمت عدسی شئی یک چهارخانه نیز وجود دارد.
سیستم روشنایی: این سیستم از یک لامپ ذره‌بینی کوچک تشکیل شده است که در یک انتهای لوله روشنایی قرار دارد و نور آن پس از طی مسافت داخل لوله ، به اطاق وارد می‌شود. این سیستم فقط قادر است، اجسام واقع در امتداد لوله را روشن سازد و بعد از بازتاب نور از آن جسم ، بقیه اتاق نیز به حالت نیمه روشن در می‌آید.
قطره‌پاش :قطره‌پاش از نوع عطرپاش بوده و قطرات روغن را با فشار تلمبه لاستیکی به صورت پودر به درون اتاقک می‌پاشد. در این حالت اگر روشنایی اتاقک کافی باشد، قطرات ریز ستاره مانند را در حال حرکت به طرف بالا ، می‌توان مشاهده کرد.
منبع رادیواکتیو :این منبع برای یونیزه کردن هوا بکار می‌رود.
دستگاههای الکتریکی :این قسمت شامل منبع ولتاژ جریان مستقیم با سیستم کنترل ولتاژ متشکل از پتانسیومتر برای تغییر ولتاژ و کلید برای اعمال ولتاژ در جهت دلخواه و قطع و وصل آن می‌باشد.
در فضای پیرامون ما تعداد زیادی الکترون وجود دارد و اگر ذره‌ای با بار الکتریکی مثبت را در این فضا قرار دهیم، می‌تواند الکترون را به خود جذب کند. این کار اساس آزمایش قطره روغن ملیکان است. یعنی اگر قطرات روغن در حین سقوط در هوا یونیزه شوند و به این ترتیب باردار گردند، می‌توانند چند الکترون از محیط را جذب کنند. بنابراین می‌توان با اندازه گیری این بارها به بار الکترون پی برد. این آزمایش را رابرت ملیکان برای اندازه گیری بار یک الکترون منفرد طراحی کرد.
زمانی که یک قطره روغن بدون بار در هوا سقوط می‌کند، سه نیروی وزن ، ارشمیدس ، چسبندگی (با ویسکوزیته) بر آن وارد می‌شود. دو نیروی وزن و ارشمیدس مقدار ثابتی دارند و مستقل از سرعت قطره می‌باشند، اما نیروی چسبندگی ثابت نبوده و مقدار آن بستگی به سرعت دارد. بنابراین در هنگام سقوط قطره مقدار نیروی چسبندگی افزایش یافته و بالاخره زمانی می‌رسد که برآیند نیروهای وارد بر قطره صفر شود. در این حالت حرکت قطره یکنواخت بوده و سرعت آن مقدار نهایی و ثابت خواهد شد. در این حالت می‌توان شعاع قطره روغن را از شرط صفر شدن برآیند نیروهای وارد بر قطره بدست آورد.
حال اگر قطره روغن در حین سقوط مقداری بار الکتریکی به خود بگیرد و آن را میان دو صفحه موازی با فاصله معین که به اختلاف پتانسیل معین V وصل شده است، قرار دهیم، چون قطره روغن باردار شده است، لذا در میدان الکتریکی موجود میان صفحات بر آن نیرویی اعمال می‌شود. اختلاف پتانسیل و فاصله صفحات مقادیر معلومی هستند که خودمان تنظیم می‌کنیم. می‌توانیم به کمک این نیروی الکتریکی قطره را به حالت سکون درآوریم و چون شعاع قطره را از قبل می‌دانیم، لذا مقدار بار الکتریکی از صفر شدن برآیند کل نیروها در این حالت محاسبه می‌شود.
وسایل آزمایش
اطاقک ملیکان
محفظه کوچکی به عمق چند میلیمتر با کف و سقف فلزی که به الکترودهایی برای اعمال ولتاژ متصل شده است، اطاقک ملکیان نامیده می‌شود. این اطاقک حاوی یک لوله روشنایی ورودی از دیوار اطاقک و سوراخی در سقف آن برای پاشیدن قطرات می‌باشد.
میکروسکوپ برای مشاهده قطره‌ها
در یک سر لوله میکروسکوپ ، عدسی شیئی نصب شده است که از سوراخی واقع در یکی از دیواره‌های اطاقک به مشاهده قطرات روغن می‌پردازد. در سر دیگر لوله ، عدسی چشمی قرار دارد و طول لوله قابل تنظیم است تا تصویر قطره‌ها در چشم به حالت وضوح در آید. البته حرکت قطره توسط میکروسکوپ به صورت معکوس دیده می‌شود. در قسمت عدسی شئی یک چهارخانه نیز وجود دارد.
سیستم روشنایی: این سیستم از یک لامپ ذره‌بینی کوچک تشکیل شده است که در یک انتهای لوله روشنایی قرار دارد و نور آن پس از طی مسافت داخل لوله ، به اطاق وارد می‌شود. این سیستم فقط قادر است، اجسام واقع در امتداد لوله را روشن سازد و بعد از بازتاب نور از آن جسم ، بقیه اتاق نیز به حالت نیمه روشن در می‌آید.
قطره‌پاش :قطره‌پاش از نوع عطرپاش بوده و قطرات روغن را با فشار تلمبه لاستیکی به صورت پودر به درون اتاقک می‌پاشد. در این حالت اگر روشنایی اتاقک کافی باشد، قطرات ریز ستاره مانند را در حال حرکت به طرف بالا ، می‌توان مشاهده کرد.
منبع رادیواکتیو :این منبع برای یونیزه کردن هوا بکار می‌رود.
دستگاههای الکتریکی :این قسمت شامل منبع ولتاژ جریان مستقیم با سیستم کنترل ولتاژ متشکل از پتانسیومتر برای تغییر ولتاژ و کلید برای اعمال ولتاژ در جهت دلخواه و قطع و وصل آن می‌باشد.
شرح آزمایش قطره روغن
میلیکان فیزیکدان آمریکایی در سال 1909 (م) با یک آزمایش اساسی، معروف به آزمایش قطرات روغن ، به طور دقیق و مستقیم کوچکترین مقدار بار الکتریکی را تعیین و ثابت کرد که بار الکتریکی ذرات، در همه حال مضرب صحیحی از این بار ابتدایی که همان بار الکتریکی الکترون است، بدین ترتیب ناپیوسته بودن یا به اصطلاح ذره‌ای بودن بار الکتریکی را به اثبات رسانید.
در زمان این آزمایش، مدتی از کشف و بررسی خواص اشعه گذشته بود و می‌دانستند که تابش این اشعه در یک محیط، یونیزاسیون ایجاد می‌کند و مولکولهای هوا را تبدیل به یونهای مثبت می‌سازد، تا حدی نظیر آنچه در حباب کروکس در اثر برخورد الکترونها با مولکولها روی می‌دهد.
میلیکان محفظه‌ای مطابق شکل زیر ساخت که از قسمت بالای آن قطرات ریز روغن را به وسیله قطره چکان رو به پائین می‌ریخت و هوای محفظه را تحت تأثیر اشعه ایکس قرار می‌داد
الکترونهای آزاد شده در اثر تابش اشعه
به مولکولهای نیتروژن و اکسیژن هوا و یا یک گاز بی‌اثر به وسیله قطرات ریز روغن جذب می‌شوند.
بدین ترتیب ذره‌های درشتی بدست می‌آمد که بار الکتریکی ذرات ریز را در بر داشتند. در مسیر قطره‌ها، خازن مسطحی که در صفحه بالایی آن گذرگاهی برای عبور قطره‌ها تعبیه شده بود
قرار می‌داد. اگر بین دو صفحه اختلاف پتانسیل نباشد، قطره‌ها تحت تأثیر وزن خود و مقاومت هوا سقوط می‌کنند. ولی اگر بین دو صفحه اختلاف پتانسیلی برقرار شود، قطره‌ها تحت تأثیر نیروی الکتریکی نیز واقع می‌شوند.
می‌توان با تغییر اختلاف پتانسیل، بر سرعت سقوط قطره‌ها افزود یا از آن کاست و حتی کاری کرد که قطره روغنی بدون حرکت در بین دو صفحه خازن بماند، البته حالتهای متعددی مشاهده می‌شد که نشانه وجود ذرات با بارهای متفاوت بود. میلیکان اندازه‌گیریهای بسیار زیادی انجام داد و از روابط مربوط به حرکت قطرات باردار، بار قطره‌ها را محاسبه نمود و به این نتیجه مهم رسید که این مقادیر بار همواره مضرب صحیحی است از
کولن که کوچکترین مقدار بار یافت شده در این آزمایش بود.
از نظر مقداری این بار مساوی یون
بود که از راه الکترولیز، از تقسیم عدد فاراده بر عدد آووگادرو بدست می‌آید. با توجه به نسبت 
که برای یونهای و الکترون توسط تامسون محاسبه شده بود، منطقی بود که کوچکترین مقدار بار منفی را به الکترون نسبت دهند و بنابراین قبول کنند که جرم الکترون در حدود دو هزار مرتبه کوچکتر از جرم یون (پروتون) است. اولین محاسبات، جرم الکترون را با دو رقم معنی‌دار برابر با 
به دست می‌داد.
میلیکان فیزیکدان آمریکایی در سال 1909 (م) با یک آزمایش اساسی، معروف به آزمایش قطرات روغن ، به طور دقیق و مستقیم کوچکترین مقدار بار الکتریکی را تعیین و ثابت کرد که بار الکتریکی ذرات، در همه حال مضرب صحیحی از این بار ابتدایی که همان بار الکتریکی الکترون است، بدین ترتیب ناپیوسته بودن یا به اصطلاح ذره‌ای بودن بار الکتریکی را به اثبات رسانید.
در زمان این آزمایش، مدتی از کشف و بررسی خواص اشعه گذشته بود و می‌دانستند که تابش این اشعه در یک محیط، یونیزاسیون ایجاد می‌کند و مولکولهای هوا را تبدیل به یونهای مثبت می‌سازد، تا حدی نظیر آنچه در حباب کروکس در اثر برخورد الکترونها با مولکولها روی می‌دهد.
میلیکان محفظه‌ای مطابق شکل زیر ساخت که از قسمت بالای آن قطرات ریز روغن را به وسیله قطره چکان رو به پائین می‌ریخت و هوای محفظه را تحت تأثیر اشعه ایکس قرار می‌داد
الکترونهای آزاد شده در اثر تابش اشعه
به مولکولهای نیتروژن و اکسیژن هوا و یا یک گاز بی‌اثر به وسیله قطرات ریز روغن جذب می‌شوند.بدین ترتیب ذره‌های درشتی بدست می‌آمد که بار الکتریکی ذرات ریز را در بر داشتند. در مسیر قطره‌ها، خازن مسطحی که در صفحه بالایی آن گذرگاهی برای عبور قطره‌ها تعبیه شده بود
قرار می‌داد. اگر بین دو صفحه اختلاف پتانسیل نباشد، قطره‌ها تحت تأثیر وزن خود و مقاومت هوا سقوط می‌کنند. ولی اگر بین دو صفحه اختلاف پتانسیلی برقرار شود، قطره‌ها تحت تأثیر نیروی الکتریکی نیز واقع می‌شوند.می‌توان با تغییر اختلاف پتانسیل، بر سرعت سقوط قطره‌ها افزود یا از آن کاست و حتی کاری کرد که قطره روغنی بدون حرکت در بین دو صفحه خازن بماند، البته حالتهای متعددی مشاهده می‌شد که نشانه وجود ذرات با بارهای متفاوت بود. میلیکان اندازه‌گیریهای بسیار زیادی انجام داد و از روابط مربوط به حرکت قطرات باردار، بار قطره‌ها را محاسبه نمود و به این نتیجه مهم رسید که این مقادیر بار همواره مضرب صحیحی است از
کولن که کوچکترین مقدار بار یافت شده در این آزمایش بود.از نظر مقداری این بار مساوی یون
بود که از راه الکترولیز، از تقسیم عدد فاراده بر عدد آووگادرو بدست می‌آید. با توجه به نسبت که برای یونهای و الکترون توسط تامسون محاسبه شده بود، منطقی بود که کوچکترین مقدار بار منفی را به الکترون نسبت دهند و بنابراین قبول کنند که جرم الکترون در حدود دو هزار مرتبه کوچکتر از جرم یون (پروتون) است. اولین محاسبات، جرم الکترون را با دو رقم معنی‌دار برابر با به دست می‌داد.محاسبات میلیکان
یک قطره روغن معین را در این آزمایش زیر نظر گرفته و سقوط آن را بررسی کنیم. هنگامی که میدان الکتریکی اعمال نمی‌شود، سقوط قطره روغن فقط در اثر نیروی ثقل زمین رخ می‌دهد. به عبارت دیگر نیروی وزن قطره موجب سقوط آن می‌گردد. از طرفی مقاومت محیط (هوا) در برابر سقوط ذره موجب می‌شود که قطره به طور مستمر شتاب نگیرد، بلکه در نهایت به سرعت ثابتی خواهد رسید، در این حالت نیروی وزن قطره
، با نیروی مقاوم در برابر سقوط 
آن برابر می‌شود
(نیروی وزن قطره)
یک قطره روغن معین را در این آزمایش زیر نظر گرفته و سقوط آن را بررسی کنیم. هنگامی که میدان الکتریکی اعمال نمی‌شود، سقوط قطره روغن فقط در اثر نیروی ثقل زمین رخ می‌دهد. به عبارت دیگر نیروی وزن قطره موجب سقوط آن می‌گردد. از طرفی مقاومت محیط (هوا) در برابر سقوط ذره موجب می‌شود که قطره به طور مستمر شتاب نگیرد، بلکه در نهایت به سرعت ثابتی خواهد رسید، در این حالت نیروی وزن قطره
، با نیروی مقاوم در برابر سقوط آن برابر می‌شود(نیروی وزن قطره)
(نیروی مقاوم در برابر سقوط)
بنابراین سرعت سقوط قطره مطابق رابطه زیر خواهد بود:
نیروی مقاوم در برابر سقوط قطره به اندازه قطره (
شعاع قطره کروی)، سرعت آن 
و ویسکوزیته 
یا چسبندگی محیط و جرم قطره بستگی دارد.با استفاده از معادله زیر که ارتباط بین دانسیته با جرم
و شعاع قطره روغن را نشان می‌دهد.می‌توان جرم و شعاع قطره روغن را محاسبه کرد:
حال اگر قطره روغن باردار در حضور میدان الکتریکی خارجی سقوط کند برحسب اینکه دو صفحه فوقانی و تحتانی دستگاه میلیکان به چه صورت باردار شده باشند و قطب مثبت و منفی کدامیک از آنها باشد. نیروی میدان الکتریکی بر روی فرآیند سقوط قطره تأثیر می‌گذارد و عمل سقوط را سرعت می‌بخشد و یا مانع آن می‌شود. به طور کلی سرعت سقوط قطره در این حالت را می‌توان 
از معادله زیر بدست آورد:
از معادله زیر بدست آورد:
در این معادله کمیتهای
معلوم هستند، بنابراین بار قطره روغن 
قابل اندازه‌گیری است. آزمایشهای متفاوت نشان می‌دهد که همواره مضرب صحیحی از 
است. این نتایج نشان می‌دهد که قطرات بار الکتریکی خاصی دارند.بنابراین
مضرب صحیحی از واحد بار الکتریکی می‌باشد (یعنی 
). با توجه به اینکه در آزمایش تامسون نسبت 
بدست آمده است، بنابراین جرم الکترون برابر با 
بدست می‌آید.با استفاده از نتایج آزمایش میلیکان و تعیین مقدار واحد بار الکتریکی و قوانین فاراده که مقدار بار یک مول الکترون را می‌دهد، می‌توان به طور مستقیم " عدد آووگادرو 
" را محاسبه کرد.Fعدد فاراده یا بار یک مول الکترون و 
بار الکترون است.
با استفاده از عدد آووگادرو می‌توان حجم و جرم اتم را محاسبه کرد. به طور مثال جرم اتم هیدروژن را می‌توان با استفاده از تقسیم جرم مولی آن بر عدد آووگادرو بدست آورد (حجم اتم هیدروژن را چگونه می‌توان اندازه گرفت؟
" را محاسبه کرد.Fعدد فاراده یا بار یک مول الکترون و بار الکترون است.__________________
مثال
در آزمایش قطره روغن، سرعت نهایی قطره،
است.
دانسیته روغن
و گرانروی (ویسکوزیته) هوا 
است. جرم و شعاع قطره روغن را بدست آورید.
حل:
نتیجه می‌گیریم :
در آزمایش قطره روغن، سرعت نهایی قطره،
است.دانسیته روغن
و گرانروی (ویسکوزیته) هوا است. جرم و شعاع قطره روغن را بدست آورید. حل:
چادویک چگونه نوترون را کشف کرد؟