ใน พ.ศ. 2451 โรเบิร์ต แอนดรูส์ มิลลิแกน (Robert Andrews Millikan) นักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกาได้ทำการทดลองหาค่าประจุของอิเล็กตรอน โดยใช้การทดลองที่เรียกว่า “Oil drop experiment”

เครื่องมือประกอบด้วย

- ขั้วไฟฟ้า 2 ขั้ว ต่ออยู่กับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

- ขั้วไฟฟ้าบนเป็นขั้วบวก และขั้วไฟฟ้าด้านล่างเป็นขั้วลบ

- ขั้วไฟฟ้าทั้ง 2 ใส่ไว้ในกล่องซึ่งมีอากาศอยู่ภายใน

เมื่อพ่นหยดน้ำมันเม็ดเล็ก ๆ เข้าไประหว่างขั้วไฟฟ้าทั้งสอง เนื่องจากน้ำมันแต่ละหยดมีมวล ดังนั้นจึงถูกแรงดึงดูดของโลกทำให้ตกลงมาสู่ด้านล่าง ในขณะที่เม็ดน้ำมันยังไม่มีประจุไฟฟ้า การที่จะบังคับให้เคลื่อนที่ขึ้นลงจึงยังทำไม่ได้ ดังนั้นในตอนแรกจึงต้องเติมประจุลงบนหยดน้ำมันก่อนโดยการฉายรังสีเอ็กซ์ ( X-Ray) เข้าไป รังสีเอ็กซ์จะไปชนกับอากาศภายในกล่อง ทำให้อะตอมของอากาศเกิดการแตกตัว

X-rays ® A (g) ® A⁺ (g) + e^-

อนุภาคบวกและอิเล็กตรอนที่เกิดขึ้นจะไปเกาะที่หยดน้ำมัน ทำให้หยดน้ำมันเกิดประจุ อิเล็กตรอนที่ไปเกาะที่หยดน้ำมันอาจจะไปเกาะเพียง 1 ตัว หรือหลายๆ ตัวก็ได้ เช่นเดียวกับอนุภาคบวกก็จะไปเกาะที่หยดน้ำมัน ซึ่งอาจจะมีอนุภาคบวกหลายตัวที่หยดน้ำมัน 1 หยด เมื่อหยดน้ำมันมีประจุในขณะที่กำลังเคลื่อนที่ลงมาด้วยแรงดึงดูดของโลก ถ้าใส่สนามไฟฟ้าเข้าไปในระหว่างขั้วไฟฟ้าทั้งสอง ขั้วไฟฟ้าบวกข้างบนจะดึงดูดกับหยดน้ำมันที่มีอิเล็กตรอนเกาะอยู่ ส่วนขั้วไฟฟ้าลบข้างล่างจะดึงดูดกับอนุภาคบวกทำให้หยดน้ำมันที่มีอนุภาคบวกเคลื่อนที่ลงได้เร็วขึ้น ซึ่งในที่นี้จะไม่ขอกล่าวถึงอนุภาคบวก แต่จะกล่าวถึงรายละเอียดเกี่ยวกับอิเล็กตรอนเท่านั้น

ในขณะที่ใส่สนามแม่เหล็กเข้าไป หยดน้ำมันที่มีอิเล็กตรอนเกาะอยู่จะมีประจุเป็นลบ และถูกดึงดูดให้ลอยขึ้นไปหาขั้วบวก ดังนั้นในตอนแรกหยดน้ำมันเหล่านี้จะเคลื่อนที่ลงได้ช้า และเมื่อเพิ่มศักย์ไฟฟ้าระหว่างขั้วให้มากขึ้น จนกระทั่งแรงดึงดูดเนื่องจากขั้วไฟฟ้ากับอิเล็กตรอนบนหยดน้ำมันเท่ากับแรงเนื่องจากแรงดึงดูดของโลก หยดน้ำมันเหล่านั้นจะลอยนิ่ง ซึ่งสามารถนำมาคำนวณค่าของประจุไฟฟ้าของอิเล็กตรอนแต่ละตัวได้

ถ้า m = มวลของหยดน้ำมัน

g = ค่าคงที่ของแรงดึงดูดของโลก

F₁ = แรงเนื่องจากแรงดึงดูดของโลกต่อหยดน้ำมัน

F₁ = mg

ถ้า E = สนามไฟฟ้า

q = ประจุไฟฟ้าบนหยดน้ำมัน

F₂ = แรงเนื่องจากสนามไฟฟ้าต่อหยดน้ำมัน

F₂ = Eq

เมื่อพิจารณาหยดน้ำมันที่ลอยนิ่ง หยดใดหยดหนึ่ง จะได้ว่า

แรงเนื่องจากแรงดึงดูดของโลก = แรงเนื่องจากสนามไฟฟ้า

mg = Eq

หรือ q = mg/E

ค่า E และ g สามารถหาได้จากเครื่องมือที่ใช้ ส่วน m ซึ่งเป็นมวลของหยดน้ำมันหาได้จากสูตร

m = 4/3 ¶ r³d

เมื่อ r = รัศมีของหยดน้ำมัน

d = ความหนาแน่นของน้ำมัน

จะเห็นได้ว่า ค่า m , g และ E สามารถหาได้ ดังนั้นจึงคำนวณประจุที่อยู่บนหยดน้ำมันได้

จากการทดลองพบว่าประจุที่อยู่บนหยดน้ำมันนั้นมีค่าเท่ากับ 1.60x 10^-19 คูลอมบ์ หรือเป็นจำนวนเท่าของ 1.60x10^-19 คูลอมบ์

เช่น 2x1.60x 10^-19 , 3 x1.60x10^-19 คูลอมบ์ เป็นต้น

แสดงว่าจำนวนประจุที่อยู่บนหยดน้ำมันที่มีค่าน้อยที่สุดคือ 1.60x10^-19 คูลอมบ์ จำนวนประจุอื่น ๆ จะเป็นจำนวนเท่าของ 1.60x10^-19

ดังนั้นค่าของประจุ 1.60x10^-19 คูลอมบ์ จึงเป็นค่าประจุของอิเล็กตรอน 1 ตัว กล่าวคือ

ถ้ามีอิเล็กตรอน 1 ตัว เกาะบนหยดน้ำมัน จะได้ประจุ = 1.60x10^-19 คูลอมบ์

ถ้ามีอิเล็กตรอน 2 ตัว เกาะบนหยดน้ำมัน จะได้ประจุ = 2x1.60x10^-19 คูลอมบ์

ถ้ามีอิเล็กตรอน 3 ตัว เกาะบนหยดน้ำมัน จะได้ประจุ = 3x1.60x10^-19 คูลอมบ์

เพราะฉะนั้น จากการทดลองของมิลลิแกน ได้ประจุของอิเล็กตรอนมีค่าเท่ากับ 1.60x10^-19 คูลอมบ์

การคำนวณหามวลของอิเล็กตรอน

จากการทดลองของทอมสันได้ค้าประจุต่อมวลของอิเล็กตรอน คือ

e/m  = 1.7 X 10⁸ คูลอมบ์/กรัม

จากการทดลองของมิลลิแกน

ได้ค่าประจุของอิเล็กตรอน (e) = 1.60 x 10^-19 คูลอมบ์

เพราะฉะนั้นหามวลของอิเล็กตรอนได้ m = 9.41 x 10^-28 กรัม