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La gota de aceite de Millikan




  1. Introducción
  2. Marco Teórico
  3. Marco Metodológico
  4. Resultados
  5. Recomendaciones
  6. Análisis y Conclusiones

Introducción

La electricidad se manifiesta de dos maneras: cargas positivas y negativas. La carga más pequeña que se puede obtener es la del electrón, que se trata de una carga negativa, aunque, esto es convencional y no cambiaría en nada los resultados si los signos se atribuyesen al revés. La carga positiva es más pequeña tiene el mismo valor numérico y se encuentra en el protón. Todas las cargas son múltiplos enteros de estas unidades fundamentales, pero son tan pequeñas las unidades que en cualquier medida eléctrica, se pone de manifiesto la discontinuidad de las cargas y se puede suponer que una determinada carga tomará cualquier valor numérico. Las masas del electrono y del protón son extremadamente pequeñas y uno de los problemas más importantes aun no resueltos es el de la naturaleza y tamaño preciso de estas partículas elementales.

Ahora bien, para determinar la carga del electrón Robert Millikan empezó sus experimentos sobre la carga eléctrica en 1906, mediante un aparato que él construyó y se basaba en dos láminas conductoras ubicadas de forma paralela, una de las cuales estaba perforada por un pequeño orificio en el cual entraban unas diminutas gotas de aceite, cuando estas adquirían una velocidad constante usaba una fuente para determinar qué tanta fuerza eléctrica necesitaba para detener a la gotita en su caída. Como conocía el valor entre las placas y la fuerza pudo obtener la carga sobre la gotita de aceite.

Debido a esto, en esta experiencia se observará la naturaleza discreta de la carga eléctrica, teniendo en cuenta que los procedimientos a seguir para la observación y adquisición de los datos en el experimento de la gota de aceite de Millikan son complicados y difíciles de visualizar.

Objetivos

Objetivo General

Observar el carácter discreto de la carga eléctrica presentes en una gotita de aceite aplicando las técnicas de Millikan.

Objetivos Específicos

  • Elaborar un ensamblado con láminas de aluminio, dos lupas, una linterna y una fuente de poder que genere una diferencia de potencial.

  • Observar que la fuerza eléctrica se equilibra con la fuerza gravitatoria.

  • Analizar el comportamiento de las gotas de aceite dentro de las láminas de aluminio.

  • Determinar la masa de la gotita de aceite.

Marco Teórico

Robert Andrews Millikan

Físico estadounidense de origen escocés, educado en el Oberfin College y en la Universidad de Columbia. Fue durante 25 años profesor de Física en la Universidad de Chicago y 30 años presidente del Laboratorio Norman Bridge en CALTECH: Instituto Tecnológico de California en Pasadena. En la primera Guerra Mundial sirvió en la sección de Investigación del Cuerpo de Señales con el grado de Teniente Coronel. Sus contribuciones a la ciencia han sido la medida de la carga del electrón, la determinación fotoeléctrica de la energía del cuanto de la acción de la luz y su estudio preciso de los rayos cósmicos. Fue el segundo americano que obtuvo el Premio Nobel de Física (1923). También recibió la medalla Edison, la Faraday y la Mattenci.

El experimento de la gota de aceite de Millikan

De 1909 a 1913, Robert Andrews Millikan desarrolló un brillante conjunto de experimentos en la Universidad de Chicago, mediante los cuales midió la carga elemental e del electrón y demostró la naturaleza cuantizada de la carga electrónica. El aparato que usó consta de dos láminas metálicas paralelas. A través de un pequeño agujero de la lámina superior se dejan pasar unas gotitas de aceite que han sido cargadas por fricción en un atomizador. Un haz de luz horizontal ilumina las gotitas, las cuales son observadas a través de un telescopio cuyo eje forma ángulos rectos respecto al haz. Cuando se observan las gotitas en esta forma, aparecen como estrellas brillantes contra un fondo oscuro y se puede determinar la velocidad de caída de cada una de ellas. Tal y como se muestra en la siguiente figura:

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La carga eléctrica esta por lo tanto cuantizada. Dicha cantidad se denomina cantidad fundamental de la carga o carga del electrón.

Materiales

  • Aceite.

  • Cortadora de vidrio.

  • Conductores.

  • Dispensador.

  • Fuente de poder.

  • Láminas de aluminio.

  • Linterna.

  • Lupas.

  • Máquina de soldar.

  • Silicón caliente y frio.

  • Taladro.

  • Tijeras.

  • Cilindros pequeños de plástico

Marco Metodológico

Una vez obtenido todos los materiales a utilizar para esta experiencia, se comenzó el ensamblado.

  • Se picarón dos pedazos de láminas de aluminio en forma de triángulo con una tijera, también se cortan cinco fragmentos de acrílico con una cortadora de vidrio, tres de los cuales son unos rectángulos a los que se les hacen unos agujeros con uno taladro, dos de ellos con la misma dimensión de las lupas y otro con la medida de la linterna, para que estas se fijen al acrílico y las otras dos se picaron en forma de triangulo para que se adapten a las láminas de aluminio.

  • Luego se fijan con un punto de soldadura un extremo de los conductores a cada lámina de aluminio. Con silicón caliente se pegan las dos láminas de aluminio a los pedazos de acrílico en que llevan las lupas y la linterna fijos en el medio de estas separadas a una distancia pequeña con la ayuda de unos cilindros plástico.

  • Seguidamente se cierra el triángulo formado por los rectángulos con los acrílicos en forma rectangular, quedando el ensamblado como una especie de cajón aislado, tal y como se muestra en la siguiente figura.

  • Por último se elabora un dispensador con la ayuda de una manguera y una perita a los cuales está unido un tubo metálico con un diminuto orificio para poder agregarle el aceite en el interior de las láminas metálicas.

Diagrama del Montaje

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Resultados

Para la obtención de los datos que permitirán obtener el valor de la masa de la gotita de aceite se utilizaran las siguientes expresiones:

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En el experimento de Millikan de la gota de aceite se tiene que

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Recomendaciones

  • Para elaborar un experimento de Millikan se debe tener en cuenta que la distancia entre las placas debe ser la menor posible para que el volate que se utilice sea más pequeño.

  • Las placas metálicas deben estar en un envase al vacio para que el aire no afecte la caída de las gotas.

  • Se debe utilizar un aspersor para que el tamaño de las gotas sea lo más pequeño posible.

  • El aceite utilizado no debe ser muy denso, pues de lo contrario las gotas caerían muy rápido y se dificultaría la observación de las mismas requiriendo una mayor fuerza eléctrica para equilibrarla con la gravitatoria.

Análisis y Conclusiones

Partiendo de las ecuaciones antes mencionadas se pretendía determinar la masa de las gotas de aceite utilizadas, pero como la distancia de separación entre las placas era de 5 mm, y por el área de las mismas se requiere un potencial de 500 voltios o más para lograr equilibrar las fuerzas.

 

 

Autor:

Carmen Gabriela Sánchez

 


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