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