El experimento de Millikan: trámite, explicación, concepto

Estas La experiencia de MillikanEn 1906, Robert Millikan (1868-1953) y su alumno Harvey Fletcher (1884-1981) han comenzado a estudiar las propiedades de las cargas eléctricas y a analizar el movimiento de cientos de gotas de aceite en el centro de un objeto. Campo eléctrico uniforme.

La conclusión es que la carga eléctrica no tiene valor, sino que hace aparición en múltiplos de 1,6 x 10.-19 C, es la carga base de los electrones. Asimismo se descubrió la calidad de los electrones.

Figura 1. A la izquierda, puede ver el equipo original que Millikan y Fletcher usaron en sus experimentos. A la derecha hay una representación simplificada. Fuente: Wikimedia Commons / F. Zapata,

El físico JJ Thompson había descubierto antes la relación carga-masa de esta partícula elemental a través de experimentos; la llamó "???? partícula ”????, pero no especificó el valor de cada tamaño individualmente.

Desde esta relación de carga - masa y carga del electrón, determine su valor de masa: 9.11 x 10-31 kg.

Para poder su objetivo, Millikan y Fletcher usaron un atomizador que emite una neblina de finas gotas de aceite. Ciertas gotas se cargan por fricción en el nebulizador.

Las gotas cargadas se depositan de forma lenta en los electrodos de placa paralela, varios de los cuales pasan mediante los pequeños orificios de la placa superior, como se muestra en la Figura 1.

Se puede generar un campo eléctrico traje perpendicular a la placa en la placa paralela, cuyo tamaño y polaridad se tienen la posibilidad de controlar mudando el voltaje.

Vea el comportamiento de las gotas irradiando el interior de la placa con luz fuerte.

Descripción del ensayo

Cuando se carga la gota, el campo desarrollado entre las placas ejercita una fuerza sobre ella para contrarrestar la fuerza de la gravedad.

Si además continúa en suspensión, quiere decir que el campo está ejercitando una fuerza vertical ascendiente que apenas equilibra la gravedad, esta condición va a depender de q, La carga cae.

En verdad, Millikan observó que una vez que se encendió el campo, algunas gotas de agua se suspendieron y otras comenzaron a subir o bajar más.

Ajustando el valor del campo eléctrico mediante una resistencia variable, las gotas se pueden mantener suspendidas en la placa, por ejemplo. Aunque esto no es sencillo de lograr en la práctica, en un caso así solo la fuerza ejercida por el campo y la gravedad actúa sobre la gota.

En el momento en que la masa de la gota metro Su carga es qSepa que la fuerza es proporcional al tamaño del alcance. B., La segunda ley de Newton dice que las dos fuerzas han de estar equilibradas:

Mg = qE

q = mg / U

El valor de gramo, Se conoce la aceleración adecuada a la gravedad y la cantidad B. Campo, depende del voltaje voltio Crea espacio entre cuadros Levantarse, Qué:

Y también = V / L

El inconveniente es entender la calidad de esta gota de aceite, una vez hecho esto, saber la carga. q es bastante posible por supuesto metroq Es la masa y la carga de las gotas de aceite, no la masa y la carga de los electrones.

Pero ... la gota se carga pues pierde o gana electrones, con lo que su valor depende de la carga de la partícula.

Calidad de la gota de aceite

El problema para Millikan y Fletcher fue determinar la calidad de la gota, lo que no fue una tarea simple dado su pequeño tamaño.

Si se conoce la consistencia del aceite y el volumen de la gota está presente, la masa se puede disolver. Pero el volumen asimismo es muy pequeño, con lo que el procedimiento usual es innecesario.

Sin embargo, los investigadores saben que estos pequeños elementos no caen libremente porque la resistencia del aire o de los medios participa al ralentizar su movimiento. Aunque las partículas experimentan un movimiento vertical y descendente acelerado a medida que el campo se cierra, eventualmente caen a una agilidad constante.

Esta velocidad tiene por nombre "agilidad final" o "velocidad límite", y para una pelota depende de su radio y de la viscosidad del aire.

En sepa de un campo, Millikan y Fletcher midieron el tiempo que tardó en caer la gota. Suponiendo que la gota es esférica, lograron determinar el radio de forma indirecta desde la agilidad máxima utilizando la viscosidad del aire.

Esta agilidad se encuentra aplicando la ley de Stokes, aquí está su ecuación:

¿Una especie de? ? ? ?vtonelada Es la velocidad máxima

¿Una suerte de? ? ? ?la resistencia Es el radio de la gota (esférico)

¿Una suerte de? ? ? ? Es la viscosidad del aire

¿Una suerte de? ? ? ?¿I? ? Es la consistencia de las gotas

relevancia

El experimento de Millikan es crucial porque revela múltiples aspectos clave de la física:

I) La carga del elemento es la carga de un electrón y su valor es 1.6 x 10 -19 C, entre las constantes fundamentales de la ciencia.

II) Cualquier otra carga eléctrica es un múltiplo de la carga base.

III) Conociendo la carga del electrón y la relación carga-masa de JJ Thomson, es viable determinar la masa del electrón.

III) A nivel de partículas tan pequeñas como partículas elementales, los efectos gravitacionales son insignificantes en comparación con los efectos electrostáticos.

Figura 2. Millikan en primer chato a la derecha, al lado de Albert Einstein y otros físicos famosos. Fuente: Wikimedia Commons.

Por estos descubrimientos, Millikan fue galardonado con el Premio Nobel de Física en 1923. Sus ensayos también son fundamentales pues determinó estas características fundamentales de la carga eléctrica a partir de un instrumento fácil y utilizando leyes conocidas.

No obstante, Millikan fué criticado por rechazar muchas observaciones en sus ensayos sin ninguna razón para reducir el error estadístico de los resultados y hacerlos mucho más "visualizables".

Varias reducciones de costes

Millikan ha medido muchas, muchas gotas en sus ensayos, y no todas son petróleo. También probó mercurio y glicerina. Como se mentó anteriormente, el experimento comenzó en 1906 y duró varios años. Los primeros resultados se han publicado tres años después, en 1909.

Durante este tiempo, irradió las placas con rayos X para ionizar el aire entre ellas, consiguiendo de este modo varias gotas cargadas. Así, se dejan libre partículas cargadas que son admisibles para la gota.

Además de esto, no solo le interesan las gotas flotantes. Millikan observó que a medida que aumenta la gota, la tasa de aumento asimismo cambia con la carga aplicada.

En el momento en que la gota cae, se agrega carga agregada gracias a la acción de los rayos X y la agilidad no cambia porque la masa de electrones agregados a la gota es insignificante en comparación con la masa de la gota en sí.

Independientemente de la carga que agregue, Millikan descubrió que todas y cada una de las gotas alcanzaron un múltiplo entero de algún valor. electronicamenteComo mencioné anteriormente, la unidad básica es la carga de un electrón.

Millikan consiguió originalmente 1592 × 10-19 C Este valor es ligeramente mucho más bajo que el hoy en día aceptado 1.602 x 10-19Â C. Esta relación puede ser lo que pones la viscosidad del aire en la ecuación para determinar la velocidad final de la gota.

Ejemplo

Cuelga una gota de aceite

Observemos el próximo ejemplo, ¿la consistencia de las gotas de aceite es? = 927 kg / m3 Se libera entre los electrodos cuando el campo eléctrico está cerrado. La gota consigue de manera rápida su velocidad final, a partir de la como se determina el radio, el resultado es R = 4,37 x 10-7 Metro.

el campo traje se activa, se dirige verticalmente hacia arriba y tiene una fuerza de 9,66 kN / C. Así, la gota permanece en estado estático.

EL pregunta :

a) Calcule la carga de la gota

b) Averigüe cuántas veces la carga del elemento está incluida en la carga eliminada.

c) Si es viable, determine el signo de la carga.

Figura 3. Gota de aceite en la mitad de un campo eléctrico incesante. Fuente: Fundamentos de la física. Rex Wolfson.

Opcion uno

Hasta ahora, se han derivado las siguientes expresiones para caídas estacionarias:

q = mg / U

Conozca la consistencia y el radio de la gota para saber la calidad de la gota:

¿I? ? = M / V

V = (4/3) ?? R3

y entonces:

metro = ??. V = ??. (4/3) ?? R3= 927 kg / m23. (4/3) ??. (4,37x10-7 Metro)3= 3,24 x 10-dieciséis kg

Por consiguiente, la carga de la gota es:

q = mg / E = 3,24 x 10-dieciséis kg x 9,8 m / s2/ 9660 Newtons = 3,3 x 10-19 vs.

Opción b

Tenga presente que la tasa base es y también = 1.6 x 10. es -19 C. Divida la carga conseguida en el apartado previo por este valor:

n = q / y también = 3,3 x 10-19 VS /1,6 × 10 -19 C = 2,05

El resultado es que la carga de la gota es precisamente el doble de la carga del elemento (nâ ???? 2). No es precisamente el doble, pero esta pequeña diferencia se debe al ineludible error experimental y al redondeo de cada cálculo previo.

Diagrama c

El signo de la carga se puede saber a través de el enunciado que, como una fuerza, da información sobre la dirección del campo que apunta verticalmente hacia arriba.

Las líneas de campo eléctrico siempre comienzan con una carga positiva y acaban con una carga negativa, con lo que la placa inferior tiene un signo + y la placa superior tiene un signo ?????. -. (Ver figura 3).

Ya que las gotas se dirigen a la placa superior debajo del impulsor de campo y se atraen cargas de signos opuestos, las gotas deben estar cargadas de forma positiva.

De todos modos, no es sencillo detener las gotas. En consecuencia, Millikan usó el desplazamiento vertical (hacia arriba y hacia abajo) que se sentía al cerrar y abrir el lugar, adjuntado con el cambio en la radiación X y el tiempo de viaje, para deducir la cantidad de carga agregada conseguida.

Como vimos, esta carga capturada es proporcional a la carga en el electrón ocasionada por el tiempo de subida y bajada, la masa de la gota y la gramoB..

referencia

  1. Abierto de mente. Millikan, el físico que vio electrones. Obtenido de: bbvaopenmind.com
  2. Rex, A. 2011. Argumentos de la física. Pearson.
  3. Tippens, S. 2011. Física: conceptos y aplicaciones. 7ª edición. McGraw Hill.
  4. Amrita. El experimento de la gota de aceite de Millikan. Registro: vlab.amrita.edu
  5. Wake Forest College. El ensayo de la gota de aceite de Millikan. Registro: wfu.edu

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