Esperimentu de Millikan

De Wikipedia
Saltar a: navegación, buscar
Instalación de Millikan pal esperimentu de la gota d'aceite.

El esperimentu de la gota d'aceite foi un esperimentu realizáu por Robert Millikan y Harvey Fletcher en 1909 pa midir la carga elemental (la carga del electrón).

Esti esperimentu implicaba permediar la fuerza gravitatoria (dirixida escontra baxo) cola flotabilidad (dirixida en sentíu contrariu a la gravitacional) y les fuerces eléctriques nes minúscules gotes d'aceite cargaes suspendíes ente dos electrodos metálicos. Cuidao que la densidá del petróleu yera conocida, les mases de les "gotes", y polo tanto les sos fuerces gravitatories y de flotación, podríen determinase a partir de los sos radios reparaos. Usando un campu eléctrico conocíu, Millikan y Fletcher pudieron determinar la carga nes gotes d'aceite en equilibriu mecánicu. Repitiendo'l esperimentu pa munches gotes, confirmaron que les cargues yeren toos múltiplos d'un valor fundamental, y calcularon que ye 1,5924|(17).10-19 C, dientro d'un unu per cientu d'erru del valor anguaño aceptáu de 1,602176487|(40).10-19 C. Propunxeron qu'ésta yera la carga d'un únicu electrón.

Fundamentu[editar | editar la fonte]

Robert Millikan en 1891.

A partir del añu 1900, mientres yera profesor na Universidá de Chicago, Millikan, col importante apurra de Fletcher, trabayó nel esperimentu de la gota d'aceite col que midió la carga d'un únicu electrón. Dempués d'una publicación sobre les sos primeres resultancies[1] en 1910, les observaciones contradictories de Felix Ehrenhaft[2] empecipiaron un discutiniu ente los dos físicos. Dempués d'ameyorar la so configuración esperimental, publicó'l so estudiu seminal en 1913.[3]

El so esperimentu mide la intensidá de fuerza eléctrico contra la fuerza d'atracción gravitatoria nes minúscules gotes d'aceite, cargaes por esfregadura, suspendíes ente dos electrodos metálicos. Conociendo'l campu eléctrico, determinar la carga na gota. Repitiendo l'esperimentu pa munches gotes, Millikan demostró que les resultancies podíen ser esplicaos como múltiplos enteros d'un valor común 1,592x10-19 C, la carga d'un únicu electrón.

Na dómina de los esperimentos de la gota d'aceite de Millikan y Fletcher, la esistencia de les partícules subatómiques nun yera universalmente aceptada. Esperimentando colos rayos catódicos Thomson afayó en 1897 unos corpúsculos (como él llamar) negativamente cargaos, con una masa unu 1800 vegaes más pequena que la d'un átomu de hidróxenu. Resultancies paecíes fueren atopaos por George Francis FitzGerald y Walter Kaufmann. La mayoría de lo qu'entós se conocía alrodiu de la eletricidá y el magnetismu, sicasí, podría esplicase sobre la base de que la carga ye una variable continua, de la mesma forma que munches de les propiedaes de la lluz pueden esplicase'l tratala como una onda continua en llugar de como una corriente de fotones.

La llamada carga elemental y ye una de les constantes físiques fundamentales y el so valor esactu ye de gran importancia. En 1923, Millikan, ganó'l Premiu Nobel de física, en parte por cuenta de esti esperimentu.

Amás de la midida, la guapura del esperimentu de la gota d'aceite mora en que ye una simple y elegante demostración práctica de que la carga ta en realidá cuantizada. Thomas Edison, quien considerara la carga como una variable continua, convencióse dempués de trabayar col aparatu de Millikan y Fletcher. Esti esperimentu foi repitíu por xeneraciones d'estudiantes de física, anque ye bastante caru y malo de faer correchamente.

Procedimientu esperimental[editar | editar la fonte]

Esquema simplificáu del esperimentu de la gota d'aceite de Millikan.

L'aparatu de Robert Millikan incorpora un par de plaques metáliques paraleles horizontales. Al aplicar una diferencia de potencial ente les plaques, créase un campu eléctrico uniforme nel espaciu ente elles. Utilizóse un aníu de material aislante pa caltener les plaques separaes. Cuatro agujero cortar nel aníu, trés pal llume con una lluz brilloso, y otru pa dexar la visualización al traviés d'un microscopiu.

Una fina borrina de gotes d'aceite se roció a una cámara percima de les plaques. L'aceite yera d'un tipu utilizáu de normal n'aparatos de vacíu y foi escoyíu porque tenía una presión de vapor desaxeradamente baxa. L'aceite ordinario se evaporaría sol calor de la fonte de lluz causando que la masa de la gota d'aceite camudara mientres l'intre del esperimentu. Delles gotes d'aceite cargábense eléctricamente al traviés del resfregón cola boquilla cuando fueron alboraes, mientres otres descargábense hasta faese cationes y otres volvíense neutres. Como alternativa, la carga podría llevase a cabu por aciu la inclusión d'una fonte de radiación ionizante (como un tubu de rayos X).

Métodu[editar | editar la fonte]

Scheme of Millikan's apparatus.jpg

Primeramente , les gotes d'aceite déxense cayer ente les plaques col campu eléctrico apagáu. Bien rápido algamen la velocidá terminal por cuenta del resfregón col aire na cámara. Enciéndese entós el campu y, si ye lo suficientemente grande, dalgunes de les gotes van empezar a xubir. (Esto debe a que la fuerza eléctrico escontra riba FY ye mayor que la fuerza gravitacional escontra baxo Fg, de la mesma forma los cachos de papel puede ser recoyíos por una barra de cauchu cargada). Escuéyese una gota pa reparar la probable cayida y caltiense nel centru del campu de visión conectando y apagando el voltaxe alternativamente hasta que toles otres gotes cayeren. L'esperimentu síguese entós con esta única gota.

La gota déxase cayer y calcúlase la so velocidá terminal v1 n'ausencia de campu eléctrico. La fuerza de resfregón qu'actúa sobre la gota puede ser calculada usando la llei de Stokes:

onde v1 ye la velocidá terminal (esto ye, la velocidá n'ausencia de campu eléctrico) de la gota que cai, η ye la mafa del aire, y r ye'l radio de la gota.

El pesu Fg ye'l volume V multiplicáu pola densidá ρ y l'aceleración de la gravedá g. Sicasí, lo que se precisa ye'l pesu aparente. El pesu aparente nel aire ye'l pesu real, menos el pesu del aire que mueve la gota (upthrust). Pa una gota perfectamente esférica'l pesu aparente puede espresase como:

A velocidá terminal, la gota d'aceite nun ta acelerando. Asina la fuerza total qu'actúa sobre ella ten de ser cero. Asina los dos fuerces Fd y Fg tienen d'atayase una a otra (esto ye, Fd = Fg). Esto implica que:

Una vegada calculóse r, Fg puede calculase fácilmente.

Agora'l campu vuelve encender, y la fuerza eléctrico sobre la gota ye:

onde q ye la carga de la gota d'aceite y Y ye'l campu eléctrico ente les plaques. Pa plaques paraleles:

onde V ye la diferencia de potencial y d ye la distancia ente les plaques.

Una de les formes concebibles pa calcular q sería afaer V hasta que la cayida de la gota d'aceite calténgase estable. Entós podríamos igualar FY con Fg. Pero na práctica esto ye bien difícil faelo con precisión. Amás, la determinación de FY resulta difícil por cuenta de que la masa de la gota d'aceite ye malo de determinar ensin volver de nuevu al usu de la Llei de Stokes. Un enfoque más prácticu ye faer de V hasta un pocu mayor por que la gota d'aceite alzar con una nueva velocidá terminal v2. Entós:

Acusaciones de fraude[editar | editar la fonte]

Esiste ciertu discutiniu plantegáu pol historiador Gerald Holton sobre l'usu de la selectividá nes resultancies de Millikan del so segundu esperimentu pa la midida de la carga del electrón. Holton (1978) señaló que Millikan refugó un gran conxuntu de les gotes d'aceite llograes nos sos esperimentos ensin razón aparente. Allan Franklin, un antiguu investigador n'alta enerxía y actual filósofu de la ciencia na Universidá de Coloráu trató de rebatir esti puntu de Holton.[4] Franklin afirma que les esclusiones de Millikan de datos nun afecten el valor final de la y que Millikan llogró, pero almite qu'hubo una sustancial "ciruxía estética" que realizó Millikan y que tuvo l'efectu d'amenorgar el erru estadísticu en y. Esto dexó a Millikan citar que calculara y con un erru menor qu'una media del unu per cientu, ello ye que si Millikan incluyera tolos datos que llogró, sería del 2%. Anque tou esto podría traducise en que Millikan midiera'l valor de y, meyor que naide nesi momentu, la incertidume d'un pocu más grande podría dexar un mayor desalcuerdu coles sos resultancies na comunidá de físicos. David Goodstein cunta que Millikan establez claramente que solamente incluyó les gotes que se sometieren a "una serie completa d'observaciones" y nun escluyó nenguna gota d'esti grupu.[5]

L'esperimentu de Millikan y la pseudociencia[editar | editar la fonte]

Nun discursu d'apertura dáu nel Institutu Tecnolóxicu de California (Caltech) en 1974 (y reimpreso en ¿Ta usté de chancia, Sr. Feynman?), el físicu Richard Feynman señaló:

Aprendimos enforma de la esperiencia sobre cómo remanar delles de les formes en qu'engañamos a nós mesmos. Un exemplu: Millikan midió la carga d'un electrón nun esperimentu de cayida de gotes d'aceite, y recibió una respuesta qu'agora sabemos que nun tien tola razón. Ta un pocu agarráu pelos pelos porque tenía'l valor incorrectu pa la mafa d'aire. Ye interesante reparar la hestoria de les midíes de la carga d'un electrón, dempués de Millikan. Si dibuxa una gráfica de la midida de la carga en función del tiempu, afayar qu'un datu ye un pocu más grande qu'el de Millikan, y el siguiente ye un pocu más grande qu'esi, y el siguiente ye un pocu más grande qu'esi, hasta que finalmente s'asientan nun númberu que ye mayor.

¿Por qué nun afayaron que'l nuevu númberu yera l'inmediatu superior?. Ye daqué de lo que los científicos avergoñar d'esta hestoria - porque rescampla que la xente pensaba coses como esta: Cuando llegaron a un númberu que yera demasiáu alto percima del de Millikan, pensaron que daqué tenía de ser incorrectu - y buscaron y atoparon una razón pola que daqué podría ser erróneu. Cuando llegaron a un númberu cercanu al valor de Millikan nun-yos paeció tan difícil. Y asina esaniciaron los númberos que taben demasiáu llueñe, y otres coses pol estilu. Aprendimos esos trucos anguaño, y agora nun tenemos esi tipu de mal.

A partir de 2008, el valor aceptáu pa la carga elemental ye 1,602176487|(40).10-19 C}},[8] onde'l 40 indica incertidume nos dos últimes cifres. Na so conferencia Nobel, Millikan dio la so midida como 4,774(5).10-10 uec,[9] que ye igual a 1,5924(17).10-19 C. La diferencia ye menor del unu per cientu, pero ye más de cinco veces mayor que la desviación estándar de Millikan, polo que'l desalcuerdu ye significativu.

Referencies[editar | editar la fonte]

  1. Millikan. «A new modification of the cloud method of determining the elementary electrical charge and the most probable value of that charge». Phil. Mag. 19. doi:10.1080/14786440208636795. 
  2. Ehrenhaft, Felix , Über die Kleinsten Messbaren Elektrizitätsmengen, Phys. Zeit., 10(1910), p. 308
  3. Millikan. «On the Elementary Electric charge and the Avogadro Constant». Phys. Rev. 2. doi:10.1103/PhysRev.2.109. 
  4. Franklin. «Millikan's Oil-Drop Experiments». The Chemical Educator 2. doi:10.1007/s00897970102a. 
  5. Goodstein (2000). «In defense of Robert Andrews Millikan». Engineering and Science (Caltech Office of Public Relations) 63. Archivado del original el 25 de xunu de 2010. https://web.archive.org/web/20100625194742/http://eands.caltech.edu/articles/Millikan%20Feature.pdf. Consultáu el avientu de 2009. 
  6. Feynman, Richard, "Cargu Cult Science" (adapted from 1974 California Institute of Technology commencement address), Donald Simanek's Pages, Lock Haven University, rev. August 2008.
  7. Feynman, Richard P., Ralph Leighton and Edward Hutchings (1997), "Surely You're Joking, Mr. Feynman!": Adventures of a Curious Character. New York: W. W. Norton & Co., Inc. ISBN 978-0-393-31604-9.
  8. NIST Reference on Constants, Units and Uncertainty
  9. The electron and the light-quant from the esperimental point of view. 23 de mayu de 1924. http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1923/millikan-lecture.html. Consultáu el 12 de payares de 2006. 

Otres llectures[editar | editar la fonte]

  • Serway, Raymond A.; Faughn, Jerry S. (2006). Holt: Physics. Holt, Rinehart and Winston. ISBN 0-03-073548-3.
  • Thornton, Stephen T.; Rex, Andrew (2006). Modern Physics for Scientists and Engineers (3rd ed.). Brooks/Cole. ISBN 0-495-12514-8.
  • Serway, Raymond A.; Jewett, John W. (2004). Physics for Scientists and Engineers (6th ed.). Brooks/Cole. ISBN 0-534-40842-7.

http://es.wikipedia.org/wiki/Gravedá

Enllaces esternos[editar | editar la fonte]





Experimento de Millikan