Universidad Nacional de Colombia Fundamentos de física moderna Nicolás Galindo Gutiérrez Código: G1E09Nicolas MEDICIÓN DE LA CARGA DEL ELECTRÓN

EXPERIMENTOS ANTERIORES  J. J. Thomson, descubrió el electrón en 1897, cuando medía la relación carga-masa de los electrones en un haz de luz. Sin embargo, el valor de la carga y si era fundamental seguían siendo preguntas abiertas.

Experimento de Robert Millikan  En la Universidad de Chicago, en un principio Millikan se dio cuenta que el aumento gradual del campo eléctrico dispersaría una nube de agua, así que solamente tomaron unas gotitas. Decidió aislar gotas simples, pero pronto quedó claro que se evaporaban demasiado pronto para hacer mediciones fiables.  Mas tarde uno de sus estudiantes, Harvey Fletcher, descubrió que, con un aceite ligero del que se usa para lubricar relojes, podían hacer que las gotas durasen más tiempo.

Experimento de Robert Millikan  Para el experimento diseñaron dos cámaras: En la cámara alta, un atomizador dispersaba una fina niebla de gotitas de aceite de tamaño micrométrico. Las gotitas individuales caerían a través de un fino agujero en la cámara inferior, la cual consistía en dos placas horizontales, a unos 16 milímetros una encima de la otra.  El aire de la cámara se ionizaba con rayos X, por lo que los iones o electrones libres podían ser capturados en las gotas que caían.  Una pequeña ventana al lado permitía a los científicos observar las gotas a través de un telescopio. Las gotas caían con suficiente lentitud, debido a la fricción atmosférica, de tal manera que los investigadores pudieron medir su velocidad de bajada a ojo, usando líneas horizontales en el telescopio.  Partiendo de esta velocidad, se podía estimar el tamaño y la masa de cada gota.

Experimento de Robert Millikan Observando el movimiento de gotas de aceite cargadas en un campo eléctrico vertical producido por un condensador de placas con distancia entre placa, determina a partir del radio r y del campo eléctrico E=U/d; la carga q de una gotita en suspensión. Al mismo tiempo verifica que q sólo se presenta como un múltiplo entero de una carga elemental e, esto es: q = n*e  Para determinar la carga q 0 sólo falta conocer el radio r 0 de la gotita observada que puede ser obtenida fácilmente a partir del equilibrio de fuerzas de su peso resultante F = –V·Δρ·g y de la fricción de Stokes F 1 cuando la gotita cae, en donde Δρ es la diferencia de densidades entre aceite y aire.  Se cumple entonces: 0 = F+F 1 = –4/3 π·r 0 3 ·Δρ·g + 6π·η·r 0 ·v 1 ó r 0 = √(9ηv 1 / 2Δρg).

Experimento de Robert Millikan  Para determinar con exactitud la carga q se debe considerar que la fricción de Stokes para radios r muy pequeños debe ser corregida, ya que estos se encuentran en el orden de magnitud del recorrido medio libre de las moléculas de aire. La fórmula para la fricción corregida dependiente de la presión de aire p tiene la siguiente forma:  F = 6πηrv / (1+b/rp)  donde b = 80 µm·hPa (constante).  Si reemplazamos A = b/p el radio corregido r deviene en:  r = √(r A 2 /4) – A/2  y la carga corregida q es entonces:  q = q 0 / (1+A/r) 1,5.

REFERENCIAS  la-medida-de-la.html#sthash.fucHaQDq.dpuf la-medida-de-la.html#sthash.fucHaQDq.dpuf 