Esperimentu de Millikan
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 fuercia gravitatoria (dirixida escontra baxo) cola flotabilidá (dirixida en sentíu contrariu a la gravitacional) y les fuercies llétriques nes minúscules gotes d'aceite cargaes suspendíes ente dos electrodos metálicos. Puesto que la densidá del petroleu yera conocida, les mases de les "gotes", y polo tanto les sos fuercies gravitatories y de flotación, podríen determinase a partir de los sos radios reparaos. Usando un campu llétricu 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'error del valor anguaño aceptáu de 1,602176487|(40).10-19 C. Propunxeron qu'ésta yera la carga d'un únicu electrón.
Fundamentu
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 resultaos[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 fuercia llétrico contra la fuercia d'atraición gravitatoria nes minúscules gotes d'aceite, cargaes por esfregadura, suspendíes ente dos electrodos metálicos. Conociendo'l campu llétricu, determinar la carga na gota. Repitiendo l'esperimentu pa munches gotes, Millikan demostró que los resultaos 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 pequeña que la d'un átomu d'hidróxenu. Resultaos paecíes fueren atopaos por George Francis FitzGerald y Walter Kaufmann. La mayoría de lo qu'entós se conocía alrodiu de la lletricidá 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 exactu 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 práutica 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 correutamente.
Procedimientu esperimental
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 llétricu uniforme nel espaciu ente elles. Utilizóse un aniellu de material aislante pa caltener les plaques separaes. Cuatro furacos cortar nel aniellu, 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 llétricamente 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
Primeramente , les gotes d'aceite déxense cayer ente les plaques col campu llétricu 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 fuercia llétrico escontra riba FY ye mayor que la fuercia 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 caltiénse nel centru del campu de visión coneutando 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 llétricu. La fuercia 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 llétricu) de la gota que cai, η ye la mafa del aire, y r ye'l radiu 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 fuercia total qu'actúa sobre ella ten de ser cero. Asina les dos fuercies 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 fuercia llétrico sobre la gota ye:
onde q ye la carga de la gota d'aceite y Y ye'l campu llétricu 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 práutica 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 práuticu 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
Esiste ciertu discutiniu plantegáu pol historiador Gerald Holton sobre l'usu de la selectividá nes resultaos 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 Colorado 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 l'error estadísticu en y. Esto dexó a Millikan citar que calculara y con un error 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 resultaos 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
Nun discursu d'apertura dau nel Institutu Teunolóxicu de California (Caltech) en 1974 (y reimpreso en ¿Ta usté de chancia, Sr. Feynman?), el físicu Richard Feynman señaló:
A partir de 2008, el valor aceptáu pa la carga elemental ye 1,602176487|(40).10-19 C}},[6] 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,[7] 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 esviación estándar de Millikan, polo que'l desalcuerdu ye significativu.
Referencies
Otres llectures
http://es.wikipedia.org/wiki/Gravedá
Enllaces esternos
- Thomsen, Marshall, "Good to the Last Drop Plantía:Webarchive". Millikan Stories as "Canned" Pedagogy. Eastern Michigan University.
- CSR/TSGC Team, "Quark search experiment". The University of Texas at Austin.
- L'esperimentu de la gota d'aceite apaez nun llistáu de Science's 10 Most Beautiful Experiments Plantía:Webarchive orixinalmente publicáu nel New York Times.
- Engeness, T.Y., "The Millikan Oil Drop Experiment". 25 April 2005
- Plantía:Cita publicación, Artículu de Millikan aldericando cambeos al so esperimentu orixinal p'ameyorar la so precisión.
- Millikan Oil Drop Experiment in space. Una variante d'esti esperimentu foi suxerida pola Estación Espacial Internacional.
- ↑ Plantía:Cita publicación
- ↑ Ehrenhaft, Felix , Über die Kleinsten Messbaren Elektrizitätsmengen, Phys. Zeit., 10(1910), p. 308
- ↑ Plantía:Cita publicación
- ↑ Plantía:Cita publicación
- ↑ Plantía:Cita publicación
- ↑ NIST Reference on Constants, Units and Uncertainty
- ↑ Plantía:Cita publicación