Experimento Millikan

Experimento Millikan

Robert Millikan es reconocido por sus estudios de los electrones. Cerca de 1910 (los autores difieren en cuanto a la fecha exacta), realizó un experimento de gran trascendencia, en el cual se dedicó a medir la carga que tiene un electrón, y así quería también confirmar que ésta era la menor carga que podía existir.

Este experimento consistía en usar un pulverizador de perfume para introducir gotitas de aceite dentro de un espacio contenido dentro de dos placas metálicas que se encontraban paralelas y horizontales y que además, estaban conectadas a las terminales de una fuente eléctrica, cargándose una placa negativamente y la otra positivamente. Al pasar por el pulverizador o rociador de perfume, la mayoría de las gotitas eran cargadas eléctricamente, debido a la fricción, en caso de no ser cargadas, también podían ser cargadas con un haz de rayos X que se proyectaría sobre ellas. Al estar cargadas, las gotitas eran atraídas por la placa metálica con carga contraria. Abajo tenía la placa con carga negativa y arriba la placa con carga positiva. Observó a las gotitas que se atraían hacia arriba, o sea, las que estaban cargadas negativamente. Después reguló la tensión de la corriente eléctrica, para que se equilibrara el peso de la gotita con la fuerza de atracción de ésta misma. La gotita quedaría suspendida en el aire. En este punto el peso (mg) sería igual a la fuerza de atracción, por lo tanto, al conocer el peso de la gotita sabríamos la fuerza de atracción y de ésta obtendríamos la carga que posee la gotita. Para conocer el peso solo necesitaba encontrar la masa, que es igual al producto del volumen por la densidad. Millikan determinó la densidad de un tipo de aceite en específico que uso para todas las pruebas y también determinó que las gotitas eran esféricas. El volumen de una esfera está en función de su radio, así que tenía que medir el radio de la gotita para determinar la masa. Para encontrar este dato, Millikan desenchufó la corriente, así que la gotita cayó por el efecto de la gravedad, y midió la velocidad a la que caía. Con una fórmula sencilla, relacionó la fuerza de resistencia del aire que actúa sobre una esfera con la velocidad (que acababa de obtener) y que también está relacionada con el radio. De aquí obtuvo el radio, que utilizo para medir la masa, que luego empleo para poder determinar la carga de la gotita. Repitió el experimento muchas veces más y obtuvo resultados al parecer diferentes, pero todos eran múltiplos de una misma carga: 1.602 x 10-19. Esto quiere decir que la carga de un electrón era ésta, y que sólo cambiaban los múltiplos dependiendo de la cantidad de electrones que ganaban o perdían las gotitas.

Generador Van der Graaff

El generador de Van der Graaff fue diseñado en 1929 por el investigador e ingeniero Robert Jemison Van der Graaff, en el Instituto de Tecnología de Massachusetts, realizando experimentos en el campo de la física nuclear. Este generador tenía la función de producir diferencias de potencial muy altas, para que se aceleraran partículas cargadas, que luego se hacían chocar contra blancos fijos; de esto se obtenían conclusiones sobre las características de los núcleos de los átomos. Para 1931, Van der Graaff hacía logrado que el generador alcanzara diferencias de potencial de hasta 1 MV, aunque hoy en día ya contamos con sistemas que pueden generar diferencias de potencial de hasta 25 MV.

Este generador es muy sencillo. Compuesto de un motor, una correa, dos peines o terminales hechos de hilos de cobre (muy finos), dos poleas y una esfera hueca. Se ensambla así como se muestra en la figura de la derecha. Se puede observar que los peines (H y G) están colocados muy cercanos a las poleas, pero sin tocarlas.

¿Cómo funciona?

El motor empieza a girar las poleas junto con la cinta. La polea inferior es de diferente material que la cinta, y al rozarse constantemente, se provoca que se le electrifique la superficie de la polea inferior. Ésta adquiere una carga negativa y la cinta adquiere una carga positiva. Los electrones de la polea, repelerán los electrones en el peine inferior, haciendo que en las puntas de los peines se concentren cargas positivas, que hará que se produzca un fuerte campo eléctrico entre ambas, y que las moléculas de aire entre la polea y el peine se ionicen. Esto crea un puente conductor entre ellos, que conduce las cargas positivas de la punta del peine hacia la parte externa de la cinta, lo que hará que la cinta esté cargada positivamente en su exterior. La polea superior al rozarse con la cinta, actuará de manera contraria a la polea inferior: en vez de adquirir carga negativa, ésta obtendrá carga positiva. Al encontrarse muy cerca del peine superior, también ocurrirá lo contrario a lo que ocurrió con el peine inferior. Las moléculas del aire entre ambos se ionizarán (igual que en el inferior), pero la cinta repelerá las cargas positivas del peine, dejando los electrones en la punta y atrayéndolos hacia la superficie de la cinta. Esto provocará que ahora la cinta descienda con carga negativa. El peine superior está conectado a la esfera hueca, y al repelerse las cargas positivas de la punta del peine, éstas viajarán por toda la superficie de la esfera. Ésta va a estar cargada muy positivamente y va a actuar de manera muy similar a los peines con la cinta. Al interactuar con materiales en su alrededor (especialmente materiales conductores), atrae los electrones de este material, ionizando las moléculas de aire entre ellos y así podremos observar una pequeña descarga, que es el flujo rápido de electrones de un cuerpo a la esfera.

Precipitador electrostático

La precipitación electrostática se conoce desde el siglo pasado, y ha llegado a ser hoy en día uno de los métodos de separación de humo más empleado en la industria. En 1828, se propuso la aplicación de descargas eléctricas para suprimir el humo, por el alemán Hohlfeld y en 1886, Oliver Lodge, redescubrió esto e intentó aplicarlo en la industria. Alfredo O. Walker adquirió una patente del principio general de la precipitación electrostática, cuando hay materia suspendida en un chorro de gas que está en movimiento. Después de esto, no se volvió a saber de este método en algún tiempo, probablemente porque éste dependía de una máquina electrostática hecha por Wimshurst, que no fue muy eficiente. Hasta 1906, se volvieron a encontrar experimentos con este método, realizados por el doctor Cottrell de la Universidad de California, que buscó aplicar este método en la extracción del ácido de la neblina para fabricar ácido sulfúrico por contacto, aunque la primera demostración práctica del proceso

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