Cargas Electricas

Experimento de las gotas de aceite de Millikan

La carga de un electrón fue medida por primera vez por el físico estadounidense Robert Millikan entre 1909 y 1913. Su experimento consistió en dejar gotas pequeñas de aceite mineral con una carga eléctrica que cayeran por acción de la gravedad entre dos placas paralelas. El campo eléctrico E entre las placas se ajusto hasta que la gota quedo suspendida en el aire. El tirón descendente de la gravedad, mg, justo se cancelo con la fuerza ascendente debida al campo eléctrico. Así que, qE=mg de manera que la carga q=mg/E. La masa de la gota se determino midiendo su velocidad terminal en ausencia de campo eléctrico. Algunas veces la gota estaba cargada negativamente, y otras positivamente, lo que sugirió que la gota había adquirido o perdido electrones (mediante la fricción al salir del atomizador). Las meticulosas observaciones y análisis de Millikan presentaron evidencia convincente de que cualquier carga puede ser un múltiplo entero de una carga mas pequeña, e, que fue atribuida al electrón, y cuyo valor se estableció como e=1.6x〖10〗^(-9) C. Este valor de e, combinado con las mediciones de e/m, nos da la masa del electrón: (1.6x〖10〗^(-9) C)/(1,76x〖10〗^11 C/kg)=9.1x〖10〗^(-31) kg. Esta masa es menor que un milésimo de la masa del átomo mas pequeño, y así se confirmo la idea de que el electrón es solo una parte del átomo. Actualmente el valor aceptado para la masa del electrón es m_e=9.11x〖10〗^(-31) kg.

Generador de Van Graff

Van de Graff inventó el generador que lleva su nombre en 1931, con el propósito de producir una diferencia de potencial muy alta (del orden de 20 millones de volts) para acelerar partículas cargadas que se hacían chocar contra blancos fijos. Los resultados de las colisiones nos informan de las características de los núcleos del material que constituye el blanco.

El generador de Van de Graaff es un generador de corriente constante, mientas que la batería es un generador de voltaje constante, lo que cambia es la intensidad dependiendo de los aparatos que se conectan.

El generador de Van de Graaff es muy simple, consta de un motor, dos poleas, una correa o cinta, dos peines o terminales hechos de finos hilos de cobre y una esfera hueca donde se acumula la carga transportada por la cinta.

En la figura, se muestra un esquema del generador de Van de Graaff. Un conductor metálico hueco A de forma aproximadamente esférica, está sostenido por soportes aislantes de plástico, atornillados en un pié metálico C conectado a tierra. Una correa o cinta de goma (no conductora) D se mueve entre dos poleas E y F. La polea F se acciona mediante un motor eléctrico.

Dos peines G y H están hechos de hilos conductores muy finos, están situados a la altura del eje de las poleas. Las puntas de los peines están muy próximas pero no tocan a la cinta.

La rama izquierda de la cinta transportadora se mueve hacia arriba, transporta un flujo continuo de carga positiva hacia el conductor hueco A. Al llegar a G y debido a la propiedad de las puntas se crea un campo lo suficientemente intenso para ionizar el aire situado entre la punta G y la cinta. El aire ionizado proporciona el medio para que la carga pase de la cinta a la punta G y a continuación, al conductor hueco A, debido a la propiedad de las cargas que se introducen en el interior de un conductor hueco (cubeta de Faraday).

Funcionamiento del generador de Van de Graaff

En primer lugar, se electrifica la superficie de la polea inferior F debido a que la superficie de la polea y la cinta están hechos de materiales diferentes. La cinta y la superficie del rodillo adquieren cargas iguales y de signo contrario.

Sin embargo, la densidad de carga es mucho mayor en la superficie de la polea que en la cinta, ya que las cargas se extienden por una superficie mucho mayor.

Supongamos que hemos elegido los materiales de la cinta y de la superficie del rodillo de modo que la cinta adquiera una carga negativa y la superficie de la polea una carga positiva, tal como se ve en la figura.

Si una aguja metálica se coloca cerca de la superficie de la cinta, a la altura de su eje, se produce un intenso campo eléctrico entre la punta de la aguja y la superficie de la polea. Las moléculas de aire en el espacio entre ambos elementos se ionizan, creando un puente conductor por el que circulan las cargas desde la punta metálica hacia la cinta.

Las cargas negativas son atraídas hacia la superficie de la polea, pero en medio del camino se encuentra la cinta, y se depositan en su superficie, cancelando parcialmente la carga positiva de la polea. Pero la cinta se mueve hacia arriba, y el proceso comienza de nuevo.

La polea superior E actúa en sentido contrario a la inferior F. No puede estar cargada positivamente. Tendrá que tener una carga negativa o ser neutra (una polea cuya superficie es metálica).

Existe

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