Moléculas

Todo cuerpo está constituido por elementos más pequeños llamos Partículas.

Toda partícula está formada por partes más pequeñas, denominadas moléculas

Toda molécula está conformada por varios átomos.

Dentro del átomo hay : El núcleo y los electrones que giran alrededor de él.

Dentro del núcleo se encuentran los protones (carga +) y neutrones (sin carga )

Comparado con el electrón, el protón posee una carga de idéntica magnitud pero de signo opuesto (Carga del electrón = 1.6 x 10*--19 C )

La masa del electrón en reposo es : 9.1091 x 10*--31 kg

La masa del protón en reposo es..: 1.6725 x 10*--27 kg

Observando ambas cantidades, veremos que la masa del protón es 1836 veces superior a la masa del electrón.

Esta relación carga/masa refleja su poca movilidad relativa y, por lo tanto, el que los fenómenos asociados al transporte de carga hayan podido ser entendidos tan sólo tomando en cuenta al electrón.

EXPERIENCIA DE LA GOTA DE ACEITE DE MILLIKAN

Tratamiento teórico

Según la ley de Stokes, si un cuerpo se mueve con velocidades bajas en un fluido, experimenta una fuerza de frenado proporcional a dicha velocidad. En el caso de que el cuerpo se trate de una esfera, esta fuerza adopta la siguiente forma:

donde  es la viscosidad del fluido, y r el radio de la esfera.

Si esta esfera experimenta una caída libre, tenderá a alcanzar una velocidad límite VL, más o menos constante, que determinamos mediante el principio de Arquímedes de esta manera:

Determinación de la carga del electrón y de la relación carga masa

siendo  la densidad del material de la esfera, y ´ la del fluido.

Cuando esta esfera es muy pequeña, la viscosidad no es constante, y adopta la siguiente forma:

Determinación de la carga del electrón y de la relación carga masa

donde k es una constante característica del medio y 0 es la viscosidad para esferas de gran tamaño (r>>k). Aplicando esta fórmula a la anterior se obtiene:

Si esta esfera tiene carga q y se ve sometida a un campo eléctrico uniforme producido por un par de placas planoparalelas separadas por una distancia d y conectadas a una diferencia de potencial V, sufrirá una fuerza eléctrica:

que es perpendicular a las placas. Si es vertical y hacia arriba, la esfera permanecerá en equilibrio cuando se iguale al peso aparente.

es decir, cuando:

Esto lo utilizaremos en la experiencia de la gota de aceite de Millikan para determinar la unidad elemental de carga e.

Método de trabajo

Disponemos para realizar esta práctica de un montaje compuesto por una lámpara de iluminación y una fuente de alimentación conectada a unas placas paralelas, cuyo interior puede ser visualizado gracias a un microscopio. Estas placas están cubiertas por una placa de plástico con un orificio, y debajo otra placa metálica también con un pequeño orificio. Las placas deben situarse horizontalmente para asegurarse de que el campo eléctrico sea vertical (paralelo al peso).

El experimento consiste en pulverizar enérgicamente aceite sobre este orificio, de manera que penetren en el interior de las placas pequeñas gotas de aceite. Estas gotas deben estar electrizadas, lo que podemos conseguir de dos maneras: o frotando con un trapo de lana la tapa de plástico para conseguir electricidad estática, o pulverizando enérgicamente, para conseguir que alguna de las gotas roce con las paredes del orificio de salida, para que se carguen por la fricción. Una vez pulverizado y comprobado que en el interior de las placas hay gotas, debemos conectar el potencial al máximo y seguidamente encenderlo y apagarlo para ver si alguna de las gotas está cargada. Las que oscilen verticalmente son las que están cargadas. En caso de conseguir varias, la más útil es aquella pequeña, ya que tiene pocos electrones. A continuación, una vez que únicamente tenemos en el microscopio nuestra gota cargada, buscamos un potencial en la que la fuerza eléctrica compense la fuerza gravitatoria, y por tanto la gota esté en equilibrio. Aumentamos el potencial hasta que la gota se desplace a la parte superior (inferior vista a través del microscopio), anulamos el campo y la dejamos caer para ver la velocidad límite de caída. En estas experiencias, hemos conseguido los siguientes resultados:

Potencial (V)

Tiempo (s) ±0.1s

Velocidad (·10-5 ms-1)

Radio (·10-7 m)

Carga (·10-19 C)

n=q/e

145

45.16

2.77

4.84

1.46

0.9 (~1)

317

31.10

4.02

5.91

2.26

1.3 (~1)

118

52.05

2.40

4.48

1.79

1.1 (~1)

118

48.21

2.59

4.67

1.86

1.2 (~1)

89

41.32

3.02

5.08

2.03

1.2 (~1)

Tabla 1: Resultados de la experiencia de la gota de Millikan.

La primera columna muestra el potencial al que nuestras gotas se quedaron en equilibrio. La segunda columna muestra el tiempo en que las gotas tardaron en recorrer 3 cuadros en la celdilla del microscopio, donde cada cuadro medía 4.17·10-4 m. Con este tiempo y la distancia, como sabemos que la velocidad límite es prácticamente constante, hallamos mediante s=v·t la velocidad. El radio y la carga las calculamos mediante las fórmulas:

Y a continuación, buscamos la relación entre la carga hallada y la carga conocida del electrón, obteniendo así el número de electrones que hay en la gota.

Discusión

El valor n no nos da exactamente uno porque al medir el tiempo de caída lo hacemos a mano. Esto conlleva un error que lo arrastramos al radio, del radio a la carga y por esa razón no obtenemos el valor conocido de 1.6·10-19. Además, encontramos dificultades al intentar encontrar un potencial donde la gota estuviera en equilibrio, ya que siempre tenía algún tipo de movimiento. Por tanto pensamos que el error del resultado es debido a estos factores.

DESVIACIÓN DE UN HAZ DE ELECTRONES POR UN CAMPO MAGNÉTICO; MEDIDA DE LA RELACIÓN

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