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Experimentos > Analogía “low cost” del experimento de Millikan

Categorías: Fluidos
Palabras clave: Efecto fotoeléctrico, Masa


Autor/es

José Antonio Martínez Pons
jamartinez46@outlook.es

Qué se pretende demostrar

Millikan, en un experimento bastante controvertido demostró que la carga eléctrica elemental estaba cuantizada y midió su valor. Como con el tubo de rayos catódicos se había medido la relación carga masa del electrón los cálculos de su masa quedaban determinados.

En este experimento se utilizará la analogía con el experimento utilizando objetos aproximadamente de igual masa, comprobando su carácter cuantizado y midiendo la masa de ellos,

 Se utilizarán como referencia canicas, pueden utilizarse cualesquiera objetos “iguales” tales como monedas o tornillos.

El experimento consistirá en entregar a los estudiantes unas capsulas también iguales que contendrán un número de objetos. Midiendo la masa de cada capsula deberán averiguar cuál es la masa individual de cada objeto y el número de objetos contenido en cada cápsula-

 Millikan trabajo con gotas de aceite que se ionizaban con una determinada carga. Midiendo la carga adquirida por cada gota situándola entre las armaduras de un consensado y ajustando el campo creado por este hasta que las gotas se mantenían en equilibrio e igualando la fuerza electrostática con el peso de cada gota cuya masa se medía también, determinar la carga era inmediato.

En este experimento cada canica representará una carga elemental, su masa será análoga la carga eléctrica y la masa de las canicas en cada cápsula representarán la carga de cada gota.

 

Obviamente se trata de asimilar objetos casi cuantizados a objetos exactamente cuantizados, esta discrepancia puede incluirse en el error experimental que en la medida siempre existirá.



Dirigido a

o   X Gran Público

o   X Primaria

o   X Secundaria

o   X Universidad 



Materiales necesarios

v  Un lote de unas 30 canicas “iguales” que pueden sustituirse por otros objetos como monedas, tuercas siempre que sean en teoría iguales

v  Unos 10 vasitos de plástico opaco con tapa, si esta no es opaca puede oscurecerse con pintura o acoplándole un poco de papel.

v  Una balanza que aprecie dg o mejor cg.



Descripción

Se preparará un lote de unos siete vasitos. En cada uno de ellos profesor introducirá un número determinado de canicas. Se recomienda que este siempre sea de cinco o más con objeto de minimizar errores. Además, se incluirá un vaso vacío. Otra forma de operar es que el profesor previamente pese cada vaso y accesorios de mismo y rotule el peso sobre el vaso. Si se opera así el protocolo se variará en consecuencia.

 

Se entregará un lote a cada grupo de trabajo y se pedirá a los estudiantes que, mediante pesada de los tarros determinen cuántas canicas contiene cada uno y cuál es la masa de cada canica. Se le dirá que cada vaso representa una gota de Millikan, cada canónica representa una carga elemental y que la masa de las canicas es análoga a la carga eléctrica que adquiriría la cada gota de aceite.

VER FIGURA 2

Puede sugerírseles el siguiente método o dejar que los alumnos descubran uno.

Se pesan los recipientes y se ordenan de menor a mayor peso. Se resta a cada vasito el peso del anterior, o simplemente se resta a todos ellos la masa del vacío o el valor de la masa que les ha dado el profesor. Es conveniente, no obstante que resten las masas corregidas para no operar con excesivas canicas.

La mayoría de textos, indican que el máximo común divisor de las cargas respectivas (en este caso de las masas) sería la carga (masa) elemental sin embargo con os datos experimentales el método no tiene mucho sentido. Lo que se puede hacer es tomar “la menor” diferencia como valor elemental buscado. Si hay varios valores muy aproximadamente iguales se tomara un promedio de estos. Se divide cada diferencia por este valor. Si los resultados que se obtienen son muy aproximadamente iguales, el problema está resuelto y no queda sino comprobarlo destapando las cápsulas, si no, se ensayaran fracciones (1/2; ¡/3; ¼…)  de la menor hasta que se obtiene el valor cumple la condición pedida. A continuación se exponen algunos resultados

 

El primero con canicas y el segundo con monedas. En amarillo se indica el valor o valores “máximo común divisor”

VER TABLAS 1 a 4

Si algún lector desea reproducir el experimento sin hacer las pesadas oportunas ahí van los datos de un experimento hecho con tornillos.  En la tabla 4 se muestran otros datos del propio Millikan con el mismo objetivo.

VER IMAGEN DE DATOS

Solución se trata de tornillos con una masa media de 3,21 g y desviación típica s= 0,05 g

 

Una vez destapadas las cápsulas puede hacerse una comprobación estadística delos resultados, pesando las canicas y calculando su media y su desviación típica. Una desviación típica pequeña es indicativo de que las canicas tienen muy aproximadamente la misma masa.

VER FIGURA 3



Existe algún riesgo

Ninguno



Imágenes

 


Para saber más

Para ampliar el  contenido de esta descripción  pude verse un artículo del autor publicado en Revista Española de Física. Volumen 30 . Número 4 . 2016. Págs. 48-50