Actividad # 4 Experimento de la gota de aceite de Millikan

INTRODUCCIÓN
COLEGIO DE BACHILLERES DEL ESTADO DE PUEBLA
Realizó: M.C. Jesús Pérez Arcos
Organismo Público Descentralizado
Actividad # 4
“APLICACIÓN DE SOFTWARE EN LA ENSEÑANZA DE QUIMICA”
Experimento de la gota de aceite de Millikan
Con el experimento del tubo de rayos catódicos de Thomson se descubrió que se puede emplear la desviación
de un haz de electrones en un campo eléctrico y magnético para pedir la relación carga/masa (q/me) de un
electrón. Si ahora usted deseara saber la carga o la masa del electrón, sería necesario medir una u otra de estas
cantidades de forma independiente. En 1909, Robert Millikan y su discípulo Harvey Fletcher demostraron que
podían producir gotas de aceite muy pequeñas y depositar electrones sobre ellas (de 1 a 10 electrones por
gota). Después, midieron la carga total de las gotas de aceite desviando dichas gotas con un campo eléctrico.
Usted tendrá la oportunidad de repetir sus experimentos y, empleando los resultados de la tarea de Thomson,
podrá calcular experimentalmente la masa de un electrón.
INSTRUCCIONES
1. Inicie el VIRTUAL LAB y de doble click sobre el WORKBOOK que se encuentra sobre la mesa.
2. Ubique el experimento 1-2 Millikan Oil Drop Experiment (Experimento de la gota de aceite de Millikan) en
la lista de tareas. Se abrirá en Quantum Laboratory (laboratorio de cuántica).
3. ¿Cuál es el propósito de usar un cañón de electrones de este experimento?
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¿Cómo afecta esta fuente a las gotitas de aceite en la cámara de aspersión de gotas?
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Camino a Xilotzingo 2ª.Cerrada No. 6506 Fracc. San José Xilotzingo C.P. 72590 Puebla Pue.
Tel.: 2-11-77-02 E- mail: dir_a_cobaep@hotmail.com

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4. El detector en este experimento es una cámara de video con ocular microscópico para observar las gotitas
de aceite. Seleccione el interruptor de On/off (luz roja/luz verde) para encender la cámara de video.
¿Qué observa en la pantalla de la cámara de video?
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¿Caen todas las gotas de aceite a la misma velocidad?
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¿Qué fuerza provoca que las gotas caigan?
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Las gotas de aceite caen a su velocidad terminal, que es la velocidad máxima posible debida a fuerzas de fricción
como la resistencia del aire. La velocidad terminal una función del radio de la gota. Al medir la velocidad
terminal (Vt) de una gota, se puede calcular su radio y la densidad del aceite.
Después se puede calcular la masa la masa (m) de la gota a partir de su radio y la densidad del aceite. Al
conocer la masa de la gota de aceite, se puede calcular la carga (q) sobre la gota.
IMPORTANTE: lea las instrucciones 5 y 6 antes de comenzar el procedimiento para el paso 5.
5. Mida la velocidad terminal de la gota. Identifique una pequeña cerca de la parte superior de la
ventana que este cayendo cerca de la escala central y haga clic en el botón Show Motion
(movimiento lento) de la cámara de video. Aguarde hasta que la gota llegue a una marca e inicie el
cronometro. Permita que la gota descienda por lo menos dos marcas más y detenga el cronometro.
No permita que la gota caiga hasta el final del campo visual. Cada marca equivale a 0.125 mm.
Anote la distancia y el tiempo en la tabla de datos de la siguiente página.
6. Mida el voltaje necesario para detener la caída de la gota. Una vez medida la velocidad
Terminal, será necesario que detenga la caída de la gota aplicando un campo eléctrico entre dos
placas de voltaje. Esto se hace dando clic sobre los botones en la parte superior o inferior del
control eléctrico hasta que el voltaje se ajuste de modo que la gota deje de caer. Debe hacerse con
movimiento lento. Cuando la gota parezca detenerse, apague el movimiento lento y realice algunos
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ajustes finales, hasta que la gota no se mueva durante un minuto por lo menos. Anote el voltaje, V,
indicando el controlador de voltaje.
Complete el experimento para tres gotas y anote sus mediciones en la tabla de datos.
Tabla de datos
gota Voltaje (V, en volts) Tiempo(t, en segundos) Distancia (d, en metros)
1
2
3
El Experimento de la gota de Millikan es un clásico por la simplicidad del aparato experimental y
completo del análisis de datos. Los siguientes cálculos permiten reducir ecuaciones muy complejas a
otras más sencillas combinando varios parámetros en una sola constante. Millikan y Fletcher tomaron
en cuenta la fuerza de gravedad, la fuerza del campo eléctrico, la densidad del aceite, la viscosidad del
aceite y la presión atmosférica.
7. Calcule la velocidad terminal y anote el valor. Calcule la velocidad terminal, vt, en unidades m°s-1
usando esta ecuación:
Vt= d/t, donde es la distancia que la gota cae en metros y t es el tiempo transcurrido en segundos. No olvide que
la escala en el campo visual se encuentra e mm (1000 mm= 1 m).
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Cada una de las ecuaciones de las instrucciones 7 a 10 se muestra con o sin unidades. Le será mas fácil usar la
ecuación sin unidades en sus cálculos
8. Calcule el radio (r) de la gota y anote el valor. Con la velocidad terminal, podrá calcular el radio, en m, de la
gota usando la siguiente ecuación:
r= (9.0407x10-5 m1/2°s1/2). Vt= (9.0407x10-5 vt, sin unidades)
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9. calcule la masa de la gota y anote el valor. Puede usar la respuesta del #7 para el radio (r) con el fin de
calcular la masa de la gota conociendo la densidad del aceite. La ecuación final para calcular la masa, en Kg,
es
m= V aceite .p aceite =4 /3 .r3. 82 1kg.m-3
r= (3439.0 kg.m-3).r3 = (343.0.r3, sin unidades)
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10. Como aplico un voltaje a través del campo eléctrico para detener la caída de la gota de aceite, las fuerzas
ejercidas sobre la gota deben haberse balanceado; es decir, la fuerza de la gravedad debe ser igual a la
fuerza del campo eléctrico que actúa sobre los electrones pegados a la gota:
qE=mg.
Calcule la carga total (Q tot) en la gota de aceite debida a los electrones usando la ecuación:
Qtot = Q(n) . e = (9.810x10-2 C.kg-1.J-1) .m/V= (9.81x10-2m/V, sin unidades)
Donde Q(n) es el número de electrones en la gota, e es la carga eléctrica fundamental de un electrón, m es
la masa calculada en el #8 y V es el voltaje.
Esta respuesta nos dará la carga total sobre la gota (Qtot). La carga eléctrica fundamental de un electrón (e)
es 1.6x10-19 C (coulombs). Divida la carga total (Qtot) entre e y redondee su respuesta al número entero
más cercano. Este es el número de electrones (Q(n)) que estaban adheridos a la gota. Ahora divida la carga
total de (Qtot) entre Q(n) y obtendrá el valor experimental para la carga de un electrón.
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11. Complete el experimento y los cálculos para por lo menos tres gotas y resuma sus resultados en la tabla de
resultados.
Tabla de resultados
Gota # Velocidad terminal
(v en m/s)
1
2
3
Radio
(r, en
metros)
Masa (m, en
kilogramos)
Carga total de la
gota (Qtot en
coloumbs)
Carga de
un
electrón
(C)
12. Obtenga el promedio de sus resultados para la carga de un electrón. Calcule el error porcentual como sigue:
% error= |su respuesta – 1.6 x 10-19| x 100
1.6 x 10-19
¿Cuál es la carga obtenida para un electrón?
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¿Cuál fue su error porcentual?
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13. Recordara que en el experimento de Thomson no pudo calcular la relación carga/masa (q/me) como 1.7 x 10
11. Empleado este valor para la relación q/me y su carga promedio para un electrón, calcule la masa de un
electrón en kg.
¿Cuál es el valor obtenido para la masa de un electrón en kg?
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