ACTIVIDAD 6: Millikan, La unidad de carga eléctrica
Por: María Gómez, Álvaro López y Marta Impuesto
1- Explicación de la hipótesis de Symmer acerca del fluido vítreo (+) y el fluido resinoso (-) desde el punto de vista de tus conocimientos de la electrostática. Puedes incluir tus propias fotos o vídeos de pequeños experimentos electrostáticos (recuerda lo que estudiaste el año pasado en Tecnología).
Symmer explicaba que la electricidad era una energía capaz de admitir dos clases de fluidos . Estos fluidos eran dos: resinoso (negativo) y vítreo (positivo). Según Symmer, estos dos fluidos al combinarse se neutralizaban.
Experimentos:
https://www.youtube.com/watch?v=0DjSH9lvIJk&list=UUuHzmuBHxa_W6AnqumqLfRg
(Al intentar poner los vídeos no nos dejaba, dejo el enlace)
(Al intentar poner los vídeos no nos dejaba, dejo el enlace)
2- Explicar el funcionamiento de un tubo de descarga. ¿Por qué consiguió Thomson desviar los rayos catódicos? ¿Cómo influye la presión del gas enrarecido del interior?
El tubo de descarga sirve para la observación de los fenómenos presentes durante la descarga eléctrica de gases en función de la presión y del tipo de gas.
¿Qué es un electrodo?: Un electrodo es una superficie en donde ocurren reacciones de óxido-reducción.
El tubo de descarga funciona de la siguiente manera: En un tubo de vidrio se pone al casi completo vacío. En su extremo izquierdo hay un electrodo (cátodo: negativo) y en el lado opuesto hay otro electrodo (ánodo: positivo). Cuando la diferencia de potencial es suficientemente alta, se percibe una fluorescencia.
El tubo de descarga funciona de la siguiente manera: En un tubo de vidrio se pone al casi completo vacío. En su extremo izquierdo hay un electrodo (cátodo: negativo) y en el lado opuesto hay otro electrodo (ánodo: positivo). Cuando la diferencia de potencial es suficientemente alta, se percibe una fluorescencia.
Video: Tubo de descarga: https://www.youtube.com/watch?v=9tDDLtWQYUU
(No era posible insertarlo a partir de un vídeo, dejamos el enlace)
Thomson hizo tres experimentos con rayos catódicos que le condujeron al descubrimiento de los electrones y de las partículas subatómicas. Utilizó el tubo de rayos catódicos en tres diferentes experimentos:
1er experimento: En este experimento intentó investigar si las cargas negativas podrían ser separadas de los rayos catódicos por medio de magnetismo.
Para ello construyó un tubo de rayos catódicos que terminaba en un par de cilindros con ranuras. Y estas estaban a su vez conectadas a un electrómetro.
Llegó a la conclusión de que la carga negativa es inseparable de los rayos catódicos.
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2o experimento: En su segundo experimento investigó si los rayos catódicos pueden ser desviados por un campo eléctrico. Para ello construyó un tubo de rayos catódicos con un vacío casi perfecto, y uno de los extremos recubiertos con pintura fosforescente. Descubrió que los rayos se desvían bajo la influencia de un campo eléctrico. (Usó el llamado tubo de descarga)
3er experimento: Thomson midió la carga y la masa de los rayos catódicos.
Por lo tanto Thomson consiguió desviar los rayos catódicos gracias a el tubo de descarga que utilizó en su segundo experimento. Descubrió que utilizando este tubo de descarga los rayos se desvían por la influencia de un campo eléctrico
3- Explica el modelo de Thomson del átomo e investiga por qué no es un modelo viable según los descubrimientos posteriores.
El modelo de Thomson sobre el átomo fue el primero de todos después de Los Postulados de Dalton. Thomson describe este modelo del átomo en 1897.
Este modelo atómico se basa en una esfera de materia cargada positivamente, en cuyo interior hay electrones. Fue de esta manera Thomson quien demostró la existencia de electrones a través del experimento de los rayos catódicos. El modelo de Dalton ignoraba la estructura interna del átomo ya que pensaba que toda era igual, pero el modelo de Thomson utilizaba las virtudes del antiguo modelo pero añadía el hecho descubierto de los electrones a través del experimento de los rayos catódicos.
Sin embargo éste no es en verdad el átomo. Fue incompatible con los modelos posteriores aunque estuvo durante un tiempo como el modelo de átomo. Entre sus diferencias con modelos atómicos posteriores destacan el que no tuviera una corteza con electrones girando alrededor del núcleo positivo y que además los átomos para él y para Dalton eran macizos cuando luego Rutherford y Bohr vieron que estaban vacíos.
Modelos posteriores como el de Rutherford y Bohr presentan muchas diferencias con el de Thomson:
4- Millikan trabajó en la Universidad de Chicago a las órdenes de Albert Michelson. Describe brevemente el experimento por el que es famoso este investigador. ¿Qué es el éter? ¿Crees que su existencia sigue siendo una hipótesis viable?
Albert Michelson fue un físico, conocido por sus trabajos acerca de la velocidad de la luz. El experimento que le hizo famoso fue el que hizo con Morley en el que se demuestra y es la primera prueba contra el éter.
Descripción del experimento:
En la base de un edificio que se localizaba cerca del mar realizan el siguiente aparato denominado Interferómetro de Michelson:
Con esto se conseguía enviar a la vez dos rayos de luz perpendiculares entre sí y que recorrían distancias iguales. Así, cualquier diferencia en la velocidad de la luz se detectaría fácilmente. Ésta diferencia sería provocada por la diferente dirección de movimiento de la luz con respecto al movimiento del éter.
Tras todos los experimentos y pruebas llevadas a cabo, los resultados fueron inútiles ya que en ningún momento se obtuvo una diferencia o apreciación sobre que hubiese variado de manera que el éter no tenía velocidad que se pudiera apreciar.
Pero en realidad esto hizo que Albert Abraham Michelson fuese famoso ya que se pensó entonces que no debía existir ese éter. De ahí los pensamientos e investigaciones acerca de que la luz podría viajar en el vacío sin utilizar ningún medio por el que transportarse. Esto derivó en la Teoría de la Relatividad Especial de Einstein. Ya con esto se vio que no existía un éter.
En este vídeo, se muestra una explicación clara del experimento:
Primero, en el proceso de ionización, los átomos se cargan de manera eléctrica debido a que les faltan o les sobran electrones.
Según el modelo de Bohr, al añadirles carga eléctrica a un electrón de un átomo, este aumenta un nivel, es decir, que vaya a un nivel superior. De esta manera, así los rayos X ionizan las gotas de aceite haciendo que los electrones aumenten un nivel y que surja un equilibrio entre estos electrones que han ascendido a un nivel superior con el aumento de carga eléctrica que les han dado los rayos X.
6- Describe el experimento de Millikan. Propongo el siguiente trabajo opcional: realiza el experimento en esta web y presenta los resultados que hayas obtenido (gráficas, cálculos, etc...).
El experimento de Millikan consiste en introducir gotitas de aceite en un elemento gaseoso. Estas gotitas caen lentamente con su peso con una velocidad uniforme. A estas gota se las irradia con rayos X para ionizarlas negativamente. Cuando llegan, a la segunda estancia se activan campos eléctricos que la hacen que estas gotas se encuentren durante unos instantes en equilibrio y luego vuelvan a subir. Durante este proceso Millikan peso el electrón.
7- ¿Qué es el efecto fotoeléctrico? Puedes enseñar alguna aplicación actual de este fenómeno por cuya explicación teórica, Albert Einstein, recibió el premio Nobel. Millikan también comprobó experimentalmente la hipótesis de Einstein aunque dijera de ella que "le falta una base teórica satisfactoria".
El efecto fotoeléctrico consiste en la emisión de electrones por un material cuando se hace incidir sobre él una radiación electromagnética. Este fenómeno es aprovechado en las plantas que utilizan paneles solares, los cuales reciben la energía lumínica del sol transformándola en electricidad.
Albert Einstein publicó en 1905 varios artículos entre los cuales uno trataba del efecto fotoeléctrico y por el cual recibió el premio Nobel de Física en 1922.
Ahora una de las aplicaciones en la que se aplica este fenómeno es en los paneles solares:
Einstein dio la idea de que la luz estaba compuesta por un conjunto de partículas.
Por lo tanto, en los paneles solares aparece el efecto fotoeléctrico porque Einstein dijo en su artículo que cuando la luz/rayos U.V. penetra en una superficie de metal algunos electrones se reemiten. Este proceso aparece en los paneles solares:
Como podemos observar los electrones se expulsan en forma de calor.
Millikan intentaba demostrar que la teoría de Einstein era incorrecta, ya que estaba a favor
de la teoría de Maxwell. Para ésto realizó una serie de experimentos aunque no lo consiguió.
Millikan fue quien midió (1916) la frecuencia de la luz y la energía de los electrones emitidos, y obtuvo un valor de la constante de Planck.
8- ¿Por qué piensas que es interesante que los científicos pasen algunos años en otros centros de investigación distintos a los que se formaron?
Se trata de una pregunta un poco subjetiva pero creo que para toda persona que estudia un tema no tiene porqué ser científico, debe abrir su mente y mirar más allá que su hábitat, en su zona de confort.
Pienso que si un científico está estudiando o investigando acerca de algo, si fuese a otros laboratorios podría contrastar esta información e incluso obtener otro punto de vista de esta. También podría interesarse sobre lo que otros están estudiando y ver otras formas o métodos de investigación.
Todos debemos ver en los demás una herramienta de ayuda y de desarrollo que nos hará crecer y desarrollarnos mentalmente. Creo que éste es un ejemplo muy claro de ello.
9- ¿Por qué es recomendable (o no) leer libros de divulgación científica?
Pienso que este tipo de libros son buenos para nosotros ya que tiene numerosas ventajas. Creo que a la hora de iniciarse en el estudio de la ciencia (son más útiles para principiantes) son muy recomendable. Tienen muchas ventajas como pueden ser:
- Conocer los descubrimientos e investigaciones más importantes
- Que al tener un lenguaje normalmente no muy complicado, es fácil de entender
- Útil para estudiantes que estudien ciencia
Sin embargo a veces estos datos pueden ser erróneos o tal vez mal documentados, sin embargo, creo que son muy útiles.
10- Construye con materiales reutilizados tu propio modelo atómico (Thomson, Rutherford o Bohr) y cuelga en tu blog un reportaje gráfico de él (foto, vídeo o vídeomontaje). A continuación os presento mi modelo de "pizza de aceitunas" del átomo de Thomson:
Como es del modelo atómico que más hemos hablado, hemos realizado un modelo atómico basado en el átomo de Thomsom.
Para realizarlo necesitaremos distintos materiales:
- Cartulina de color
- Compás
- Lápiz
- Tijeras
- Plastilina
1º Recortamos la cartulina por la circunferencia que previamente hemos hecho a la cartulina. De esta manera nos quedará lo siguiente:
2º Después, debemos añadir según el modelo de Thomsom, los electrones en el átomo (utilizando bolas de plastilina) de manera que el núcleo positivo contrarreste los electrones negativos y el átomo esté en equilibrio. Así finalizaríamos nuestro átomo que quedaría de la siguiente forma:
Átomo Neutro: Q+ + Q- = 0
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