Practica No.1 - fisicabolivia

Física General III
Lic. MSc. M. Fernando Matos O.
UNIVERSIDAD PRIVADA DEL VALLE
MATERIA: FÍSICA III
Practica No.1
MEDICIÓN DE LA CARGA ELÉCTRICA FUNDAMENTAL
1. CONOCIMIENTO TEORICO REQUERIDO.Thomson determinó en el siglo XIX la relación carga/masa de los electrones y se
dio cuenta que sus medidas mostraban que la cuantización de la carga era posible
y que podía existir una porción mínima de carga eléctrica; aun así, había
bastantes físicos que opinaban que los rayos catódicos o anódicos tenían
naturaleza ondulatoria. Por tanto, la experiencia de Thomson fue un importante
argumento, pero no decisivo, de la existencia del electrón. La medida de su carga
fue realizada por el físico americano Millikan en 1909.
El objetivo de la experiencia era la
determinación de la cantidad de carga que
lleva una gotita de aceite. La experiencia
constaba de dos partes realizadas con la
misma gotita.
1. La determinación de la su masa o
radio midiendo la velocidad de caída
en ausencia de campo eléctrico.
2. La determinación de su carga
midiendo la velocidad en presencia
de campo eléctrico.
Millikan comprobó que el valor de la carga de cada gota era múltiplo entero de la
cantidad 1.6·10-19 C. La carga eléctrica está, por tanto, cuantizada. Dicha cantidad
se denomina cantidad fundamental de carga o carga del electrón.
Así como una varilla de vidrio frotada adquiere propiedades eléctricas, otras
sustancias se comportan de manera similar. Las gotitas producidas en el
atomizador, adquieren electricidad por fricción, a continuación, pasan a través de
un orificio, al interior de una cámara formada por dos placas horizontales de un
condensador. Un microscopio permite observar el movimiento de cada gota en el
interior de la cámara.
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Determinación del radio de la gota en ausencia de campo
Cada gota cae bajo la acción de su propio peso, pero la fuerza de la gravedad es
anulada por la resistencia del aire, por lo que cae con velocidad límite constante.
Midiendo esta velocidad se determina el radio de la gota. Despreciamos la fuerza
de empuje del aire, ya que la densidad del aceite es del orden de 800 kg/m 3 y la
densidad del aire tan sólo de 1.29 kg/m3.
Suponemos que la gota es una esfera de radio R. Cuando se
mueve con velocidad límite constante
Despejando la velocidad límite
siendo r la densidad del aceite y h la viscosidad del aire.
Determinación de la carga de la gota con el campo eléctrico conectado
Cuando se aplica una diferencia de potencial a las placas del condensador se
establece un campo eléctrico. El sentido del campo eléctrico es tal, que la gota se
eleva con velocidad uniforme. Midiendo esta velocidad se determina la carga de la
gota. Si la gota ha adquirido una carga positiva q y está en un campo E dirigido
hacia arriba, las fuerzas sobre una gota que asciende se muestran en la figura.
Suponiendo que ha alcanzado la velocidad límite constante
Despejando la velocidad v' obtenemos
Los datos necesarios para realizar la experiencia son:

densidad del aceite ρ de 800 kg/m3,

viscosidad del aire η es de 1.8 x10-5 kg/(ms).

La unidad fundamental de carga, o carga del electrón es e=1.6x10-19 C
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2. OBJETIVO.Medir la carga eléctrica de gotas de aceite, para poder comprobar que la carga
está cuantizada.
3. MATERIALES Y EQUIPOS.1.
Una computadora.
2.
Programa simulador escrito en JAVA(Autor: Ángel Franco García)
Página web:
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/millikan/millikan.html
4. PROCEDIMIENTO, MEDICION, CALCULOS Y GRAFICOS.Utilizando el laboratorio virtual.
1. Se introduce la intensidad del campo eléctrico, actuando en la barra de
desplazamiento titulada Campo eléctrico.
2. Se pulsa sobre el botón Nueva gota.
3. Para poner en marcha el reloj se pulsa el botón En marcha, y para parar el
reloj se pulsa el mismo botón pero ahora con el título Parar.
4. Para conectar el campo eléctrico, se pulsa el botón titulado Conectar, para
desconectar el campo eléctrico se pulsa el mismo botón pero ahora con el
título Desconectar.
5. Se prueba con varias gotas hasta encontrar aquellas, que bajen y suban
despacio, para poder medir mejor su velocidad de desplazamiento
6. Medir 3 veces la velocidad de caída de la gota. Hallar el promedio y su
error.
7. Utilizando la misma gota, medir la velocidad de subida con el campo
eléctrico encendido. Hacer tres mediciones y hallar el promedio con su
respectivo error
8. Calcular el radio y la carga eléctrica de la gota.
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Campo eléctrico desconectado
Campo eléctrico conectado
E=
Desplaz.
(mm)
Desplaz.
(mm)
Tiempo Velocidad
(s)
(mm/s)
Tiempo Velocidad
(s)
(mm/s)
Velocidad media v
Velocidad media v'
Radio
Carga
9. Repetir los pasos anteriores para cinco gotas diferentes.
10. Demostrar que los valores obtenidos para las cargas eléctricas de las
gotitas contienen un número entero aproximado de cargas fundamentales
de valor 1.6X10-19C.
.
5. CUESTIONARIO.1. Si bien comprobamos la cuantización de la carga, ¿Podría proponer un
método que permita calcular la carga fundamental a partir del conocimiento
de las cargas eléctricas de las cinco gotas?
2. ¿Por qué cree que se utiliza aceite y no otro material?
6. TIEMPO DE DURACION DE LA PRÁCTICA.La práctica tendrá una duración de 100 minutos.