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• Val Mirón León

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UNIVERSIDAD DE GUADALAJARA CENTRO UNIVERSITARIO DE TONALA QUIMICA INORGANICA I NRC:163611

SECCION: Z01

CLAVE: IH171

INGENIERIA EN NANOTECNOLOGIA 2020-A PROFESOR: DR. ESPICIO MONTEROS CURIEL

LABORATORIO DE QUÍMICA PRÁCTICA No.2

Chemlab. Experimento de la gota de aceite de Millikan Nombre del estudiante: MIRÓN LEÓN VALERIA Grado: SEGUNDO Carrera: INGENIERIA EN NANOTECNOLOGÍA RASGOS A EVALUAR

VALOR

Puntualidad en fecha de entrega

2

Limpieza y orden

2

Generalidades

4

Observaciones

4

Esquemas

4

Cuestionario

2

Conclusiones

2

OBTENIDO

TOTAL

____________________ Vo.Bo



OBJETIVO:

Calcular la masa del electrón en el experimento de la gota de aceite de MIllikan.



FUNDAMENTO TEÓRICO:

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 medir la relación carga/masa (q/m) de un electrón. 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.

GENERALIDADES 

MATERIAL:   



Hoja de instrucciones de la práctica a realizar. Software de ChemLab. Hoja blanca para hacer anotaciones.

TÉCNICA: 1. Inicie el Laboratorio virtual de química y seleccione Millkan Oil Drop Experiment (Experimento de la gota de aceite de Millkan) en la lista de tareas. Se abrirá el en el laboratorio de Química Cuántica. 2. Seleccione el interruptor On/Off (luz roja/verde) para encender la cámara de video. En este experimento el detector es una cámara de video con un ocular microscópico para observar las gotitas de aceite. 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 es una función del radio de la gota. Al medir la velocidad terminal (Vt) de una gota, se puede calcular su radio (r). Después se puede calcular 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. 3. Mide la velocidad terminal de la gota. Identifique una gota pequeña cerca de la parte superior de la ventana que esté cayendo cerca dela escala central y haga clic en el botón Slow Motion de la cámara de video. Aguarde hasta que la gota llegue a una marca e inicie el cronómetro. Permita que la gota descienda por lo menos dos marcas más y detenga el cronómetro. No permita que la gota caiga hasta el final del campo visual. Cada marca equivale a 0.125 mm. Anota la distancia y el tiempo en la tabla de datos.

4. 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 campo 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 apaga el movimiento lento y realiza algunos ajustes finales hasta que la gota no se mueva durante un minuto por lo menos. 5. Anota el voltaje (V) indicando en el controlador de voltaje. Completa el experimento para tres gotas y anote sus mediciones. (Tabla 1) 6. De acuerdo a lo observado y con los resultados de la tabla 1 contesta el siguiente cuestionario. TABLA 1. Tabla de datos

Gota 1 2 3



Voltaje (V,en volts) 935 v 833 v 759 v

Tiempo (t, en segundos) :07.33 s :08.71 s :08.00 s

Distancia (d, en metros) .0005m .000375m .000250m

OBSERVACIONES O CUESTIONARIOS, CALCULOS Y ESQUEMAS 1. ¿Cuál es el propósito de usar un cañón de electrones en este experimento? Ionizar las gotas de aceite para dispersarlas de manera minúscula. 2. ¿Cómo afecta esta fuente a as gotitas de aceite en la cama de aspersión de gotas? Lo que hace es que las gotas adquieran una carga negativa debido a los electrones formados que se adhieren a éstas. 3. ¿Qué observa en la pantalla de la cámara de video? Pequeñas gotas de aceite cayendo de arriba hacia abajo. 4. ¿Caen todas las gotas de aceite a la misma velocidad? No, algunas caen de manera más lenta que otras. 5. ¿Qué fuerza provoca que las gotas caigan? Las fuerzas de fricción como la resistencia de aire además de su carga iónica. 6. Calcule la velocidad terminal y anota el valor. Calcule la velocidad terminal en unidades m∙ s−1 usando esta ecuación:

V t=

d t

donde d 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 en mm (1000 mm = 1 m).

Gota

Operaciones

Resultado

.0005 m V t= .0733 s

1

V t= 2

V t= 3

V= 6.821x10-3

.000375 m .0871 s

V= 4.30x10-3

.000250 m .0800 s

V= 3.125x10-3

Cada una de las ecuaciones de las instrucciones siguientes se muestra con y sin unidades le será más fácil usar la ecuación sin unidades en sus cálculos. 7. Calcula el radio de la gota y anota el valor. Con la velocidad terminal podrá calcular el radio en m, de la gota usando la siguiente ecuación.

r =( 9.0407 x 10

−5

1 2

1 2

)

m ∙ s ∙ √ V =9.0407 x 10−5 √ V , sin unidades

Gota 1 2 3

Operaciones −5

Resultado −3

9.0407 x 10 √6.821 x 10 v 9.0407 x 10−5 √ 4.30 x 10−3 v 9.0407 x 10−5 √3.125 x 10−3 v

r= 7.466x10−6 r=5.928x10−6 r= 5.0539x10−6

8. Calcule la masa de la gota y anota el valor. Puede usar la respuesta del número 6 para el radio (r) con el fin de calcular la masa de la gota conociendo la densidad del aceite. La ecuación final será para calcular la masa en kg.

m=V aceite ∙ ρaceite =

Gota 1 2 3

4π 3 ∙ r ∙ 821 kg ∙ m−3=r 3 ¿)= 3439.0 ∙r 3 3

Operaciones

3439.0 ∙¿ 3439.0 ∙(5.928 x 10−6 )3 3439.0 ∙(5.0539 x 10−6 )3

Resultado m=1.093 x10−13 m=2.734 x10−13 m=4.439 x10−13

9. Como aplicó 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 (Qtot) en la gota de aceite debida a los electrones usando la ecuación:

9.810 x 10−2 ∙ m −2 −1 −1 m sin unidades Q tot =Q ( n ) ∙ e=( 9.810 x 10 C ∙ kg ∙ J ) = V V 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 #7 y V es el voltaje. Esta respuesta nos dará el número de la carga de total Q tot sobre la gota la carga eléctrica fundamental de un electrón (e) es 1.6 x 10−19 C (coulombs).

Gota

Operación −2

Resultado −13

9.810 x 10 ∙1.093 x 10 6.821 x 10−3 v 9.810 x 10−2 ∙2.734 x 10−13 4.30 x 10−3 V 9.810 x 10−2 ∙ 4.439 x 10−13 3.125 x 10−3 v

1 2 3

Q tot = 1.143 x 10−17 Q tot =3.219 x 10−17 Q tot =¿ 5.720 x 10−17

Dividida la carga total Q tot entre e y redondeé su respuesta al número entero más cercano. Éste es el número de electrones Q ( n ) que estaban adheridos a la gota. Ahora divida la carga total Q tot entre el número de electrones Q ( n )y obtendrá el valor experimental para la carga de un electrón ( C )

Qtot =C Q(n )

Qtot =Q ( n ) e Got a 1

2

10. 3

Operación

Resultado

1.143 x 10−17 Q ( n )=71.43 1 .6 x 10−19 C 3.219 x 10−17Q ( n )=201.1 1 .6 x 10−19 C

Gota

1

2

8

5.720 x 10−17 Q ( n )=357.5 1 .6 x 10−19 C

3

Operación

Resultado

1.143 x 10−17 1 .6 001 x 10−19 C 71.43 3.219 x 10−17 −19 201.18 1 .6 0005 x 10 C 5.720 x 10−17 1 .6 x 10−19 C 357.5

Completa el

experimento y los cálculos para por lo menos 3 gotas y resuma los resultados en una tabla. (Tabla 2)

Voltaje (v, en volts)

Gota # 1

935 v

2

833 v

3

759 v

Velocida d terminal (v, en m/s) 6.821x10-

Radio (r, en metros)

3

7.466x10−6

4.30x10-3

5.928x10−6

3.125x10-

5.0539x

3

−6

10

Masa (m, en kilogramos)

Carga total de la gota (

Qtot en Coulombs¿

1.093 x

10−13 2.734 x

10−13 4.439 x

10−13

Número de electrones

Q (n)

Carga del electrón ( C)

1.143 x 10−17

71.43

1 .6001 x 10−19 C

3.219 x 10−17

201.18

1 .60005 x 10−19 C

5.720 x 10−17

357.5

1 .6 x 10−19 C

11. Calcula el error porcentual cómo sigue:

% error= 

| promediode lacarga de un electrón−1.6 x 10−19| 1.6 x 10−19

x 100

¿Cuál es la carga promedio obtenida para el electrón?

(1.6001 x 10−19 +1.60005 x 10−19 +1.6 x 10−19) =1.6005 x 10−19 3 

¿Cuál es el error porcentual?

¿

|(1.6 001 x 10−19+1.6 0005 x 10−19+1.6 x 10−19)−1.6 x 10−19|

1.6 x 10−19 |(1.6 005 x 10−19)−1.6 x 10−19| ¿ x 100 1.6 x 10−19 |.005 x 10−19| x 100 1.6 x 10−19 ¿ 3.125 x 10−3 %

x 100

12.Recordará que en el experimento de Thomson pudo calcular la relación carga/masa (q/m) como 1.7 x 1011 . Empleando este valor para la relación carga/masa (q/m), y su carga promedio para un electrón calcule la masa de un electrón en kilogramos.

1.7 x 1011 ( 1.6005 ) =2.72085 x 1011

Imagen 1. Software ChemLab donde se llevó a cabo la práctica Experimento de la gota de aceite de Millikan



CONCLUSIONES: El experimento de la gota de aceite de Millikan es un clásico por la simplicidad del aparato experimental y lo 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 lo tomaron en cuenta la fuerza de gravedad la fuerza del campo eléctrico; la densidad del aceite, la viscosidad del aire, la viscosidad del aceite y la presión atmosférica.



BIBLIOGRAFÍA:



El experimento de la gota de aceite. (2009). Retrieved 1 February 2020, from https://www.enchufa2.es/archives/el-experimento-de-la-gota-de-aceite.html



Anon (2020). Retrieved 1 February 2020, from https://rsef.es/images/Problemas/OEF2011/P3-OEF-2011.pdf



Experimento de Millikan - Robert Andrews Millikan. (2020). Retrieved 1 February 2020, from https://sites.google.com/site/millikan11/experimento-de-millikan



Experimento de Millikan: procedimiento, explicación, importancia - Lifeder. (2019). Retrieved 1 February 2020, from https://www.lifeder.com/experimento-de-millikan/