Vamos a continuar con las preguntas
de nuestro libro. Esta vez, en vez de seguir el orden de capítulos lógico,
vamos a dar un salto y vamos a pasar al capítulo de Millikan. Este científico
estadounidense vivió en el siglo XIX y XX. Ganó un premio nobel, y es sobre
todo conocido por sus estudios sobre el electrón, el efecto fotoeléctrico
y los rayos cósmicos.
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| Millikan |
Para empezar el estudio, hablaremos
sobre Robert Symmer. Este físico escocés del siglo XVIII hizo una teoría
relacionada con la electroestática. Para él, había dos tipos de fluidos. El
primero, era positivo y vítreo, y era completamente opuesto, en todos los
sentidos, al segundo, que era negativo y resinoso. Al juntar estos dos fluidos,
se obtenía la neutralidad.
Como podemos ver, esto de la
electricidad y las cargas no estaba muy avanzado todavía. Se puso de moda
entonces hacer experimentos con tubos de rayos catódicos. El norteamericano
Robert Thomson puso especial empeño en construirlos.
Estos tubos están constituidos por
un polo positivo, que se denomina ánodo, y otro negativo, llamado cátodo y un
gas a baja presión. Estas dos placas se encuentran conectadas a grandes
baterías. Cuando se enciende la batería, hace que los electrones fluyan y
choquen con los átomos de gas, quitándoles los electrones, por lo que les
convierten en iones positivos los cuales son atraídos por el cátodo, el polo negativo.
Todo esto, hace que se desprendan fotones del gas, que son los responsables de
que veamos la luz.
Thomson decidió extraer la
máxima cantidad de gas de un tubo de rayos catódicos haciendo que en su
interior existiera un vacío. De este modo, vio que los rayos catódicos se veían
desviados por los campos eléctrico y magnético.
Generalmente, un gas es un mal
conductor eléctrico, pero si a este gas le aplicamos tensión, el gas se
convierte en un buen conductor de la electricidad. Esta tensión la podemos
aplicar mediante una descarga utilizando los electrodos del tubo. Sin embargo,
si la presión del tubo disminuye, se origina una corriente de rayos catódicos
(se desplazan siempre desde el electrodo negativo hasta el positivo, siendo el
negativo el cátodo, y el positivo el ánodo.
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| Tubo de rayos catódicos |
A parte de este experimento, Thomson
es también conocido por otra cosa, y es su modelo atómico. En dicho modelo el
átomo está compuesto por electrones de carga negativa en un átomo positivo. Él
pensó que los electrones se distribuían uniformemente alrededor del átomo en
una cantidad tal que la carga eléctrica negativa de todos ellos compensaba
exactamente la carga positiva.
No es un modelo atómico fiable ya
que un átomo así sería inestable y toda la materia habría desaparecido poco
después de haberse creado. Además, las predicciones del modelo de Thomson
resultaban incompatibles con resultados de algunos experimentos, como el
experimento de Rutherford, que sugería que la carga positiva estaba concentrada
en una pequeña región en el centro del átomo, que es lo que se conoció como
núcleo atómico. El modelo de Thomson también dejó de explicar la regularidad de
la tabla periódica de Mendeleiev.
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| Model atómico de Bohr |
Pero bueno, pasemos ahora a hablar
del protagonista del capítulo, Robert Andrews Millikan. Tras estudiar en varias
universidades, el físico pasó a formar parte de la universidad de Chicago. Allí
estuvo bajo las ordenes de Albert Michelson, que también un premio nobel. Este
señor es conocido por un experimento práctico con el que consiguió demostrar
que el éter no existía y que la velocidad de la luz en el vacío era constante.
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| Michelson |
En principio, Michelson tenía como
objetivo (junto con su compañero Edwars Morley) medir la velocidad relativa a
la que se mueve la Tierra con respecto al éter.
Para poder entender este
experimento, que explicaremos más tarde, es necesario conocer que era el “éter”
para estos científicos. Aunque se demostró que no existía, esta hipotética
sustancia no era más que lo que ocupaba todos los espacios vacíos, como si
fuera un fluido. Evidentemente, para los científicos que creían que el éter, el
vacío no existía.
Hoy en día está completa y
absolutamente que no existe tal cosa como el éter. Todas las teorías que lo
contengan están consideradas obsoletas.
Pasemos, al fin, con el experimento.
Nosotras solo haremos un pequeño boceto de él, pero si el lector quiere, puede
visitar la página de wikipedia (http://es.wikipedia.org/wiki/Experimento_de_Michelson_y_Morley),
donde está mucho más detallado.
Lo que se hacía era lanzar un haz de
luz que recorría dos distancias iguales, y se les hacía regresar a un mismo
punto. Allí se medían las interferencias.
Como no había ninguna, se concluyó
que el éter no tenía características, y que por lo tanto no existía, además de
lo de que la velocidad de la luz en el vacío es constante.
Millikan es sobretodo conocido por
su experimento, con el cual midió la carga del electrón, y tenemos la intención
de explicarlo.
Para poder entenderlo es necesario
conocer el modelo atómico de Borh, ya que un parte del experimento se basa en
él. El modelo atómico de Bohr dice que los electrones giran alrededor del
núcleo describiendo sólo determinadas órbitas circulares. Los electrones se
organizan en capas y en cada capa tendrán una cierta energía, estas capas se
denominan capas de energía.
A medida que se van llenando los
niveles, los electrones se van situando en niveles superiores.
Se sabía que los rayos X ionizaban a
las gotas de aceite, las cargaban eléctricamente, ya que, a estas gotitas se le
adherían todos los electrones del aire liberados por los rayos X, cargándose
cada una de manera distinta. Esta gota de aceite está formada por millones de
moléculas, de todas ellas, los rayos X electrizarán a un número determinado y
la gota de aceite en sí adquirirá una carga eléctrica múltiplo de la carga del
electrón.
Una vez esto conocido, pasemos a explicar el
experimento en sí. La idea en la que se basaba era sencilla pero genial. Las
gotas de aceite, cuando las tiramos desde un sitio, caen, porque tienen peso.
Ese peso es atraído por la Tierra con una fuerza, que podemos medir. Esa
atracción la podemos contrarrestar con algo. Existen unos rayos, llamados “X”,
que ionizaban las moléculas, es decir, que les daban carga. Si utilizamos estos
rayos para darle carga al aceite, y ponemos imanes en el suelo y en el techo de
donde estén, si modulamos con delicadez la fuerza de los imanes, llegará un
momento en el cual contrarresten perfectamente la fuerza de la gravedad y las
gotas se queden flotando. Cuando estén en esa posición, sabremos que la fuerza
de carga, q · E (siendo q la carga que desconocemos de la gota y E el campo
eléctrico) es igual a masa por gravedad. Como sabemos todo esto menos la q,
podremos despejar la ecuación, y obtener así la carga del electrón.
Pasemos ahora a la realización del
experimento en sí. En una cámara cerrada se ajustan dos placas horizontales
metálicas, que están conectadas a una serie de baterías con un voltaje
regulable. En el parte de arriba hay un pulverizador, que soltará gotitas de
aceite cuando queramos. En la parte de abajo hay tres ventanas por donde irán
los rayos X, que son los que se encargaban de cargar las gotas, una fuente de
luz, y una ventana por donde mirar los que pasa dentro de la cámara.
Para empezar hay que medir la
velocidad a la que caen las gotitas sin encender la batería, para así poder
saber a que equivale el m·g. Empezamos a regular cuanta energía dan las pilas,
hasta ver una gotita flotando. Entonces, tomamos ese dato. Esta última parte la
repetimos muchas veces, y obtenemos la media de cargas, para tener un
dato mejor. Millikan obtuvo que este era igual 1,6 · 10^-9, pero el dato
exacto es 1,6021773·10^-9. Gracias a este experimente Millikan obtuvo su Nobel.
Como última parte de teoría de esta
entrada, vamos con lo que se desarrolló después de este experimento, el efecto
fotoeléctrico. Este consiste en la emisión de
electrones por un metal o fibra de carbono cuando se hace incidir sobre él una
radiación electromagnética (luz visible o ultravioleta). El efecto
fotoeléctrico es lo opuesto a los rayos X, ya que indica que los fotones
luminosos pueden transferir energía a los electrones y los rayos X son la
transformación en un fotón de toda o parte de la energía cinética de un
electrón en movimiento.
En la actualidad, el efecto
fotoeléctrico se utiliza también para la fabricación de células utilizadas en
los detectores de llamaz de las calderas de las grandes centrales
termoeléctricas, o para el funcionamiento de los sensores utilizados en las
cámaras digitales.
En esta entrada, además de todo este
texto de ciencia, vamos a tratar otros temas que son casi igual de relevantes
para los científicos y gente interesada en la materia.
Primero, ¿es bueno que los científicos
pasen algunos años en otros centros de investigación distintos en los que se
forman? Nosotras opinamos que, que a pese a no ser absoluta y completamente
necesario, es, al menos, interesante. Viajando siempre se obtienen nuevos
puntos de vista y nuevas formas de pensar, y con la ciencia no iba a ser una
excepción. A parte de esto, se pueden conocer otros laboratorios, y, en algunos
casos, ver nuevas innovaciones
Y, segundo, ¿es bueno leer libros de
divulgación científica? Evidentemente, sí. Leer
libros sobre ciencia es siempre bueno (o casi siempre). De hecho, el libro que
estamos leyendo, “De Arquímedes a Einstein, está considerado dentro de este
grupo. Leer libros de este género nos ayuda a conocer el mundo que nos rodea, y
dificulta el ser engañados.
Concluyamos con algo creativo. Hemos
construido nuestro propio modelo atómico, con materiales reutilizados. ¿Qué
opináis?
Este modelo constituye al
modelo atómico de Bohr. Está hecho con un donut, el agujero del donut, sería el
núcleo donde se encuentran los protones, con carga positiva y los neutrones,
con carga neutra. Mientras que en el propio donut, estarían las órbitas y los
electrones. Las virutas corresponden a los electrones, pero hay que tener en
cuenta , que en las primeras capas de un átomo no hay tantos electrones
