University of Chicago (Español)
el 30 de noviembre de 2006, como parte de su iniciativa de Sitios Históricos, la American Physical Society presentó una placa a la Universidad de Chicago, en honor a Robert A. Millikan., Millikan recibió el Premio Nobel en 1923 en reconocimiento a dos grandes logros: medir la carga del electrón en su famoso experimento de gota de aceite (Ver «This Month in Physics History», APS News, agosto/septiembre de 2006), y verificar la predicción de Einstein de la relación entre la frecuencia de la luz y la energía de los electrones en el efecto fotoeléctrico, un fenómeno en el que los electrones son emitidos por la materia después de la absorción de energía de la radiación electromagnética, como los rayos x o la luz visible.,
la teoría prevaleciente a finales del siglo XIX sobre cómo se producía la carga, sostenía que la carga era un tipo de «tensión en el éter», algo que podía crecer o encogerse sin restricciones. Las leyes de electrólisis de Faraday, que fueron descubiertas alrededor de 1840, proporcionaron una fuerte evidencia de la cuantización de la carga, pero Faraday nunca apoyó la idea. Él y la mayoría de los físicos de la época creían que la carga, como la masa, era una cantidad infinitamente divisible.
pero en 1897, se dio cuenta de que los rayos catódicos eran en realidad pequeñas partículas cargadas, apodadas «corpúsculos» por su descubridor, J. J., Thomson de la Universidad de Cambridge, y ahora llamado electrones. Al doblar electrones en campos eléctricos y magnéticos, los investigadores pudieron decir que estaban cargados negativamente, y que la relación de carga a masa, e/m, era la misma para todos los electrones, y alrededor de 1700 veces mayor que la del átomo de hidrógeno ionizado. Thomson creía que esto se debía a que la carga era la misma, pero la masa era unas 1700 veces menor., Midiendo la carga en las nubes de gotas de agua en una cámara de nubes, él y sus colaboradores fueron capaces de determinar que la carga en el electrón, o al menos la carga promedio en los electrones en una nube, era aproximadamente 10-19 Coulombs (el Coulomb es la unidad de carga en el sistema métrico). Esto era consistente con su hipótesis de que la carga en el electrón era la misma que la encontrada en el hidrógeno.,
en 1906, Millikan comenzó experimentos en la Universidad de Chicago para tratar de medir cargas individuales de electrones, y con mucha mayor precisión que Thomson y compañeros de trabajo habían sido capaces de lograr. Una de las grandes mejoras fue el uso de gotas de aceite en lugar de la nube de gotas de agua que utilizó Thomson. En el aparato de Millikan, las gotas de agua se habrían evaporado rápidamente, mientras que las gotas de aceite individuales podrían estudiarse durante mucho tiempo. Harvey Fletcher, alumno de Millikan, desempeñó un papel importante en la implementación de esta mejora.,
Millikan estableció un par de placas conductoras paralelas horizontalmente, una encima de la otra, con un gran campo eléctrico entre ellas que podría ajustarse. Una fina niebla de aceite fue rociada en una cámara sobre las placas. Muchas de las gotitas se cargaban negativamente a medida que recogían un pequeño número desconocido de electrones al pasar a través de la boquilla. Algunas de las gotas luego cayeron a través de un agujero en la placa superior y se desviaron hacia la región entre las dos placas paralelas. Iluminadas desde el costado por una luz intensa, estas gotas brillaron cuando la región fue vista a través de un microscopio.,
con el campo eléctrico apagado, Millikan pudo observar una caída y medir su velocidad terminal. Esta medida le dio el radio de la gota, y como conocía la densidad, podía determinar la masa. Luego podía encender el campo eléctrico y ajustarlo para que la fuerza eléctrica equilibrara con precisión la fuerza de gravedad en la caída. Conociendo la fuerza del campo y la masa de la caída, podía calcular lo único Desconocido, la carga en la caída., Esta medición se repitió muchas veces, y a menudo se permitía que la misma caída subiera y bajara en el aparato una y otra vez, a medida que recogía y arrojaba electrones.
trabajando con Fletcher, Millikan demostró que la carga de las gotitas era siempre un múltiplo de 1.592 x10-19C, la unidad básica de carga. Hoy en día, el valor aceptado es de 1.602×10-19C. Publicó sus resultados en 1913.
en 1915, Millikan verificó experimentalmente la ecuación fotoeléctrica de Einstein, E hizo la primera determinación fotoeléctrica directa de la constante h de Planck., El artículo de Einstein de 1905 propuso la descripción simple de» cuantos de luz», o fotones, y mostró cómo explicaban el efecto fotoeléctrico. Al asumir que la luz en realidad consistía en paquetes de energía discretos, Einstein propuso una relación lineal entre la Energía Máxima de los electrones expulsados de una superficie y la frecuencia de la luz incidente. La pendiente de la línea era la constante de Planck, introducida 5 años antes por Planck. Millikan estaba convencido de que la ecuación tenía que estar equivocada, debido al vasto cuerpo de evidencia que ya había demostrado que la luz era una ola., Si Einstein estaba en lo cierto, su ecuación para el efecto fotoeléctrico sugería una forma completamente diferente de medir la constante de Planck.
Millikan emprendió un programa experimental de una década para probar la teoría de Einstein mediante la medición cuidadosa del efecto fotoeléctrico, e incluso ideó técnicas para raspar y limpiar las superficies metálicas dentro del tubo de vacío necesario para un experimento no contaminado.
por todos sus esfuerzos Millikan encontró lo que para él eran resultados decepcionantes: confirmó las predicciones de Einstein en cada detalle, midiendo la constante de Planck a un 0,5% por su método., Pero Millikan no estaba convencido de la interpretación radical de Einstein, y tan tarde como 1916 escribió, la ecuación fotoeléctrica de»Einstein»… a mi juicio, no puede considerarse en la actualidad como un fundamento teórico satisfactorio», a pesar de que» en realidad representa con mucha precisión el comportamiento » del efecto fotoeléctrico. Sin embargo, recibió el Premio Nobel en parte por este descubrimiento.
Millikan todavía es conocido hoy en día mejor por sus famosos experimentos de gota de aceite, y los estudiantes de física de pregrado continúan replicando esta rigurosa medición.