MILIKAN

«La plenitud del conocimiento significa siempre una cierta comprensión de la profundidad de nuestra ignorancia, y siempre conduce a la humildad y la reverencia» - Robert Andrews Millikan

Para comprender bien el trabajo de Millikan es importante hablar primero de la hipótesis de Symmer:

La hipótesis de Symmer habla de lo que es la electricidad en sí misma. Esta hipótesis dice que al electrizar un cuerpo se crean dos fluidos muy tenues: uno es positivo o vítreo, el otro negativo o resinoso. Las propiedades de estos fluidos son contrarias, y al combinarlos, se neutralizan. Al haber una fuerza repulsiva entre las moléculas de un mismo fluido, y una atractiva entre ellos, se explica por qué algunas superficies se atraen y se quedan pegadas al frotar una sobre otra. Algunos cuerpos tienen un tipo de electricidad vítrea y otros resinosa, cuando frotamos dos cuerpos con fuerzas distintas se atraen, mientras que cuando tienen el mismo tipo de fuerza eléctrica, se repelen. Una bola en un péndulo, por ejemplo, es repelida por una barra de resina, y sin embargo, es atraída por una barra de vidrio. Esto nos lleva a la conclusión de que la bola del péndulo tiene el mismo tipo de fuerza que la barra de resina, es decir, es un fluido resinoso (con carga positiva).

Él explicaba que la electricidad no era una sola fuerza, como antes se creía, sino estas dos fuerzas opuestas.

A continuación mostramos unas experiencias electrostáticas. En todos los casos o el globo se queda pegado, o hace que otras cosas se queden pegadas después de haber frotado el globo con lana. Al hacer esto estamos haciendo que el globo se cargue negativamente y al tener el cuerpo que atrae carga positiva, se atraen y se juntan, ya que sus cargas son contrarias. Si tuviésemos dos materiales como el del globo y frotásemos los dos con lana, al intentar juntarlos se repelerían, ya que tendrían los dos carga eléctrica negativa:

Para desviar los rayos catódicos, Thomson utilizó un tubo de descarga:

Un tubo de descarga es un cilindro de vidrio, con gas en el interior, en el que se producen reacciones eléctricas entre los dos electrodos que lo forman. Estos electrodos se conectan a una fuente de voltaje alto y el gas se somete a baja presión para que puedan conducir la electricidad. Esta presión influye en el gas ya que los gases no conducen la electricidad a no ser que la presión a la que están sometidos sea muy baja. En ese caso desprenderán una luminosidad.Si esta presión se reduce aún ,ás, lla luminosidad del gas irá disminuyendo poco a poco, emitiendo los rayos catódicos.

Thomson consiguió desviar los rayos catódicos mediante un campo magnético y un tubo con el mayor vacío posible en su interior. Primero lo intentó con un tubo de descarga normal, pero aunque él pusiera un campo magnético, los rayos no se desviaban. Decidió entonces crear un tubo nuevo con mayor vacío y añadió, en su interior, un campo magnético. De esta manera, cuando los rayos pasaban por él al ir de un electrodo a otro, se desviaban.

En 1897 Thomson descubrió el electrón, y lo incluyó en su modelo atómico. Este modelo del átomo explica el átomo como si fuera una gran masa con carga eléctrica positiva con electrones (de carga negativa) incrustados en la parte positiva. A este modelo se le conoce como “tarta de grosellas” o “pudin de pasas” porque, en efecto, su forma se asemeja con la forma de estos postres.

Sin embargo, había incorrecciones en la distribución de los elementos. Rutherford, más tarde, descubrió que la carga positiva se encontraba en una pequeña parte del átomo, gracias a su descubrimiento de que había un núcleo atómico cargado positivamente y que era de elevada densidad pues en él se concentraba casi toda la masa del átomo. No podía tratarse, por lo tanto, de una gran masa con carga eléctrica positiva. Rutherford descubrió así que el átomo consta de dos partes: el núcleo y la corteza (formada por los electrones que giraban alrededor del núcleo).  

A esto se suma que Thomson con su modelo no había conseguido explicar las regularidades de la tabla de Mendeleiev, explicaciones que conseguirían más tarde Bohr, Sommerfeld y Schröndinger. Estos últimos descubrieron una distribución más ordenada de los electrones en el átomo, que ni Rutherford ni Thomson habían descubierto.

Durante una parte de su vida, Milikan trabajó en la Universidad de Chicago a las órdenes de Albert Michelson. Este investigador estadounidense se hizo famoso por su medición (junto con Morley) de la velocidad en la que se movía la Tierra respecto al éter. Lo hizo midiendo la línea de la tierra con líneas de acero. Una vez hecho esto tardó dos años hasta que la determinó, usando unos aparatos ópticos. Realizó varios experimentos para determinar la velocidad de movimiento de la Tierra con respecto al éter comparándola con la velocidad de la luz, que midió en dos direcciones perpendiculares y que tenía diferente velocidad lineal relativa al éter. Estos experimentos dieron negativo, lo que sugería que la Tierra no se desplazaba, por lo que se desmintió la existencia del éter como ente físico. Más tarde la teoría de la relatividad, que se basó en estas observaciones, explicaría por qué daba negativo.

Gracias a sus invenciones sobre instrumentos ópticos para realizar diferentes estudios, recibió el Premio Nobel de Física en 1907.

En la antigüedad pensaron que la luz no se podía propagar por el vacío así que pensaron que existía un medio material por el que lo hacía, lo llamaron éter (el quinto elemento o la quintaesencia). Además como la velocidad de la luz dependía de la densidad del medio por el que se propagaba, se pensó que el éter era muy poco denso, ya que la luz se propagaba muy rápido. Actualmente, ya no se cree en su existencia ya que gracias a este experimento, a la teoría de la relatividad, y a muchos otros experimentos, se sabe que la luz puede propagarse en el vacío; las ideas que necesitaban la existencia del éter en su explicación ya se han entendido de otras maneras… Por esto pensamos, que el éter, en realidad no existe.

En sus experimentos, Millikan observó como las gotas de aceite se ionizaban. Esto se explica fácilmente gracias al modelo atómico de Bohr.

Niels Henrik David Bohr nació en Copenhague el 7 de octubre de 1885 y  murió el 18 de noviembre de 1962, fue un físico danés que realizó contribuciones fundamentales para la comprensión de la estructura del átomo y la mecánica cuántica. Fue galardonado con Premio Nobel de física en 1922 por sus trabajos sobre la estructura atómica y la radiación. Numerosos físicos, basándose en este principio, concluyeron que la luz presentaba una dualidad onda-partícula mostrando propiedades mutuamente excluyentes según el caso.

Basándose en las teorías de Rutherford publicó su modelo atómico en 1913, introduciendo la teoría de las órbitas cuantificadas, que en la teoría mecánica cuántica consiste en las características que, en torno al núcleo atómico, el número de electrones en cada órbita aumenta desde el interior hacia el exterior.

En su modelo, además, los electrones podían caer (pasar de una órbita a otra) desde un orbital exterior a otro interior, emitiendo un fotón de energía discreta, hecho sobre el que se sustenta la mecánica cuántica.

De esta manera, cuando se le aplican rayos X a un átomo sus electrones aumentan de capa y el átomo queda ionizado.

En 1933 Bohr propuso la hipótesis de la gota líquida, teoría que permitía explicar las desintegraciones nucleares y en concreto la gran capacidad de fisión del isótopo de uranio 235.

Millikan, como ya sabemos, se dedicó a medir la carga del electrón. Esto lo decidió con cuarenta y dos años porque, al ver que científicos más jóvenes que él estaban ganando premios, quería enseñar algo que él hubiese hecho y hacerse conocer.

Primero trató de hacer el experimento con gotas de agua pero estas se evaporaban rápidamente, así que cambió las gotas de agua, por gotas de aceite. El experimento, consistió en lo siguiente:

Construyó una cámara cerrada dentro de la cual se podían ajustar dos placas metálicas a las que se podía cargar eléctricamente. En la parte superior (antes de la primera placa) había un pulverizador de las gotas de aceite, que bajaban por un agujero de la primera placa. En la parte inferior había varios tubos por los que entrarían los rayos X que, al tocar las gotas, las ionizarían.  Primero sin cargar las placas, Millikan observó la velocidad a la que caían las gotas de aceite por su propio peso. Después se conectan las placas, se lanzan los rayos X y se gradúa el campo eléctrico (haciendo que la gota se quede inmóvil). Las gotas, al haber aplicado sobre ellas carga eléctrica a través de los rayos X tendrán 3 comportamientos distintos: Pararse, seguir bajando pero más lento que las que están sin ionizar e incluso ascender. Esto depende del número de cargas que se les ha aplicado.

Milikan observó que las cargas de las gotas eran todas múltiplo de un número: 1,6·10-19 culombios, lo que él determinó como la carga del electrón.

Albert Einstein recibió el Premio Nobel por la explicación del efecto fotoeléctrico. La hipótesis de Einstein también la comprobó Milikan aunque dijo que "le falta una base teórica satisfactoria".

El efecto fotoeléctrico consiste en la emisión de electrones por un material al incidir sobre él una radiación electromagnética. A veces se incluyen en el término otros tipos de interacción entre la luz y la materia:

• Fotoconductividad: Es el aumento de la conductividad eléctrica de la materia. Descubierta por Willoughby Smith en el selenio hacia la mitad del siglo XIX.
• Efecto fotovoltaico: Transformación parcial de la energía lumínica en energía eléctrica. La primera célula solar fue fabricada por Charles Fritts en 1884. Estaba formada por selenio recubierto de una fina capa de oro.

El efecto fotoeléctrico fue descubierto y descrito por Heinrich Hertz, en 1887, al observar que el arco que salta entre dos electrodos conectados a alta tensión alcanza distancias mayores cuando se ilumina con luz ultravioleta que cuando se deja en la oscuridad.

La explicación teórica fue hecha por Albert Einstein, quien publicó en 1905 el revolucionario artículo “Heurística de la generación y conversión de la luz”.

Más tarde Robert Andrews Millikan pasó diez años experimentando para demostrar que la teoría de Einstein no era correcta, para finalmente concluir que sí lo era. Eso permitió que Einstein y Millikan fueran galardonados con premios Nobel en 1921 y 1923, respectivamente.

Se podría decir que el efecto fotoeléctrico es lo opuesto a los rayos X, ya que el efecto fotoeléctrico indica que los fotones pueden transferir energía a los electrones. Los rayos X son la transformación en un fotón de toda o parte de la energía cinética de un electrón en movimiento.

El efecto fotovoltaico puede aplicarse a varios aparatos actuales:

Celdas Fotovoltaicas: Son los dispositivos diseñados para proveer una corriente eléctrica a escala hogar y representan una de las alternativas al uso de los combustibles fósiles para obtención de energía. La luz solar está compuesta por fotones, o partículas energéticas. Estos fotones son de diferentes energías, correspondientes a las diferentes longitudes de onda del espectro solar. Cuando los fotones inciden sobre una célula FV, pueden ser reflejados o absorbidos, o pueden pasar a su través. Únicamente los fotones absorbidos generan electricidad. Cuando un fotón es 3 absorbido, la energía del fotón se transfiere a un electrón de un átomo de la célula. Con esta nueva energía, el electrón es capaz de escapar de su posición normal asociada con un átomo para formar parte de una corriente en un circuito eléctrico.

Sensores Fotoeléctricos: Los sensores fotoeléctricos son dispositivos electrónicos que responden al cambio en la intensidad de la luz, se valen del efecto fotoeléctrico para que cuando incida la luz expulsen electrones de sus materiales que tienen una baja ɸ, o función de trabajo para permitir que se emitan más electrones y que estos generen una corriente eléctrica por medio de un transductor, cuando hay un cambio en la intensidad de la luz disminuye la tasa de emisión de electrones y de igual manera la corriente eléctrica generada y este cambio puede ser detectado. Estos sensores son principalmente usados como sensores de presencia , como por ejemplo en ascensores y puertas..

Muchos científicos han pasado tiempo en centros de investigación distintos a los que se formaron. Al igual que viajar te permite conocer otras culturas, idiomas y formas de vida y aprender de ellas, cambiar de aires de vez en cuando es una buena forma de conocer nuevos puntos de vista, de aprender a desarrollar las cosas de distintas maneras que pueden hasta hacer más fáciles las investigaciones e, incluso, llevar a cabo experimentos que en su país o centro no están permitidos o no se pueden realizar por temas de falta de material.

Además, puede que estudiar siempre en un mismo sitio te enseñe unas partes de la ciencia que no te llaman demasiado la atención y se están saltando otras que probablemente te gustarían más.

Otro aspecto importante en la ciencia es leer libros de divulgación científica que, en nuestra opinión, es muyenriquecedor, a parte de las cualidades que aporta el hecho de leer un libro de cualquier tipo, con este tipo de libros puedes abrir horizontes, informarte sobre distintos puntos de vista y así ser capaz de juzgar por ti mismo cualquier información dando tu propia opinión, realizar estas actividades en tu tiempo libre también da otras ventajas, te hace sumergirte más en un mundo y darte aún más interés sobre él a parte de los conocimientos que te aporta, tan importantes sobre el universo en el que vivimos.

A continuación, hemos construido con distintos materiales, el modelo atómico de Rutherford. Este modelo separaba el núcleo (que contenía casi toda la masa) de la corteza (formada por los electrones). Además pensaba que los electrones giraban alrededor del núcleo, pero Rutherford no supo describir cómo, y representó estas órbitas sin ningún orden en torno al núcleo. 

En nuestro átomo hemos utilizado una pulsera para representar las órbitas (cada una de las tres tiras es una órbita (aunque había más)). El núcleo es una pelota de golf, que es bastante pesada al igual que el núcleo en realción con los electrones, que nosotras hemos representado más pequeños, con puntos de papel.