Elektromagnetismoa

Partikula kargatuen
mugimendua

Kargak jasandako
indarrak

Bohr-en atomoa

Osziloskopioa

Haziak banatzea

Motore ionikoa

Azeleragailu lineala

Karga/masa erlazioa
neurtzea

Oinarrizko karga-
unitatea neurtzea

Masen
espektrometroa

Ziklotroia

E eta B elkarren
perpendikularrak

Tantaren karga neurtzea eremu elektrikoa konektatuta dagoelarik

Saiakuntza

Thomson-en esperimentuan, XIX mendean, elektroien karga/masa erlazioa lortu zen, eta bere neurketetan, itxuraz, karga kuantizatuta zegoela ematen zuen, eta karga elektrikoaren oinarrizko kantitate minimo bat egon zitekeela. Hala ere, oraindik bazen fisikari asko izpi katodikoak edo anodikoak uhinak zirela uste zutenak. Horregatik Thomson-en esperimentua argumentu pisutsua zen, baina ez zen guztiz erabakigarria elektroia existitzen zela frogatzeko. Elektroiaren karga neurtzea Millikan izeneko fisikari amerikar batek 1909-an gauzatu zuen.

Esperimentuaren helburua olio tantatxo txikitxoen karga neurtzea zen. Esperimentuan, eta tanta berarekin, atal ezberdin bi bete behar ziren: Tantatxoaren masa edo erradioa kalkulatzea, eremu elektrikorik ezean erorketa-abiadura neurtzen. Tantatxoaren karga kalkulatzea, eremu elektriko jakin batean mugitzean duen abiadura neurtzen.

Millikan-ek egiaztatu zuen, tantatxo askoren kargak neurtuz, tantatxo guztien kargak beti zirela kantitate minimo baten multiploak: kantitate minimo hori zen: 1.6·10^-19 C.; alegia ez dela inoiz ateratzen karga hori baino txikiagorik ezta karga horren zatikirik, beraz, karga kuantizatuta dago, eta kantitate horri oinarrizko karga-kantitatea edo elektroiaren karga deritzo.

Beirazko hagatxo bat igurztean elektrizatzen den antzera, beste sustantzia batzuk ere berdin jokatzen dute. Olio-tantatxoak atomizatzaile (edo spray) batean sortzen dira, igurztean elektrizatzen dira, eta zulotxo batetik pasatzen dira kondentsadore baten xafla horizontal bien tartera. Mikroskopio batekin xaflen tartean behatzen da eta tantatxoen mugimendua aztertzen da.

Tantaren erradioa neurtzea eremu elektrikorik ezean

Tantak pisuaren eraginez erortzen dira baina, grabitatearen aurka, airearen marruskadura agertzen da eta abiadura limite konstanteaz erortzen dira. Abiadura limite hori neurtzen tantaren erradioa eta masa kalkula daitezke. Airearen Arkimedes-bultzada arbuiatzen da olioaren dentsitatea 800 kg/m³ ingurukoa delako, airearena baino askoz handiagoa, 1.29 kg/m³.

Demagun olio-tantatxoa R erradiodun esferatxoa dela. Abiadura limite konstanteaz mugitzen ari denean: mg=Fr   eta  Fr=6πRηv    (Stokes-en legea) Abiadura limitea bakanduz hemen r olioaren dentsitatea da eta h airearen biskositatea.

Tantaren karga neurtzea eremu elektrikoa konektatuta dagoelarik

Kondentsadoreko xafletan potentzial-diferentzia bat aplikatzen bada, xafla bien tartean eremu elektrikoa sortzen da. Tantaren q karga positiboa bada eta E eremu elektrikoa goranzkoa bada, eremu elektrikoak tanta kargatua gorantz igoarazten du abiadura konstantez. Ondorengo irudian gorantz mugitzen ari den tanta batek jasaten dituen indar guztiak erakusten dira. Abiadura hori neurtzen tantaren karga kalkula daiteke.

Abiadura limite konstanteaz mugitzen ari bada: Eta v'  abiadura bakanduz:

Esperimentua burutzeko behar diren datuak:

• Olioaren dentsitatea r = 800 kg/m³,
• Airearen biskositatea h = 1.8 10^-5 kg/(ms).
• Oinarrizko karga-unitatea edo elektroiaren karga, e=1.6·10^-19 C

Idatzi:

• Eremu elektrikoaren intentsitatea, E. elektrikoa izeneko laukian, eta desplazamendu-barra mugituz.

Tanta berria botoia klikatu.

Kronometroa martxan jartzeko Hasi botoia sakatu, eta geldiarazteko botoi bera baina Gelditu izena daukanean.

Eremu elektrikoa konektatzeko Konektatua botoia sakatu, eta deskonektatzeko botoi bera baina Deskonektatua izena daukanean. 

Zenbait tanta ezberdin frogatu, behera eta gora mugitzen, errazagoak dira astiro mugitzen direnak, bere desplazamendua eta abiadura zehaztasun handiagoz neurtu ahal izateko.

1 Adibidea:

Demagun eremu elektrikoa aukeratzen dugula E= 2·10⁵ N/C.

1. Eremua deskonektatuta dagoela, tantatxoa erortzen ari denean bere abiadura neurtu eskala graduatuaz (milimetrotan) eta kronometroaz (segundotan).

Demagun tanta bat jarraitzen dugula 2mm eta 8mm posizioen artean, (6 mm-ko desplazamendua) eta hiru aldiz denbora neurtzen dugula: 53.2, 53.5, 53.4 s. Batezbesteko denbora  53.4 s. da.

Olio tantaren erortze-abiadura: v = 0.006/53.4= 1.124·10^-4 m/s. Datu honekin tantaren R erradioa kalkula daiteke:

2. Olio tantak beheko xafla ukitu aurretik eremu elektrikoa konektatzen da eta gorantz mugitzen da. Goranzko abiadura neurtzen da: v' .

Desplazamendua 8mm eta 2mm posizioen artean burutzen bada eta hiru aldiz denbora neurtzen bada: 10.1, 10.4, 10.2 s.  Batezbesteko denbora 10.2 s da.

Olio tantaren igotze-abiadura: v'= 0.006/10.2= 5.88·10^-4 m/s. Datu honekin tantaren karga kalkula daiteke.

Eta karga hori konparatzen badugu oinarrizko karga-unitatea edo elektroiaren kargarekin  q ≈ 8· 1.6·10^-19 C

2 Adibidea:

Demagun eremu elektrikoa aukeratzen dugula E= 2·10⁵ N/C.

1. Eremua deskonektatuta dagoela, tantatxoa erortzen ari denean bere v abiadura neurtu.

   Demagun tanta jarraitzen dugula 2mm eta 8mm posizioen artean, (6 mm-ko desplazamendua) eta hiru aldiz denbora neurtzen dugula: 66.4, 66.3, 66.4 s. Batezbesteko denbora 66.4 s da.

   Olio tantaren erortze-abiadura: v= 0.006/66.4= 9.04·10^-5 m/s Datu honekin tantaren R erradioa kalkula daiteke:

2. Olio tantak beheko xafla ukitu aurretik eremu elektrikoa konektatzen da eta gorantz mugitzen da. Goranzko abiadura neurtzen da: v' .

   Desplazamendua 8mm eta 2mm posizioen artean burutzen bada eta hiru aldiz denbora neurtzen bada: 30.3, 30.2, 29.5 s. Batezbesteko denbora 30.0 s. da.

   Olio tantaren igotze-abiadura: v'= 0.006/30.0= 2·10^-4 m/s. Datu honekin tantaren karga kalkula daiteke

Eta karga hori konparatzen badugu oinarrizko karga-unitatea edo elektroiaren kargarekin  q ≈ 3· 1.6·10^-19 C

Paper batean, eta tanta bakoitzarentzat, ondorengoa bezalako taula bat bete.

 

Eremu elektrikoa deskonektatua			Eremu elektrikoa konektatua E =      ·105 N/C
Desplaz. (mm)	Denb. (s)	Abiadura (mm/s)	Desplaz. (mm)	Denb. (s)	Abiadura (mm/s)
Erradioa (mm)			Karga (unitateak)