Introducción
Robert Millikan se dedicó a la enseñanza y destacó la importancia del aprendizaje basado en el laboratorio. También tuvo muchas responsabilidades administrativas y de liderazgo en el campo de la ciencia. Los logros de Millikan fueron el diseño y el ajuste de los experimentos que confirmaron las teorías científicas más importantes de su tiempo, proporcionando las implicaciones para la teoría atómica.,
pueblo pequeño
Robert Andrews Millikan nació el 22 de marzo de 1868 en Morrison, Illinois, nieto de pioneros que se habían reasentado desde Nueva Inglaterra. Fue el segundo hijo de seis hijos nacidos de Silas Franklin Millikan, un ministro congregacionalista, y Mary Jane Andrews, ex decana de mujeres en Olivet College, Michigan. En 1872, la familia se mudó a otro pequeño pueblo, el de Maquoketa, Iowa. Millikan creció trabajando en la granja y asistió a la Escuela Secundaria Maquoketa.,
carrera científica
después de un corto período como reportero de la corte, Millikan entró en el Oberlin College en Ohio (el alma mater de su madre) y se especializó en los clásicos, pero fue persuadido por un asesor para adaptar su fascinación por las matemáticas a la enseñanza de la física. Permaneció enseñando física elemental después de graduarse en 1891. Su carrera científica procedió a una beca en Física en la Universidad de Columbia en 1893 y su primer doctorado en Física en 1895. Su investigación doctoral se refería a la polarización de la luz incandescente.,
en 1895, Millikan se mudó a Alemania y estudió durante un año con Max Planck y Walther Nernst en las universidades de Gottingen y Berlín, regresando a los Estados Unidos en 1896 para unirse a A. A. Michelson en la Universidad de Chicago.
Millikan se casó con Greta Erwin Blanchard en 1902 y su familia creció hasta incluir tres hijos.
dedicado a la enseñanza, Millikan se convirtió en profesor en 1910, estableciendo un plan de estudios y colaborando en muchos libros de texto que enfatizaban el aprendizaje basado en el laboratorio en física introductoria en la escuela secundaria y los niveles universitarios.,
descubrimiento importante
la experimentación continua llevó a Millikan a su primer descubrimiento importante de la carga elemental de la electricidad a través del uso de su elegante «método de caída de gota», midiendo la carga constante y cuantos de electrones, la determinación directa de la constante de Planck, la confirmación de la teoría atómica de la materia, y experimentos en espectroscopia más allá de los niveles de radiación ultravioleta. Siguieron importantes investigaciones sobre la radiación cósmica y los fenómenos de ionización.,
responsabilidad
Millikan tomó muchas responsabilidades administrativas y de liderazgo en la ciencia: con el Consejo Nacional de investigación organizado por George Hale durante la Primera Guerra Mundial, la Asociación Americana para el avance de la ciencia, y la Sociedad Americana de Física. Representó a los Estados Unidos en la Sociedad de Naciones y el Congreso Internacional de Física y fue consultor de la industria.,
Caltech
en 1921, persuadido por George Hale y Arthur Noyes, Millikan se trasladó de Chicago al recién establecido Instituto de tecnología de California en Pasadena y la dirección de su Norman Bridge Physics Laboratory. En Caltech, su investigación se centró en los «rayos cósmicos», un término que inventó para describir las partículas de alta energía que golpean la atmósfera de la Tierra. Millikan siguió siendo el líder del Instituto, ya que creció para ser de renombre mundial, finalmente se retiró en 1945.
Religión vs, Ciencia
este eminente científico con un padre clérigo, una educación en los clásicos, y una carrera en la ciencia dedicó mucho esfuerzo a reconciliar sus filosofías religiosas y científicas y escribió y dio conferencias ampliamente sobre este tema.Robert Millikan murió el 19 de diciembre de 1953 en San Marino, California, a las pocas semanas de la muerte de su esposa.
teorías importantes
Los logros de Robert Millikan fueron el diseño y la puesta a punto de experimentos que confirmaron inequívocamente las teorías científicas más importantes de su tiempo, proporcionando las implicaciones para la teoría atómica.,
su experimento de gota de aceite confirmó la existencia del electrón y determinó con precisión su carga. Su experimento sobre el efecto fotoeléctrico estableció la naturaleza dual onda / partícula de la luz.
método de gota de aceite
los requisitos de Millikan en el diseño de su elegante e ingenioso método de gota de aceite fueron:
(1) la creación del cuerpo más pequeño posible, completamente esférico y homogéneo. Este cuerpo debe tener una masa constante en ausencia de fuerzas gravitacionales y corrientes de convección que interfieran.,
(2) la aplicación de un campo eléctrico para poner una carga en la esfera, luego cambiar esta carga y medir la velocidad resultante de la esfera.
El aparato que Millikan construyó admitió una gota de aceite (de un atomizador) en una atmósfera estable de longitud fija entre dos placas de metal que aplicaron un campo eléctrico fijo a la gota. Un interruptor en el circuito permitió que el campo se encendiera y apagara.,
la experimentación con el aparato implicó variar los parámetros: la distancia medible recorrida por la caída, el tamaño de las placas y los métodos utilizados para cambiar la carga eléctrica de la esfera.
finalmente, el tamaño de la caída de aceite fue de una milésima de milímetro de diámetro, el centímetro de recorrido de la caída de aceite se obtuvo de placas de 22 cm de diámetro posicionadas a 16 mm de distancia, y la fuerza de la carga aplicada fue de aproximadamente 6.000 voltios Por cm. Cada uno de estos valores resultó óptimo; las variaciones arruinarían el experimento.,
La gama completa
entre las fuentes utilizadas para cambiar la carga de la gota se encontraban: bombardeo de rayos alfa, beta o gamma del radio, iluminación ultravioleta e irradiación de rayos X-la gama completa del espectro electromagnético.
los hechos experimentales determinados fueron: hay una carga en un electrón, hay una carga «unidad» más pequeña, y la carga cambia en cantidades discretas o «cuantos».»
a lo largo de años de estudio, se obtuvo el valor absoluto del electrón en unidades electrostáticas absolutas. No tienen dimensiones sino que son simplemente cargas puntuales de fuerza eléctrica.,
a continuación, los principios de la teoría atómica surgieron con observaciones de que la masa de electrones cargados positivamente es 1.845 veces la de los negativos, el número de positivos y negativos en un átomo se puede medir, y los negativos se distribuyen a través del núcleo del átomo y las regiones externas.
teoría de ondas
la teoría de ondas clásica, publicada en la década de 1600, describió la luz como radiación de ondas electromagnéticas que se mueve en movimiento ondulante a través del espacio desde fuentes como el sol o una bombilla.
alrededor de 1900, Philipp Lenard demostró una excepción a la teoría aceptada., Demostró que cuando la luz ultravioleta brillaba en dos placas de metal separadas a corta distancia en un vacío, la corriente eléctrica fluía a través del circuito. La luz ultravioleta golpeó algunos electrones de una placa; volaron a la otra placa y completaron el circuito eléctrico. A un cierto nivel de voltaje aumentado, la corriente dejó de fluir. Este fenómeno se conoce como el efecto fotoeléctrico.
en 1905, Einstein propuso una explicación para este efecto basada en el trabajo de Max Planck., Afirmó que la luz no se distribuye en ondas continuas, sino que viaja a partir de un número finito de puntos de energía (cuantos) que se mueven sin dividirse y pueden ser absorbidos o generados solo en cantidades enteras; el comportamiento de la luz era más como una corriente de partículas que una onda continua. Es una partícula que suministra la energía para expulsar el electrón de la placa de metal. Esta teoría encontró resistencia en la comunidad científica y quedó por probar experimentalmente.,
efecto fotoeléctrico
Einstein propuso la ecuación:
E = hf-P
para describir la energía cinética máxima de cada electrón que escapa en el efecto fotoeléctrico. E es la energía de «escape», f es la frecuencia de la luz incidente, P es la constante de Planck, y h es la «función de trabajo», descrita por Robert Millikan como «el trabajo necesario para sacar el electrón del metal.»
durante un programa de diez años de experimentación, Robert Millikan ideó el aparato para verificar la teoría de Einstein., Dentro de una bombilla de vidrio evacuada, una placa de un metal alcalino, como litio, sodio o potasio, se montó en una rueda que se movió más allá de un cuchillo raspador y luego en el camino de la luz monocromática a varias frecuencias. Millikan midió la tensión necesaria para evitar la corriente inducida. El gráfico de frecuencia de la luz incidente versus voltaje era una línea recta. La ecuación de Einstein fue verificada.
a pesar de sus resultados experimentales, Millikan tomó algún tiempo para estar completamente convencido de la teoría de Einstein., La confirmación de experimentos posteriores sobre el tema por otros científicos finalmente cambió de opinión. La teoría moderna de la luz contiene tanto las propiedades de onda como las propiedades de partícula (fotón) de la luz.