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1.- Introducción
GUÍA Nº 3
MEDICION DE LA CARGA DEL ELECTRON
Es posible medir la carga del electrón por medio de una reacción electrolítica de
la sal de sulfato de cobre (Cu SO4). Esta sal tiene la propiedad de disociarse en
iones en un medio acuoso, es decir, se produce una reacción química que se
escribe:
Cu
CuSO4
++
+
--
SO4
En este caso el ion de cobre queda cargado positivamente ya que faltan los dos
electrones, y el radical sulfato, negativo, por exceso de dos cargas negativas
provenientes del cobre.
En presencia de un campo eléctrico, producido por electrodos sumergidos en la
solución, estos iones migran. El ion cobre migra hacia el cátodo, donde recibe dos
electrones y se deposita como cobre metálico. El sulfato migra hacia el ánodo y le
entrega dos electrones. Para compensar la ausencia de carga negativa del sulfato,
el agua se disocia en H + y OH - .
La corriente eléctrica es la cantidad de carga que atraviesa cierta área por unidad
de tiempo y se escribe de la forma:
dQ
de donde :
dt
dQ = Idt
I=
t2
Q = ∫ Idt
t1
Si suponemos que la corriente es constante en un lapso de tiempo ∆t, la cantidad
de carga que paso en ese tiempo es
Q = I∆t
el área bajo la curva de un grafico I (corriente) versus ∆t (tiempo).
En el caso de esta reacción electrolítica, por cada dos electrones se deposita un
átomo de cobre. Así, si se deposita una cantidad N de átomos de cobre, la carga es
Q = 2 N e, donde e es la carga del electrón (1.6021 * 10 –19 Coulomb). Si
conocemos la cantidad de átomos de cobre depositado en el electrodo, el tiempo y
la corriente constante en este lapso, la carga del electrón va a estar dada por:
e=
I ∆t
2N
El numero N, numero de átomos depositados de cobre se puede determinar a partir
de la masa depositada en el electrodo. La masa de cobre depositada es igual a N
veces la masa de un átomo de cobre, y la masa es el peso atómico del cobre
dividido por el numero de Avogadro (8.023*10 23 átomos / gr- Atom). Luego, la
cantidad de átomos depositados es:
N=
Masa Dep.
N AV
Atomo Gramo
La masa depositada se podrá conocer por la diferencia de masa del electrodo, antes
de comenzar el experimento y después con cobre depositado.
Asignatura: Física Electromagnetismo
Área Ciencias Básicas
Responsables: Patricio Pacheco H./Jacqueline
Alea P.
Fecha actualización: Otoño 2009
2.- Aprendizajes Esperados
a) De acuerdo al programa de estudios
2.1.- Criterios de Evaluación
a) Medir la carga del electrón por medio de una reacción electroquímica
3.-Materiales
a)
b)
c)
d)
e)
f)
g)
h)
Vaso precipitado de 500 cc
Dos electrodos de Cu
Una Fuente de poder
Resistencia de 1 Ω a 10 Ω
Voltímetro Digital
Secador de aire
Balanza de Precisión
Pinza
4.- Actividades
4.1.- Procedimiento
Construya el siguiente Montaje:
a) Prepare una solución electrolítica con 250 grs de Sulfato de Cu por litro de
agua destilada con 10 cc de ácido sulfúrico por litro de solución
b) Es necesario limpiar los electrodos de Cu con detergente y abundante agua
corriente teniendo el cuidado de no tocar los electrodos directamente con las
manos.
c) Enseguida arme una celda electrolítica de modo que la solución cubra casi
totalmente los electrodos.
d) Aplique una corriente del orden de 0.5 (A) durante 30 seg.
e) Apague el equipo y lave nuevamente con agua destilada.
f) Seque el cátodo usando una corriente de aire y determine su masa en la
balanza.
g) Reinstale el cátodo en la celda, vuelva a aplicar una corriente de 0.5 (A)
durante 30 minutos.
h) Registre sus datos de tiempo y corriente en un Tabla de Valores. Debe
vigilar durante este tiempo la acumulación de cobre en el cátodo.
i) Si se llega a caer al fondo del vaso, suspenda la corriente y el conteo de
tiempo y mida la masa del cátodo.
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j) Una vez pasado los 30 minutos, se observara cobre depositado.
k) Apague y mida la nueva masa del cátodo.
l) A partir de la diferencia de masa, calcule la carga del electrón.
4.2.- Cálculo y Resultados
a) Construya la tabla de valores con las columnas de entrada
t (seg)
I
(Amperes)
b) Construya un grafico de Corriente eléctrica (eje vertical) versus tiempo (eje
horizontal).
¿De que manera la relación corriente y tiempo que se desprende del grafico es
determinante en el calculo de la carga del electrón?, ¿Qué debería hacer en caso
de otra forma de dependencia funcional?
c) Estime el error cometido en la medición si
e TABLA = C arg a del electron de tabla = 1.6021 * 10 −19 Coulomb
Aplique:
e TABLA − e EXPERIMENTAL
ε% =
100 < 5%
e TABLA
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5.- Bibliografía
1. R. Serway, Vol. II , Física, Editorial Mc Graw – Hill, 2005
2. Tipler,.Fisica, Editorial McGraw - Hill, 1999
3. Sears y Zemansky, Fisica General, Editorial Aguilar S.A. , España, 1980
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