¿Alguna vez te has preguntado cómo los científicos pueden calcular Como calcular la masa del electrón? Calcular su masa es una tarea abrumadora incluso para estudiantes de física avanzados, pero es factible con unos simples pasos que cualquiera puede seguir.
En esta publicación de blog, analizaremos en profundidad cómo calcular la masa de un electrón y brindaremos instrucciones paso a paso para que pueda probarlo usted mismo.
Como calcular la masa del electron
El tamaño de un átomo depende de la masa del electrón, la cual no podemos calcular y debe medirse experimentalmente.
Se ha publicado en Nature la medida más precisa hasta ahora, lo que proporciona un valor más preciso para el cociente de la masa del protón con la masa del electrón.
El artículo técnico se titula “High-precision measurement of the atomic mass of the electron” y fue publicado en Nature el 19 de febrero de 2014 por S. Sturm et al.
Se utilizó una trampa de Penning triple y un campo magnético de 3,7 teslas para medir el momento magnético del único electrón presente en el ión 5+ del carbono-12. Este ión se forma cuando el carbono pierde 5 electrones, quedando con un solo electrón en su última capa electrónica.
La medida de la frecuencia asociada a este nivel energético permitió obtener un valor de la masa del electrón con una incertidumbre de 0,03 milmillonésimas, lo que mejora significativamente el último valor de referencia CODATA, que tiene una incertidumbre de 0,4 milmillonésimas.
Es importante recordar que CODATA es una base de datos que recopila los valores más precisos de todas las constantes fundamentales y se actualiza cada 4 años (la última vez fue en 2010).
La incertidumbre en el valor medido del electrón (indicado por el número 17 entre paréntesis en el primer párrafo) se debe a tres fuentes: un error estadístico de 14, un error sistemático de 9 y un error teórico de 2.
Este último error se produce porque para analizar los resultados experimentales es necesario aplicar la electrodinámica cuántica (QED) y tener en cuenta ciertos efectos nucleares.
La búsqueda de nueva física más allá del modelo estándar requiere mediciones ultra precisas de todas las constantes fundamentales, lo que hace que este nuevo resultado sea de gran importancia.
¿Cómo se determina la masa del electrón?
Los investigadores alemanes han descubierto que la masa atómica del electrón es de 0,000548579909067 (equivalente a unos 9,109 x 10-28 gramos), lo cual es 13 veces más preciso que el valor anteriormente registrado.
Este nuevo valor permitirá una mayor comprensión del modelo estándar de la física y posibilitará el estudio de los fenómenos que pueden existir más allá de él.
El último valor registrado por el Comité de Información para Ciencia y Tecnología (CODATA) para la masa atómica del electrón era 0,00054857990943(23) en unidades de masa atómica unificada (u).
Sin embargo, un equipo liderado por el Instituto Max-Planck de Física Nuclear ha realizado una medición más precisa y ha llegado a un valor de 0,000548579909067(14)(9)(2), donde los números entre paréntesis corresponden a la incertidumbre estadística, sistemática y teórica. En términos de gramos, la masa atómica del electrón es aproximadamente 9,109 x 10-28.
¿Cuál es la carga de un electrón?
En resumen, los electrones son partículas con carga eléctrica negativa que forman la capa exterior “reactiva” de los átomos y se encargan de interactuar con otras partículas para crear vínculos químicos y mantener unidas a las moléculas. Además, el flujo de electrones entre dos puntos genera corriente eléctrica.
¿Quién cálculo la masa y carga eléctrica del electrón?
En resumen, en el siglo XIX se midieron las relaciones masa-carga de algunos iones a través de métodos electroquímicos. En 1897, J.J. Thomson midió por primera vez la relación masa-carga del electrón y demostró que esta partícula tenía masa y carga, con una relación masa-carga mucho menor que la del ion de hidrógeno H+.
En 1898, Wilhelm Wien separó los iones de los ray canales según su relación masa-carga mediante un dispositivo óptico que combinaba campos eléctricos y magnéticos (efecto Wien).
En 1901, Walter Kaufman midió el incremento de la masa electromagnética de los electrones de alta velocidad (experimentos Kaufmann-Bucherer-Neumann), también conocido como el incremento de masa relativista en términos modernos.
En 1913, Thomson midió la relación masa-carga de los iones usando un espectrógrafo de parábola. Hoy en día, el instrumento utilizado para medir la relación masa-carga se denomina espectrómetro de masas.
Cociente carga masa del electrón
El cociente carga elemental-masa del electrón, e⁄me, es una magnitud fundamental para la física experimental. Esto se debe a que la masa del electrón, me, es difícil de medir directamente.
Por lo tanto, se obtiene a partir de las medidas de la carga elemental y la relación e⁄me. La relación Q⁄m del electrón fue descubierta por J. J. Thomson en 1897, y luego fue calculada con más precisión por Dunnington usando los cálculos del momento angular y desviaciones debidas a un campo magnético perpendicular.
Estas mediciones convencieron a Thomson de que los rayos catódicos eran partículas iguales, lo que le llevó al descubrimiento del electrón.
En 2006 el CODATA recomendó el valor de e⁄me = 1,758820150(44)×1011 C/kg.2 El método más común para medir esta relación es el tubo de haz fino: se calienta un cátodo para que emita electrones que son acelerados por un potencial conocido para tener una velocidad conocida.
Cuando los electrones son acelerados a través del gas de helio enrarecido, su trayectoria puede ser vista ya que algunos electrones chocan hacen que la senda se ilumine.
Un par de bobinas de Helmholtz producen un campo magnético uniforme y mensurable perpendicular al haz de electrones; este campo desvía el haz circularmente.
Se calcula e/m midiendo el potencial de aceleración (voltios) y la corriente (amperios) de las bobinas Helmholtz junto con el radio del haz circular formado por los electrones.
Conclusión
En conclusión, calcular la masa de un electrón puede ser un proceso complejo, pero con las herramientas y la comprensión adecuadas, se puede lograr fácilmente.
Mediante el uso de la fórmula y las constantes proporcionadas, junto con mediciones precisas de la carga y la velocidad del electrón, se puede determinar la masa de un electrón con una precisión razonable.
Este conocimiento es crucial para comprender el comportamiento y las propiedades de los electrones, que desempeñan un papel fundamental en el funcionamiento y desarrollo de la tecnología moderna. Si deseas más información visita el sitio web Elpoderestuyo.mx.