lunes, 1 de junio de 2015

Práctica Rutherford

Rutherford













En esta entrada del blog hablaremos sobre Emest Rutherford, el gran científico neozelandés del siglo XIX.
Emest Rutherford nació en Brightwater, Nueva Zelanda en el año 1871, en el seno de una familia acomodada dedicada sólo y únicamente a darles una buena educación a sus hijos. Rutherford pasó toda su infancia en su ciudad natal donde empezó a desarrollar su capacidad para la aritmética y la física. Entre los muchos profesores que Rutherford tuvo a lo largo de su infancia destaca sobre todo el físico alemán Hans Geiger, en el cual se inspiró en su carrera y fue su modelo a seguir.
Rutherford antepuso la física a la química durante toda su carrera e incluso llego a decir que:¨Toda ciencia, o es física, o es coleccionismo de sellos¨ , aunque pese a esto recibió el Premio Nobel de Química debido a sus investigaciones en el campo de la radiactividad, lo cual no acabó de agradarle por completo, ya que al recibirlo pronunció la famosa frase:¨He cambiado muchas veces en mi vida, pero nunca de manera tan brusca como en esta metamorfosis de físico  a químico¨ .
Como hemos visto a lo largo de la historia, el caso de que Rutherford tuviese como mentor a otro gran fí se repitió en varias ocasiones, lo que llevó a cabo que hubiese una similitud ideológica entre científicos de distintas épocas en varias ocasiones.


Hoy en día en la gran mayoría de las universidades del mundo los encargados de formar a los futuros científicos son investigadores científicos y es que, ¿quién mejor que ellos para guiar al futuro de nuestro planeta por la ciencia?, ya que ellos son los mayores expertos en los distintos campos de la ciencia.






Nikola Tesla
¨En realidad no me preocupa que quieran robar mis ideas, me preocupa que ellos no las tengan¨








Nikola Tesla nació en Croacia en el año 1856 y fue un inventor, ingeniero y físico, de origen serbio, conocido principalmente por sus aportaciones al campo del electromagnetismo, desarrolladas a finales del siglo XX.
Tesla estableció las bases de los sistemas de corriente alterna y de potencia eléctrica, contribuyendo de manera descomunal al desarrollo de la Segunda Revolución Industrial. En 1882 viajó a París para trabajar con el ingeniero Thomas Alva Edison, como su ayudante. Durante esos años Nikola no se dió mucho a conocer, ya que todas las patentes que descubrió se le atribuyeron a su mentor.
Aunque ese mismo año desarolló el motor de inducción y el campo magnético rotativo, de los cuales recibió las patentes seis años después.200px-3phase-rmf-noadd-60f-airopt.gif







Campo magnético rotativo


Las principales aportaciones de Tesla a la ciencia fueron:


  • La radio
  • La bobina de tesla
  • La bujía de encendido del  motor de explosión
  • Los dispositivos de electroterapia.    

Disputa con Edison:
En el año 1912 se les quiso entregar a Edison y a Tesla el Premio Nobel, pero Tesla odiaba a Edison ya que cuando trabajaron juntos, Edison se atribuyó el mérito de todos los descubrimientos e inventos de Tesla, y se llevó consigo las aportaciones financieras correspondientes, por lo que Tesla rechazó el premio y se le acabó entregando a otro científico menos conocido.


Aunque la llama que avivó la disputa entre estos dos grandes científicos fue la discusión entre que corriente era mejor, la continua, desarrollada y mejorada por edison o la alterna, recientemente inventada por Tesla, capaz de distribuir la corriente a largas distancias y sin perder mucha energía. Edison sabía que la corriente alterna era más eficiente pero no quiso admitirlo hasta pasado un tiempo ya que eso mandaba al traste todas sus investigaciones a lo largo de su carrera.











Disputa con Marconi:
Marconi llevaba años trabajando en la construcción de la radio pero el que consiguió que funcionase fue Tesla. Pese a esto Marconi patentó los inventos de Tesla sin su consentimiento, por los cuales recibió posteriormente el Premio Nobel, y esto enfadó mucho al croata. Años después se acabó descubriendo que el verdadero inventor fue Tesla.





Experimento de Rutherford:




Esta ilustración muestra lo que consistió el experimento de Rutherford. Una fuente radiactiva emite partículas alfa, que al atravesar una lámina de oro la mayoría continúan en línea recta, pero algunas se desvían de la misma, siguiendo trayectorias aleatorias.
La explicación de esto es bien simple. Estas láminas de oro contienen unos núcleos muy pequeños, y sus átomos están principalmente compuestos por electrones de masa más pequeña. Son tan pequeños tan pequeños los núcleos del oro que solo unas pocas partículas alfa consiguen pasar por ellos, que son las que rebotan y cambian de dirección. Las que no lo hacen son aquellas que no llegan a tocar el núcleo del átomo, por lo cual su dirección no llega a cambiar.
Esto también explica, que dependiendo de la materia con la que esté compuesta la lámina, los resultados varían.


"Es como si se disparara un obús naval de buen calibre sobre una hoja de papel y rebotara"


En la época que se llevó a cabo el experimento, los comienzos del siglo XX, los conflictos bélicos iban a empezar a ser bastante comunes. Entonces, la importancia que recibían otros temas disminuye, con cierto sentido. Pero la gente no se daba cuenta que mediante avances en la ciencia, otros temas que parecían completamente lejanos a éste, se iba a poder cambiar el modo de actuar en diferentes situaciones, y, poniendo el caso de la guerra, se iba a poder modificar artillerías, armamento, y todo tipo de medios para matar a tus enemigos más rápida y eficentemente.

Así pues el “planetario”, o mejor conocido como el modelo atómico de Rutherford, marca un cambio en la historia tal que, es su modelo uno de los más utilizados hoy.
En el Rutherford marca las 3 características básicas que son:
-Debe tener un núcleo en el que están los protones y neutrones, donde se localiza la masa del átomo.
-Alrededor del núcleo existe una corteza, habitada por los electrones, con carga negativa, opuesta a la positiva del protón en el núcleo
El problema y lo contradictorio de este modelo es que está en contra de las leyes del electromagnetismo de Maxwell, que se sostenía “sobre tierra firme” gracias a las numerosas comprobaciones realizadas.
-El átomo, en proporción a tamaño, se podría decir que es prácticamente hueco, debida la proporción del tamaño del núcleo con la del átomo en sí.
En el caso de las leyes de maxwell, la carga eléctrica (electrón), emitiría una diversa radiación constante que provocaría su aproximación al núcleo,  que haría desaparecer o destruir, la materia


El equipo de Rutherford fue capaz de determinar el número de partículas alfa esparcidas en cualquier ángulo, mediante el número de núcleos y su comportamiento en la lámina de oro, con lo que se determinó como radio del núcleo mediante su ángulo de dispersión
Los 4 Tipos de Interacciones Fundamentales:
-Interacción gravitatoria:
Es la más conocida de las interacciones debido a que a grandes distancias, por su efecto acumulativo con la masa, tiene mayor efecto que las demás. Junto al electromagnetismo, son las interacciones que actúan a grandes distancias y contrariamente al electromagnetismo, sólo tiene carácter atractivo. A distancias atómicas, y en comparación con el resto de interacciones es la más débil de todas.
-Interacción nuclear fuerte:
La interacción fuerte, también conocida como interacción nuclear fuerte, es la interacción que permite unirse a los quarks para formar hadrones. La interacción electromagnética se da entre partículas cargadas eléctricamente, aquí las partículas también tienen carga, la carga de color. Pese a ser el más fuerte, sólo se le aprecia a muy cortas distancias tales como el radio atómico.
-Interacción nuclear débil
Ocurre en distancias cortas, y en ella se basa la acción de que haya partículas más ligeras
-Interacción electromagnética
Se da lugar entre partículas con carga eléctrica. que mediante, la fuerza electrostática, que actúa entre cargas en reposo, y el efecto combinado de las fuerzas eléctrica y magnética que actúan entre cargas que se mueven una respecto a la otra.
Aquí nuestro escudo:



Fuente(s):

https://sites.google.com/site/timesolar/fuerza/

domingo, 12 de abril de 2015

Millikan
La unidad de carga eléctrica


En esta entrega hablaremos de Robert Andrews Millikan, físico experimental estadounidense del siglo XIX que fue galardonado con el premio Nobel de Física en 1923 por su trabajo para determinar la carga del electrón y el efecto fotoeléctrico.


Comenzaremos hablando de Robert Symmer y sobre su hipótesis acerca del fluido vítreo y del fluido resinoso. La hipótesis de Symmer explicaba que la electricidad podía admitir dos clases de fluidos, uno positivo(vítreo) y uno negativo(resinoso) y que al juntarse estos dos, sus propiedades quedaban neutralizadas y eso se podía demostrar fácilmente con un experimento casero. Al frotar un globo en el pelo ambos se atraen fuertemente debido a su carga electrónica y eso demuestra que el globo es un fluido vítreo y el pelo un fluido resinoso.


Un tubo de descarga es un tubo de cristal normalmente de forma cilíndrica donde se realizan descargas eléctricas entre los electrodos en los gases que tiene en su interior. Al ser un tubo cuanta mayor presión hay en su interior hay menos conductividad y viceversa. Joseph John Thomson logró demostrar que los rayos catódicos se desviaban en un campo eléctrico, llegando a la conclusión de que todos los rayos catódicos se componían de cargas negativas, es decir, electrones y por ello vio que estos eran haces de electrones y que la placa positiva atraía el haz y la negativa lo repelía.




A partir de esto Thomson ideó un modelo que recibió el nombre de: Modelo atómico de Thomson. Lo que decía este modelo era que el átomo estaba compuesto sólo de partículas negativas llamadas electrones y decía que los estos se distribuían uniformemente por el átomo suspendidos en una nube de carga positiva.









El problema que tuvo este modelo fue que supuso la distribución de las partículas de forma incorrecta y por ello el modelo de Rutherford lo desautorizó demostrando que la carga positiva se encontraba en una pequeña parte del átomo situada en el centro de este y que los electrones están girando constantemente alrededor del núcleo y están situados en la corteza del átomo.

Ahora pasaremos de lo más pequeño a lo más grande y hablaremos del éter. El éter es una hipotética sustancia que se creía que ocupaba el vacío y que por ello era lo que sostenía a los planetas en el espacio y que era la sustancia donde se creía que se podía viajar a la velocidad de la luz.
Albert Michelson realizó un experimento acerca de la existencia del éter mientras realizaba su investigación sobre la velocidad de la luz( por la que posteriormente recibió el premio Nobel de la física). Para realizar este experimento construyó un interferómetro que era un utensilio capaz de medir la velocidad de la luz en dos direcciones perpendiculares pero con diferencia velocidad lineal (debido al éter). Este experimento llevó a dos hipótesis incorrectos e inconcebibles por el ser humano:
-La primera era que el éter carecía de propiedades medibles por el ser humano lo cual hacía esta teoría insostenible.
-La segunda fue que la velocidad de la luz es la misma en el espacio libre independientemente de cualquier movimiento de la persona o de la fuente.  
Debido a estas dos razones no creo que su existencia siga siendo una hipótesis viable.



Experimento de Millikan:


Robert Millikan usó una cámara de aire, dividida en dos platos de la siguiente manera:
En la cámara de arriba, mediante un atomizador, insertó unas gotitas de aceite. Entonces usó una máquina de rayos x para ionizar estas gotas de aceite. En ese momento las gotas, ionizadas, poseen una carga negativa. Se les deja caer al segundo plato. Al incrementar el voltaje, se ve cómo algunas gotitas se van frenando y llega el momento en el que incluso llegan a ascender.


El efecto fotoeléctrico consiste en la emisión de electrones de un material, generalmente metal, al recibir luz visible. Funciona con los fotones del haz de luz, Cuando éstos llegan a un material donde la energía de los fotones es más grande que la de los electrones, los electrones se liberan. Por ello, no depende de la intensidad del haz de luz sino de la de los fotones del haz para conseguir libra más o menos electrones.


El uso de este efecto es muy reconocible por las placas solares o cualquier dispositivo que funcione con células fotovoltaicas.

En el guión del trabajo se nos plantea lo interesante que puede llegar a ser que científicos acudan a diferentes centros de investigación a los que se formaron. Nuestra opinión, lejos de un conocimiento absoluto del tema, es que puede llegar a tener muchos beneficios. Cada centro tiene una manera de trabajar distinta. No tiene porqué ser mejor o peor, pero aún así la manera en la que se plantean los problemas y se intentan resolver de maneras diferentes, y simplemente enfocar algunos de tus problemas de manera diferente puede ser útil en diversos casos. Además, conocer otras investigaciones y otros lugares científicos puede llegar a tener mucha importancia en la vida profesional de un científico. En el caso de Millikan, viajar a Alemania.

En el guión  se nos plantea también lo importante que pueden llegar a ser el uso de libros de divulgación científica. Es obvio que mucha. A la hora de preparar un experimento o de realizar una investigación de carácter científico estas lecturas puede llegar a ser de gran ayuda.

domingo, 1 de marzo de 2015

Henry Cavendish
La constante de gravitación universal
En esta entrada pasaremos a hablar del científico inglés, Henry Cavendish y de sus numerosos descubrimientos a lo largo de su vida. Para ello nos nutriremos del capítulo quinto del libro “De Arquímedes a Einstein” y de numerosas fuentes de internet.


Primero empezaremos hablando de Royal Society, para la cual Cavendish trabajó parte de su vida al igual que muchos otros científicos de la historia como Isaac Newton o Robert Hooke.
La Royal society es una de las más antiguas sociedades científicas de Europa y la más antigua de Reino Unido ya que se fundó en el año 1660. La royal society es una sociedad científica, pero a su vez es un organismo de financiación ya que cuenta con un régimen de subvenciones para más de 3000 científicos de todo el mundo, diseñado para mejorar la base científica del Reino Unido y para fomentar la colaboración de otros países. A su vez cuenta con una biblioteca con más de 70.000 libros y alberga una de las colecciones de publicaciones científicas más grandes del mundo.
Sus logros más importantes han sido la Medalla Royal, para las dos más importantes contribuciones para el adelanto de conocimiento natural, la Medalla Sylvester, en el campo de las matemáticas, y la Medalla Rey Carlos II, por su enorme contribución al desarrollo científico de Reino Unido.








En cuanto a que otros científicos han pasado por la Royal Society podemos destacar a Charles Darwin, Robert Boyle, Robert Hooke, Gottfried Leibniz, Benjamin Franklin,
Isaac Newton y Stephen Hawking.


Ahora pasaremos a hablar de los gases más importantes por su abundancia:




















En este gráfico podemos observar que el gas más abundante es el Helio ya que ocupa un 95% del gas de la Vía Láctea.


¿Que es el flogisto?
La teoría del flogisto intentaba explicar la causa de que algunos elementos fueran combustibles y otros no. Su creador(George Ernst Stahl) supuso que el calor tenía dos formas: libre y en combinación. Este último recibió el nombre de flogisto(inflamable en griego) y es inherente a todos los cuerpos combustibles. De esta forma y según Stahl la combustión era el paso de fuego combinado a fuego libre, donde se puede apreciar por los sentidos y por ello toda sustancia susceptible a sufrir una combustión contiene flogisto. Pero esta teoría fue rebatida a finales del siglo XVIII, al demostrarse que se trataba de una reacción química.


Ahora pasaremos a hablar de uno de los elementos más conocidos de la tabla periódica, que es el hidrógeno. El hidrógeno es el primer elemento de la tabla periódica y se trata de un gas incoloro, inodoro e insípido, compuesto de moléculas diatómicas.
El hidrógeno, como cualquier elemento, tiene muchas propiedades aunque sólo hablaremos de las básicas :
Tiene un peso molecular de 2.02 y una densidad de 0.071 g/l, es la sustancia más inflamable de todas las conocidas, puede volver quebradizo a el acero y reducir a su estado metálico a algunas sales como los cianuros de sodio y potasio. Reacciona con el oxígeno para formar agua y con el nitrógeno para formar amoníaco, puede producir hidruros al reaccionar con metales a temperaturas muy elevadas y puede reducir los óxidos de muchos metales.
Ahora pasaremos a hablar de la composición química del agua:
El agua es un compuesto químico inorgánico formado por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno. Esta sustancia se encuentra en la naturaleza en sus tres estados y es imprescindible para la vida de los seres vivos. El agua tiene un calor específico de un grado, una temperatura de ebullición de 100º y un punto de fusión de 0º.



El calor específico de una sustancia es la cantidad de calor que hay que administrarle a esa sustancia para que su temperatura sea de 1º centígrado. Suele depender del valor de la temperatura inicial y se le representa con la letra c.
Otra de las leyes descubiertas por Henry Cavendish fue la Ley de Coulomb, que enuncia que “La magnitud de cada una de las fuerzas eléctricas con que interactúan dos cargas puntuales en reposo es directamente proporcional al producto de la magnitud de ambas cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa y tiene la dirección de la línea que las une. La fuerza es de repulsión si las cargas son de igual signo, y de atracción si son de signo contrario.” Dicha ley es fácilmente visible en el siguiente diagrama:











Esta ley está presente en infinitos casos. Uno de los casos lo frecuentamos a diario cuando miramos a nuestra nevera: los imanes. Dicha ley la concluyó a partir de diversos experimentos con su balanza de torsión, que sería algo parecido a esto:


Fue con éste instrumento con el que determinó las propiedades de las fuerzas electromagnéticas.


Dicha ley, si la analizamos, podremos observar que es relativamente similar a la Ley de Gravitación Universal.
La ley de la gravitación universal establece que la fuerza de atracción entre dos masas es directamente proporcional al producto de las mismas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.Expresándolo matemáticamente: siendo G la constante de gravitación universal, m1 y m2 las masas de los cuerpos en cuestión y r la la distancia entre los centros de las masas. G vale 6,67·10-11 Nm2/kg2


¿Realmente se parecen entre si no? De todas formas, tienen sus diferencias.


¿Qué mejor manera visual que una tabla para expresar diferencias?

Comparación Ley de Coulomb y LGU
Características
Ley de Coulomb
Ley de la Gravitación Universal
Propiedad relacionada
Carga
Masa
Dirección de la fuerza
Atractiva o repulsiva, en la unión de dichas cargas
Siempre atractiva, en la línea de unión de dichas masas.
Dependencia
Directa del producto de las cargas e inversa al cuadrado de la distancia
Directa del producto de las cargas e inversa al cuadrado de la distancia
Expresión matemática
K en el vacío
¿Depende?
Del medio en el que se encuentre
Es una constante universal




El condensador eléctrico
Un condensador eléctrico es un dispositivo capaz de almacenar energía sustentando un campo eléctrico.  
Está formado por un par de superficies conductoras, generalmente en forma de láminas o placas, en situación de influencia total separadas por un material dieléctrico por el vacío. Las placas, sometidas a una diferencia de potencial, adquieren una determinada carga eléctrica, positiva en una de ellas y negativa en la otra, siendo nula la variación de carga total.
Quitando las tecnicidades de Wikipedia, nos quedamos con lo básico, que es capaz de almacenar energía sustentando un campo eléctrico y que la variación de carga total es nula.
Como bien muestra el siguiente video, no es muy complicado realizar uno casero, lo complicado es hacerlo compacto y potente. Se necesitan un capacimetro, papel de aluminio y papel encerado. Recomendamos verlo:

El termómetro
El termómetro es un instrumento de medida de temperatura
Inicialmente, los termómetros se fabricaban con materiales con elevado coeficiente de dilatación, que va determinado por el calor específico. El funcionamiento era tan simple, que consistía en que dicho material era aplicado una temperatura, que lo dilataba, viéndose su expansión como aumento de temperatura, o su contracción como disminución.
Se mide pues dicha dilatación y se crea una escala en magnitud de temperatura.
Las escalas más usadas son:
-Celsius
-Fahrenheit
-Kelvin
-Réaumur


El centro de gravedad es el punto de aplicación de la resultante de todas las fuerzas que la gravedad ejerce sobre las distintas porciones materiales de un cuerpo. Esto significa que el centro de gravedad de un objeto es el punto en el que la resultante de las fuerzas gravitatorias que actúan sobre dicho cuerpo es cero.
Este concepto es complicado de entender y calcular. Esta imagen nos muestra los procedimientos que hay que llevar a cabo para calcularlo:
Como se puede ver, no es nada fácil.


En el ejercicio nos proponen repetir una experiencia que se muestra en esta web. Se basa en la colocación de cuatro bloques, cada uno sobre el otro, sobre una superficie, y ver en cuáles posiciones se mantendría la estructura y en cuáles se caería alguno.


Por problemas del formato de vídeo del móvil con el cuál se ha grabado la experiencia, no podremos mostrar el video correspondiente, pero sí podemos detallar información acerca de la experiencia.


Usamos cuatro libros, de tapa dura y mismo tamaño, y realizamos movimientos con ellos que considerábamos oportunos.


Una cosa que sorprende de la aplicación, es que si los tres bloques de más abajo están en perfecto equilibrio, se puede colocar el bloque de arriba justo en el borde del bloque de abajo, de esta manera.
En la fase de experimentación, no lo pudimos llevar a cabo.

Uno de los experimentos más notables de la vida científica de Henry Cavendish fue el de la medida de la constante G.


Para hallar una cifra tan remota como 6,67 · 10-11, era necesario una experimentación muy precisa, y era en este campo donde el científico inglés verdaderamente destacaba.  Usó una balanza de torsión como la que vemos aquí abajo.
Constaba de una hilo de torsión que sujeta a una varilla horizontal la cual sujeta dos esferas de una cierta masa, m, en sus extremos. Con la balanza ya en su sitio, se colocan dos esferas de una masa mayor, M, al lado de cada una de las esferas de masa m. Entonces, sin aplicar ningún otro tipo de fuerza, las esferas de una masa más pequeñas son atraídas por las otras esferas. Entonces llega el momento de dar uso a un láser, que apuntando a un espejo cóncavo que debe situarse sobre la balanza, permite calcular el ángulo que se han desplazado las dos esferas sujetas por la balanza de torsión.


Entonces daría lugar el cálculo de unas complicadas fórmulas en las que se tendrían en cuenta el periodo de oscilación de la balanza, distancias entre el espejo y el haz de luz del láser… En fin, ya aspectos que ensombrecen un poco la belleza del experimento en sí.


Cabe destacar los medios en los que Cavendish realizó el experimento. En su época no existía el láser y realizar medidas del ángulo eran mucho más complicadas.  


La razón de no poder medir donde estaba la balanza de torsión es porque él, al tener masa, también atraía a las bolas.


Henry Cavendish tuvo que tener mucho cuidado con los materiales que usaba durante el experimento. El uso de materiales como hierro o acero podría distorsionar los resultados del mismo, ya que actúan dentro del campo magnético de la Tierra.


La energía magnética es un fenómeno físico que consiste en la propiedad de algunos objetos de ejercer fuerza de atracción o repulsión sobre otros.


Existen ciertos materiales, como el cobalto y el níquel, que tienen una energía magnética muy potente, por lo que no serían nada recomendables para hacer el experimento.