domingo, 12 de octubre de 2008

Actividad 1: Millikan, la unidad de carga eléctrica.

1. EXPLICACIÓN DE LA HIPÓTESIS DE SYMMER.

En el inicio de este capítulo el autor menciona su gusto por los textos científicos antiguos para observar como han evolucionado, en concreto uno que le atrae especialmente porque explica con claridad la hipótesis de Symmer. No ha sido posible encontrar ese tomo en cuestión, pero he encontrado un libro francés que la menciona.

FÍSICA ELEMENTAL TOMO II

En el ya comentado libro de Física elemental volumen II de 1830 el autor habla sobre esta hipótesis frente a la de Franklin. La teoría de Franklin hablaba sobre un fluido natural presente en todo y, que podía sufrir alteraciones y modificaciones. Para volver al estado normal, realizaba un conjunto de acciones, en las cuales se manifestaban fenómenos eléctricos. Symmer sin embargo apoyaba la teoría de que existían, dentro del fluido natural (combinación neutra), dos tipos: el positivo y el negativo. Estos últimos tienen tendencia a unirse para establecer su estructura como la de fluido natural y cuando lo hacen dan lugar a una serie de efectos. En la mayor parte de Europa se aceptó esta teoría que se parece a la actual electrostática. El nombre de vítreo y resinoso viene dado por los franceses, que les otorgaron este nombre a cada uno porque, al experimentar con ámbar (resina fosilizada) y vidrio, cada uno cumplía las características de un fluido, es decir al frotar el vidrio se producía una atracción. El dato más curioso, creo yo, de estos nombres es que la técnica con el ámbar ya la utilizaba Tales de Mileto, que llamó a los fenómenos producidos por el ámbar igual que esta amarillenta resina. ¡Eso es! ¡La palabra electricidad quiere decir ámbar!

Intenté realizar el experimento siguiente con ámbar y vidrio. No funcionó, ya que el supuesto ámbar era de dudosa procedencia y, la calidad en general de los materiales no era buena. Creo que he encontrado unos sustitutos eficaces y, además baratos.

No consigo insertarl el HTML y que se vea el video. Dejo la URL de youtube.com:

http://www.youtube.com/watch?v=NKhJZf2Dvj8

2- EXPLICAR EL FUNCIONAMIENTO DE UN TUBO DE DESCARGA. ¿POR QUÉ CONSIGUIÓ TOHMSON DESVIAR LOS RAYOS CATÓDICOS? ¿CÓMO INFLUYE LA PRESÍON DEL GAS ENRARECIDO DEL INTERIOR?


Un tubo de descarga fuciona mediante un cátodo, un diafragma agujereado, una pantalla y un ánodo. El cátodo, que es el electrodo negativo, envía un chorro de rayos catódicos (llamados así porque surgen del cátodo) a través del diafragma agujereado y este es proyectado en una pantalla que va hasta el ánodo (el electrodo positivo).


Thomson, para desviar los rayos, lo que hizo fue poner otras dos pantallas, una negativa y otra positiva, encima y debajo respectivamente del tubo de rayos catódicos y entonces, al ser el chorro de rayos negativo se desvió hacia abajo por el doble efecto de ser repelido por la pantalla positiva y de ser atraído por la negativa.


La presión del gas enrarecido en el interior del tubo influye de manera que a medida que disminuye la presión del gas, la conductividad aumenta. Por ejemplo, si se disminuye la presión del gas hasta 5 mmHg, las descargas producen una luminosidad que varía dependiendo del gas que haya dentro y a medida que disminuye la presión aparecen franjas oscuras entre el cátodo y el ánodo, pero en torno al ánodo se distingue una luz verdosa. Si colocamos un pequeño objeto entre el cátodo y el ánodo su sombra es proyectada en el ánodo con lo cual suponemos que los rayos catódicos van desde en cátodo hacia el ánodo como hemos dicho anteriormente.



Las luces de neón y otros tubos de descarga, se usan hoy en día en el mundo real, no solo en el laboratorio. Sus utilidades más frecuentes son para la publicidad, anuncios (por la noche, se reflejan y se ven a distancia),e incluso para obras de arte.


Obra de Jota Castro, utilizando neones.



3- EXPLICA EL MODELO DE THOMSON DEL ÁTOMO E INVESTIGUA POR QUÉ NO ES UN MODELO VIABLE SEGÚN LOS DESCUBRIMIENTOS POSTERIORES


El modelo atómico de Thomson se caracterizaba por 2 importantes factores: Por ser el primero que contenía electrones ya que fue él mismo el que los descubrió y por la representación del átomo como una masa redondaen la que los electrones estaban sobre esta masa, incrustados en ella, igual que las pasas en un bizcocho.




Se basa en que los electrones están dispuestos alrededor de una nube con carga positiva (aún no se habían descubierto ni los protones ni los neutrones) que hacía que el átomo fuese neutro. Dado que siempre se ha sabido que la carga del átomo, era neutra, las cargas según el modelo de Thomson debían ser así: el "núcleo", es decir, el átomo, tenía que ser de carga positiva para que los electrones, de carga negativa, fueran atraídos hacia él y para que la carga en conjunto fuera neutra.



Este modelo no era muy correcto ya que el átomo carecía de núcleo y fue superado 14 años despúes por el modelo de Rutherford, ya que se basaba en que el átomo tenía un núcleo y los electrones giraban alrededor de él en una órbita. Dos años más tarde Niels Bohr propuso un modelo para explicar cómo los electrones pueden tener órbitas estables alrededor del núcleo. Este modelo no representaba al átomo fisicamente sino que intentaba explicar su funcionamiento por medio de ecuaciones.



Posteriormente, en 1925, Heisenberg y Schrodinger propusieron que el comportamiento de los electrones dentro del átomo se describe a través de los números cuánticos y que éstos se encargan del comportamiento de los electrones, y la configuración electrónica de su distribución.



4. EXPERIMENTO DE MICHELSON-MORLY

Como nos explico Pepe al principio de curso en clase de Historia, para conocer la magnitud de un cambio (de una revolución) hay que observar el estado inicial y el final de lo que se está tratando.

En La India y La China, en religiones como el budismo y el hinduismo, surgen los primeros conceptos y elemento de la materia entre ello el éter, también llamado Akasha. Simultáneamente, la escuela Milesia (con Tales de Mileto, Anaximandro y Anaxímenes a la cabeza) empezó hace casi 2700 años a plantearse cual era el origen de la naturaleza y los elementos que lo componían: Agua, aire, tierra y fuego.



Surge también la denominada éter para explicar de donde venían todas las demás y se dice que esta presente en todo, desde enormes galaxias a organismos ínfimos. Este último concepto caló hondo en Aristóteles que decía que el éter era el elemento material del que estaba compuesto el llamado mundo supralunar (galaxias, estrellas, etc), mientras que el mundo sublunar está formado por los famosos cuatro elementos: tierra, agua, aire y fuego. El éter es muchísimo más sutil y prefecto que los demás y su movimiento natural es distinto al de los restantes cuatro. La filosofía aristotélica continua durante la Edad Media (otra grandísima aportación de Aristóteles al mundo de la Física) y el término aether, comenzó a ser llamado quinto elemento o también qüinta essentia, ya que fue el quinto elemento material reconocido por Aristóteles de donde viene la expresión quintaesencia (usada actualmente para referirse a la energía oscura en el estudio del cosmos). Siglos más tarde Maxwell al enunciar que la luz era una onda transversal imposible de propagarse por el vació, estableció que la luz se propagaba por un elemento inmaterial llamado éter, ya que compartía muchas cualidades con el éter aristotélico. Más tarde Maxwell y dos científicos más (Lord Kelvin y el famoso Tesla ver fotografía 2) mal denominaron éter al actual campo electromagnético..

Tesla aparece en la película de El Truco Final.

Y aquí llegamos al punto de inicio en esta revolución. Nadie osa afirmar la no existencia del éter. Es un conocimiento muy antiguo y arraigado en la sociedad científica, hasta que en1887…
…Michelson (el profesor de Millikan) y Morly realizan su experimento.

En una página web muy interesante he encontrado una serie de datos antes, durante y en la conclusión de este experimento y los distintos aspectos que cambian.

MODELO CLÁSICO DEL ÉTER

La luz necesitaba al éter para desplazarse.

El éter se encontraría en reposo absoluto.

La velocidad de la luz es independiente de la de su fuente.

La velocidad de la luz era constante en el vacío.


Michelson y Morley idearon un instrumento (el interferómetro) que fuera capaz de detectar la velocidad de la Tierra respecto al reposo del éter y, de esta forma, obtener un sistema de referencia en quietud absoluta.
La luz incide sobre un espejo semitransparente colocado con un ángulo determinado. Una de las luces seguirá su camino recto y en otra dirección la luz reincidirá en otro espejo. El reflejo vuelve a dirigirse hacia el espejo, que les hace llegar al mismo tiempo a la placa de interferencias.









La segunda figura nos muestra el recorrido de la luz cuando los espejos se desplazan como se desplazaría La Tierra respecto al éter. Se ha exagerado la velocidad de los espejos respecto a la velocidad de la luz para poder analizar las variaciones en las distancias provocadas por el movimiento de los espejos.




CONCLUSIÓN:

El éter no existe ya que si lo hiciese no se producirían estos cambios. Se dice que este experimento fue negativo, no porque no comprobase la hipótesis experimental, sino porque acentúo el problema de la luz, que más tarde resolvería Einstein con su teoría de la relatividad general.


Breve Apunte:

En la página siguiente sobre
Física y experimentos con la gravedad se expone una interpretación alternativa dentro de una geometría euclideana, basada en la Teoría de la Equivalencia Global, la cual propone realizar el mismo experimento de interferometría en el espacio, lejos de la órbita de la Tierra, para confirmar una interpretación u otra. Explicación detallada sobre el diseño y objetivos del nuevo experimento científico en encuentra en la página Lejano Michelson-Morley (LMM). En el año 2010, la NASA con el proyecto LISA (Laser Interferometer Space Antenna) va a realizar un experimento en el espacio idéntico al citado Lejano Michelson-Morley (LMM) aunque con el objetivo de demostrar una vez más la Relatividad General; tiene gracia, porque yo creo que el resultado les va a ser más inesperado que el de principios del siglo XX.

Extraído de molwick.com

5. POR QUÉ LOS RAYOS X IONIZAN ÁTOMOS SEGÚN, EL MODELO DE BOHR


Yo pienso que con esta sencilla imagen se podría responder a la pregunta.

Los Rayos X (potentes y muy radioactivas luces) inciden sobre el átomo. Este se distribuye en capas (según el presentado por Bohr en 1913) y al recibir esta luz, esta energía aplicada en forma de luz (fotón), cambiará de una orbital a otra (de una inferior a otra menor), y mucho más si el átomo es muy inestable. Así el átomo aumentará una capa y quedará en forma de ión.

En la foto, sin embargo se describe el proceso contrario: Un electrón pasa a un orbital inferior emitiendo un fotón.

6. EXPLICA EL EXPERIMENTO DE LA GOTA DE ACEITE.

Entre todos los experimentos comentados en el libro, yo creo que este es el más interesante y bonito. Requiere un material adaptado a las necesidades de los experimentos (Rayos X, por ejemplo), sí, pero dentro de todo esto es un experimento bien sencillo y fácil de comprender en su planteamiento, y ahora suena incluso anecdótico (dentro de lo que es un experimento de este calibre). Lo más increíble de todo es que detrás de este descubrimiento halla alguien que rompa las normas con una genial idea, conciba el experimento y saque importantísimas conclusiones. Lo más increíble de todo es que aunque lo hubiésemos podido comprender antes de Millikan, es decir tuviésemos aptitudes para hacerlo, no se nos hubiera ocurrido. Eso distingue a un gran científico de otro menos bueno.


La clave era encontrar el equilibrio entre el campo eléctrico, el rozamiento del aire y la gravedad, para poder pesar el electrón. Se vertía con un atomizador unas gotas de aceite (no solubles en agua ni con posibilidad de evaporación) en un recipiente con un agujero en la base que comunicaba con otra “estancia”. A esa gota mientras bajaba se la irradiaba con rayos X para ionizarlo negativamente. Cuando llegaba, atraído por la gravedad, a la segunda estancia se activaban los campos eléctricos que la hacían encontrar durante unos instantes el equilibrio y, luego, volver a subir. Durante este proceso Millikan pesó el electrón: e = 1,602 × 10-19 culombios.


7- ¿QUÉ ES EL EFECTO FOTOELÉCTRICO? PUEDES ENSEÑAR ALGUNA APLICACIÓN ACTUAL DE ESTE FENÓMENO POR CUYA EXPLICACIÓN TEÓRICA, ALBERT EINSTEIN, RECIBIÓ EL PREMIO NOBEL. MILLIKAN TAMBIÉN COMPROBÓ EXPERIMENTALMENTE LA HIPÓTESIS DE EINSTEIN AUNQUE DIJERA DE ELLA QUE "LE FALTA UNA BASE TEÓRICA SATISFACTORIA".

Millikan realizó sus experimentos para demostrar que Albert Einstein estaba equivocado en cuanto a la teoría del efecto fotoeléctrico, aunque no lo logró. Al contrario, en realidad, comprobó que su hipótesis era verdad. Por eso les dieron el premio Noble a los dos: a Einstein por su demostración teórica de la hipótesis de Hertz y a Millikan por su comprobación experimental.

El proceso por el cual se liberan electrones de un material por la acción de la radiación se denomina efecto fotoeléctrico o emisión fotoeléctrica. Sus características esenciales son: 1-Para cada sustancia hay una frecuencia mínima o umbral de la radiación electromagnética por debajo de la cual no se producen fotoelectrones por más intensa que sea la radiación. 2-La emisión electrónica aumenta cuando se incrementa la intensidad de la radiación que incide sobre la superficie del metal, ya que hay más energía disponible para liberar electrones.

En los metales hay electrones que se mueven más o menos libremente a través de la red cristalina, estos electrones no escapan del metal a temperaturas normales por que no tienen energía suficiente. Calentando el metal es una manera de aumentar su energía. Los electrones "evaporados" se denominan termoelectrones, este es el tipo de emisión que hay en las válvulas electrónicas. También se pueden liberar electrones (fotoelectrones) mediante la absorción por el metal de la energía de radiación electromagnética.


Sus principales aplicaciones actuales son para mecanismos de seguridad, así como para poner en marcha ciertas reacciones automáticas: en las puertas de un ascensor, para detener su movimiento cuando algo está entre ellas; en los grifos, para expulsar agua al pasar la mano por encima de una placa; en los secadores automáticos de los aseos públicos, para que empieze a expulsar aire, etc.


8- ¿POR QUÉ PIENSAS QUE ES INTERESANTE QUE LOS CIENTÍFICOS PASEN ALGUNOS AÑOS EN OTROS CENTROS DE INVESTIGUACIÓN DISTINTOS A LOS QUE SE FORMARON?


Resulta notablemente interesante que científicos pasen algunos años en diferentes centros de investigación a los que se formaron, ya que así adquieren más formación y más experiencia sobre la física. Además así probablemente adquirirían más conocimientos o simplemente revisarían unos ya adquiridos pero desde diferentes puntos de vista, así aumentarían su prestigio y sus conocimientos.

Este fenómeno de trasladarse a otras universidades o laboratorios se produce no sólo en el campo de la ciencia, sino que también se utiliza en aspectos deportivos o artísticos en los que se mejora muchísimo la técnica y que, además, permite la relación con otras culturas y los diferentes tipos de opinión en una misma materia.

Si yo fuese un científico, creo que trasladarme de centro de investigación me aportaría múltiples ventajas. Me aportaría muchas más formas de enfocar la física, principalmente por razones de educación y de cultura, ya que no tendría la misma cultura que los científicos de este centro, por lo que tendríamos diferentes puntos de vista de la física. Probablemente ellos le dieran mayor importancia a una parte de la física, por lo tanto la que tendrían más desarrollada y de la que aprendería cosas ni si quiera mencionadas en la universidad en la que me formé. Todo ello añadiéndole, la aportación que me haría a los idiomas, ya que al ser en países extranjeros, el idioma no sería el mismo y tendría que recurrir al inglés.


9- ¿POR QUÉ ES RECOMENDABLE (O NO) LEER LIBROS DE DIVULGACIÓN CIENTÍFICA?


Leer libros de divulgación científica, desde nuestro punto de vista puede ser recomendable o no. Estas dos posibilidades pueden ser:


-En el primer caso, las personas que lo lean, simplemente lo harán por obligación o para sacar la asignatura adelante. En ese caso no sería recomendable leer libros de divulgación por que puede ser que la única conclusión o decisión que adopten sea la de empezar a odiar la asignatura simplemente por que les hace trabajar demasiado.


-La segunda opción es que, en el caso de los alumnos, se adopte esa obligación con una actitud positiva porque, al final, se le encontrará el punto a esto de la física y, cuando sean adultos los que lean, se intenten comprende un poquito más de esta ciencia sin necesidad de muchas fórmulas ni cálculos complejos, porque este tipo de libros sirven para aumentar sus conocimientos sobre la física mientras uno pasa el rato leyendo, que, al fin y al cabo es diversión.


A parte de eso estos libros son muy recomendables, por que no los escribe cualquier persona, los escriben científicos profesionales, como en este caso, que está escrito por Manuel Lozano Leyva. Estos libros te acercan a la física, sin que uno se percate de ello, sobre todo al utilizar un lenguaje asequible para todo tipo de personas, entendidas y no, ya que no te hace sentir como un pobre ignorante que no sabe de lo que lee y al que le vienen grande todos estos experimentos. Consigue que el lector lea con fluidez, enterándose de lo que lee y divirtiéndose a su vez, cosa nada fácil para un escritor. Además, este tipo de libros te pueden ayudar a formar tus propias opiniones, sabiendo apartar de ellas las influencias filosóficas y políticas, de las que no suelen tomar parte estos autores. Esto último no siempre es verdad, ya que en alguna ocasión crítica actuaciones no científicas de Newton, comenta el retraso que supuso el pensamiento aristotélico, etc., y, en más de una ocasión en el capítulo de Millikan, habla con cierta ironía sobre las palabras de Lenin y desprecia a Hitler con el comentario que hace de Planck, bueno, quién no condenaría tan cruel acto.


10. MODELOS ATÓMICOS
MODELO ATÓMICO DE HIDRÓGENO
MODELO ATÓMICO DE HELIO (CAPA CERRADA)
MODELO ATÓMICO DE LITIO (2 ORBITALES)

1 comentario:

VÍCTOR dijo...

Excelente lo del vídeo. Haced una prueba con un globo, frotadlo y acercadlo a un chorrito de agua.
Vuestros recursos históricos enriquecen la argumentación
El hecho de que os pronunciéis con vuestra opinión es algo a valorar positivamente pues de eso se trata en lo blogs.
No cabe duda de que el autor se define ideológicamente en el libro pero ller distintas opiniones fundamenta el pensamiento crítico.
Estupenddos modelos atómicos.
No cabe duda de que habéis hecho un muy buen trabajo. Os agradezco la implicación.