FÍSICA Y QUÍMICA

En este blog, podrá encontrar los trabajos realizados por tres alumnas de 4º eso del Colegio Base. En él encontrará información sobre física y química. Este blog comienza con unas breves introducciones del libro "De Arquímedes a Einstein".

Esperamos que lo disfrute y escríbanos cuando lo desee.

Un saludo, gracias
.

viernes, 29 de enero de 2010

RUTHERFORD: el núcleo atómico

Ejercicio 1

Nos parece muy interesante que los científicos enseñen a sus alumnos.

Los científicos saben como enseñar a sus alumnos a realizar los experimentos y en caso de que algo les salga mal que puedan volver a intentarlo de nuevo, porque bajo nuestro punto de vista es así como se aprende equivocándose. Nosotras creemos que si a estos alumnos les enseñara otro tipo de profesores no aprenderían lo mismo, ya que una persona puede enseñar mejor y dar mejores ejemplos si ya lo ha vivido antes, para así enseñarles a como salir adelante.


Tenemos muchos ejemplos de científicos que han sacado adelante a otros muchos científicos como es el ejemplo de J.J Thompson que fue profesor de Rutherford y este a su vez de Bohr, y podríamos continuar la lista, asi que con ésto se demuestra que gracias a los profesores que han tenido, han podido ser ellos también unos profesores y unos muy buenos científicos.

Ejercicio 2


La principal diferencia entre la física y la química es al siguiente:

La física es la ciencia que estudia las propiedades de la materia y de la energía, considerando tan solo los atributos capaces de medida, mientras que la química es la ciencia que estudia la estructura, propiedades, y transformaciones de la materia a partir de su composición atómica, La física ha cambiado mucho durante los años, hasta el punto que se le consideró que podía formar parte de la biología como esta foto refleja.





En esta imagen se puede ver como describen la física para biólogos.

La frase a la que Rutherford se refiere como "toda ciencia, o es física, o es coleccionista de sellos" lo que esta frase quiere decir bajo nuestro punto de vista es que un coleccionista de sellos lo único que hace con ellos es verlos y saber más de ellos pero no le sirven para nada, y lo compara con la física que bajo su punto de vista tampoco sirve para nada.

La otra frase que Rutherford dice es "He cambiado muchas veces en mi vida, pero nunca de manera tan brusca como en esta metamorfosis de físico a químico", lo que esta frase quiere decir es que no entiende cómo ha conseguido ganar un premio nobel con algo que consideraba una metamorfosis que pensaba que no le iba a servir para nada.



Ejercicio 3



Nikola Telsa fue un físico, matemático, ingeniero electrónico y un célebre inventor.
Revolucionó la teoría eléctrica desarrollando las bases para la generación de corriente alterna.
Tuvo una gran disputa con Edison ya que este defendía su postura de que la corriente continua mientras que Nikola defendía su postura sobre las ventajas de la corriente alterna, que finalmente fue la que se impuso.
Mientras que tuvo otro enfrentamiento con Marconi ya que éste ganó el premio nobel ya que presentó la radio que en realidad había creado Nikola.


Ejercicio 4


¿Qué diferencia la fluorescencia de la fosforescencia?

Desde hacía infinidad de tiempo, los geólogos, físicos y químicos conocían ciertos fenómenos fascinantes naturales llamados “ luminiscencias”. Había dos clases de minerales (incluso sustancias orgánicas) luminiscentes: las fluorescentes, que emitían una extraña luz azulada al ser estimuladas por radiación externa, y los fosforescentes, cuya emisión verdosa persistía aun cuando se las dejaba de iluminar. La fosforescencia tenía que ser estimulada por luz normal.

¿Qué son los rayos X?


Hace algo más de un siglo se descubrió una radiación (entonces desconocida y de ahí su nombre de rayos X) que tenía la propiedad de penetrar los cuerpos opacos. Los rayos X son radiaciones electromagnéticas, como lo es la luz visible, o las radiaciones ultravioleta e infrarroja, y lo único que los distingue de las demás radiaciones electromagnéticas es su llamada longitud de onda, que es del orden de 10-10 m (equivalente a la unidad de longitud que conocemos como Angstrom), los rayos X son invisibles a nuestros ojos, pero producen imágenes visibles cuando usamos placas fotográficas o detectores especiales para ello.





Los rayos X se hicieron aún más populares que la fotografía por razones obvias: el campo de la medicina, en el que se usan para realizar radiografías, angiografías (estudio de los vasos sanguíneos) o las llamadas tomografías computarizadas. Y el uso de los rayos X se ha extendido también a la detección de fallos en metales o análisis de pinturas.

¿Cómo se descubrieron los Rayos X?

Los rayos X se descubrieron por casualidad.

En 1895, mientras el físico William Conrad Röntgen experimentaba con rayos catódicos; se dio cuenta de que “una pantalla situada a más de un metro de su aparato se iluminaba de una forma bastante inesperada”.

Al percatarse de que era mucha la distancia para que fuera obra de los rayos catódicos, entendió que debían de ser otra clase de rayos los que se estaban produciendo. En su observación se percató de que los rayos no se desviaban incluso si atravesaban los cuerpos sólidos. De ésta manera y por este motivo, fueron descubiertos éstos rayos que recibieron el nombre de X.
La primera radiografía la hizo a la mano de su esposa.



¿Qué es la radiactividad?, ¿Cómo fue descubierta?

Según cuenta el libro, lo que le ocurrió a Becquerel. Éste estaba impaciente por exponer al Sol radiante una placa, puesto que tenía que dar otra charla en la Academia y, tras tantos días nublados, se desesperó y pensó que de todas formas revelaría la placa para hablar de los efectos de la fosforescencia débil. Resultó que la imagen de la moneda que había interpuesto entre la placa y las sales de uranio salía tan nítida como si éstas hubieran estado excitadas por luz intensa. La charla despertó más aburrimiento que otra cosa, pero Becquerel estaba muy impresionado.
Repitió aquello mil veces, dejando ya todo a oscuras en el fondo de un cajón, y dedujo que las sales emitían rayos que no tenían nada que ver con la fosforescencia. Entre otras cosas porque las sales de uranio, no fosforescentes también impresionaban las placas. Después le hizo de todo a las dichosas sales, las calentó, las separó químicamente, etc... y concluyó que era sólo el uranio el que emitía algún tipo de radiación nueva.

Después de tres generaciones trabajando en un asunto se desembloque en un hallazgo importante y se diga que fue un fruto de la casualidad, es un poco injusto.

De una manera más sistemática y heroica, e incluso más científica, el matrimonio Joliot y Marie Curie demostraron que muchas sustancias, primero y elementos simples, después, emitían rayos que sólo podían provenir de sus átomos. La radiactividad, como los Curie llamaron a este fenómeno, estaba descubierta, aunque se ignora su naturaleza y procedencia exacta.
Más adelante Becquerel publicó siete artículos sobre el tema, y su razón la explicó mediante una imagen. En la izquierda se puede apreciar que está hecha con emisiones de sustancias radiactivas, y la de la derecha, con rayos X. Obviamente, la calidad de esta última era muy superior. Conclusión: la radiactividad no sirve para nada.

¿Por qué fueron importantes las aportaciones del matrimonio Curie y de Rutherford al trabajo de Becquerel?

Así estaban las cosas cuando Rutherford se interesó por el nuevo fenómeno. Sin hacer caso a las pobres aplicaciones que se entreveían, ante un misterio se trabaja para dilucidarlo y sanseacabó. Éste es el verdadero espíritu de la ciencia. Esta actitud es la que ha provocado casi todas las grandes revoluciones científicas. Hasta que los Curie en París y Rutherford en Cambridge no aclararon qué era la radiactividad, Becquerel no se percató de la importancia de su descubrimiento.

Por este motivo, pienso que lo que verdaderamente le aportó el matrimonio Curie y Rutherford a Becquerel fue la gran admiración que tenían por su trabajo y le hicieron darse cuenta de lo que sin duda había descubierto.

¿Qué son las radiaciones alfa, beta y gamma? Ordénalas energéticamente

La radiación alfa es mucho menos penetrante que la beta. A mediados de 1902 se añadió un tercer tipo, todavía más penetrante que los anteriores al que se le denominó gamma.

Hoy en día sabemos que la radiación alfa consiste en la emisión de núcleos de helio (formados por dos protones y dos neutrones) por parte de un núcleo atómico inestable, la radiación beta son electrones emitidos en el proceso de desintegración beta y los rayos gamma son fotones de alta energía.

Las partículas alfa emitidas por los radionucleidos naturales no son capaces de atravesar una hoja de papel o la piel humana y se frenan en unos pocos centímetros de aire.
Sin embargo, si un emisor alfa es inhalado, ingerido o entra en el organismo a través de la sangre, puede ser muy nocivo.

Las partículas beta son electrones. Los de energías más bajas son detenidos por la piel, pero la mayoría de los presentes en la radiación natural pueden atravesarla. Al igual que los emisores alfa, si un emisor beta entra en el organismo puede producir graves daños.

Los rayos gamma son los más penetrantes de los tipos de radiación descritos. La radiación gamma suele acompañar a la beta y a veces a la alfa. Los rayos gamma atraviesan fácilmente la piel y otras sustancias orgánicas, por lo que puede causar graves daños en órganos internos.

Los rayos X caen en esta categoría, también son fotones, pero con una capacidad de penetración menor que los gamma.






¿Qué es la ley de la desintegración atómica?¿Por qué sirve como método de datación geológica?

La desintegración de un núcleo radiactivo es un proceso espontáneo y es imposible predecir cuando un átomo se transmutará. Si que es verdad que cuando hay una gran cantidad de átomos radiactivos, podemos demostrar que la cantidad de núcleos iniciales disminuye pasado un tiempo.

El número de átomos que se desintegran en un tiempo dado es directamente proporcional al número de átomos presentes en la muestra. La constante de proporcionalidad es conocida como la constante de desintegración.



Esta es una animación que muetra cómo con el paso del tiempo, las bolas rojas se van desintegrando (se vuelven de color negro), también se aprecia el tiempo en el que se realiza la desintegración.
Tipos de desintegración radiactiva

Se llama período de semidesintegración (T), al tiempo que ha de transcurrir para que la cantidad de sustancia radiactiva se haya reducido a la mitad. El valor de T puede variar entre fracciones muy pequeñas de segundo (isótopos de vida corta) a millones de años (isótopos de vida larga).

Esta ley está relacionada con la datación geológica, puesto que si la muestra que se quiere datar Tiene elementos como por ejemplo plomo, se puede saber de que año trata aproximadamente debido a que sabemos qué ritmo de desintegración tiene este elemento.

Actualmente, se le sigue dando este mismo uso al descubrimiento, lo único es que ahora lo conocemos con el nombre de carbono 14.

Carbono 14

El carbono 14 es un isótopo del carbono que se forma en las partes altas de la atmósfera, a partir del nitrógeno. Por tanto, el carbono 14, está presente en la atmósfera.

Uno de los sistemas utilizados para saber la edad de los fósiles es el método del carbono 14, aunque presenta una serie de problemas, el más elemental es que no es válido para datar fósiles de más de 50.000 años. Midiendo la cantidad de carbono 14 y de nitrógeno que hay en el fósil, se puede conocer la edad aproximada de éste.

Pero hay grandes inconvenientes a la hora de intentar datar la edad de un fósil:

El primer problema: la concentración de carbono que hay en la atmósfera en la actualidad puede no ser la misma que la que había cuando el animal murió. Para calcular esa cantidad que había antes se deben estudiar bastantes cosas.

El segundo problema: Cuando se calcula la edad a partir del carbono se habla de años de radiocarbono, y se debe distinguir años de radiocarbono de años de calendario. No es lo mismo hablar de 14.000 años de radiocarbono que 14.000 de calendario.

Otros problemas: las contaminaciones, alteraciones que ese fósil haya sufrido, y otra serie de variables.


Ejercicio 5


En 1911 se realizó en Manchester una experiencia encaminada a corroborar el modelo atómico de Thomson. Fué llevada a cabo por Geiger, Marsden y Rutherford, y consistía en bombardear con partículas alfa (núcleos del gas helio) una fina lámina de metal. El resultado esperado era que las partículas alfa atravesasen la fina lámina sin apenas desviarse. Para observar el lugar de choque de la partícula colocaron, detrás y a los lados de la lámina metálica, una pantalla fosforescente.

Las partículas alfa tienen carga eléctrica positiva, y serían atraídas por las cargas negativas y repelidas por las cargas positivas. Sin embargo, como en el modelo atómico de Thomson las cargas positivas y negativas estaban distribuídas uniformemente, la esfera debía ser eléctricamente neutra, y las partículas alfa pasarían a través de la lámina sin desviarse.

Sin embargo, los resultados fueron sorprendentes. Tal y como esperaban, la mayor parte de las partículas atravesó la lámina sin desviarse. Pero algunas sufrieron desviaciones grandes y, lo más importante, un pequeño número de partículas rebotó hacia atrás. Estos hechos no podían ser explicados por el modelo atómico de Thomson, de modo que Rutherford abandonó dicho modelo y elaboró otro, sugiriendo lo que se conoce como átomo nuclear. En 1913 el modelo de Rutherford fué reemplazado por el de Bohr.




Éste experimento fue realizado con Mica, con pan de oro y con pan de platino.

La Mica era según Thompson esponjitas de carga eléctrica positiva con electrones embebidos en ella comprensándola. Desde el punto de vista eléctrico, los átomos no tenían por qué desviar a la partícula alfa. Pero como la Mica es muy gruesa, ésto dificultó el experimento y lo que se observó es que como la alfa era tan grande deterioró la Mica.

Cuando lo realizó con pan de oro, el experimento salió mucho mejor, ya que al ser menos grueso que la Mica, la partículas alfa eran capaces de atravesar el pan de oro. Pero al realizarlo con platino, descubrió que las partículas lo atravesaban con mucha más facilidad.

Con la frase "Es como si se disparara un obús naval de buen calibre sobre una hoja de papel y rebotara", Rutherford quiso describir la forma en la que la partícula alfa rebotaba con fuerza contra la lámina de oro, que en principio parecía no ofrecer resistencia.

Ejercicio 6

Éste es el modelo de Rutherford.

Según el modelo atómico de Rutherford, los electrones se mueven en órbitas circulares y tienen una aceleración normal. Pero según los principios del electromagnetismo clásico, una carga eléctrica en movimiento acelerado emite energía; por lo tanto, el electrón terminaría describiendo órbitas en espiral hasta chocar con el núcleo, y esto supondría una pérdida continua de energía.

Por otro lado, el electrón pasaría por todas las órbitas posibles describiendo una espiral alrededor del núcleo; y por tanto, la radiación emitida debería de ser continua. Sin embargo, los espectros de emisión de los elementos son discontinuos.

Tipos de interacciones nucleares:

Interacción nuclear fuerte

Esta fuerza es la responsable de mantener unidos a los nucleones (protón y neutrón) que coexisten en el núcleo atómico, venciendo a la repulsión electromagnética entre los protones que poseen carga eléctrica del mismo signo (positiva) y haciendo que los neutrones, que no tienen carga eléctrica, permanezcan unidos entre sí y también a los protones.

Los efectos de esta fuerza de interacción sólo se aprecian a distancias muy pequeñas (menores a 1fm), del tamaño de los núcleos atómicos y no se perciben a distancias mayores a 1 fm. A esta característica se le conoce como ser de corto alcance, en contraposición con la fuerza gravitatoria o la fuerza electromagnética que son de largo alcance (realmente el alcance de estas dos es infinito).

Interacción nuclear débil

En el modelo estándar de la física de partículas, ésta se debe al intercambio de los bosones W y Z, que son muy masivos. El efecto más familiar es el decaimiento beta (de los neutrones en el núcleo atómico) y la radiactividad. La palabra "débil" deriva del hecho que un campo de fuerzas es de 1013 veces menor que la interacción nuclear fuerte; aun así esta interacción es más fuerte que la gravitación a cortas distancias.

Interacción electromagnética

Es la interacción que ocurre entre las partículas con carga eléctrica. Desde un punto de vista macroscópico y fijado un observador, suele separarse en dos tipos de interacción, la interacción electrostática, que actúa sobre cuerpos cargados en reposo respecto al observador, y la interacción magnética, que actúa solamente sobre cargas en movimiento respecto al observador.

Las partículas fundamentales interactúan electromagnéticamente mediante el intercambio de fotones entre partículas cargadas. La electrodinámica cuántica proporciona la descripción cuántica de esta interacción, que puede ser unificada con la interacción nuclear débil según el modelo electrodébil.

Interacción gravitatoria

Tiene relación con la fuerza que se conoce como peso. El peso es la fuerza con que es atraído cualquier objeto por la masa de la Tierra. Se aprovecha esta fuerza para medir la masa de los objetos con bastante precisión, por medio de básculas de pesas. La precisión alcanzada al pesar se debe a que la fuerza de gravedad que existe entre la Tierra y los objetos de su superficie es similar en cualquier lugar que esté a la misma distancia del centro terrestre; aunque disminuirá si se alejan, tanto de la pesa como del objeto a pesar.

En otros planetas o satélites, el peso de los objetos varía si la masa de los planetas o satélites es diferente (mayor o menor) a la masa de la Tierra.

Los efectos de la gravedad son siempre atractivos, y la fuerza resultante se calcula respecto del centro de gravedad de ambos objetos (en el caso de la Tierra, el centro de gravedad es su centro de masas, al igual que en la mayoría de los cuerpos celestes de características homogéneas).

La gravedad tiene un alcance teórico infinito, sin embargo, la fuerza es mayor si los objetos están cerca uno del otro, y mientras se van alejando dicha fuerza pierde intensidad. La pérdida de intensidad de esta fuerza es proporcional al cuadrado de la distancia que los separa. Por ejemplo, si se aleja un objeto de otro al doble de distancia, entonces la fuerza de gravedad será la cuarta parte.

Se trata de una de las cuatro fuerzas fundamentales observadas en la naturaleza, siendo la responsable de los movimientos a gran escala que se observan en el Universo: La órbita de la Luna alrededor de la Tierra, la órbita de los planetas alrededor del Sol, etcétera.

Ejercicio 7


Éste es nuestro escudo y nuestro lema científico:

"El trabajo constante dignifica a las personas".

1 comentario: