Estoy pensando en introducir una nueva  sección para que vosotros incluyáis aportaciones que se publicarían a través de mí en el blog, Es decir, si encontráis alguna noticia o información que consideréis relevante para mejorar vuestro aprendizaje  en este curso me lo comunicáis  y yo la incluyo en el blog.


Pentsatzen ari naiz  sail berri bat sartzea, non zuen ekarpenak argitaratuko liratekeen  nire blogean. Hots, ikasturte honetako zuen aprendizaian  hobetzeko berri  edo informazioren bat   aurkitzen baduzue niri bidaltzen didazue eta nik sartuko dut blogean

Este es el dibujo de un retrato de un famoso científico que dijo:
La ignorancia afirma o niega rotundamente, la ciencia duda.

¿QUIEN ES?



Aparece en el blog de la  XX edición del  carnaval de la química. ES INTERESANTE
http://lacienciadeamara.blogspot.com.es/2012/12/inauguracion-de-la-xx-edicion-del.html

diagrama de entalpía

factores que influyen en la velocidad de una reacción química

 

El trabajo sobre la combustión que tenéis que hacer debe ser de 10 a 15 hojas en ordenador con portada, índice, bibliografía y webgrafía. Es interesante que tenga fotos, dibujos o esquemas aclaratorios.
Como orientación os señalo algunos aspectos que podéis trabajar:
La quema de combustibles fósiles (petróleo y derivados, carbón, gas natural) y la quema de basuras en incineradoras. Tenéis que hablar sobre los beneficios ( obtención de energía, eliminación de basuras,..) y los perjuicios ( efecto invernadero, lluvia ácida, contaminación atmosférica por monóxido de carbono, dióxido de carbono,  óxidos de nitrógeno, óxidos de azufre, dioxinas, furanos,..)

Odenagailuz egin behar duzuen errekuntzari buruzko lanak izan behar ditu 10- 15 orri, portada, aurkibidea, bibliografia eta webgrafia. Interesgarria da argazkiak, marrazkiak edo eskema argigarriak izatea.

Orientazio bezala lan ditzakezuen alderdi batzuk aipatzen dizkizuet:

Erregai fosiletako erreketa (petrolio eta deribatuak, ikatza, gas naturala) eta errauskailuen zabor erreketa. Onurei buruz hitz egin behar duzue ( energiaren lorpena, zabor-ezabapena..) eta kalteez ( berotegi-efektua, euri azidoa, karbono monoxido, karbono dioxido, nitrogeno-oxido , sufre-oxido, dioxina eta furanoengatik airearen kutsadura ..)

saltos electrónicos en el modelo de Bohr

ley de Stefan-Boltzmann

El14/12/1900 nace la física cuántica

Cuerpo negro

Posted on 4 mayo, 2012 by Cuentos Cuánticos | 9 comentarios

 

 

 

 

 

 

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El nacimiento de la cuántica generalmente se sitúa el 14 de Diciembre de 1900. Ese día Max Planck dio una charla acerca del cuerpo negro donde había que cambiar la visión que se tenía hasta el momento de la interacción de la materia con la radiación.

El cuerpo negro es un sistema físico (ideal) que presenta enormes sorpresas. Bajo estas circunstancias es justo que le dediquemos una entrada en el blog. Intentaremos hacerlo muy visual y que se pueda entender el fundamento del por qué hubo que recurrir a un cambio de ideas en física para explicar su comportamiento.

Tenemos imaginación, usémosla. El sistema ideal cuerpo negro

Un cuerpo, por el hecho de estar a una determinada temperatura, emite radiación. Se sabe que la radiación es emitida en todas las frecuencias pero emite más intensamente para una frecuencia específica que se puede calcular sabiendo su temperatura.  Es por eso que vemos las estufas de resistencia ponerse al rojo cuando las encendemos.

Un cuerpo negro es aquel que absorbe toda la radiación (en todas las frecuencias) que le llega. Generalmente se piensa en un cuerpo negro como en una caja cerrada donde la materia y la radiación están en equilibrio. Por lo tanto, todo lo que es absorbido vuelve a ser emitido y la radiación está, de manera efectiva, rebotando por las paredes.  Este sistema es ciertamente ideal, en la vida real no existe nada que absorba a todas las frecuencias por igual.

Evidentemente este sistema tiene que estar cerrado para que el equilibrio térmico sea posible. Sin embargo, podemos pensar que hacemos un agujero minúsculo por el que la radiación escapa de muy poco en poco y eso nos permite ver qué frecuencias y con qué intensidad está la radiación dentro del cuerpo negro.

El experimento ha hablado

Uno puede diseñar sistemas que se comporten como cuerpos negros bajo determinadas condiciones se comporten como cuerpos negros. (Desde metales al rojo, hasta altos hornos, etc). Las medidas de qué frecuencias, o longitudes de onda, eran radiadas y sus intensidades dieron este resultado:

Aquí representamos la energía radiada en función de la longitud de onda de la radiación. Recordemos que el producto de la longitud de onda por la frecuencia de la radiación nos da la velocidad de la luz. A mayor frecuencia menor longitud de onda y viceversa.

Se observa que hay una emisión continua en todas las frecuencias (longitudes de onda) y que hay un máximo de intensidad de la radiación (el pico de la joroba de las curvas (que depende de la temperatura del cuerpo).

Vamos a explicar esto con la física conocida. ¡Catástrofe!

En el siglo XIX los físicos ya tenían a su disposición el electromagnetismo de Maxwell y la termodinámica.  Esto es lo que hace falta para estudiar el equilibrio de un sistema con radiación electromagnética, como es el caso. Así que se pusieron a buscar fórmulas que dieran el comportamiento que vemos en el cuerpo negro, a saber:
1.-  Emite en todas las frecuencias de forma continua.
2.-  Tiene un pico de emisión (máximo de intensidad) que se desplaza a frecuencias más altas (longitudes de onda más bajas) conforme mayor es la temperatura del cuerpo.
3.-  El sistema cuerpo-radiación está en equilibrio.

Esto es todo lo que necesitaban para aplicar sus teorías y encontrar la fórmula que nos diera la intensidad para cada frecuencia emitida, por ejemplo.

Entonces se pusieron mano a la obra un par de científicos, entre otros muchos, Lord Rayleigh y Sir James Jeans encontraron una fórmula que intentaba explicar el comportamiento del cuerpo negro.

Lord Rayleigh (arriba) y Sir James Jeans (abajo)

Estos físicos encontraron lo que se conoce como Ley de Rayleigh-Jeans.

Grosso modo, esta ley nos dice que la forma de emitir el cuerpo negro es el producto de la frecuencia de la radiación al cuadrado por la temperatura del cuerpo(

Pero este resultado es desastroso.  El resultado indica que para frecuencias altas la emisión de energía se va a infinito. Lo cual va en contra de toda evidencia experimental y cotidiana.  De ser esto cierto, cualquier cuerpo emitiría una energía infinita. Y ya sabemos que los infinitos no gustan mucho a los físicos.

A este comportamiento malévolo se le conoce como Catástrofe Ultravioleta (nombre puesto por Eherenfest).  Veámoslo en una gráfica:

La línea punteada nos muestra que yendo a frecuencias más altas (longitudes de onda más bajas) la ley de Rayleigh-Jeans implican un comportamiento catastrófico.

Entonces llegó Wien y se empeñó en encontrar un resultado mejor que valiera para frecuencias altas (longitudes de onda bajas).  Y lo consiguió, pero no del todo. El caso es que lo que Wien encontró es que al bajar en frecuencias (subir en longitudes de onda) otra vez se producía una catástrofe y se encontraba una emisión infinita de energía de nuevo.  A esta se la llamó Catástrofe Infrarroja:

Catástrofe ultravioleta e infrarroja frente al comportamiento real de un cuerpo negro.

Esto era una clara evidencia que con la física conocida, lo que hoy llamamos física clásica, no había forma de entender este sistema a priori tan simple. Tendríamos que esperar a que alguien llegara y lo desbaratara todo.

Y entonces llegó Planck…

La historia de Planck y el cuerpo negro merece una entrada por si misma. De hecho, está planeada. Así que aquí daremos la versión ultrasimplificada de la historia.

Lo que hizo Planck fue simple y llanamente interpolar entre las fórmulas de Rayleigh-Jeans y la de Wien. Literalmente forzó la máquina para encontrar la joroba de la curva del cuerpo negro. Simple, efectivo y maravilloso

Pero claro, toda acción tiene una consecuencia y cuando uno tiene una fórmula nueva tiene que intentar explicar por qué es así.  Y el problema es que para lograr encontrar la joroba del cuerpo negro (ya me entendéis) Planck tuvo que hacer dos cosas:

1.-  Meter una constante nueva que tenía que ser universal, la misma para todos los materiales y para todas las formas del cuerpo negro. La conocida como constante de Planck.

2.-  Para interpretar esta fórmula que obtuvo tuvo que admitir que la radiación se comportaba como paquetes de energía cuando interaccionaba con la materia. Es decir, la materia sólo podía tragar (absorber) o vomitar (emitir) radiación en energías que eran el producto de su constante por la frecuencia de la radiación ().

Esto tiene dos consecuencias.

Primera consecuencia:  Hasta ese día todo el mundo creía que la radiación vendría descrita por las leyes de Maxwell del electromagnetismo clásico y que sería emitida y absorbida de forma continua. Y eso era consistente con una visión puramente ondulatoria de la radiación.  Con la nueva imagen, había que enteder por qué algo que debería de ser ondulatorio al interaccionar con la materia se comportaba como partículas de una energía muy definida.

Segunda consecuencia:  Aparece una constante universal nueva y eso implica que hay que entender su significado y la física que se esconde detrás de su rango de aplicabilidad. Hasta la fecha nadie había necesitado esa constante y eso se entiende porque dicha constante (con dimensiones de Energía x Tiempo) es muy muy pequeña (en las unidades normales del sistema internacional).

Por lo tanto, todo esto abría una nueva ventana de la física que nos mostraba un nuevo paisaje que todavía no hemos explorado del todo, la mecánica cuántica.  Sin embargo algo sí sabemos, la cuántica no deja de sorprendernos.

Como he dicho le dedicaremos una entrada a la relación entre Planck y el cuerpo negro con más profundidad porque esta hombre tuvo que cambiar su punto de vista sobre muchas cosas. No os perdáis la próxima entrega.

GANBARA ILUNA

problemas sobre la ley de Hess

equilibrio térmico

Un bonito applet para hacer simulaciones de equilibrio térmico.http://www.chem.iastate.edu/group/Greenbowe/sections/projectfolder/flashfiles/thermochem/heat_metal.html

motor de combustión

En los problemas de termoquímica son frecuentes las combustiones. Cuando se quema gasolina suele ser en un proceso como éste.

Con este enlace podéis descargar un programa ( está en francés pero es muy intuitivo, aceptar todo, es una página de un centro oficial, sin problemas ) sobre el ojo y la visión que os vendrá bien para entender el funcionamiento del ojo y la corrección de sus defectos. Una vez de que lo descarguéis tendréis un icono en el escritorio o un programa nuevo en la lista de todos los programas, clicáis en él y lo ejecutáis
http://pedagogie.ac-toulouse.fr/svt/serveur/lycee/perez/oeil/oeilindex.htm

Tras la interesante charla de Janko, no sólo por la información del grado de química, que también, sino por su punto de vista humorístico sobre la química y sus avatares, he optado por incluir entre los enlaces el de su blog, el blog del búho, para que le echéis un vistazo.

LA CÁMARA OSCURA

Hoy tenemos la suerte de contar con Juan J. Iruin (Yanko) catedrático de Química Física de la Facultad de Donostia que nos dará una conferencia informativa sobre el grado de Química.

¡Todos los puntos de física están sin repartir!

En este vídeo puedes ver cómo se construyen imágenes en espejos y en lentes. Recuerdas lo de estos días y ves lo que mañana vamos a tratar

Para el ejercico 13 de termoquímica os viene bien ver este vídeo https://www.youtube.com/watch?feature=player_detailpage&v=imwDxPe2j9A

En química dos alumnas han conseguido puntos, queda una sóla oportunidad para uno. ¡A ver quien lo ve!

Para la clase de mañana (bueno de dentro de 7 horas) os he puesto un banco óptico que os vendrá bien para la construcción de imágenes con espejos esféricos tanto cóncavos como convexos y en breve para trabajar las lentes delgadas.
Un cuarto de punto para los tres  primeros de física que me comuniquen por correo que han leído este texto y me lo demuestren el miércoles (entregándome en el cuaderno  las imágenes construidas para espejos cóncavos y convexos).
El proceso de solvatación de una sal iónica en el agua os lo he añadido en un applet. Un cuarto de punto para los tres prineros de química que me comuniquen por correo que han leído este texto y me lo demuestren el miércoles (entregándome el cuaderno con los dibujos de los iones negatico y positivo rodeados de moléculas de agua orientadas según la polaridad)

PENTACENO

¿Pueden los minúsculos neutrinos derruir el sólido edificio de la Física?

3 10 2011

Los neutrinos, esas partículas con masa prácticamente nula, sin carga y difícilmente detectables, casi fantasmales, están de moda. Un experimento realizado en el CERN parece haber detectado neutrinos cuya velocidad excede a la de la luz (ver post más abajo). La noticia saltó a las primeras páginas de los periódicos y los titulares se hicieron eco de la enorme trascendencia del descubrimiento. Pero ¿por qué este hecho tiene tanta relevancia?
El razonamiento que aquí se sigue está extraído del magnífico libro “Construyendo la Relatividad“, de Manuel F. Alonso y Vicente F. Soler que debería leerse todo aquella persona que tenga algún interés en comprender los conceptos fundamentales implicados en le Teoria de la Relatividad.
La T. Especial de la Relatividad (TER) se asienta en dos postulados básicos:

• El valor de la velocidad de la luz es constante e independiente de que haya sido emitida por un cuerpo en reposo o en movimiento.
• La velocidad de la luz es un valor límite superior a la velocidad de cualquier objeto.

Partiendo de estos postulados Einstein llega a la conclusión de que espacio y tiempo no son magnitudes independientes, sino que están relacionados entre sí formando lo que se llama el continuo o entramado espacio-tiempo (tetradimensional) y no son conceptos absolutos, tal y como se suponía en la física newtoniana, ya que dependen del sistema de referencia desde el cual se midan.
Una herramienta muy útil para entender algunos de los conceptos y consecuencias de la T. de La Relatividad son los llamados diagramas de Minkowski. La versión bidimensional de los mismos nos ayuda, al situarnos en sólo dos dimensiones, a entender conceptos que podemos después extrapolar al continuo espacio-tiempo tetradimensional. En estos diagramas en el eje de ordenadas se sitúa el tiempo (t) y en el de abscisas la posición espacial (x), aunque normalmente por un problema de escala se multiplica el tiempo por la velocidad de la luz (c). De esta manera en el eje y representamos el espacio recorrido por la luz en el tiempo considerado (ya que espacio recorrido y tiempo empleado son proporcionales: x = c t).
La historia de un punto (dónde está y en qué instante) quedará entonces registrada por una línea en ese diagrama. Por ejemplo, algo que permanezca estático se indicará con una línea paralela al eje de los tiempos. Si se mueve, esa línea se irá inclinando a derecha o izquierda de la vertical (hacia adelante o hacia atrás), tanto más cuanto mayor sea su velocidad.
Un cuerpo que se mueva a la velocidad de la luz se situará a lo largo de una línea cuya pendiente sean 45 ⁰(punto verde). Cualquier velocidad inferior a la luz vendrá representada por una línea de menor inclinación respecto de la vertical (punto azul). Las líneas que representen movimientos con velocidades superiores a las de la luz (punto rojo) no son posibles según la TER. Esta es, precisamente, la línea que sigue el poco respetuoso neutrino que aparece en la ilustración que encabeza el post.

El universo accesible para un suceso quedará entonces en el interior de las dos líneas (un cono en un espacio tridimensional) que representan la velocidad de la luz hacia arriba del suceso y hacia abajo del mismo. El acceso al sector superior implica viajar en el sentido positivo del eje de ordenadas (tiempo creciente), es decir, representa el futuro accesible, ya que sucesos contenidos en este área pueden tener estar relacionacionados causalmente. Esto es, uno (el que suceda antes, por ejemplo la aplicación de una fuerza) puede ser causa del otro (el que suceda después, aparición de una aceleración). Un punto situado en el exterior del sector señalado, nunca será accesible, Es decir, no puede relacionarse causalmente con otro situado en el interior del cono, no puede existir ningún tipo de interacción entre ambos, puesto que implicaría viajar a velocidades superiores a las de la luz. Obsérvese que también es posible (al menos teóricamente) viajar hacia el pasado (tiempo decreciente), siempre que lo hagamos a una velocidad inferior a la de la luz. Por eso el sector que agrupa todos los posibles viajes se denomina pasado accesible

Los diagramas de Minkowski permiten deducir también qué es lo que pasa en dos sistemas de referencia que se estén moviendo con velocidad constante uno respecto del otro (aquí está el quid de la cuestión). El origen de un sistema que se desplace hacia la derecha con determinada velocidad tendría una historia descrita por la línea azul situada por encima de la que representa v =c (eje de ordenadas). Como la velocidad de la luz debería de ser exactamente igual a la de un observador en reposo, el eje de abscisas debería de ser simétrico al de ordenadas respecto a la línea v=c. Luego ambos ejes formarían una especie de V cuya bisectriz sería la línea v =c y podríamos obtener el valor de x y t para cada sistema proyectando la posición del punto sobre ambos ejes.

En el siguiente diagrama se representan dos sucesos. El suceso F representa la fecundación de una persona y N el nacimiento. Como se ve el nacimiento no se produce en el mismo lugar en el que ha tenido lugar la fecundación, ya que ha habido un desplazamiento (a velocidad siempre inferior a la de la luz, desplazamiuento en el interior del cono de luz). La fecundación es la causa del nacimiento y, en consecuencia, siempre debe ser anterior a éste (Principio de Causalidad: la causa siempre precede al efecto).
La primera cosa que llama la atención es que el intervalo temporal (t_N-t_F) para el sistema en reposo y ( t’_N-t’_F) para el sistema en movimiento, no es el mismo. Es menor para el sistema en movimiento. Otro tanto se puede argumentar para los intervalos espaciales (x_N-x_F) y ( x’_N-x’_F). Esto es, exactamente, lo que predice la TER. El tiempo transcurre más lentamente para un observador en movimiento y las longitudes se acortan.

La pregunta clave es ¿puede existir un sistema en el cual N (el nacimiento de una persona) pueda ser anterior a F (su fecundación)? De ser así se burlaría el Principio de Causalidad y se llegaría a un absurdo. La respuesta es negativa, siempre que se cumplan los postulados de la TER. Para que fuera posible debería de ser posible viajar a velocidades superiores a las de la luz. Un viaje de este tipo está representado en el siguiente diagrama, donde el suceso representado por el segundo punto rojo se ha desplazado fuera del cono de luz (v>c). En este caso, y en el sistema en movimiento, el nacimiento (¡increíblemente¡) es anterior a la fecundación, el Principio de Causalidad se viola.

Si se pudiera viajar a velocidades superiores a las de la luz se violaría el Principio de Causalidad y, entonces, serían posibles situaciones absurdas en las que alguien viaja al pasado y mata a su padre, con lo cual se imposibilitaría su propio nacimiento. O que (como se cuenta en una película bastante popular) en el viaje al pasado conozcas a la que después sería tu madre, te enamores y te cases con ella. ¿Es posible que una misma persona sea su propio padre? Pues bien, esas partícuas fantasmales, los neutrinos, parece ser que han transitado por este territorio hasta ahora vedado. Una física en la que no se respete el Principio de Causalidad no parece que tenga muchos visos de ser viable. La grieta sería demasiado profunda, el edificio se derrumbaría como un castillo de naipes. Esperemos que los neutrinos nos hayan engañado con una salida nula.