Symmer, en 1896, consideraba la electricidad como una forma de energía que era capaz de admitir dos clases de fluidos muy ligeros; uno resinoso, o negativo, y el otro vítreo, o positivo. Según Symmer, estas propiedades eran neutralizadas al combinarse ambos fluidos.
Esto se debía a que, ya desde antiguo, se conocían las propiedades del ámbar (resina solidificada y fosilizada) y del vidrio. Respectivamente, estos materiales se cargaban de formas opuestas al ser frotados con un pedazo de lana (en el caso del ámbar) o de seda (en el caso del vidrio).
Se demostró al ver que los objetos frotados contra el ámbar se repelían entre sí; aquellos frotados contra el vidrio también se repelían y, sin embargo, los que habían sido frotados contra el ambar eran atraídos hacia los frotados contra el vidrio. (Click en la imagen para versión de mayor tamaño)
Esta teoría, en aquellos tiempos, estaba siendo desdeñada en favor de la hipótesis de Franklin, que sostenía que la electricidad sólo comprendía un único fluido. Éste actuaba en mayor o menor cantidad de la que un cuerpo tenía por su propia naturaleza, de ahí su "negatividad" o "positividad".
Sin embargo, la hipótesis de Symmer regresó a inicios del siglo XX, no como tal, sino como favorecedora del reciente descubrimiento del anión y el catión.
Esta carga que mencionaba Symmer puede ser demostrada muy fácilmente, con objetos totalmente cotidianos que tenemos al alcance de la mano. Por ejemplo, mi demostración será con el programa del PhET que se dirige a la electrostática, con globos y un jersey de lana.
En esta imagen, el globo no tiene carga alguna, el jersey tiene positiva y negativa, y la pared también.
En el interior del tubo, se producen descargas eléctricas como consecuencia de la diferencia de potencial entre los electrodos. Estas descargas provocan un flujo de electrones que atraviesa el gas. Cuando uno de ellos choca con los electrones de las capas externas de los átomos les transmite energía y pueden suceder dos cosas.
La primera posibilidad es que la energía transmitida en el choque sea lo suficientemente elevada para poder arrancar al electrón de su orbital. Este, puede a su vez, chocar con los electrones de otros átomos repitiendo el proceso. Si este proceso no se limita, se puede provocar la destrucción de la lámpara por un exceso de corriente.La otra posibilidad es que el electrón no reciba suficiente energía para ser arrancado. En este caso, el electrón pasa a ocupar otro orbital de mayor energía. Este nuevo estado acostumbra a ser inestable y rápidamente se vuelve a la situación inicial. Al hacerlo, el electrón libera la energía extra en forma de radiación electromagnética, principalmente ultravioleta (UV) o visible. Un electrón no puede tener un estado energético cualquiera, sino que sólo puede ocupar unos pocos estados que vienen determinados por la estructura atómica del átomo. Como la longitud de onda de la radiación emitida es proporcional a la diferencia de energía entre los estados iniciales y final del electrón y los estados posibles no son infinitos, es fácil comprender que el espectro de estas lámparas sea discontinuo.
Relación entre los estados energéticos de los electrones y las franjas visibles en el espectro:
El modelo atómico de Thomson era una representación del átomo como una masa redonda, que era el átomo en sí; los electrones estaban sobre esta masa, incrustados en ella, igual que las pasas en un bizcocho. Por eso se denomina también "modelo del bizcocho de pasas".
Fue la primera teoría gráfica en cuanto a la representación del átomo que no lo veía como algo indivisible; J.J. Thomson sostenía que el átomo se podía separar en electrones y en un núcleo (no era un núcleo como tal, pues quien descubrió la existencia de éste fue Rutherford) al que éstos rodeaban. En esta época aún no se conocía ni el neutrón ni el protón, dando por asumido que la única materia divisible en el átomo eran los electrones, al separarse del propio átomo.
Dado que siempre ha sido sabido que la carga del átomo, como un todo, 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.
A veces este modelo se imaginaba como una "sopa" positiva en la que nadaban electrones negativos.
Otras veces, se veía como una nube de carga positiva en la que flotaban los electrones.
El experimento de Rutherford que dio lugar al descubrimiento del núcleo fue así: apuntó a una lámina finísima, de pocos átomos de anchura, de oro (pan de oro), con un haz de partículas alpha. Empleó una pantalla de sulfuro de zinc para detectar la trayectoria de las partículas al atravesar la lámina, y halló esto: las partículas alpha no sólo atravesaban la lámina, sino que la mayoría lo hacía sin desviarse (pese a la carga positiva del núcleo). Sin embargo, algunas sí se desviaban, y unas pocas incluso rebotaban contra éste.
Rutherford dedujo que sólo algunas partículas rebotaban porque el núcleo era extremadamente pequeño, y que sólo las que pasaban muy cerca de éste o lo tocaban se veían afectadas en su trayectoria.
En la base de un edificio cercano al nivel del mar, Michelson y Morley construyeron lo que se conoce como el interferómetro de Michelson. Se compone de una lente semiplateada o semiespejo, que divide la luz monocromática en dos haces de luz que viajan en un determinado ángulo el uno respecto al otro. Con esto se lograba enviar simultáneamente dos rayos de luz (procedentes de la misma fuente) en direcciones perpendiculares, hacerles recorrer distancias o caminos ópticos iguales y recogerlos en un punto común en donde se crea un patrón de interferencia que depende de la velocidad de la luz en los dos brazos del interferómetro. Cualquier diferencia en esta velocidad (provocada por la diferente dirección de movimiento de la luz con respecto al movimiento del éter) sería detectada. Describiremos a continuación de manera esquemática como se desarrolló este experimento.
La distancia entre los espejos y el semiespejo tiene una longitud "L", es decir, el "Recorrido 1" es igual al "Recorrido 2" de acuerdo a la Figura 1. Ahora bien, desde el punto de vista de un observador exterior el recorrido del haz de luz es como se puede observar en la Figura 2.
Existe una diferencia entre los recorridos 1 y 2 observados en la tierra y fuera de la tierra (observador externo) como muy bien se puede observar en la Figura 2.
5. Explicar, según el modelo de Bohr, por qué los rayos X ionizan a las gotas de aceite.
El modelo atómico de Bohr colocaba a los electrones en distintas órbitas, o capas, perfectamente organizadas y estructuradas. Era un modelo planetario, en el que los electrones se situaban en las órbitas que les permitían emplear la menor cantidad de energía posible, o en la más cercana posible al núcleo. Estos electrones sólo se podían mover en órbitas determinadas porque, de no ser así, la energía cinética que desprenderían al circular en torno al núcleo haría que los electrones se colapsaran sobre éste.
Los electrones son capaces, según el modelo de Bohr (todavía parcialmente en vigencia), de cambiar de órbita al acercarse a otro átomo. Dependiendo de la clase de enlace que estos átomos poseyeran, los electrones de las últimas capas se cambiarían al otro átomo, en uno o en el otro de ellos. Un electrón puede ir "saltando" de órbita en órbita, hasta llegar a aquella en la que le sea más favorable estar (menos gasto de energía).
Esto quiere decir que los rayos X, al incidir sobre las gotitas de aceite, les transmitían electrones de sobra, convirtiendo a las gotitas en conjuntos de aniones (iones negativos). Mejor dicho, hacían que la luz a su alrededor expulsara electrones, según veremos más abajo, y que éstos fueran a parar al aceite.
Millikan comprobó que los valores de las cargas eran siempre múltiplos de una carga elemental, la del electrón. Por consiguiente pudo medir la carga eléctrica que posee un electrón.
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 verídica. De hecho, les fue concedido el premio Nobel a ambos, a Einstein por la demostración teórica de la hipótesis de Hertz (en 1887) sobre este efecto fotoeléctrico, y a Millikan por la comprobación de la demostración de Einstein.
El efecto fotoeléctrico es un fenómeno de la electrónica cuántica en el que son emitidos electrones tras la absorción de energía que provenga de radiaciones electromagnéticas, tales como luz ultravioleta, algunos colores de luz visible o Rayos X.
Otra vez más, éste es el motivo de que las gotas de aceite se conviertan en aniones mediante los Rayos X en el experimento de Millikan, lo que no hizo más que demostrar, como ya hemos dicho, que Einstein estaba en lo cierto.
Cuando una superficie metálica es expuesta a radiaciones electromagnéticas sobre ciertos niveles de frecuencia, la luz es absorbida y se emiten electrones. En 1902, Von Lenard observó que la energía de los electrones emitidos individualmente aumentaba con la frecuencia, o color, de la luz. Esto estaba en contra de la teoría de J.C. Maxwell de las ondas lumínicas, que predecía que la energía sería proporcional a la intensidad, y no al color, de la radiación.
En 1905, Albert Einstein resolvió esta aparente paradoja al describir a la luz como "compuesta por cuantos (ahora llamados fotones)", en vez de por ondas continuas. Basándose en la teoría de Planck, Einstein dedujo que la energía en cada fotón era igual a la frecuencia multiplicada por una constante, llamada más tarde Constante de Planck.
Se utiliza cotidianamente en las células de detección. Éstas sirven para, como su propio nombre indica, detectar las interrupciones en el paso de la luz y activar un mecanismo. Son usadas como mecanismo 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 expeler aire y secar las manos...
8-. ¿Por qué piensas que es interesante que los científicos pasen algunos años en otros centros de investigación distintos a los que se formaron?
Me parece interesante porque está bien que aprendan más cosas en un lugar lejos de su casa, en el caso de Millikan, se formó en su país y luego fue a completar sus estudios a Europa. Gracias a esto pudo disfrutar de tiempo como profesor en la universidad de Chicago y en la de Columbia. El ir a otro país o incluso a otro continente significa mucho para la carrera de un científico respetable y con bases sólidas para realizar grandes descubrimientos. En los centros de investigación donde los científicos van a "aprender el oficio" con otros que estan en la misma situación que ellos.
9. ¿Por qué es recomendable (o no) leer libros de divulgación científica?
Los libros de divulgación científica, tales como este mismo que estamos leyendo, pueden ser beneficiosos o perjudiciales dependiendo del lector. Si el lector es una persona entendida en ciencias (o no), que ha comprado el libro para su propio disfrute y su mejora cultural, y que va a leerlo por su propio pie, estos libros serán definitivamente positivos para él.
Si el lector está siendo obligado a leer el libro, probablemente su experiencia en su lectura sea mucho menos grata que para alguien que lo lea de motu propio. En este aspecto se comportan igual que los libros "normales" (literatura no científica): cualquier libro que seas obligado a leer, a la fuerza será menos agradable su lectura que si lo has elegido sin ninguna presión externa.
De cualquier forma, un libro de divulgación científica siempre aportará algo nuevo al lector. Ahora bien, que esa nueva información sea asimilada y entendida correctamente por el lector es un caso aparte.
Digamos que el lector A está estudiando la carrera de Física en la universidad y, como complemento para las clases, pues está muy interesado en ellas, decide comprar un libro científico. El lector A leerá, casi estudiará, el libro; tiene dos condiciones básicas para comprender adecuadamente la información que éste puede darle, que son el interés en ese tipo de literatura y su propio conocimiento científico, que le hará más sencillas las cosas que otro podría verse incapaz de entender.
Ahora tomemos el caso del lector B. B es un alumno de instituto que da clases de Física porque, simplemente, no le queda otro remedio. Poniéndonos en lo peor, imaginemos que a B no le interesa en lo más mínimo la Física, y hasta se le da mal. Para poder aprobar la asignatura de Física, B debe leer un libro de divulgación científica.
¿Qué podría ocurrir con B? Habría miles de posibilidades, pero tomemos las dos más cercanas y probables. Podría ser, en primer lugar, que B lea el libro a regañadientes, sin siquiera enterarse bien de lo que está leyendo; lo hace únicamente como condición para aprobar la asignatura de Física, y nada de lo que ha leído es retenido por su memoria. Puede ser que ni siquiera apruebe. En segundo lugar, quizás B lea el libro y se vea cautivado por lo que encuentra en sus páginas, y tome la resolución de aprender más de ese tema. Si antes nos pusimos en el peor caso posible, démosle la vuelta e imaginemos cuál sería el caso mejor para B: tal vez se decida a aplicarse en las clases de Física, para enterarse mejor de todo lo que están contando, ya que tiene relación con lo que ese maravilloso e hipotético libro le ha enseñado. Tal vez hasta descubra que tiene una vocación oculta respecto a la Física; al crecer, B podría escribir a su vez el libro que llevara a algún estudiante a seguir sus pasos.
Estos escenarios, completamente hipotéticos, no dependen en su totalidad del libro que lea A o B. Dependen de tantas cosas que el azar los hace impredecibles. Pero quizá el libro tuviera algo que ver, y quizá sin el libro las cosas habrían sido muy diferentes.
Eso no se puede saber hasta que se lee el libro.
10-. Construye con materiales reutilizados tu propio modelo atómico.
Este es el vídeo en el que se muestra la fabricación del modelo atómico de Rutherford.
El modelo de Rutherford o modelo planetario es un modelo atómico diseñado por Ernest Rutherford. Rutherford dirigió el famoso experimento Geiger-Marsden en 1909 (explicado más arriba), que sugirió al análisis de Rutherford que el modelo de Thomson, de bizcocho de pasas, era incorrecto.
El nuevo modelo de Rutherford para el átomo, basado en los resultados de dicho experimento, tenía una cantidad significativa de características modernas esenciales, incluyendo una carga central relativamente alta concentrada en un volumen muy pequeño (en comparación con el resto del átomo) y que conteía la mayor parte de la masa atómica (núcleo del átomo), así como unos cuantos diminutos electrones dando vueltas alrededor del núcleo como planetas alrededor del sol.
(Si el vídeo dice que no está disponible, significa que no ha terminado de procesarse. Por favor, tened paciencia.)
Como despedida, un boceto (algo rudimentario) de Millikan.
1 comentario:
La entrada es demasiado larga, eso hace que no sea demasiado atractiva para la gente.
1- Excelente la explicación. La primera imagen, que entiendo que es auto-fabricada, faltaría una explicación de qué significa cada objeto. Los experimentos del jersey son estupendos (Recordad que en clase enseñe las animaciones de Phet). ¿¿La hipótesis de Franklin es la que consideramos válida hoy??
2- ¡En esta sección empezáis con el mismo párrafo repetido 2 veces! La explicación también es buena, aunque cuando habláis de la destrucción de la lámpara al arrancar electrones, debéis tener en cuenta que eso fue lo que hizo Thomson para observar los rayos catódicos. No sé si llegó a romper alguna, puesto que se necesita mucha diferencia de potencial para ello.
3- Excelente. ¿Los dibujos y ejemplos son vuestros o los habéis encontrado en alguna web?
4- En el enunciado de esta pregunta confundís a Millikan con Michelson. La hipótesis del éter fue descartada por el propio experimento de Michelson y Morley, que ha sido repetido hasta la saciedad con los mismos resultados (salvo en una ocasión, en la que un científico, cuyo nombre no recuerdo, pretendió que lo había descubierto. desgraciadamente nunca pudo demostrarlo en público, ejem, ejem).
5- Me ha gustado más la explicación después del mejor dicho, porque la primera está mal.
6- Simple pero bien explicado. Micrómetro se acentúa.
7- Perfecto (qué curioso, en algunos os esmeráis mucho más...)
8- bien, pero hablas en primera persona???
9- Mama mía!!! qué disgresión, es como si lo hubiera escrito otra persona (nada que ver con el anterior).
10- No lo he podido ver, pero estoy ansioso. Lo habéis hecho entre las dos??
Me temo que es un trabajo brillante, pero no con todo el trabajo en equipo que me gustaría. PD- La caricatura de Millikan está bien, pero me gustaba más el tono de la de Thomson (tenía al lado su contribución a la Ciencia, y era más colorista). Enhorabuena.
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