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viernes, 30 de marzo de 2012

Polaridad del agua

A continuación vamos a observar el siguiente fenómeno, tras electrizar un globo mediante frotamiento se acerca a un chorro de agua:



Este fenómeno lo explica la teoría electromagnética aplicada a las moléculas. La molécula de agua tiene dos átomos de hidrógenos unidos a un átomo de oxígeno. Al igual que nuestra piel representa un límite frontera, un interfase entre dos medios, el interno y el externo, que es donde se producen los intercambios de información entre los dos medios (interacción), los electrones más externos al átomo (última capa electrónica) serán los importantes a la hora de analizar cómo interaccionaran estos átomos con otros. En concreto, según las características del átomos que forman la molécula del agua, la unión entre los átomos de hidrógeno con el de oxígeno es una unión covalente, es decir, los electrones de la frontera de los átomos se comparten mediante formación de pares (entre el oxígeno y los hidrógenos). Sin embargo, el átomo de oxígeno es capaz de atraer al par y situarlo más cerca de su núcleo que los átomos de hidrógeno. En esta situación la distribución de carga hace que se genere una parte parte positiva, el átomo de hidrógeno, frente a una parte negativa, el átomo de oxígeno más el par de electrones. Esto genera dos dipolos, uno por cada átomo de hidrógeno, y como consecuencia de la disposición geométrica de los átomos, un dipolo resultante resultado de la suma vectorial de los otros dos.


Según la disposición particular de los átomos de hidrógeno con una separación entre sí de 104,45 grados, el momento dipolar resultante es no nulo, sino que adquiere un valor, dirección y sentido determinado, y por tanto la molécula de agua se dice que es polar. Nótese que si los átomos de hidrógeno estuvieran separados por 180 grados, el momento dipolar resultante sería cero y por tanto, la molécula sería polar. La mayor capacidad de atraer la distribución de carga negativa por parte del átomo de oxígeno, hace que el reparto no sea equitativo y que la distribución de carga no sea homogénea. Una distribución poco homogénea hace perder simetrías a la forma geométrica de la molécula. Una pérdida de simetría en la molécula se traduce en que en vez de ser una molécula lineal, sea una especie de triángulo. El triángulo tiene menos simetrías que la línea. La molécula adquiere entonces la propiedad de responder frente a una interacción eléctrica (un tipo de información) en una dirección concreta. Si consideramos los campos eléctricos como propiedades del espacio, podemos decir que esta propiedad geométrica rompe la isotropía del espacio (no he tenido en cuenta la ruptura previa de isotropía debida al campo gravitatorio, estoy simplemente describiendo la situación ideal para dar finalmente la explicación, un poco rebuscada, del fenómeno).

A continuación voy al hecho en concreto, al frotar el globo lo he cargado de electrones en la región frotada. Como el material del globo es no conductor, la carga adquirida por el globo no se distribuye por toda la superficie, por lo que una pequeña región se queda con bastante carga eléctrica como para que se noten ciertos efectos (atracción de pelos, papeles, etc...) Esa región del globo cargada negativamente genera una propiedad del espacio, un campo eléctrico notorio en sus proximidades. Cuando acerco el globo al chorro de agua, la parte positiva de las moléculas es atraída por las cargas negativas del globo. De otra manera, la anistropía del espacio generada por la polaridad, hace que frente a una perturbación eléctrica del espacio (acercamiento del globo), la trayectoria del chorro de agua que debiera ser recta, se curve en una determinada dirección.

martes, 6 de marzo de 2012

La Luz del Calor

Durante la década de 1830 se realizaron varios experimentos para explicar cómo era posible que el calor del Sol llegase a la Tierra a través del vacío existente entre ambos. Que el calor se pudiera transmitir sin un medio material, tenía como consecuencia que el calor podía viajar como la luz. Entonces se prepararon dispositivos experimentales para comprobar que la energía calorífica puede transmitirse como una onda electromagnética. El italiano Macedonio Melloni fue uno de los investigadores que en este tiempo, experimentaba con las ondas térmicas. Como la luz y estas ondas térmicas compartían propiedades, el banco de Melloni tenía componentes parecidos o iguales al banco óptico que se utilizaba para estudiar las propiedades ondulatorias de la luz. Se estudiaban en este banco la transmisión, reflexión, absorción, polarización del calor o de las ondas que soportan la energía calorífica. Todos estos conceptos son propios del estudio ondulatorio por lo que se iba descubriendo esa naturaleza ondulatoria de la transmisión de energía calorífica, así como una nueva idea de lo que es el calor a nivel microscópico. En concreto, para la experimentación, se colocaba en un extremo del banco una fuente de calor, generalmente una lámpara de Locatelli y diversas muestras de diferentes materiales que se disponían en el banco para comprobar sus propiedades diatermas. Una termopila en el otro extremo o detrás del material con el que se quería experimentar. La termopila transforma calor en señal eléctrica por lo que se podían hacer las oportunas mediciones.


Banco de Melloni 1830-1853. Exposición de instrumentos científicos del Museo Nacional de Ciencia y Tecnología.


Muestras para el Banco de Melloni 1845-1850. Exposición de instrumentos científicos del Museo Nacional de Ciencia y Tecnología.

jueves, 1 de marzo de 2012

Alejandría y su máquina de vapor

Alejandría, la ciudad fundada en Egipto por Alejandro Magno en el año 331 A.C. se convirtió en el centro de conocimiento más importante del Mundo Antiguo. La ciudad disponía de un Museo, centro donde se enseñaban ciencias, se mostraban y guardaban todo tipo de artilugios científicos y se recopilaban los libros de la ciencia y filosofía natural griega, convirtiendo la biblioteca del centro, en la más famosa de sus aportaciones. LA biblioteca de Alejandría, junto con la de Pérgamo, se consideran los principales núcleos antiguos del saber racionalista, que desembocaría tras el Renacimiento del siglo XVI en la Ciencia Moderna. En el Museo de Alejandría los más respetables heruditos, científicos, inventores y naturistas, herederos de la filosofía natural originada tres siglos antes en las colonias jónicas de Grecia, daban clases y conferencias a aquellos que querían o podían aprender esta materia.

Personajes importantes en el desarrollo de la ciencia y matemática antigua como Euclides, Arquímedes, Hiparco y otros posteriores como Ptolomeo e Hipatia de Alejandría fueron miembros docentes del centro o hicieron diversas aportaciones de la que destacamos en particular en este artículo el invento de la Eolipila de Herón.
Fue Herón de Alejandría el primero en construir en dicha ciudad la primera máquina de vapor que posteriormente se llamo eolipila. En el Museo se podía ver en funcionamiento el mecanismo que conseguía convertir la energía calorífica en energía mecánica. Se llenaba la esfera de la eolipila con agua y se calentaba por la parte inferior. Cuando el agua llegaba a ebullición el vapor mantenía a presión dentro de la esfera. Alcanzada determinada presión, el vapor salía por el extremo de las varillas, provocando el giro del molinete. Más de mil años después Newton dio explicación a este fenómeno con la teoría de acción-reacción de su mecánica.



Molinete de Eolipila perteneciente a la colección de instrumentos científicos del Museo Nacional de Ciencia y Tecnología. Molinete de Eolipila 1858-1890