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viernes, 30 de julio de 2010

Otra práctica sencilla

Hola,

Siguiendo con mi registro fotográfico de prácticas sencillas os presento a continuación la electrólisis de una disolución de sulfato de cobre. Como podréis comprobar el montaje resulta bastante sencillo: una pila, los cables y pinzas, los electrodos de grafito y la disolución.

Aquí está el montaje:



En esta fotografía podéis ver los electrodos tras un corto espacio de tiempo. Se aprecia que en uno de ellos se ha depostiado cobre metálico, mientras que en el otro no hay deposición alguna, ya que en él se ha liberado oxígeno:


Por último, con la cucharilla rascamos un poco la superficie del electrodo en el que se ha depositado el cobre y recogemos el metal:



Es una práctica bastante sencilla e instructiva, ya que nos puede ayudar a:
- Que los alumnos distingan entre compuesto (sulfato de cobre) y elemento (oxígeno y cobre).
- Que aprecien cómo se pueden diseñar procesos para obtener o refinar determinadas sustancias, como el cobre.
- Que distingan entre mezcla (disolución de sulfato de cobre) y sustancia pura (sulfato de cobre).

miércoles, 21 de julio de 2010

La ciencia, el cine y los cómics.

En ocasiones, cuando explicamos algún concepto teórico solemos apoyarnos en ejemplos de la vida cotidiana. Es una forma muy útil de que el alumno capte mejor la relación que existe entre lo que está estudiando en el instituto y los fenómenos que él mismo puede observar.

No obstante, algunos de estos fenómenos aparecen de forma asidua en películas, en cómics, en obras literarias, etc. Es por ello que resulta de mucha utilidad mostrar esos ejemplos en clase de forma que logramos despertar la curiosidad y el interés de los alumnos por la ciencia. Asimismo logramos con ese material audiovisual romper un poco la monotonía.

A continuación os dejo unos materiales que pueden resultaros de utilidad para explicar el tema de la presión:

- Ejemplo de alta presión: fragmento de la película "abajo el periscopio".



- Ejemplo de baja presión: fragmento de la película "desafio total".



- El principio de Arquímedes y Mortadelo y Filemón:





Hay muchos ejemplos más, sólo es cuestión de tomarse un poco de trabajo e ir seleccionando fragmentos e ilustraciones.

Saludos.

jueves, 15 de julio de 2010

TEMA 53 de las oposiciones, algunas modificaciones

Hola,
Estas noches de calor veraniegas son insoportables. No puedo dormir, y encima, no sé por qué, la noche pasada me puse a pensar en un tema de las oposiciones. Tal vez fue para intentar coger el sueño a base de agotamiento mental, o tal vez fue porque en mí sigue todavía presente el síndrome de las oposiciones. El caso es que pensando en el tema de la entropía, se me ocurrió hacer algunas modificaciones en alguno de los apartados, de forma que hoy en esta entrada os propongo esos cambios.

Concretamente, el apartado 3 del tema 53 dice:

3) Segundo principio de la termodinámica.
La necesidad de enunciar un principio adicional se puso de manifiesto en el estudio de las máquinas térmicas durante el siglo XIX. Estos estudios probaron que la transformación en un sistema de trabajo en calor llevaba aparejada una disminución en la calidad de la energía del sistema, ya que aunque ese calor podía emplearse de nuevo para realizar un trabajo, el sistema debía siempre ceder parte de ese calor a un foco frío, con lo que la nueva cantidad de trabajo realizado era siempre inferior al inicial. El sistema perdía parte de su capacidad para realizar trabajo, había degradado parte de su energía. Este hecho se da en todo proceso espontáneo. Por ejemplo, si dejamos caer una pelota al suelo, su Ep se transforma en Ec y parte de ésta en calor al colisionar con el suelo. Ese calor provoca un aumento de la temperatura de la pelota, del suelo y del medio ambiente, lo que se refleja en un aumento del movimiento aleatorio de las partículas de la pelota, del suelo y del medio ambiente, o lo que es lo mismo, un aumento del grado de desorden del universo. Este aumento del grado de desorden va parejo con la degradación de la energía del sistema, ya que la pelota tendrá menos capacidad para realizar trabajo, pues al degradar parte de su energía en forma de calor, cuando rebote alcanzará una menor altura. Por tanto los cambios espontáneos siempre llevan asociados un aumento del desorden del universo, que se corresponderá con una degradación de la energía en alguna parte del universo. Esta idea constituye la base del llamado segundo principio de la termodinámica: “El universo siempre tiende espontáneamente a un estado de máximo desorden”.


La nueva redacción sería la siguiente, sustituyendo el proceso físico que utilizo como ejemplo con un proceso químico, ya que el tema realmente está relacionado con los cambios de entropía en las reacciones químicas:

La necesidad de enunciar un principio adicional se puso de manifiesto en el estudio de las máquinas térmicas durante el siglo XIX. Estos estudios probaron que la transformación en un sistema de trabajo en calor llevaba aparejada una disminución en la calidad de la energía del sistema, ya que aunque ese calor podía emplearse de nuevo para realizar un trabajo, el sistema debía siempre ceder parte de ese calor a un foco frío, con lo que la nueva cantidad de trabajo realizado era siempre inferior al inicial. El sistema perdía parte de su capacidad para realizar trabajo, había degradado parte de su energía. Este hecho se da en todo proceso espontáneo. Por ejemplo, si quemamos un trozo de madera, la energía química contenida en sus enlaces se transforma en energía calorífica. Ese calor provoca un aumento de la temperatura de la madera y del medio ambiente, lo que se refleja en un aumento del movimiento aleatorio de las partículas de la madera y del medio ambiente, o lo que es lo mismo, un aumento del grado de desorden del universo. Este aumento del grado de desorden va parejo con la degradación de la energía del sistema, ya que los productos que se originan en la combustión (cenizas, agua y dióxido de carbono) ya no pueden volverse a quemar, y por tanto el sistema tiene menos capacidad para realizar trabajo (por ejemplo, utilizando el calor liberado para mover una máquina de vapor). Por tanto los cambios espontáneos siempre llevan asociados un aumento del desorden del universo, que se corresponderá con una degradación de la energía en alguna parte del universo. Esta idea constituye la base del llamado segundo principio de la termodinámica: “El universo siempre tiende espontáneamente a un estado de máximo desorden”.

Si luego pasamos al apartado 4, en el tema que os subí dice lo siguiente:

El siguiente paso es asociar la degradación de la energía en un sistema con una función matemática. Pensemos en el ejemplo del apartado anterior. Parte de la energía de la pelota se degrada transformándose en calor, que se transmite al suelo, al medio ambiente y a la propia pelota. Cuanto mayor sea el calor que reciba la pelota mayor habrá sido la degradación de la energía de la misma. Por otra parte la temperatura de la pelota también influirá en la degradación de la energía. Imaginemos que deseamos obtener un trabajo a partir de ese calor que ha recibido la pelota, por ejemplo, transmitiendo dicho calor a un cuerpo frío. Si la temperatura de la pelota es baja, tendrá menos capacidad para transmitir ese calor que si la temperatura de la pelota es alta. Cuanto menor sea la temperatura de la pelota más se habrá degradado la energía recibida.

La nueva redacción sería así:

El siguiente paso es asociar la degradación de la energía en un sistema con una función matemática. Pensemos en el ejemplo del apartado anterior. Al quemarse la madera, su energía química se degrada transformándose en calor, que se transmite al medio ambiente y a la propia madera. Cuanto mayor sea el calor producido en la combustión mayor habrá sido la degradación de la energía de la madera (quedará menos madera por quemar). Por otra parte la temperatura de la madera también influirá en la degradación de la energía. Si su temperatura es baja, parte del calor liberado en la combustión se utilizará para aumentar la propia temperatura de la madera, en lugar de utilizarse para obtener trabajo (por ejemplo, moviendo una máquina de vapor). En definitiva, cuanto menor sea la temperatura de la madera más se habrá degradado la energía del sistema al producirse la combustión.

Pienso que con estas modificaciones se consigue por una parte circunscribir más el tema al ámbito de las reacciones químicas, y por otra, justificar de forma más clara la definición que se hace de la entropía, ya que pienso que el ejemplo de la pelota no era el más adecuado.

Saludos y feliz verano.

lunes, 12 de julio de 2010

¡¡¡¡¡Va por vosotr@s!!!!!

Pues eso, como hoy estamos de enhorabuena, os deseo a tod@s l@s que os habéis presentado a las opos, así como a tod@s l@s que os preparáis para ello la misma suerte que la de nuestra selección:



¡¡¡¡MUCHA SUERTEEEEEEEEEEEEEEEE!!!!

viernes, 9 de julio de 2010

La existencia de los átomos (final)

Para acabar con el tema, haré un pequeño resumen de cómo afrontaría yo la cuestión de la existencia de los átomos con los alumnos:

a) Observaríamos el fenómeno del movimiento browniano. Una forma sencilla y a la vez muy llamativa de hacerlo sería llevar al aula un puntero láser y un borrador de pizarra. Con la habitación completamente a oscuras encenderíamos el puntero. A continuación le daríamos unos golpes al borrador impregnado de tiza para que observasen el movimiento de las partículas de tiza a través del haz láser.

b) Analizaríamos el fenómeno: ¿por qué las partículas se mueven así? ¿Por qué no caen directamente hacia el suelo y siguen esas extrañas trayectorias?

c) Justifícariamos esos movimientos sobre la base de la existencia de los átomos y moléculas. Las partículas de tiza se mueven así porque las partículas que componen el aire chocan contra ellas en todas direcciones.

d) Indicaríamos brevemente que la explicación de este fenómeno fue la primera prueba de la existencia de átomos y moléculas. Hablaríamos brevemente de Einstein y Jean Perrin, mostrando cómo la ciencia se basa tanto en las suposiciones teóricas como en la necesaria experimentación para justificar y probar esas suposiciones.

e) Por último les mostraríamos las pruebas fotográficas obtenidas con el microscopio de efecto túnel, sin incidir obviamente en la explicación de cómo funciona el mismo, ya que los alumnos todavía no están capacitados para entenderlo.

También quiero hacer un último apunte en referencia a las "posibles fotografías" de átomos aislados, porque es una noticia que ha surgido recientemente a través de la red. Las imágenes han sido publicadas entre otras webs en el diario Insidescience, donde se muestra la imagen detallada de un solo átomo de carbono y su nube de electrones. Estas representaciones han sido obtenidas por investigadores Ucranianos en el Kharkov Institute for Physics and Technology in Kharkov, Ukraine. Son las siguientes:



Según los autores éstas imágenes fueron obtenidas por un microscopio de emision de campo de electrones o field-emission electron microscope, o FEEM por sus siglas en inglés. Para lograrlo los científicos pusieron una cadena rígida de átomos de carbono de tan solo unas decenas de átomos de largo en una cámara de vacio y pasaron 425 volts a través de la muestra. El átomo de la punta de la cadena emitió electrones en una pantalla de fósforo que lo rodeaba, originando la imagen de la nube de electrones alrededor del nucleo.

De todas formas yo pondría la noticia "en cuarentena", hasta que sea confirmada a través de otras fuentes.

No es la única técnica de la que he encontrado noticias a través de la red. Concretamente en el siguiente artículo de El País, indican que científicos del centro de IBM en Zúrich han logrado visualizar la estructura química del pentaceno:



Aquí tenéis un video explicativo del hallazgo:



Enlace directo (por si no funciona el video)

Según los autores del artículo, una técnica de este tipo puede suponer avances muy importantes en el campo de la nanotecnología, sobre todo a la hora de manipular estructuras a nivel atómico y molecular. Han utilizado un microscópio de fuerzas atómicas.

Como véis la ciencia es continuo progreso, parece que no tiene límites. En fin, esto me va a suponer un esfuerzo adicional, ya que tendré que investigar cómo funcionan esos microscopios tan novedosos. Pero como dice el refrán, "sarna con gusto, no pica".
Saludos.

domingo, 4 de julio de 2010

La existencia de los átomos (3)

Según la física clásica una partícula confinada entre dos barreras de potencial (como por ejemplo una bolita oscilando libremente en un orificio) no puede escapar si su energía total no le permite superar las barreras de energía que la confinan. En la figura que os muestro, esas barreras de potencial serían los extremos A y C:

El efecto túnel es un fenómeno cuántico que consiste en que existe una probabilidad no nula de que una partícula atraviese dicha barrera de potencial, es decir, es como si la bolita atravesase la pared a través de un túnel:

Según la física cuántica, si las paredes son delgadas, la amplitud de la función de onda de la partícula podría no hacerse cero antes de alcanzar la región de potencial del otro lado de la pared. Esto significa que la partícula podría encontrarse fuera del recipiente que la confina aún cuando de acuerdo con la física clásica no tiene suficiente energía para escapar. Tal fuga a través de regiones prohibidas clásicamente se denomina efecto túnel, tal y como se aprecia en la figura:


Este fenómeno cuántico es la base del funcionamiento del denominado microscopio de efecto túnel.

Un esquema que muestra el funcionamiento del microscopio es el siguiente:



De forma sencilla podríamos describir el dispositivo indicando que consta de los siguientes elementos:

a) La "sonda exploradora" (señalado como "tip" en la imagen, coloreada de rojo). Se trata de una punta de un metal tan extremadamente fina (una aguja, en términos coloquiales), que en condiciones ideales en su extremo inferior debería tener un solo átomo. Esto debe ser así por la sencilla razón de que si deseamos obtener medidas a nivel atómico, el elemento de medida ha de tener un tamaño situado dentro de ese rango.
b) La muestra a estudiar (señalada como "sample" en la imagen, coloreada de azul).
c) Un dispositivo piezoeléctrico con electrodos: su función es mover con extrema precisión la punta metálica, así como registrar las señales eléctricas que se generan en el microscopio.
d) Un circuito eléctrico con diferentes dispositivos (amplificadores, controladores de distancia, un procesador de datos, etc.). La idea es que entre la punta metálica y la superficie a explorar exista una diferencia de potencial que permita la aparición de la corriente de efecto túnel. La barrera de potencial entre la superficie a explorar y la punta metálica sería el espacio vacío existente entre ambas.

Obviamente no se pueden ver los átomos iluminándolos con luz. Lo que hace el microscopio de efecto túnel es medir una pequeña corriente de electrones que los átomos emiten cuando pasa encima de ellos la aguja que termina en un solo átomo. Esa corriente de electrones no es otra cosa que la corriente de efecto túnel: los electrones confinados en los átomos de la superficie metálica son capaces de atravesar la barrera de potencial existente entre dicha superficie y la aguja (el espacio vacío antes mencionado). Lo que nos muestran estas imágenes es una representación por ordenador de la corriente medida una vez amplificada. Dicho de otro modo, lo que vemos es (más o menos) el módulo de la función de probabilidad de los electrones en cada átomo.

Las imágenes son absolutamente espectaculares, y las podéis encontrar en nobelprize.org:

Imágenes microscopio efecto túnel

Superficie de una placa de níquel



Superficie del platino:

jueves, 1 de julio de 2010

VIAJE A TOLEDO (4)

El domingo por la mañana desayunamos en un bar cercano al hostal. Al igual que en Madrid, pedí café con leche y churros, una buena forma de prepararme para el resto de la visita.
La primera sorpresa llegó nada más salir a la plaza Zocodover, ya que ese domingo se celebraba una carrera pedestre en Toledo, la carrera del Corpus:


De allí nos fuimos hasta el párking a dejar las maletas en el coche, para no ir cargados con ellas. Ya habíamos planificado el itinerario del domingo, así que comenzamos visitando el museo de Santa Cruz:



Por las ventanas del museo vimos pasar a los participantes de la carrera. De momento estaban bajando por la calle de Cervantes, pero la verdad es que les esperaba un auténtico desafío, con tantas cuestas:



El siguiente objetivo fue encontrar (lo digo porque fue complicadísimo) y visitar la Mezquita del Cristo de la Luz, un edificio del siglo X, importante porque es la única construcción conservada en la actualidad anterior a la reconquista cristiana. El nombre parece bastante extraño: ¿un cristo y una mezquita? La razón es que fue reconvertida en iglesia, ya que en una época posterior se le añadió un ábside, como puede apreciarse en la foto:


Tras pagar la tasa (2,30) pasamos al interior, pero por desgracia se encontraba en muy malas condiciones.
Más tarde, subimos por la cuesta de las Carmelitas y nos dirigimos hacia la Iglesia de San Ildefonso, una muestra característica del barroco con una soberbia fachada principal (lo siento, pero no hubo manera de que no saliera la tela):



Esta iglesia destacaba por sus dos campanarios, desde los que se tuvimos una vista espléndida de la ciudad de Toledo:




Una vez visitada la iglesia nos dirigimos hacia el convento de Santo Domingo El Antiguo, con la intención de ver la sepultura de El Greco. Hubo un momento en que nos encontramos bastante perdidos, porque había un auténtico vericueto de calles, callejones y esquinas. Ni con el plano nos aclarábamos:



De paso rendimos un pequeño homenaje a Garcilaso de la Vega (¡ay Garcilaso, cómo se te ocurrió escalar la torre de Muy en lugar de seguir escribiendo poemas!):


Bien, tras larga búsqueda llegamos al convento que antes os he mencionado, pero por desgracia los domingos solo abren por las tardes, así que nos quedamos un poco chafados, la verdad sea dicha.
Ya eran las doce del mediodía, así que nos tomamos la tapa de rigor en un bar cercano, y nos dispusimos a poner el broche final a la visita, yendo hacia el puente de Alcántara:



Desde allí contemplamos el río Tajo, con sus aguas abrazando mansamente el cerro toledano:



Y ya finalmente dijimos adiós a Toledo, dando una última mirada a su imponente Alcázar:



En fin, hasta aquí llegó nuestra breve estancia. Sin duda Toledo es una auténtica joya cultural. Por favor, ¡visitadla!