La esencia de la materia: una historia de fermiones y bosones

¿De qué está hecho nuestro universo?.  Esta pregunta ha acompañado al hombre desde sus orígenes, pues conocer nuestra esencia íntima, desvelar quiénes somos, es uno de los grandes enigmas que todavía nos esforzamos en resolver.

En nuestro viaje al interior de nosotros mismos, hemos descubierto que somos organismos vivos, agrupaciones de células que están compuestas de moléculas, quienes a su vez están formadas por átomos. Y hemos aprendido que estos átomos se componen de un núcleo (que contiene protones y neutrones) rodeado por una nube de electrones.

Esto es lo que aprendemos en colegios e institutos: los ladrillos básicos de nuestro universo son los protones, los neutrones y los electrones.

Pero de vez en cuando, oímos noticias en la prensa que hablan de nuevos descubrimientos en física de partículas, que nos revelan la existencia de una auténtica fauna de extrañas partículas con nombres chocantes, que no sabemos donde encajan en el modelo que hemos estudiado.

Vamos a intentar explicar muy brevemente, cómo se organizan todas esas partículas, y cuáles son las que por ahora parecen ser los ladrillos fundamentales. La teoría física que explica este puzzle y cómo las partículas interaccionan es el Modelo Estándar. Según esta teoría existen dos tipos de partículas elementales: los fermiones y los bosones. El modelo explica las fuerzas entre dos partículas (fermiones) como resultado de un intercambio de partículas mediadoras (bosones).

1. Los fermiones

Están asociados con la idea que tenemos de materia. Obedecen la estadística de Fermi-Dirac. Cumplen el principio de exclusión de Pauli (dos fermiones no pueden ocupar el mismo estado cuántico a la vez). Tienen espín semientero. Cada fermión posee su propio anti-fermión.

Hay 12 fermiones diferentes: 6 son quarks y 6 son leptones.

Los fermiones se agrupan en tres familias o tres generaciones: cada uno consistente en una pareja de quarks y una pareja de leptones.

1.1. Los quarks

Los quarks son portadores de carga de color y por ello interaccionan con la llamada fuerza fuerte. También poseen carga eléctrica e isospín débil, por lo que también interaccionan con la fuerza electromagnética y la fuerza débil. Hay 6 tipos de quarks llamados up, down, charm, strange, top and bottom (o beauty).

La fuerza fuerte les confina de forma que se encuentran siempre agrupados formando compuestos sin carga de color: los hadrones. Éstos pueden estar constituidos por 3 quarks (y se llaman entonces bariones) o por una pareja de quark y antiquark (los mesones, que en realidad son bosones). Nuestros bien conocidos protones y neutrones son un tipo de bariones, y están por tanto compuestos por 3 quarks.

1.2. Los leptones

Los leptones no tienen carga de color, por lo que no interaccionan con la fuerza fuerte. A este grupo pertenecen el electrón, el muón y el tau, además de los neutrinos que cada uno lleva asociado, el neutrino electrónico, el muónico y el tauónico.

El electrón, el muón y el tau tienen carga eléctrica e interaccionan con la fuerza electromagnética y la fuerza débil. Los neutrinos no tienen carga eléctrica, por lo que sólo interaccionan con la fuerza débil, una de las razones por las que son difíciles de detectar.

 

 2. Los bosones

Obedecen la estadística de Bose-Einstein. Tienen espín entero y no siguen el principio de exclusión de Pauli. Cinco de ellos son elementales: los 4 bosones gauge (que son portadores de fuerza) y el bosón de Higgs. Otros son bosones compuestos como los mesones.

Entre los bosones gauge encontramos a los fotones (portadores de la fuerza electromagnética), los gluones (portadores de la fuerza fuerte) y los bosones W+, W- y Z (portadores de la fuerza débil).

Además está teorizada la existencia del bosón de Higgs (de espín cero), que es una partícula elemental que explicaría el origen de la masa de las partículas elementales. Es la única partícula del Modelo Estándar de la que no hay todavía evidencia experimental. El gran colisionador de hadrones (LHC) del CERN espera descubrir pronto a este escurridizo bosón.

Hadrón, leptón, muón, barión, fermión …. ¡Vaya lío!. No te desanimes con tan variada fauna, sólo quería presentarte a sus principales componentes, así podrás identificarlos en sus grupos cuando oigas hablar de ellos y hacerte una idea de sus propiedades y de cómo interaccionan. Escucharás muchos más nombres raros llamados con letras griegas (lambda, sigma, delta …), no te alarmes, muy probablemente serán tipos de hadrones.

Quédate con esto: Por lo que conocemos hasta ahora, los ladrillos fundamentales de nuestro universo son los quarks, los leptones y los bosones portadores de fuerza.

Y ahora con más confianza, descubre este mundo tan variado, una danza cósmica de creación y destrucción, de interacción, siempre en movimiento, ¡un verdadero desafío a nuestra imaginación!.

CERN: HST2009 una experiencia inolvidable

Estoy en mi casa, frente al ordenador, intentando encontrar las palabras que definan cómo ha sido este curso en el CERN. Y sólo me vienen epítetos como EXTRAORDINARIO, GENIAL, IRREPETIBLE, … Ha sido una de las experiencias más maravillosas e intensas de mi vida.

El CERN se ha desvivido con nosotros y nos ha proporcionado un magnífico curso de formación para el profesorado. Un curso completísimo en lo profesional y en lo personal.

Hemos aprendido muchísimo sobre física de partículas, cosmología, aplicaciones de la antimateria, aceleradores, detectores, ..

 

Hemos tenido la oportunidad de visitar la mayor parte de las instalaciones del CERN: aceleradores (como el LINAC 2 o el PS), detectores (como el LHCb, el ATLAS o el CMS), la “fábrica” de antimateria (AD), el Centro de Computación, e incluso el mismísimo Centro de Control del CERN (CCC).

Hemos conocido diferentes formas de abordar la enseñanza de la física moderna, y hemos aprendido multitud de estrategias docentes que esperamos aplicar directamente en nuestras aulas.

Hemos visto y conocido a laureados premios nóbel, como Steven Weinberg, uno de los científicos que contribuyó a unificar  la fuerza electromagnética y la fuerza nuclear débil. Hemos comido con famosos físicos de reconocido talento divulgador como Frank Close (autor de La Cebolla Cósmica y Antimateria). Nos hemos cruzado, como quien no quiere la cosa, con Edward Witten, uno de los físicos más brillantes del panorama actual, adalid de la Teoría de Cuerdas … Y hasta hemos compartido una cena con John Ellis (eminente físico teórico conocido por sus aportaciones en supersimetría, teorías de unificación,….)

Multitud de científicos e ingenieros del CERN se han implicado en nuestra formación y nos han contado de manera entusiasta en qué trabajan, qué retos tienen, y cuáles son las respuestas que esperan encontrar cuando se ponga en marcha el LHC (el gran colisionador de hadrones).

Hemos asistido a una conferencia del director del CERN, Rolf Heuer, en la que se analizaban las causas de la avería del pasado mes de septiembre en el LHC, y en la que se informaba acerca de los trabajos de reparación en el sector dañado.

Hasta el propio Director del LHC (Lyn Evans) y el mismísimo Rolf Heuer, han encontrado tiempo para venir a charlar con nosotros y se han esforzado en transmitirnos muchos apuntes valiosos acerca de su experiencia.

Una de las facetas más interesantes del curso ha sido el contacto entre colegas venidos desde todos los rincones del mundo. Formábamos el grupo 39 profesores de 23 nacionalidades diferentes. Había representantes de los 5 continentes, una magnífica oportunidad para el intercambio cultural. Hemos aprendido cómo es la enseñanza de la física en multitud de países del mundo. Y esto nos ha hecho reflexionar mucho sobre las fortalezas y debilidades de nuestro propio sistema.

Hemos trabajado en equipos de trabajo, intentando aportar con nuestro esfuerzo un pequeño grano de arena al espíritu CERN, y esto nos ha permitido estrechar aún más los lazos entre diferentes países y entre diferentes culturas. Ha sido sin duda una experiencia inolvidable.

Aconsejo a todos mis compañeros docentes que participen en futuras ediciones del programa. Y animo sobre todo a mis alumnos, ENTRAD Y ADENTRAROS EN LA FÍSICA MODERNA, ¡es apasionante!. El CERN os ofrece multitud de oportunidades no sólo en Física, sino en otras ramas como Ingeniería, Informática, Medicina, …Hay multitud de becas, cursos de verano, y posibilidades de formación…..Venid y conoced de primera mano, cómo se trabaja aquí, con qué entusiasmo, con qué espíritu colaborador ….

Y sólo puedo acabar agradeciendo de todo corazón a Mick Storr, Rolf Landua, Maureen Prola-Tessaur y a todo el CERN, que nos hayan brindado esta magnifica oportunidad de conocerles. En mi memoria, guardaré siempre un rincón muy especial para todos mis compañeros del HST2009 (entre los que incluyo a Grond, Therry y Sascha), con quienes he compartido intensamente estas últimas tres semanas, y a quienes ya hecho mucho de menos ….

CERN: Primeras impresiones

Sí, aquí estoy en el CERN, el centro de investigación en física de partículas más grande del mundo. El lugar donde se investiga sobre el origen del universo, sobre la estructura íntima de la materia, donde se crea antimateria ….

Y la primera impresión al llegar aquí ha sido un poco contradictoria, pues no parece estar uno en el corazón científico-tecnológico de la humanidad, el lugar donde nació la World Wide Web.

Largos pasillos donde uno tras otro se alinean los despachos de los físicos teóricos, parecen teñidos de un cierto color sepia. En su interior montañas de papeles en algunas mesas, pizarras de tiza rebosantes de ecuaciones, como si el tiempo se hubiera detenido …. Los ordenadores portátiles parecen ser los únicos vestigios del presente actual.

Pero cuando uno se adentra en las entrañas de la Tierra, a 100 metros de profundidad, al interior del gran colisionador de hadrones (el LHC) todo cambia. Ingeniería de última generación para crear ese inmenso anillo donde se aceleraran y se hacen colisionar protones y iones, alcanzando energías de 14 Tev (14. 000.000.000.000 electronvoltios), que recrean las condiciones de los primeros instantes de nuestro universo. Detectores gigantescos, para analizar el resultado de todas esas colisiones, capaces de registrar hasta 40 millones de megabytes por segundo y sistemas informáticos que analizan y procesan la información, conservando y grabando tan sólo la que es relevante.

Y lo que más llama la atención, la pasión de todos los que trabajan aquí, y la diversidad cultural. Estudiantes y científicos de todos los países, de todos los estratos sociales, de todas las religiones, todos reunidos con un fin común: buscar la respuesta a las preguntas que siempre han inquietado a la humanidad: ¿quiénes somos?, ¿de dónde venimos?, ¿hacia dónde vamos?…

MATER IN PROGRESS: Nuevos materiales para una nueva industria

El miércoles 6 de mayo, nos dirigimos al Centro de Historia de Zaragoza para ver la exposición itinerante “MATER IN PROGRESS, nuevos materiales, nueva industria”

Nos acompañaron los alumnos de Física y Química de 4º de ESO y los alumnos de Tecnología de 4º de ESO y de 1º de Bachillerato del IES Ramón y Cajal de Zaragoza.

En esta interesantísima exhibición organizada por el Centro de Materiales del FAD se mostraban más de 100 novedosos proyectos sobre nuevos materiales en España, y su aplicación a las distintas ramas de la industria. La muestra comenzó con el visionado de un breve video en el que nos presentaron distintas familias de materiales (adaptativos, biomateriales, cerámicos, compuestos, ecológicos, metales, polímeros, semiconductores y tejidos), con sus propiedades y aplicaciones. Un pequeño resumen audiovisual de lo que íbamos a poder VER y TOCAR en la muestra.

En la primera sala se exhibían novedosos materiales para la Construcción, como los materiales compuestos para elementos de las estructuras (vigas doble T de plástico reforzado con fibra de carbono), polímeros que sustituyen a la cerámica en los baños, pigmentos para ayudar a regular la temperatura de los edificios, hormigón translúcido con leds (que permite que la luz natural llegue al interior de los edificios), aerogeles para aislamientos térmicos y acústicos, acero con grandes tenacidades o resistencias (como el utilizado para los eslabones de las cadenas de anclaje de las plataformas marinas ) y tantos otros proyectos….

La segunda sala estaba consagrada a la Industria del Transporte. Nos llamó la atención un pequeño avión no tripulado utilizado para la detección de incendios, depósitos flexibles para limpiaparabrisas, plásticos conductores para evitar el cableado de las luces interiores en un coche, líquidos ferromagnéticos (que podrían servir para confeccionar el sistema nervioso de futuros robots) , lunas de plástico para espejos retrovisores, quitamiedos flexibles, ….

En la tercera sala ratificamos cómo los nuevos materiales pueden contribuir también al Sector Energético y comprobamos cómo se puede generar energía utilizando semiconductores aprovechando el efecto Seebeck, o bien a través del hidrógeno (en una maqueta similar a la de la EXPO). Pudimos comprobar las ventajas de utilizar hormigón prefabricado en la construcción de torres eólicas. También aprendimos cómo aprovechar los residuos, por ejemplo, cómo obtener gas y abono a través del compostaje de RSU orgánicos, o cómo se pueden utilizar los residuos de las papeleras para la fabricación de cementos.

También pudimos ver y tocar nuevos materiales de la Industria Textil, como tejidos con apantallamiento magnético, textiles técnicos, inteligentes e ignífugos, otros que incorporan aloe vera para hidratar la piel, o zapatos realizados con materiales naturales (¡algunos de los cuales ya se comercializan!).

Más rápidamente pasamos por los materiales para la Industria Alimentaria, donde se nos presentaron las nuevas técnicas culinarias de gelificación de alimentos que utiliza Ferrán Adriá en el Bulli. Aprendimos cómo la utilización de la nanotecnología en los fármacos puede revolucionar la Industria Farmacéutica. Nos llamó la cómo se pueden obtener materiales biocompatibles para la reparación de tejidos humanos, a través de la utilización de proteínas estructurales de la sangre. Y espectacular nos pareció el cierre craneal elaborado con un muelle de memoria de forma.

Es una lástima que la visita guiada fuera tan rápida, ya que nos faltó tiempo para que todos los alumnos pudieran ver con detenimiento cada uno de los proyectos. Y al ser un grupo demasiado numeroso, algunos alumnos no aprovecharon la visita como esperábamos.Una verdadera pena, pues ha sido una gran exhibición y pocas veces se puede disfrutar en la ciudad de una muestra que reúna tantas novedades científicas y tecnológicas de gran aplicación.

De hecho, hay que felicitar muy calurosamente a los responsables que han permitido que Zaragoza haya acogido esta gran muestra. Es una lástima que no haya un espacio en nuestra ciudad, que reúna y divulgue de manera permanente este tipo de contenidos científicos y tecnológicos ….

Qué es y cómo funciona un galvanómetro

Un galvanómetro es un aparato que se emplea para indicar el paso de pequeñas corrientes eléctricas por un circuito y para la medida precisa de su intensidad. Como veremos su funcionamiento se basa en fenómenos magnéticos.

 

El galvanómetro consta de una aguja indicadora, unida mediante un resorte espiral, al eje de rotación de una bobina rectangular plana, que está suspendida entre los polos opuestos de un imán permanente.

 

En el interior de la bobina se coloca un núcleo de hierro dulce, con el fin de concentrar en ella las líneas de inducción magnética.

 Al estar la bobina sumergida en el interior de un campo magnético uniforme, creado por el imán fijo, cuando circula corriente por ella, se produce un par de fuerzas sobre la bobina que hace que rote, arrastrando consigo a la aguja unida a su eje. 

 

La aguja se mueve e indica en una escala, la intensidad de corriente que atraviesa la bobina. El resorte espiral permite que la aguja vuelva a su posición original, una vez que se interrumpe el paso de la corriente.

 

Veamos cómo se produce el par de fuerzas.

Podemos dividir cada espira rectangular de la bobina en cuatro partes, de forma que de acuerdo con la ley de Biot y Savart, la acción del campo magnético uniforme sobre la espira será:

 

 

 

Luego la fuerza neta sobre la espira es cero.

 

Observa que la fuerza sobre los elementos 2 y 4 de la espira es cero, puesto que el elemento de corriente tiene la misma dirección que el campo magnético.

La fuerza sobre el elemento 1 de la espira es igual y de signo contrario a la fuerza sobre el elemento 3, por eso la fuerza neta sobre la espira es cero.

 

 

 

 

 

 

¿Habrá entonces momento neto sobre cada espira?

 

 

 

  

 

 

Para cualquier posición de la espira:

 

 

 

 

El momento neto sobre toda la bobina será:

 

 

 

 

Cómo puedes comprobar el momento total sobre la bobina es proporcional a la intensidad que atraviesa la espira.

 

Si pulsas aquí, el enlace te llevará a una página donde se detalla cómo funciona un galvanómetro.

 

Allí podrás encontrar un applet muy interesante (del que he capturado esta imagen), en el que puedes modificar el sentido y el valor de la intensidad de corriente que atraviesa el galvanómetro. Pulsando en el botón Angulo podrás comprobar cómo se mueve la aguja indicadora al realizar las variaciones de corriente.

Visita a la Zaragozana: El hombre es el único animal que bebe sin tener sed.

Hoy, viernes 20 de marzo, acompañando a nuestros alumnos de Biología de 2º de Bachillerato hemos visitado las instalaciones de la fábrica de cervezas de La Zaragozana.

Allí hemos viajado por los 7.000 años de historia de la cerveza: desde el ikaru de los pueblos de Mesopotamia hasta nuestros días. ¿Sabías por ejemplo que antaño se consideraba a la cerveza más un alimento que una bebida refrescante?. ¿Sabes que en la actualidad la cerveza es la 3ª bebida que se consume en el mundo?. ¿Sabes cuáles son los cuatro ingredientes fundamentales de la cerveza?.

La Zaragozana es una empresa familiar que inició su actividad en el año 1900, y que hoy en día compite con grandes multinacionales, intentando distinguirse de ellas apostando por la calidad, salvaguardando la tradición pero innovando día a día (¿sabes que fueron los primeros en comercializar la cerveza sin alcohol y que entre sus productos se encuentra una cerveza apta para celiacos?)

La visita, al igual que el proceso de fabricación de la cerveza se divide en 4 etapas.

Nuestro recorrido comienza en la Maltería, donde a partir de los granos de la cebada se obtiene malta. La cebada pasa primero por las Mojadoras y después por las Cajas de Germinación. Este proceso permite activar las enzimas de las semillas. Después se hornea (paso éste importante ya que el tueste determina el color y el sabor de la futura cerveza), y por último se muele. En la Maltería se puede admirar la antigua maquinaria de madera de casi un siglo de antigüedad, que se utiliza para limpiar, seleccionar y calibrar la cebada: la Aventadora, la Cribadora y la Pulidora, auténticas joyas mecánicas accionadas a base de poleas y engranajes.

En la segunda etapa, la malta se transforma en mosto. Pasamos a la Sala de Cocidas (también llamada Sala de Braceado) donde el Maestro Cervecero aplica sus recetas. Ahora sabemos la importancia del agua que se utiliza para la fabricación de la cerveza, y cómo ésta debe tratarse previamente para homogeneizar su composición química. En tres calderas de cobre, se mezclan maltas seleccionadas, otros cereales y agua, que se cuecen con el fin de que actúen las enzimas y rompan las cadenas de almidón. Tras la cocción se añade el oro verde de los cerveceros, el lúpulo, que es el ingrediente que da a la cerveza aroma y ese regusto amargo que la caracteriza. Después el producto ya convertido en mosto, se filtra.

Por último pasamos a las Bodegas de Fermentación, La Zaragozana sigue utilizando tinas abiertas para fabricar algunas cervezas. En éstos se añade levadura (Saccharomyces cerevisiae) al mosto para que fermente, convirtiéndose finalmente en cerveza. Un paso importante es la refrigeración, para optimizar el trabajo de las levaduras. Llama mucho la atención las masas de espuma en las tinas que se encuentran en un primer estado de fermentación. Una vez fermentada, la cerveza debe dejarse madurar. Ya tenemos la cerveza, ahora debe almacenarse y embotellarse.

La fabricación de la cerveza apenas produce residuos, los productos de deshecho orgánicos se utilizan para la fabricación de piensos, y el agua no utilizada en el proceso se emplea en el propio complejo para labores de limpieza.

La visita también nos muestra los cambios tecnológicos en la fabricación, como los modernos tanques de fermentación verticales. Y por último pasamos por la Embotelladora, donde se lavan los botellines, se fotografían para comprobar que su estado es el adecuado, se llenan de cerveza, y se cierran con el tapón corona. Por último se etiquetan y se envasan en packs preparados para su distribución.

Y como colofón, La Zaragozana nos invita a una degustación de sus cervezas, que acompañamos de un pequeño ágape. ¡Todo un broche final para una visita muy interesante!.

De cómo las constelaciones llegaron al firmamento: Mitos y leyendas que esconden las estrellas

Desde el nacimiento del Hombre, el eterno cielo estrellado ha sido siempre su fiel acompañante. El Hombre siempre se ha sentido fascinado y deslumbrado por la belleza del firmamento nocturno, conmovido y diminuto ante su infinitud, pero reconfortado y acompañado, pues pronto reconoció en su oscuridad ciertos patrones regulares que parecían ligar irremisiblemente a esos lejanos fuegos nocturnos. Al igual que hacía con todo lo que no sabía explicar, se le antojó al Hombre que estas estrellas de la noche debían tener un origen sobrenatural, y debían encontrarse en el firmamento para transmitirle un mensaje de un dios todopoderoso: una leyenda que debía permanecer para siempre en su recuerdo. Y así poco a poco, el Hombre comenzó a vincular mitos y leyendas a las eternas constelaciones estelares, leyendas que explicaban su origen, recuerdos del inconsciente colectivo que no debían perderse en el olvido ….

Cuenta un mito de la Antigua Grecia que existió una vez una reina muy bella y vanidosa llamada Casiopea. Era tal su vanidad que incluso se jactó delante de las sirenas de ser más hermosa que ellas. Éstas se enfurecieron y dirigieron sus quejas ante su protector, Poseidón, el poderoso dios de los mares. Poseidón, amenazó con inundar y asolar el reino. El esposo de Casiopea, el rey Cefeo, envió un mensajero al Oráculo, pero éste le reveló que sólo el sacrificio de su hija Andrómeda, podría apaciguar al dios de los mares. Andrómeda debía ser encadenada a las rocas del mar, donde sería devorada por el terrible monstruo marino Cetus. Con todo el dolor de su corazón, Cefeo y Casiopea, acompañaron a Andrómeda hasta las rocas, y allí la encadenaron y aguardaron todos el fatal desenlace. Pero quiso la providencia que en ese momento surcara el cielo el héroe Perseo montado en su elegante caballo alado Pegaso. Perseo se quedó al instante prendado de la belleza de Andrómeda y decidió bajar a socorrerla. En ese momento un terrible y amenazador ruido anunció la llegada del terrible monstruo Cetus. A su paso, los mismísimos peces, despavoridos, se afanaban por escapar del agua y Andrómeda no pudo más que gritar horrorizada al descubrir su terrible destino. Rápidamente, Perseo se lanzó contra el poderoso monstruo y le atravesó con su espada. Forcejeó con él hasta que la bestia se hundió muerta entre las aguas, y así alejado el peligro, Perseo pudo rescatar a la bella Andrómeda.

El grande y poderoso Zeus, padre de todos los dioses, quedó conmovido por la historia y elevó al cielo a sus protagonistas donde permanecen en forma de constelación. Cada otoño, las constelaciones de Cefeo, Casiopea, Andrómeda, Cetus y los peces, Perseo y Pegaso, nos recuerdan con su presencia este bonito relato.

Si os ha gustado esta historia y sus ilustraciones os recomiendo su fuente: un pequeño libro llamado Leyendas del Cielo Estrellado de Cecilia Scorza de Appl. Es una pequeña joya dirigida al público infantil donde la cuidada narración y la belleza de sus ilustraciones recrean éste y otros muchos antiguos mitos griegos … Una delicia para compartir y contemplar la infinitud del cielo estrellado.

Jugando con agua y con la presión atmosférica

En este vídeo titulado “El agua que no cae” vamos a comprobar como la presión hidrostática que ejerce la columna del líquido sobre el plástico se ve compensada con el valor de la presión atmosférica.

¡Cuidado, alta tensión!

El pasado viernes 18 de febrero, nos acercamos al CPS de la Universidad de Zaragoza acompañados por nuestros alumnos de Física de 2º de Bachillerato. Allí nos esperaban Joaquín y Miguel que muy amablemente nos llevaron al Departamento de Ingeniería Eléctrica, y nos agasajaron con una fantástica visita, en la que pudimos comprobar experimentalmente muchos de los principios físicos que habíamos estudiado en clase.

Comenzamos comprobando la existencia de dos tipos de carga “positiva” y “negativa” y aprendimos cómo medir su valor gracias a instrumentos como el electrómetro. Así mismo, comprobamos “in situ” el funcionamiento de máquinas electrostáticas como el generador de Van der Graaft, (a más de uno se le pusieron los pelos de punta), el generador de Wimshurst (con sus botellas de Leyden) , y más tarde, en el Laboratorio de Alta Tensión, el generador de Tesla (¿sabías que Tesla propuso el transporte de energía eléctrica a través de la ionosfera?). También, accionamos una pequeña maqueta de la campana de Franklin, un artilugio diseñado para detectar y predecir la formación de los rayos en la atmósfera. Incluso pudimos comprobar el efecto protector de una jaula de Faraday, y ahora podemos explicar por qué no nos funciona muy bien el móvil cuando estamos dentro del ascensor ….

También fue muy interesante la parte de magnetismo, ya que aunque no nos habíamos adentrado todavía en sus fundamentos, observamos los efectos de los imanes como fuente del campo magnético. También comprobamos que los imanes en movimiento generan corrientes inducidas en los conductores, explicando así por qué nuestros imanes parecían enfrentarse a la gravedad resistiéndose a bajar por el interior de un tubo de cobre. Observamos como la corriente eléctrica que circula por un conductor es otra de las fuentes de campo magnético, y que por tanto crea también corrientes inducidas. Y ratificamos como una espira por la que circulaba corriente, inducía otra corriente en otra espira cercana, y observamos cómo variaba el valor de la corriente inducida en función de la posición relativa de las dos espiras. Incluso simulamos el funcionamiento de los trenes de levitación magnética, haciendo levitar un pequeño trozo de papel de aluminio sobre una espira.

Y no faltaron tampoco las aplicaciones más prácticas, pues en el laboratorio de Regulación Eléctrica estudiamos los efectos de la inducción magnética y pudimos observar cómo funcionaba y se regulaba un motor eléctrico a través del control de la corriente eléctrica que pasa por las bobinas que lo conforman. Es tan preciso este sistema, que es la base del control del movimiento de los robots industriales.

Y como colofón a esta interesantísima visita, Joaquín y Miguel nos introdujeron en el Laboratorio de Alta Tensión, en el que alcanzamos los 40.000 V, reproduciendo descargas eléctricas como las que ocurren en las tormentas.  

Campana de Franklin

Tuvimos muy presente a Benjamín Franklin, ya que pudimos comprobar la utilidad del pararrayos,y los desastres que pueden provocar los rayos en los edificios si las tomas de tierra no están bien instaladas. Comprobamos el funcionamiento del arco eléctrico, de los detectores de campo eléctrico y del generador de Tesla.

Una visita extraordinaria, tan llena de interesantes experimentos y con tanto contenido que tendremos que emplear mucho tiempo para poder digerirla … ¡Ojalá que podamos repetirla al año que viene!.

Cristalografía de Rayos X: Hurgando en el interior de la materia

El viernes 6 de febrero tuvimos el placer de asistir a esta interesantísima conferencia organizada por el programa CIENCIA VIVA, e impartida por el Dr. Fernando J. Lahoz. Este investigador del CSIC, miembro del ICMA, nos introdujo amenamente en el interior de la materia, de una forma sencilla y divertida, demostrando que acompaña a su reconocida destreza investigadora, un gran talento como divulgador. Así lo corrobora el gran interés que suscitó su intervención entre los jóvenes espectadores del IES Ramón y Cajal de Zaragoza, entre los que se encontraban alumnos de 4º de ESO y de 1º y 2º de Bachillerato.

 

El Dr. Lahoz nos explicó la importancia de indagar en el interior de la materia, y en particular de conocer con precisión la estructura de las moléculas que la integran: su energía, topología y libertad conformacional, ya que de ello se derivan luego sus propiedades macroscópicas. Pues bien, una de las técnicas que goza de mayor prestigio entre la comunidad científica para dilucidar estructuras cristalinas, debido a su precisión y a la experiencia acumulada durante décadas, es precisamente la cristalografía de rayos X. El Dr. Lahoz nos mostró las grandes aplicaciones que tiene esta técnica en medicina, biología, farmacología, investigación de nuevos materiales (cerámicos, plásticos, aleaciones,….), e ¡incluso en la investigación policial!.

 

Fuente: Wikipedia

Esta técnica consiste básicamente en aplicar radiación (haz de rayos X) a la materia (cristal de una determinada sustancia) y estudiar su respuesta (un patrón de difracción). El análisis e interpretación de este patrón (a través de ley de Bragg) permite ubicar los átomos en el cristal y conocer así la estructura interna de la sustancia en cuestión.

 

En sucesivas entradas de este blog intentaremos, de manera breve, explicar con mayor profundidad los entresijos de esta técnica, tal y como nos los ha presentado el Dr. Lahoz.

 

Nos quedamos ahora con sus últimas palabras, con las que intentó espolear la curiosidad entre sus jóvenes espectadores: La ciencia, al igual que la ascensión de una montaña, requiere un gran trabajo, constante, siempre arduo y sacrificado, a veces desalentador, pero si se mantiene …, al final nos aguarda una gran recompensa, porque al final del camino se esconde la Belleza. ¿No resuena en estas palabras el eco del gran Feynman?