RUTHELFORD, EL NÚCLEO ATÓMICO

¿Cómo valoras el hecho de que los investigadores científicos formen a los estudiantes?


Valoramos de forma muy positivamente que los investigadores científicos enseñen a los estudiantes lo que saben, lo que han descubierto, compartan sus investigaciones y todos los proyectos en los que están trabajando y lo que es más importante, es que esa transmisión de su conocimiento les facilitan mucho su labor y, además, les motivan y pueden hacerles llegar su pasión para que sigan adelante con las investigaciones que ellos dejaron o emprendan otra nuevas. Esto permite que salgan estudiantes muy bien cualificados que seguramente lleguen más lejos que sus maestros como en el caso de Rutherford. Si queréis informaros sobre como esta desarrollado este tema en España os recomiendo la siguiente página:

http://www.fisicahoy.com/

¿Cuáles son las diferencias entre la Física y la Química? Da una interpretación a ambas frases del científico ¿por qué crees que le otorgaron el premio Nobel de Química y no el de Física?

La principal diferencia entre la Física y la Química es que la Física es la ciencia que estudia la materia y la energía, así como las leyes a las que están sujetas, y es una ciencia experimental. La química es la ciencia que estudia la materia y sus transformaciones, es decir, las causas que originan esa materia y los cambios internos que producen. Es una ciencia que estudia la composición, estructura y propiedades de la materia, así como los cambios que experimentan durante las reacciones químicas.

Respecto a las frases creemos que la primera lo que quiere decir Rutherford es que toda ciencia que no sea física para el no tiene importancia, elevando a la física por encima de las demás ciencias, “cualquier ciencia o era física o era coleccionismo de sellos”. En la segunda a lo que se refiere es que a lo largo de su vida había experimentado muchos cambios, pero ninguno tan brusco como pasar de físico a químico de la noche a la mañana, para él supuso una metamorfosis por el cambio significativo de su propia visión.

Creemos que le dieron el premio Nobel de Química por su trabajo con las partículas alfa que fue lo que le llevo a descubrir el núcleo atómico. Sus estudios entendemos que estaban más relacionados con la química ya que se basaban en la transformación de la materia.


Investiga sobre la biografía de Nikola Tesla ¿Cuáles fueron sus principales aportaciones a la Física ¿Qué disputas científicas mantuvo con Edison y Marconi?

PRINCIPALES APORTACIONES

Nicola Tesla revolucionó la teoría eléctrica desarrollando las bases para la generación de corriente alterna. Lo cual le permitió idear el primer motor eléctrico de inducción. También invento la bobina de Tesla que es un tipo de transformador resonante, llamado así en honor a Tesla

Se le reconoció como suya la patente de la radio, que se había atribuido erróneamente a Guglielmo Marconi.

Y, por último, la unidad de inducción del campo magnético del Sistema Internacional de Unidades lleva el nombre de tesla (T) en su honor.

DISPUTAS CIENTÍFICAS CON EDISON Y MARCONI

Marconi
En 1893 Tesla logró transmitir energía electromagnética sin cables, construyendo el primer radiotransmisor. Presentó la patente correspondiente en 1897, dos años después de que Guglielmo Marconi lograra su primera transmisión de radio. Marconi registró su patente el 10 de noviembre de 1900 y fue rechazada por ser considerada una copia de la patente de Tesla. Así se inició una guerra entre la compañía de Marconi y Tesla. Tras recibir el testimonio de numerosos científicos destacados, la Corte Suprema de los Estados Unidos de América falló en 1943 a favor de Tesla. (la mayoría de los libros mencionan a Marconi como el inventor de la radio).

Edison

Tras romper con Edison después de tener muchas diferencias ante la eficiencia entre la corriente continua (CC) y la corriente alterna (CA) de Tesla, se desarrolló lo que se conoce como "guerra de las corrientes". En la cual intentaban con todos los métodos posibles que la corriente que defendían era la mejor.

Después de que Tesla consiguiera demostrar que la corriente alterna era más eficiente, Edison aún trató de disuadir la teoría de Tesla mediante una campaña para fomentar ante el público el peligro que corrían al utilizar este tipo de corriente, por lo que Harold P. Brown, un empleado de Thomas Edison contratado para investigar la electrocución, desarrolló la silla eléctrica.


SERIE DE PREGUNTAS

Qúe diferencia la fluorescencia de la fosforescencia?
Fluorescencia: emite una extraña luz azulada al ser estimulada por radiaciones externas.
Fosforescencia: emite una luz verdosa que persiste aun cuando se la deja de iluminar.

Con lo cual la diferencia que hay entre los dos es el color de su luz y la necesidad de ser
 o no ser estimulado por radiaciones externas.

¿Qué son los rayos X? ¿Cómo se descubrieron?
Los rayos X son una radiación electromagnética. Fueron descubiertos por el alemán Wilhem Conrad en 1895, cuando experimentaba con el tubo de rayos catódicos, él fue muy famoso en aquella época. Comprobó que los rayos que viajaban a través de un tubo a una presión muy baja hacían que se produjera una fluorescencia que era capaz de atravesar algunos cuerpos opacos.

¿Qué es la radiactividad? ¿Cómo fue descubierta?
Es la emisión de rayos formados a partir de la desintegración espontánea de átomos pesados como el plomo. Existen tres tipos de emisiones de esta radiación: alfa, beta y Gamma.

Fue descubierta por primera vez por Becquerel al intentar revelar una imagen en una placa fotográfica con sal de uranio. Más tarde, la radiactividad fue descubierta por Marie Curie y Joliot Curie de forma más científica y sistemática. Por último, Rutherford descubrió los tres tipos de emisiones distintas de éstas (alfa, beta y gamma).

¿Por qué fueron importante las aportaciones del matrimonio Curie y de Rutherford al trabajo de Becquerel?
Debido a que demostraron que muchas sustancias emitían rayos que solo podían provenir de los átomos. A lo cual llamaron radiactividad. Becquerel por otra parte publicó varios artículos sobre el tema, los cuales, junto al descubrimiento de los Curie, hicieron que se interesara de nuevo por el fenómeno por las aplicaciones que ésta podía tener.

¿Qué son las radiaciones alfa, beta y gamma? Ordénalas energéticamente.
La radiación alfa son átomos de helio, la radiación beta son electrones y la radiación gamma es una radiación electromagnética muy energética.
El poder energético de las distintas emisiones se puede pareciar en su capacidad de penetración.
Su ordenación por orden de energía de mayor a menor seria gamma, alfa y por ultimo beta.

¿Qué es la ley de desintegración atómica?¿Por qué sirve como método de datación geológica?
Es el ritmo con el que los átomos de una muestra radiactiva se desintegran a ritmo distinto, terminando en la cadena invariable del plomo. Esto tuvo un gran impacto en la geología debido a que se sabía a qué ritmo se desintegraba cada uno de los elementos, se pudo establecer un límite inferior a la edad de la Tierra.

La técnica del Carbono 14
La datación exacta de los elementos orgánicos es posible gracias a la técnica del Carbono 14

William Libby, un químico de la Universidad de Chicago, y ganador del Premio Nobel de Química en el año 1960, porque en el año 1949 hizo realidad el sueño de muchos, lograr que la ciencia pudiese datar todos los restos encontrados.

La técnica de Carbono 14 o técnica del radiocarbono: para fechar un material se mide la propiedad de átomos de carbono 14.

Al ser un material radioactivo, tienden a desaparecer con el tiempo y el proceso de medición se inicia con la cantidad de átomos de carbono 14 presentes al momento que el científico recibe el material y comparándolo con la cantidad de átomos que posee el mismo material pero vivo.

¿Qué es el Carbono 14?.
Los átomos tienen en su núcleo protones y neutrones. La suma de ellos se denomina “masa atómica“. En el caso del carbono como elemento, todos tienen de número atómico seis, por tener esa cantidad de protones en su núcleo.

Pero la masa atómica puede variar entre 12, 13 y 14 pues cambia según la cantidad de neutrones que presenta, es decir 6, 7 u 8. El carbono 14 es el isótopo que presenta 6 protones y 8 neutrones. Es conocido bajo el símbolo de C14.

¿Cómo es posible datar a través de un material que desaparece en el tiempo?
Con el paso del tiempo, debido a la inestabilidad del carbono 14, tiende a desaparecer transformándose en átomos de carbono 12.

Se conoce asimismo que con el paso de 5730 años, un organismo muerto pierde la mitad de sus átomos de carbono 14. Con todo esto es que se permite datar un material orgánico con exactitud pues es un método muy sencillo.

A modo de resumen, conocemos la velocidad con la que se pierden los átomos de carbono 14 y al mismo tiempo cuántos de ellos posee un material orgánico vivo. Lo que resta es contar la cantidad de átomos de carbono 14 que aún no han desaparecido y allí tendremos la fecha exacta en la que debemos situar ese elemento.

Claro que hoy con los avances de la genética, a través del ADN podemos llegar más lejos y datando con mucha más exactitud, además de conocer otros aspectos principalmente de los restos de seres vivos encontrados, pero esta técnica del carbono 14 aún se utiliza mucho y fue una revolución muy importante para la Historia y todos los investigadores del pasado.

¿Para qué sirve un contador Geiger?
Un contador Geiger es un instrumento que permite medir la radiactividad de un objeto o lugar.

Está formado por un hilo metálico contenido en un tubo del mismo material. Entre el hilo y el tuvo hay un espacio relleno de gas. El hilo suele estar a 1000 voltios relativos con el tuvo.

Fue inventado por Walther Müller, pero fue Hans Geiger quien se llevó el mérito (como veremos más adelante fue colaborador de Rutherford).

Su funcionamiento es sencillo. Si la sustancia es radiactiva uno o varios iones o electrones penetran en el tubo y desprenden electrones del gas contenido en el tubo. Los electrones son atraídos al hilo gracias a su voltaje positivo. Gracias a esto comienzan a ganar energía y a colisiona con otro átomos liberando más electrones y provocando lo que podríamos llamar una avalancha de electrones. Esta avalancha si puede ser detectada y medida. El flujo de la electricidad acaba parándose por sí mismo gracias al gas.


Explica cómo se llevó a cabo el experimento de Rutherford. Si quieres, puedes hacerlo con un pequeño vídeo, que simule el experimento. ¿Por qué no funcionó con mica, si con pan de oro y mejoró mucho con pan de plantino? Comenta la frase “Es como si se disparara un obus naval de buen calibre sobre una hoja de papel y rebotara”
En el trabajo anterior vimos el modelo atómico de Thomson donde los electrones se encontraban incrustados en una esfera con carga eléctrica positiva. El modelo de átomo era como una esfera maciza con electrones incrustados.

El experimento de Rutherford
Si quieres que te expliquen el experimento mira este video en el que Miguel Cabrerizo, Catedrático de la Universidad de Granada, lo explica muy bien.
http://www.youtube.com/watch?v=2XyEVypD8NE


En 1909, Ernest Rutherford dirigió un experimento, y fue llevado a cabo por Geiger y Marsden, con la intención de detectar alguna estructura en el interior de los átomos.

El experimento consistía en partículas recién descubiertas, más pequeñas que los átomos, que eran lanzadas por sustancias radiactivas. Estas partículas se llaman partículas alfa. Tienen una carga doble a la de un electrón, pero positivas, son unas 8000 veces más pesadas que los electrones, y son lanzadas por las sustancias radiactivas (se utilizó el polonio) a unos 2000 km/s. Así introducían un trozo de polonio radiactivo en una caja de plomo totalmente cerrada con la excepción de un pequeño agujero, por donde saldrán estas partículas.

El blanco sobre donde se iba a disparar las partículas alfa, era una lámina muy fina de metal. Se utilizó el oro por ser muy maleable, y poderse formar láminas de un espesor de una pocas micras, lo mismo podía hacerse con láminas de platino. Se querían láminas muy finas para que el haz de partícula alfa no fuera absorbido completamente. A estas láminas, se les llama pan de oro o platino.

Si el átomo es como Thomson decía, los cálculos predecían que las partículas alfa atravesarían la lámina desviándose ángulos pequeños. Para detectar, las partículas alfa, se puso por atrás del pan de oro, y por los laterales, una pantalla fosforescente, que produce destellos cada vez que una partícula alfa impacta con ella.

Resultados de los experimentos
Cuando realizaron el experimento, comprobaron que no se cumplía lo predicho por la teoría si el átomo fuese como Thomson proponía.

Efectivamente, más del 99% de las partículas alfa atravesaban el pan de plantino como si no hubiera nada. No se desviaban nada.

Casi el uno por ciento de las partículas alfa sufría alguna desviación.

Pero lo más extraño, según dijo Rutherford, es que muy de vez en cuando, hay una partícula alfa que sale rebotada hacia atrás. Sobre todo, este último resultado no se podía explicar con el átomo de Thomson.

Este fue el momento en que Rutherford dijo “Es como” si se disparara un obús naval de buen calibre sobre una hoja de papel y rebotara”

Explicaciones de Rutherford
Rutherford comprendió que el átomo no podía ser como Thomson dijo. Para poder explicar lo que había ocurrido con su experimento, propuso un nuevo modelo de átomo.

En primer lugar, Rutherford dijo que el átomo debía estar prácticamente vacío. Es decir, la mayor parte del volumen de un átomo es vacío. Con esto, puede explicar que prácticamente la totalidad de las partículas alfa atraviesen la lámina de oro sin sufrir ninguna desviación.

En segundo lugar, dedujo que en el lugar donde se concentraba la carga positiva era muy masivo. Prácticamente toda la masa del átomo se encontraba en el mismo sitio donde está la carga positiva. Este sitio, al que llamó núcleo, tiene que ser muy pequeño en comparación con el resto del átomo. De esta forma, pudo explicar que, las poquísimas partículas alfa que rebotaban, eran aquellas que daban la casualidad que iban dirigidas justamente hacia el núcleo, y que al ser también positivo y muy masivo, hacía que las partículas alfa salieran


Describe el modelo de Rutherford y sus limitaciones ¿Por qué el equipo de Rutherford se puede considerar el padre de la interacción nuclear (piensa en qué ocurriría a los protones si no existiera dicha interacción)?¿Qué son las cuatro interacciones fundamentales de la naturaleza?
Para Rutherford el átomo debía ser como un pequeño sistema solar. Un átomo no es una esfera, sino que tiene un núcleo muy pequeño con toda la carga positiva, y prácticamente toda la masa, y a su alrededor, a grandes distancias (en comparación con el tamaño del núcleo) giran los electrones alrededor del núcleo en órbitas circulares.

Al igual que los planetas se atraen con el Sol, y no se caen, sino que se mantienen dando vueltas, ocurre con los electrones.

El núcleo atómico es unas 100.000 veces más pequeño que el tamaño de todo el átomo. Si el átomo pudiéramos verlo como una plaza de toros de grande, el núcleo sería un garbanzo colocado en el centro. Y los electrones serán motas de polvo moviéndose por las gradas. Si nos hacemos esta imagen de un átomo, podemos entender fácilmente, que si estuviéramos tirando piedrecitas desde un helicóptero que vuela por encima de la plaza de toros, lo realmente difícil sería que acertáramos al garbanzo. Prácticamente la totalidad de las piedrecitas, no le darían a nada, atravesarían el átomo.

Este nuevo modelo de Rutherford se elaboró en 1911.

¿Qué hay en el núcleo?
En 1918 Rutherford demostró la existencia de una partícula con carga eléctrica igual a la del electrón, pero positiva, y 1836 veces más pesado que el electrón. A esta partícula la llamó protón.

Así, Rutherford pensó que estás partículas unidas eran las que formaban el núcleo de los átomos. Pero había un problema, se podía comprobar con experimentos, que los núcleos atómicos pesaban más de lo que se deducía sumando las masas de los protones del núcleo. Rutherford supuso que en el interior de los núcleos había también otra partícula sin carga eléctrica y que pesaba como un protón. A esta partícula la llamó neutrón. Hubo que esperar hasta 1932 para que James Chadwick encontrara experimentalmente al neutrón.

Inconvenientes al modelo de Rutherford
El modelo atómico de Rutherford, presentaba dos grandes inconvenientes para ser aceptado. Un problema era teórico, según el Electromagnetismo, si un cuerpo cargado (como es un electrón) describe órbitas, éste debe perder energía y por lo tanto no se mantiene, sino que caería. Sin embargo, la experiencia nos dice que los átomos son estables, luego los electrones no se están cayendo al núcleo.

El segundo problema que presentaba, era que mediante este modelo atómico, no se podía explicar que los espectros atómicos fuesen discontinuos, en lugar de continuos.

Veamos qué es lo del espectro atómico. Se coge una sustancia y se calienta hasta que se ponga incandescente y emita luz (igual que un hierro al rojo vivo). Si la uz que se emite se pasas por un primas, se descompone en todos los colores que la forman. Esta luz descompuesta que sale del prisma constituye el espectro del elemento. Resulta, que según el modelo de Rutherford, debería observarse todos los colores del arco iris de manera continua. Sin embargo no se ven todos los colores continuamente. Es espectro de cada elemento es como la huella dactilar de cada elemento, cada elemento tiene su propio espectro. Así, analizando el espectro de la luz de una estrella, podemos determinar qué elemento forman dicha estrella.

En resumen, el modelo de Rutherford tuvo que ser abandonado, pues el movimiento de los electrones suponía una pérdida continua de energía, por lo tanto, el electrón terminaría describiendo órbitas en espiral, precipitándose finalmente hacia el núcleo. Sin embargo, este modelo sirvió de base para el modelo popuesto por su discípulo Neils Bohr, marcando el inicio del estudio del núcleo atómica, por lo que a Rutherford y a su equipo se le conoce como el padre de la era nuclear.

Interacciones fundamentales en la naturaleza
Todos los fenómenos que se producen en el Universo se deben a las interacciones entre las partículas que lo componen. Estas interacciones se describen mediante el concepto de fuerza. Así, la caída de un objeto o la "caída" de la Luna hacia la Tierra se describe mediante la fuerza gravitatoria. La estructura de un objeto, la atracción entre imanes o entre cargas eléctricas se hace mediante la fuerza electromagnética. Desde el principio los científicos han tratado de unificar y simplificar el origen de los fenómenos, intentando adjudicar todos ellos a unas pocas causas comunes y a unos tipos fundamentales de comportamiento. James C. Maxwell unificó las fuerzas eléctrica y magnética en un único tipo de interacción, la interacción electromagnética, que permitía explicar todos los fenómenos conocidos en su momento sobre los campos de la electricidad y el magnetismo.

En la actualidad, todas las fuerzas o interacciones de la naturaleza se pueden agrupar en cuatro tipos básicos, denominados interacciones fundamentales:

• Interacción gravitatoria. Se da entre todas las partículas y se describe mediante la teoría de la relatividad general de A. Einstein o más fácilmente mediante la ley de gravitación universal de Isaac Newton. Gracias a ella se pueden explicar fenómenos como la caída de los cuerpos o el movimiento de los planetas, satélites, estrellas, cometas, etc. Su alcance es infinito y actúa a grandes distancias. Es la interacción más débil de todas, pero es la responsable de la estructura general del Universo.

• Interacción electromagnética. La interacción electromagnética afecta a las partículas con carga eléctrica o con momento magnético, así como a los fotones. Su descripción se hace a partir de las leyes de Maxwell y su alcance es infinito. Gracias a ella se pueden explicar fenómenos tan diversos como los eléctricos, los magnéticos, la interacción entre la luz y la materia, las ondas electromagnéticas (¿cómo funciona un teléfono móvil?), las fuerzas elásticas que se dan en un muelle, la estructura interna de la materia a escala atómica y molecular, así como la química.

La interacción electromagnética explica la estructura cristalina

• Interacción nuclear fuerte. La interacción nuclear fuerte afecta a los quarks, y por tanto, a los hadrones. Es la más intensa de las cuatro y se denomina también interacción fuerte o interacción hadrónica. Su alcance es muy corto, reduciéndose prácticamente a cero para distancias superiores a 10-15 m, por lo que no tiene influencia en la Química, por ejemplo. Gracias a esta interacción se puede explicar la estabilidad nuclear y muchos procesos nucleares.

• Interacción nuclear débil. La interacción nuclear débil se produce entre partículas leptónicas o hadrónicas. Explica algunos procesos nucleares, como la desintegración beta de los núcleos, en la que un neutrón se transforma en un protón y un electrón, generándose también un antineutrino electrónico. También explica las transformaciones entre leptones, como la desintegración del tauón. Su intensidad es mucho mayor que la fuerza gravitatoria, pero es menor que la fuerza electromagnética. También se denomina interacción débil.

Esquema de una emisión beta

Si quieres saber más pincha aquí:
http://www.juntadeandalucia.es/averroes/.../particula.htm%20-

Crea tu propio escudo científico tal y como hizo Rutherford al ser nombrado varón.
Nuestro escudo lo hemos basado en cómo creemos que debe trabajar un científico del siglo XXI:
1- La investigación es una tarea dura …
… pero creativa y apasionante

2- No te haces necesariamente rico …
… pero vives aventuras indescriptibles

3- Pasas mucho tiempo en el laboratorio, en las bibliotecas …… pero te relacionas con investigadores de todo el mundo

HLEKTRON

1- Explicación de la hipótesis de Symmer acerca del fluido vítreo (+) y el fluido resinoso (-) desde el punto de vista de tus conocimientos de la electrostática .

Symmer admitia la existencia de dos fluidos eléctricos, llamados vítreo y resinoso, que al estar mezclados en iguales cantidades en un cuerpo, hacían que fuera un fluido neutro.
Vamos a ver que quiere decir lo de neutro, si llamamos positivo al vítreo y negativo al resinoso y estan mezclados en iguales cantidades en un cuerpo, determinarían el estado neutro de él.
¿Cómo podríamos alterar el cuerpo? Por diferente causas, sobre todo el frotamiento y las acciones químicas, podrían separarlos o, mejor dicho, se alteraría la relación de cantidad de las cargas, provocando el predominio de una de ellas, dando lugar a la aparición de fenómenos eléctricos, pero teniendo en cuenta que ambos fluidos tienden a reunirse para constituir de nuevo el fluido neutro.
A continuación os ponemos un par de experimentos caseros, si sometes a frotamiento diferentes materiales y los acercas a su detector de electricidad, y veremos que atraen a determinados materiales.

Frotamos un peine de plástico y atrae a papeles cortados en pequeños tamaños:

2- Explicar el funcionamiento de un tubo de descarga . ¿Por qué consiguió Thomson desviar los rayos catódicos? ¿Cómo influye la presión del gas enrarecido del interior?

Un tubo de descarga es un tubo de vidrio con electrodos soldados en sus extremos y contiene gas a baja presión. Cuando se establece una diferencia de potencial entre los dos electrodos, se produce un campo eléctrico intenso donde los electrones son atraídos a gran velocidad. En el recorrido los electrones chocan con los átomos del gas existente arrancándole electrones que lo convierten en ión positivo que a su vez es atraído por el electrodo-cátodo (negativo), desencadenando así una “avalancha electrónica” que tiene como resultado el fenómeno luminoso de la descarga.
En condiciones normales una gas es un mal conductor de la electricidad. Sin embargo, si le aplicamos tensión a través de los electrodos del tubo, se produce una descarga y el gas comienza a ser conductor de electricidad. Si la presión del tubo disminuye a niveles bajos, aparecerá una corriente de rayos conocida como catódicos, porque siempre viajan desde el electrodo negativo (cátodo) al positivo (ánodo). Algunos físicos consideraban que era una forma de radiación, mientras otros pensaron que eran partículas cargadas negativamente. En 1987, Thomson realizó una serie de experimentos que demostraron que la segunda opción era la correcta.
La observación hecha por Thomson fue que los rayos catódicos son desviados por un campo eléctrico.
Las características básicas de los aparatos de Thomson se muestran en el siguiente dibujo:

El cátodo C está a un potencial negativo de vario cientos voltios respecto del ánodo S1. Los rayos catódicos viajan hacia el ánodo y pasan a través de una abertura en ella. Continúan a través de una segunda abertura en S2, viajando en línea recta (mostrado en negro en el dibujo)hasta el extremo del tubo en O, donde golpean contra la pared y producen una mancha fosforescente bien definida y estrecha. P1 y P2 son un par de las placas paralelas de metal a través de las cuales una diferencia potencial puede ser aplicada. Esto da lugar a un campo eléctrico en el espacio entre ellas a lo largo de cuál viajan los rayos catódicos. Si la placa P1 es positiva los rayos catódicos se desvían hacia arriba. Siguen el camino mostrado en rojo y producen una mancha fosforescente en A. Una escala se pega en el exterior del tubo para medir desviación.
Si quieres una explicación más detallada de los rayos catódicos realizado por Thomson ir a la siguiente dirección:
http://http://www.geocities.com/edug2406/descubrimiento_electron.htm?20099%20

3- Explica el modelo de Thomson del átomo e investiga por qué no es un modelo viable según los descubrimientos posteriores.

Introduce la idea de que el átomo puede dividirse en las llamadas partículas fundamentales:
· Electrones, con carga eléctrica negativa
· Protones, con carga eléctrica positiva
· Neutrones, sin carga eléctrica y con una masa mucho mayor que la de electrones y protones.
Thomson consideraba al átomo como una gran esfera con carga eléctrica positiva, en la cual se distribuyen los electrones como pequeños granitos (de forma similar a las pepitas de una sandía).

Las insuficiencias del modelo son las siguientes:
El átomo no es macizo ni compacto como suponía Thomson, es prácticamente hueco y el núcleo es muy pequeño comparado con el tamaño del átomo, según demostro E. Rutherford en sus experimentos.

4- Millikan trabajó en la Universidad de Chicago a las órdenes de Albert Michelson . Describe brevemente el experimento por el que es famoso este investigador. ¿Qué es el éter ? ¿Crees que su existencia sigue siendo una hipótesis viable?

Llevado a cabo en 1887, el experimento de Michelson-Morley se considera el trabajo definitivo que terminó eliminando la creencia decimonónica de que las ondas luminosas viajaban a través de un medio llamado éter.
Albert Abraham Michelson comenzó a trabajar en la búsqueda del éter cuando era un joven estudiante y le atraía el reto de crear un experimento meticuloso para medir la velocidad de la Tierra a través del éter que se suponía que llenaba el espacio. Las mediciones tenían que ser tan precisas que muchos dijeron que no podían hacerse. (Más tarde Michelson le diría a Einstein que había empleado tanta energía para conseguir la precisión necesaria simplemente porque era “divertido”).
El experimento utilizaba un diseño bastante innovador que se basaba en una técnica desarrollada por Michelson, la interferometría (Michelson recibiría el premio Nobel de física en 1907 por sus instrumentos ópticos de precisión y las mediciones realizadas con ellos. Para su experimento, Michelson y Morley hicieron que dos rayos de luz viajasen en ángulo recto uno del otro: uno viajaba en la misma dirección que el éter y el otro la cruzaba. Imaginemos dos personas nadando en un río, una va corriente arriba y luego a favor de corriente, mientras que la otra nada directamente a un punto al otro lado del río y vuelta. Ambos nadadores se tienen que enfrentar a la corriente pero de forma diferente y, consecuentemente, el tiempo que emplean para recorrer exactamente la misma distancia será diferente. Si la Tierra viaja a través del éter, el éter crea una corriente (como un río), y un rayo de luz que viaje en contra y luego a favor debería tardar menos en recorrer una distancia determinada que otro que la atraviese en ángulo recto. Esta era la hipótesis que Michelson y Morley intentaban confirmar con su experimento. Por mucho que repitieron la medición, ambos rayos empleaban la misma cantidad de tiempo en sus viajes. Claramente, había un problema con la teoría tradicional del éter. Sin embargo, el concepto del éter, no fue completamente descartado en ese momento.
La teoría de la relatividad espacial de Einstein se desarrolló creyendo firmemente que el éter no existía.
En relación con la pregunta sobre el éter, si su existencia es viable, hay que decir que antiguamente se utilizaba para justificar algunos fenómenos observados en la naturaleza, como por ejemplo la propagación de la luz en el vacío. La luz es una onda y por tanto necesitaba un medio material en el que propagarse. El éter era la sustancia que se creía que ocupaba todo el espacio.
Como hemos visto el experimento de Michelson-Morley y más tarde como el mismo Einstein reconoció esta teoría quedo anticuada.
Hoy día sabemos que la luz puede viajar sin necesidad de un medio y se ha dado paso a un Universo donde el vacio es concebible.

5- ¿Podrías explicar, según el modelo de Bohr , por qué los rayos X ionizan a las gotas de aceite?

Entendemos que lo que quiere decir es que los rayos X, al incidir sobre las gotas de aceite les van a transmitir electrones y van a hacer que las gotitas de aceite se sobrecargen negativamente, es decir, las convierte en conjuntos de aniones (iones negativos).

6- Describe el experimento de Millikan . Propongo el siguiente trabajo opcional: realiza el experimento en esta web y presenta los resultados que hayas obtenido (gráficas, cálculos, etc...).
Millikan determinó por primera vez y de forma precisa la carga de un electrón en la Universidad de Chicago durante el período 1909-1913.
Millikan hacía caer entre dos placas metálicas una rociada fina de gotas de aceite muy pequeñas. El aire entre las placas era irradiado con rayos-X y éstos provocaban la ionización («arrancaban» electrones) de moléculas de nitrógeno y oxígeno. Algunos de los electrones liberados colisionaban con las gotas de aceite y podían quedar adheridos a ellas, con lo que conferían a la gota que caía una carga negativa.
La caída libre de las gotas por acción de la gravedad podría ser detenida entonces cargando las placas metálicas, una positiva y la otra negativamente.
Millikan observó con ayuda de un microscopio gotas individuales de aceite y ajustó la carga de las placas hasta conseguir que la fuerza que actúa sobre la gota debida a la carga de las placas compensara exactamente la fuerza gravitatoria. De este modo una gota quedaría estacionaria (se detendría su caída). Conociendo la carga de las placas y haciendo uso de la ley de Coulomb, Millikan fue capaz de calcular la carga que portaba la gota. Cuando la experiencia se repetía para un gran número de gotas individuales, el resultado era que la carga sobre una gota siempre era -1,60 x 10-19 C o un múltiplo entero de esta carga.
Millikan demostró que hay una cantidad de carga eléctrica que es la más pequeña posible. Ello indica que la carga eléctrica no es continua sino que está constituida por partículas -las partículas que hoy se conocen como electrones- que portan, todas ellas, la misma carga. Las gotas de aceite habían incorporado uno o varios electrones y por ello su carga siempre resultaba ser la de uno o varios electrones. Los experimentos de Millikan no sólo sirvieron para establecer un valor preciso de la carga de un electrón, sino que también proporcionaron la primera prueba concluyente de la existencia de los electrones.

Os recomendamos ver el video que a continuación subimos:

VER VIDEO

7- ¿Qué es el efecto fotoeléctrico ? Puedes enseñar alguna aplicación actual de este fenómeno por cuya explicación teórica, Albert Einstein , recibió el premio Nobel. Millikan también comprobó experimentalmente la hipótesis de Einstein aunque dijera de ella que "le falta una base teórica satisfactoria".

Este efecto fue descubierto por Hertz en 1.887 y estudiado por Lenard en 1.900. Fue satisfactoriamente explicado por Einstein en 1.905 y su explicación le supuso ganar el Premio Nobel de Física. El efecto fotoeléctrico consiste en el hecho de que, cuando se ilumina una superficie metálica limpia, bajo ciertas condiciones se emiten electrones. Estos electrones pueden ser recogidos en un tubo de rayos catódicos para relacionar su emisión con algo fácilmente medible, como es la intensidad y voltaje eléctrico.
Figura: Dispositivo simplificado para la medición del efecto fotoeléctrico.
Su análisis del efecto fotoeléctrico en su artículo “Heurística de la generación y conversión de la luz” es de por sí un trabajo revolucionario. Al explicar un efecto que contradecía las creencias de su tiempo sobre la naturaleza de la luz, Einstein contribuyó a la visión global de hoy en día sobre el mundo subatómico, que no sólo el hombre de la calle, sino incluso los propios físicos tienen problemas en imaginar.
Para los contemporáneos de Einstein, el efecto fotoeléctrico era un fenómeno extraño, aunque común: las láminas de algunos metales. al ser expuestas a una luz de determinada longitud de onda, emitían electrones. Hoy en día abunda la utilización práctica de este efecto, en ascensores, puertas de garaje, cajas de los supermercados. En definitiva, un haz de luz atraviesa un espacio e ilumina una lámina metálica en el lado opuesto, lo que hace que la lámina emita electrones. La emisión de electrones se comprueba. y se cierra un circuito que hace que la cinta transportadora en la caja se mueva. Cuando algo obstruye el camino de la luz, una barra de pan, por ejemplo, entonces la emisión de electrones se detiene, el circuito se abre. la cinta se detiene de pronto y se cae nuestro cartón de leche...
La parte más extraña del efecto fotoeléctrico no era si la luz tenía suficiente energía para desprender electrones, sino cómo sucedía este fenómeno. Cuando los físicos comenzaron a medir la energía cinética de los electrones emitidos con distintas frecuencias e intensidades de la luz, se encontraron con que los resultados contradecían todas sus suposiciones.
A pesar de lo ingeniosa y matemáticamente correcta teoría de Einstein sobre el efecto fotoeléctrico, ésta no fue muy bien recibida por la comunidad científica. No había ninguna duda de que la luz fuera una onda, ya que había sido demostrado muchas veces. Pero, de pronto, parecía que la única explicación del efecto fotoeléctrico era considerar la luz como un haz de partículas individuales. Muchos físicos se opusieron a la tesis de Einstein, argumentando que, aunque proporcionara un aparato matemático capaz de describir el fenómeno, no representaba una visión apropiada de la realidad. La luz era una onda, y nada más. ¿Nada más, realmente?
Si queréis visitar cualquier página web relacionada con Einstein y su efecto fotoeléctrico, os recomendamos las siguientes:
http://roble.pntic.mec.es/~jveh0000/batx/fisica2/angel/cuantica/Sub/effoteel/photoeffect.htm http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/cuantica/fotoelectrico/fotoelectrico.htm http://actualidad.terra.es/ciencia/articulo/einstein_fisico_humano_253458.htm

8- ¿Por qué piensas que es interesante que los científicos pasen algunos años en otros centros de investigación distintos a los que se formaron?

Ir a otros centros de investigación supone compartir estudios, experiencias o abordar experimentos desde otros puntos de vista.
Desde la investigación muchas veces entablar discusiones con otros expertos, no sólo nos pueden llevar a abordar nuevos temas o nuevos puntos de vista, sino que pueden replantearse hipótesis de trabajo que pueden ser fundamentales para lograr un resultado positivo en la investigación.
También creemos que puede haber nuevas aportaciones desde el punto de vista tecnológico que ayuden a los científicos en sus investigaciones.
En resumen, el compartir conocimientos es bueno porque forma parte del aprendizaje.

9- ¿Por qué es recomendable (o no) leer libros de divulgación científica?

Primero, leer siempre es bueno o recomendable.
En concreto, nuestra opinión sobre leer libros de divulgación científica nos sumamos a lo que el libro dice: “Los conocimientos así adquiridos pueden ayudarnos a formar nuestro propio criterio y dificultar que nos líen.”

10- Construye con materiales reutilizados tu propio modelo atómico (Thomson, Rutherford o Bohr) y cuelga en tu blog un reportaje gráfico de él (foto, vídeo o vídeomontaje).

Nuestro modelo atómico de Thomson es el siguiente: Es algo que tomamos como merienda normalmente, natillas con crispis.
Las natillas representa la masa de carga positiva, y las partículas de carga negativa son los crispis.

Modelo atómico de Rutherford: Hemos utilizado papel albal para hacer las órbitas, papeles redondos que hemos pegado para los electrones y una bola de papel albal forrada, como núcleo del átomo. Rutherford dijo que alrededor del núcleo del átomo giraban, en órbitas todavía no muy bien definidas, unas partículas (electrones). El núcleo todavía no estaba dividido en neutrones y protones, y poseía toda la carga positiva y casi toda la masa.

POESÍA Y BELLEZA EN LA FÍSICA

Con este título presento a Manuel Lozano Leyva, físico nuclear,autor del libro “De Arquímedes a Einstein”.

El libro recoge diez experimentos que fueron elegidos por más de doscientos científicos a través de una encuesta de la revista Physics World. Como él afirma en una entrevista, propone los experimentos como una manera de encontrar poesía y belleza en la Física.

Yo creo que en este libro el autor enlaza los diez experimentos con un recorrido a través de la historia de la ciencia, vamos desde la Antigüedad con Arquímedes a la modernidad con Einstein y esto nos permite ir dando sentido a los descubrimientos de los científicos, ya que la ciencia está llena de grandes hallazgos en los que la experimentación ha tenido un papel fundamental y donde la evolución de la misma, se basa en las aportaciones de investigadores anteriores donde el trabajo previo es la base del conocimiento futuro.

La portada del libro quizá pueda responder a este viaje, Einstein unido a Arquimedes por medio de la bañera, nos recuerda su principio de la hidrostática. Aunque también el análisis de la portada podría responder a otras interpretaciones, como puede ser la admiración especial que nuestro autor pueda sentir por estos dos grandes científicos.

En relación con los experimentos que citan y sus autores, conozco alguno de ellos pero no todos, por ejemplo de Arquimedes hace un par de años hicimos lo de la corona del rey, de Galileo sé la historia cuando subió a la torre de Pisa para demostrar que Aristóteles estaba equivocado, a Newton que trabajo sobre temas relacionados con la luz y a Foucault (el péndulo de Foucault) que lo conocí en Cosmocaixa. Hay también otros que no conozco como Erastotenes, Young, Millicans , etc., pero espero que en poco tiempo dejen de ser desconocidos.

Para mi la lectura de este libro en la asignatura de Física, creo que está motivada porque es una forma de presentarla más atractiva y busca de los alumnos una reacción más entusiasta.
Esta experiencia puede que tenga sentido si se quiere motivar a los estudiantes y buscar un espíritu creativo e imaginativo.
Para terminar decir que Manuel Lozano, nuestro autor, es Catedrático de Física Atómica Molecular y Nuclear en la Universidad de Sevilla, y sus aficiones son además de la física, la literatura y los caballos. Aparte de casi un centenar de publicaciones de física nuclear, ha escrito libros de divulgación científica como El cosmos en la palma de la mano, ha escrito algunas novelas como La excitación del vacío, El enviado del Rey y Conspiración Filipinas, con él la física y la literatura están más unidas.