Latest Posts:

Mostrando las entradas con la etiqueta faraday. Mostrar todas las entradas
Mostrando las entradas con la etiqueta faraday. Mostrar todas las entradas

26 de marzo de 2019

El riesgo de pensar deprisa. Piensa despacio y acertarás

Entrenar la habilidad del pensamiento de caminante para encontrar buenas soluciones.

Hay personas que destacan por su capacidad de responder rápido y de modo ingenioso. Se observa en las reuniones de empresa, en los grupos de amigos o en el colegio. Cuando el profesor hace una pregunta, suele haber alguien que, en apenas un parpadeo, dice la respuesta correcta. Es una habilidad socialmente admirada y que ahora, en la era de las redes sociales, tiene cada vez más relevancia. Cualquiera puede hacer un comentario a golpe de clic. Sin embargo, ¿resulta esta habilidad tan positiva en el aprendizaje o para encontrar soluciones?

Barbara Oakley, profesora de la Universidad de California, San Diego, sugiere que tenemos dos formas de pensar: el pensamiento de coche de carreras o el del caminante. Los dos pueden llegar a la meta, pero a muy diferente velocidad y con una experiencia bien distinta. Mientras que el pensamiento de coche de carreras no se fija en lo que se encuentra por el camino, el del caminante se entretiene en los detalles. Esto último le permite profundizar mucho más y encontrar pistas a la resolución de problemas que de otro modo pasarían inadvertidos. Así parece que era el padre de la neurociencia moderna, Ramón y Cajal, Premio Nobel de Medicina en 1906. En palabras del propio científico aragonés, él no era un genio. No fue un comentario humilde, sino que realmente así lo creía. Cajal se rodeaba de genios, con los que compartía los mismos problemas. La diferencia de él con respecto al resto estaba en la velocidad y en la manera de abordar las dificultades. Mientras que los genios tenían mentalidad de coches de carreras y tomaban conclusiones apresuradas, sin cuestionarse; Cajal, con su pensamiento de caminante, reparaba en los detalles y revisaba persistentemente sus conclusiones para ver si estaba equivocado.

Igualmente sucedió con Michael Faraday, el padre de la electricidad. De clase muy humilde, no tuvo acceso de joven a estudios superiores y a través de su persistencia y pasión, descubrió los principios de la electricidad moderna. Faraday también tenía mentalidad de caminante y no daba por sentado ningún hallazgo en su terreno. De hecho, repetía las investigaciones que habían realizado otros científicos para aprender y para analizar los detalles. Solo así descubrió la relación entre la fuerza magnética y la electricidad. Y esta es una de las diferencias entre la mentalidad de coche de carreras y la de caminante. Cuando la premura aprieta, ni hay espacio para cuestionarse ni para entrenar la flexibilidad. Por ello, la mentalidad de coche de carreras suele ser más rígida, con menos capacidad de adaptación a lo que encuentra por el camino, como sucede más allá de la ciencia.

En los procesos de negociación de rehenes es importante que quien esté al mando tenga mentalidad de caminante, en opinión de los expertos Voss y Raz. Cuando las personas con mentalidad de coche de carreras negocian, suelen tener más nociones preconcebidas y obvian la información crítica que se revela durante el proceso, lo que puede tener consecuencias fatales. Y llevado al nuestro día a día, he conocido personas con habilidades de lectura rápida, que devoraban libros pero que luego, no eran capaces de deducir temas o de reconectar ideas nuevas. Sencillamente, se quedaban en el placer de concluir el libro sin haber reparado en su contenido.

En definitiva, en un mundo donde la información va tan deprisa, nos valdría la pena entrenar la habilidad del pensamiento de caminante si queremos encontrar buenas soluciones. El aprendizaje no siempre entiende de prisas. La reflexión requiere tiempo, que no es el que se estila en las redes sociales y en el mundo de la empresa. Y curiosamente, cuando reflexionamos, nos cuestionamos y tenemos la capacidad de ser flexibles hasta con nuestras creencias de partida, podemos encontrar soluciones que a priori ni se nos ocurrían. Por ello, “caminemos” este año que comienza.

Tomado de: El País (España)

5 de septiembre de 2017

El fuego, ¿es líquido, sólido o gaseoso? Y, ¿por qué es caliente?

Sólido, líquido y gaseoso: esos son los estados de la materia, según nos enseñaron en la escuela. Y luego nos enteramos de que había otros más: plasma, condensados Bose-Einstein, materia degenerada, plasma de quarks-gluones...

A pesar de ello, seguimos teniendo un problema con el fuego, pues no parece entrar en ninguna de esas clasificaciones.

Y es exactamente por eso que ha fascinado a los científicos durante siglos.


Uno de los fascinados fue el físico y químico Michael Faraday (1791-1867), quien descubrió la inducción electromagnética, el diamagnetismo y la electrólisis.

Además de eso, fue el creador de las legendarias Conferencias de Navidad de la Royal Institution de Londres, en 1825, una tradición que aún se mantiene. Su idea era presentarle a los jóvenes las maravillas de la ciencia a través de espectáculos.

El propio Faraday fue uno de los conferencistas en esos primeros tiempos. En 1848, en su exposición más famosa, empezó diciendo: "No hay mejor puerta para entrar al estudio de la filosofía natural que considerando el fenómeno físico de una vela".

Esa conferencia, "La historia química de una vela", es una favorita de los químicos desde entonces, entre ellos a la investigadora forense de incendios Niamh Nic Daeid.

"En mi área, particularmente cuando estamos trabajando en un caso y tenemos que explicar cómo funciona el fuego en un tribunal, lo que tenemos que hacer es explicar en términos muy sencillos la combustión: qué es, cómo ocurre, cómo empiezan los incendios, cómo se desarrollan, etc.", dice la experta a la BBC.

"Cuando recién estaba empezando en el área, un amigo me sugirió que leyera las conferencias de Faraday. Son seis sobre este tema, escritas para niños, así que lo explica de una manera muy sencilla". 

¿Cómo explica Niamh Nic Daeid el misterio del fuego, que no parece ajustarse a ninguno de los estados clásicos de la materia?

"El fuego es una reacción química. Es algo que le sucede a gases en la mayoría de las circunstancias. Y es algo que pasa como resultado del calentamiento de la materia -sólida o líquida- para producir vapores, que luego se encienden al mezclarse con el oxígeno".

Entonces, no es un sólido ni un líquido y es casi un gas, pero no lo es. El fuego es algo que le ocurre al gas.

"Para hacer fuego, tienes que tomar un sólido o un líquido, calentarlo para que se rompan vínculos químicos en el combustible (el sólido o el líquido con el que empezaste) y eso hace que se libere gas. Ese producto gaseoso se mezcla con el oxígeno. Luego introduces una fuente de encendido que produce una llama".

Al prender una vela, "estás viendo química". O, en otras palabras, no es un estado de la materia, sino una reacción.

El artículo completo en:

BBC

13 de julio de 2017

¿Cómo funciona una guitarra eléctrica?

¿Alguna vez te has preguntado cómo funciona una guitarra eléctrica? ¿Qué la diferencia de una guitarra acústica? ¿Porqué se llama eléctrica? ¿Qué hace que suene cuando ni siquiera usa tomacorrientes o enchufe? En este artículo -que será ameno y no demasiado extenso- te voy a explicar un par de detalles interesantes, que no está de más saber, sobre la guitarra eléctrica y su funcionamiento. Se trata de un artículo orientado a newbies ó novatos. 

Primero un poco de historia. 


Se le atribuye la invención de la guitarra eléctrica moderna, a mediados del siglo XX, a Lester William Polfus, mejor conocido como Les Paul (creador de la marca Gibson y en honor a quien se utiliza el nombre para ese modelo de Gibson, Epiphone y otras marcas posteriores), quien sin saberlo crearía gran historia con "su" invención junto con la aparición del amplificador de guitarra en 1935. Sin embargo los primeros modelos fueron de Bigsby (ver el artículo linkado arriba). E incluso antes que Gibson crease la Les Paul, ya había sido creada la primera Broadcaster de Leo Fender, la primera en ser producida en serie.
Todo comenzó buscando mayor sonido para tocar en directo. A partir de ese momento, tenemos el que es uno de los instrumentos más populares en prácticamente todos los géneros de música moderna, desde el Blues y el Jazz, hasta el Rock y Heavy Metal de hoy día. La primera guitarra eléctrica fue manufacturada por Rickenbacker.


Artículo: #4: Anglagard-les-paul-portrait.jpg
Lester William Polfus "Les Paul"


La guitarra eléctrica es un instrumento musical armónico que utiliza el principio de inducción electromagnética con el objeto de convertir la vibración de las cuerdas en señales eléctricas y, por medio del amplificador, estas señales en sonido.


Artículo: #4: Anglagard-electromagneticinduction.gif

La inducción electromagnética es el fenómeno que origina la producción de una fuerza electromotriz en un medio o cuerpo expuesto a un campo magnético variable (las cuerdas), respecto a un campo magnético estático (las bobinas en las pastillas y sus imanes). Es así que, cuando dicho cuerpo es un conductor, se produce la corriente inducida. Este fenómeno fue descubierto por Michael Faraday en 1831, quien lo expresó indicando que:


  • La magnitud de la tensión inducida es proporcional a la variación del flujo electromagnético (Ley de Faraday).


Artículo: #4: Anglagard-michael-faraday-1241x763.jpg
Michael Faraday (1791-1867)

En el caso de una guitarra eléctrica, el sonido se ve influido por el diseño de las pastillas, ubicación de las mismas, escala, y material las cuales estén hechas; siendo todo esto causa de diversos cambios en el flujo electromagnético que sucede con la vibración de las cuerdas.

Artículo: #4: Anglagard-single_coil_string_anim.gifArtículo: #4: Anglagard-induccion3.gif

De esta manera, las pastillas son el ente que convierte la vibración de las cuerdas en energía eléctrica, la cual pasa por una diversidad de circuitos (resistencias variables y capacitores en un ámbito básico) para tallar nuestro sonido a gusto antes de salir hacia el amplificador, el cual recibe la señal eléctrica y hace una serie de procesos que crean ese sonido caliente y agresivo que tanto nos gusta.


Artículo: #4: Anglagard-electric-guitar-wiring-diagrams-b64fde88136d376f.jpg Esquema de circuito de guitarra tipo Les Paul

Desde un primer vistazo la apariencia de la guitarra eléctrica no ayuda a optimizar el sonido, porque es un instrumento macizo, a diferencia de las guitarras acústicas que son huecas y tienen caja de resonancia. Hay una gran polémica sobre si algunas propiedades de la madera afectan o no al sonido de las guitarras eléctricas, como puede ser el peso y los nudos de la propia madera, que pueden afectar al sustain.

Tenemos un mástil que va atornillado (o de una pieza) al cuerpo, a lo largo del cuál van los trastes y el clavijero. Las cuerdas son de metal por un motivo: para que sus propiedades electromagnéticas interactúen con las pastillas de manera adecuada, generando la energía eléctrica.

Las pastillas son 6 (en el caso de las guitarras de seis cuerdas o más de seis si tienen más cuerdas) imanes rodeados de una bobina de cobre fino, más fino que el cabello humano. Esta bobina rodea los imanes aproximadamente 7200 veces (dependiendo de modelos y fabricantes). La corriente emitida por una pastilla de guitarra eléctrica ronda los 2 voltios de media, aunque depende del modelo concreto y de si son simples o dobles (para más información sobre pastillas, ver el artículo Diferencia técnica entre pastillas activas y pasivas).


Artículo: #4: Anglagard-single-coil-pickup.jpg
Pastilla pasiva single tipo Fender

Producto de estos descubrimientos y creaciones hoy día gozamos de una infinidad de aparatos digitales que producen una inmensa variedad de sonidos orgánicos a base de circuitería y señales eléctricas. Todo se lo debemos a visionarios que no pueden estarse quietos...


Tomado de:

Guitar Bend

5 de agosto de 2014

Matemáticas agresivas: el rifle de Gauss

Johann Carl Friedrich Gauss (que por cierto cumplió años hace nada). El príncipe de los matemáticos, y no por nada: contribuyó en teoría de númerosanálisis matemático, geometría diferencialestadística, álgebra, geodesia, magnetismo, óptica… hasta tiene un premio con su nombre.

gauss
[QUIZÁS TE INTERESE LEER: De premios y peinados...]
Y en esa entrada me centraré en una de las aplicaciones que tuvo su trabajo en uno de los campos mencionados: el magnetismo. A muchos de los que hayan hecho física en 2º de bachiller les debe sonar el tema de inducción (yo le tenía pánico, sinceramente) pero para los que no hayan dado el tema, haga mucho que lo han dado o simplemente les falta refrescar conceptos, conviene dar unas pinceladas antes de proseguir (lo expondré a grosso modo, perdonadme físicos del mundo):

magfinCoge un solenoide (un alambre en espiral, por ejemplo). Coge un imán. Haz pasar el imán por dentro del solenoide… ¡y voilà! corriente eléctrica, más concretamente corriente eléctrica inducida. Obviamente, con un imán de los de andar por casa el efecto será muy depreciable (habría que pasarlo a gran velocidad y que fuera potente). El efecto recíproco también ocurre, esto es, haz pasar electricidad por un solenoide e inducirás un campo magnético.

La inducción electromagnética (no confundir con la inducción matemática, de la que hablamos aquí) la descubrió y experimentó con ella el gran físico Michael Faraday, mientras que la ley que relaciona el campo magnético con el eléctrico es la que se conoce como ley de Ampère y la mayoría de demostraciones matemáticas del efecto de campos electromagnéticos corrieron de la mano de Gauss. Esto ha tenido muchísimas aplicaciones (además de las cocinas de inducción, de aquí el nombre) incluidas algunas más claramente… peligrosas:

OLYMPUS DIGITAL CAMERA

Sí, todo eso es una pistola

Llamada coilgun, pistola de Gauss, rifle de Gauss o cañón de Gauss, este arma se basa en lo que hemos comentado arriba, en las demostraciones que realizó Gauss en su día. La patente de este arma es de Kristian Birkeland en 1900, un hombre conocido también por sus estudios sobre la Aurora boreal. En principio, el funcionamiento no es complicado: una serie de bobinas puestas una detrás de otra, por las que van pasando corriente sucesivamente. Pongamos un proyectil ferromagnético al principio de esta cadena. Al pasar la corriente por la primera bobina, esta creará un campo magnético inducido que atraerá al proyectil. Se apaga, y se enciende la segunda, haciendo que el proyectil siga y se acelere hacia la segunda, y así sucesivamente hasta que no quedan bobinas y el proyectil sale disparado. No es tan difícil… en principio.

Los electroimanes deben encenderse y apagarse en un momento muy preciso, debido al fenómeno físico de la histéresis. Básicamente es que al desconectar la corriente eléctrica, unos momentos después todavía podría atraer el proyectil desacelerándolo, lo contrario de lo que se pretende. Por eso hay cañones de Gauss que incluso llevan cronometraje electrónico para optimizar estos inconvenientes.

IMG_0417 

Este trabuco (de más de 4 kg de peso), en modo automático, dispara una media de 7,5 balas por segundo. La velocidad que alcanzan estas balas es de 39 metros por segundo. Puede parece bastante a simple vista, pero tened en cuenta que una bala típica del calibre 22 alcanza los 335 metros por segundo… sin contar que por esto en ocasiones las balas tienden a desviarse. Quizás por eso Birkeland no consiguió que su arma alcanzara fines militares como metralleta (quitando de videojuegos como el Fallout o el Halo).
Como ventajas respecto a otras armas tiene que, al no contar con pólvora, el único ruido perceptible es el de las balas cuando alcanzan grandes velocidades, además de que puede ser alargado indefinidamente añadiéndole más solenoides y consiguiendo así que los proyectiles salgan a más velocidad. Hay incluso estudios, donde se comprueba cuales son las mejores condiciones para estos dispositivos. Si de momento no tiene fines militares… ¿para qué se usa? En la actualidad, principalmente se suele utilizar para hacer prototipos caseros (menos agresivos) con materiales casi de andar por casa. Una de las propuestas de utilización sería para lanzar objetos al espacio (tales como satélites) pero sigue teniendo muchos inconvenientes técnicos de coste e inestabilidad en el laboratorio.

Así que ahora ya lo sabéis… cuidadín con Gauss.

Gauss chungo

Fermat una vez contrarió a Gauss. El resultado: El último teorema de Fermat.

Pd: aquí os dejo un vídeo para que observéis los efectos del cañón de Gauss sobre unos cuantos objetos…


Fuente:

25 de septiembre de 2013

Documental: Tras las huellas de Michael Faraday

Mi nombre es Javier Galeano, y en el otoño de 2008 tuve la fortuna de recibir financiación para grabar un documental sobre Michael Faraday. Esto me dio la oportunidad de aprender muchas cosas sobre este gran científico experimental inglés y además me permitió visitar los lugares importantes en su vida. El documental muestra la visita de un profesor de física algo despistado, que al estilo del programa televisivo “Planeta Finito”, viaja por el Londres de Michael Faraday.

En esta entrada me gustaría compartir cómo se hizo este documental y esos lugares londinenses que nos permitirán “Seguir las huellas de Michael Faraday”.


¿Por qué?

Comenzaré respondiendo a tres porqués básicos del documental: ¿por qué hacer divulgación científica? ¿por qué hacer un documental? y ¿por qué sobre Michael Faraday?

Lea el artículo completo y vea el documental en: NAUKAS.

14 de noviembre de 2012

¿Qué es una llama?



No hay mejor forma, no hay otra puerta abierta por la que puedas entrar al estudio de la filosofía natural que considerando el fenómeno físico de una llama” (Michael Faraday, La historia química de una llama).

Cuando el actor estadounidense Alan Alda tenía once años, le preguntó a su profesora qué era una llama. La respuesta no es sencilla, pues detrás de algo tan simple y cotidiano como una llama están implicados fenómenos físicos y químicos a nivel atómico. Pero lo que ella le contestó, tras meditarlo brevemente, fue frustrante: “Es oxidación”.  

La anécdota debió dejar una profunda huella en él, porque ahora, varias décadas después, el hoy famoso actor se ha propuesto evitar que les pase algo parecido a otros niños. En colaboración con el Center for Communicating Science de la Universidad de Stony Brook (Nueva York), decidió plantear hace unos meses a científicos, profesores y divulgadores la misma pregunta que él hizo a su profesora: ¿qué es una llama? La respuesta, esta vez sí, debía darse de manera que un niño de once años pudiera entender y hasta resultara divertida. Así surgió The Flame Challenge, cuyo objetivo último no es otro que “encender la llama del conocimiento en la gente a través de la ciencia”. 

¿Y quién mejor que un niño para valorar los trabajos presentados? Más de seis mil niños de un centenar de escuelas de todo el mundo participaron en la labor de seleccionar al ganador. Y el elegido fue el vídeo de arriba, realizado por Ben Ames, un estadounidense de 31 años que está haciendo su doctorado en óptica cuántica en la Universidad de Innsbruck, explorando cómo actúan los átomos con la luz a nivel cuántico. Un vídeo que, siguiendo el espíritu de The Flame Challenge, explica de manera sencilla y muy entretenida lo que es una llama. 


(Tampoco está de más que te des una vuelta por la web y veas los otros finalistas.)
El desafío lanzado por Alda no ha terminado aquí. Si tienes entre 10 y 12 años y quieres que los científicos te aclaren alguna otra duda, puedes enviarles tus preguntas.

Tomado de:

La Aventura de la Ciencia

7 de diciembre de 2011

Cuidado con donde se sienta, señor Faraday

Entre las varias anécdotas que se conocen del eminente físico británico Michael Faraday, hay una que apareció publicada originalmente en las notas biográficas que el “Preceedings of the Royal Society” le dedicó, y cuya veracidad parece fuera de toda duda puesto que fue el propio Faraday quien se la relató a un colega en su correspondencia.

Parecer ser que Faraday y el geólogo escocés Charles Lyell recibieron el encargo del gobierno británico de presentarse como comisionados en la investigación de una grave explosión sucedida en una mina de carbón ubicada en Haswell (condado de Durham, Inglaterra) en 1844, en la que murieron noventa hombres.

Cuando llegaron allí, Faraday inspeccionó el lugar de los hechos con mucha atención y entre otras cosas, preguntó como se medían los niveles del flujo de corrientes de aire en la mina.

Uno de los inspectores le respondío que se tomaba un puñadito de pólvora de una caja, como si fuera rape, y se dejaba caer a través de la llama de una vela. Otro inspector, ubicado a cierta distancia y equipado con un reloj, anotaba entonces el tiempo que tardaba en llegarle el olor a pólvora quemada.

El método satisfizo a Faraday, pero recalcó que era importante manejar con mucho cuidado la pólvora, por lo que preguntó que dónde la guardaban.

“En una bolsa, muy firmemente atada”, le respondieron.

“Sí, de acuerdo, ¿pero dónde guardan la bolsa?”

“Está usted sentado en ella”, le contestó el inspector de manera despreocupada.

Aquella pobre gente, con ganas de agradar a los eminentes visitantes y careciendo como es lógico de sillas cómodas, decidieron que la bolsa de pólvora era el mejor sustituto para un cojín.

Podemos adivinar la agilidad felina con la que Faraday se levantó de la silla en cuanto oyó la respuesta.

La historia la leí en el blog de Nanette South Clark: An engineer aspect. Ella a su vez la encontró buceando por las hemerotecas de Utah en busca de anécdotas sobre científicos. Esta concretamente se publicó el 2 de mayo de 1898 en la página 5 de un periódico llamado “The Standard” (Ogden, Utah).

Fuente:

Mailkenais Blog

29 de septiembre de 2011

Las ecuaciones de Maxwell – Ley de Gauss para el campo magnético

Hace unas semanas, tras la introducción histórica correspondiente, nos merendamos juntos la primera ecuación de Maxwell. Como espero que recuerdes, en ella se establecía el campo eléctrico como la perturbación creada por la mera existencia de cargas eléctricas: la divergencia del campo eléctrico es proporcional a la densidad de carga alrededor de un punto determinado. Si esto te suena a chino mandarín, es mejor que leas aquel artículo antes de seguir con éste, porque doy por sentado que comprendes cualitativamente lo que es la divergencia, que aparecerá de nuevo hoy –la explicación de la divergencia en el anterior artículo es lo que permite que el de hoy sea relativamente breve–.

La segunda ecuación, a la que nos dedicaremos hoy, es matemáticamente muy similar a la primera, aunque más sencilla. Ejemplifica lo maravilloso de las ecuaciones de Maxwell: la profundidad en el significado con una concisión bellísima, en este caso, de una forma extrema. Como hicimos con la primera ecuación, aquí la tienes en todo su minúsculo esplendor:

Ley de Gauss para el campo magnético

Puedes considerarla una especie de prueba: con un mínimo de ayuda, si asimilaste de veras el artículo anterior, la ecuación de hoy no debería intimidarte lo más mínimo. Eso sí, como digo, algunas de sus consecuencias son interesantes y no tan simples como la propia ecuación, que es una especie de “negativo” de la primera en varios aspectos. Pero, como hicimos con aquella, desgranémosla poco a poco para luego interpretarla como un todo.

Al igual que en la primera ecuación, nos encontramos con el símbolo nabla una vez más (el “arpa hebrea”, ¿recuerdas?), pero esta vez está aplicado a una magnitud diferente. Al igual que E representa el campo eléctrico, del que hablamos en la primera ecuación, la letra B representa el campo magnético, parece ser que en honor al científico francés Jean-Baptiste Biot, uno de los pioneros en el estudio de la relación entre electricidad y magnetismo –y cuyo nombre aparecerá de nuevo en esta mini-serie, por supuesto–. No es ésta la serie en la que profundizar en la naturaleza del campo magnético, pero se trata de algo con lo que todos estamos familiarizados hasta cierto punto, a través al menos de los imanes.

De modo que, como puedes ver, esta ley describe el comportamiento del campo magnético a través de su divergencia, ∇·B, del mismo modo que la anterior hacía lo propio con la divergencia del campo eléctrico, ∇·E. Como recordarás, la divergencia indica dónde nacen y mueren las líneas de campo: si es nula, no pasa una cosa ni la otra, si es positiva nacen más líneas de las que mueren y si es negativa mueren más de las que nacen. Así, en el caso del campo eléctrico, todo dependía del signo de la carga eléctrica en el lugar que estuviéramos mirando.

Pero ¿qué hay del campo magnético? ¡No hay nada a la derecha del igual! El significado literal de esta ley de Gauss para el campo magnético, por lo tanto, es clarísimo: las líneas del campo magnético no nacen ni mueren en ninguna parte de manera neta. Esto no depende de nada, ni es diferente para cada punto del espacio como sucedía con el eléctrico, sino que es una propiedad ineludible del campo magnético en todo lugar: las líneas de campo magnético no tienen principio ni fin.

Las diferencias entre la primera ecuación y ésta son por tanto, a pesar de la similitud matemática, enormes. Para empezar, la importancia de cada una se debe justo a cosas opuestas: la ley referida al campo eléctrico nos da una especie de “definición positiva” del campo eléctrico a través de la propiedad fundamental que tiene, el hecho de aparecer como consecuencia de la existencia de cargas eléctricas. Como vimos en el artículo anterior, aplicándola es posible “dibujar” el campo eléctrico creado por las cargas.

Sin embargo, esta segunda ecuación es una especie de “definición negativa” del campo magnético. ¿Qué sabemos de su comportamiento tras leer esta ecuación? Justo lo que no hace. Esta ecuación no describe la causa del campo magnético, ni cómo calcularlo en ninguna parte: simplemente sabemos “cómo no es”. Desde luego, posteriormente veremos otros principios que sí determinan de forma “positiva” el comportamiento del campo magnético, pero no hoy.

Gráficamente, esta segunda ecuación nos dice algo muy conciso, pero fundamental, sobre las líneas del campo magnético, y que si comprendiste el concepto de divergencia en el artículo anterior debería sonarte razonable: dado que su divergencia es nula y que, por tanto, el número de líneas que entran en cualquier región es siempre igual al número de líneas que salen, las líneas de campo magnético son siempre cerradas. No tienen principio ni fin: si sigues el camino de una de ellas, nunca llegarás a un destino, y si vas hacia atrás para encontrar su comienzo, nunca lo encontrarás. Como digo, es información esencial, pero no es mucho con lo que estudiar este campo.

¿Quiere esto decir que la ley de Gauss para el campo magnético no es interesante? ¡Nada más lejos de la realidad! Exploremos juntos, en primer lugar, su significado más profundo. Aunque nos queden por ver dos ecuaciones, creo que es evidente que esta ley no dice que no exista el campo magnético ni fuentes que lo produzcan — dice algo más sutil, que creo que se comprende mejor contraponiéndolo, una vez más, a la información de la ecuación anterior sobre el campo eléctrico.

La ley de Gauss para el campo eléctrico nos decía que existe algo de donde nacen las líneas de campo eléctrico –las cargas positivas– y algo donde van a morir esas líneas de campo eléctrico –las cargas negativas–. Podríamos pensar, aunque suene un poco retorcido, que existen dos caras del campo eléctrico: la “positiva” (donde nacen líneas) y la “negativa” (donde mueren líneas), y es posible observar un punto determinado y ver que se produce un fenómeno o el otro.

Pero no es posible observar sólo una de las dos caras del campo magnético: sólo es posible ver ambas cosas a la vez. Las fuentes del campo magnético –sean las que sean porque, como digo, esta ecuación nos dice más bien lo que no es el campo magnético, no lo que es– son necesariamente “nacimiento y muerte” de las líneas de campo. Esta ecuación es la razón de que, cuando se dibujan las líneas de campo magnético generadas por cualquier cosa, se muestren siempre figuras como ésta:

Líneas de campo magnético de un imán

Crédito: Geek3 / Creative Commons Attribution-Sharealike License 3.0.

Como ves, todas las líneas son bucles cerrados, unos más pequeños y otros más amplios. Aunque sea un ejemplo absurdo, es como si cualquier producción de campo magnético fuera el lanzamiento de un bumerán: puedes lanzarlo, pero siempre acabará volviendo a ti. Ya sé que esto es absurdo porque las líneas de campo no representan el movimiento de nada: quiero decir que no puede tenerse una cosa sin la otra, a diferencia del campo eléctrico.

Que las líneas que salen de cualquier región siempre vuelvan a entrar en ella no quiere decir que no sea posible ver diferente comportamiento en las regiones de un cuerpo físico: en algunos puntos, las líneas salen hacia el exterior del cuerpo y en otros entran en él de nuevo. Por eso suele hablarse normalmente de polos magnéticos, como sucede en el caso de un imán. Tradicionalmente se llama polo norte al lugar por donde las líneas salen desde el interior del cuerpo hacia fuera y polo sur a la región por la que las líneas entran desde el exterior hacia dentro del cuerpo (observa que en este dibujo se han ocultado las líneas en el interior del cuerpo, pero están ahí aunque no se dibujen y son cerradas):

Líneas de campo magnético de un imán

Crédito: Geek3 / Creative Commons Attribution-Sharealike License 3.0.

Si te fijas en este imán, las líneas de B se parecen muchísimo a las líneas de E del artículo anterior cuando mostramos una carga positiva y una negativa cerca una de otra:

Líneas de campo de un dipolo eléctrico

Crédito: Geek3/Creative Commons Attribution-Sharealike 3.0 License).

En el caso del campo eléctrico, la carga positiva se llama a veces polo positivo y la negativa polo negativo, como en el magnético (aunque sin “norte” y “sur”), y un conjunto de dos cargas como el que ves aquí se denomina dipolo eléctrico, lo mismo que el dibujo de arriba representa un dipolo magnético. El polo positivo en el eléctrico se parece al polo norte, y el negativo al sur. Todo se parece mucho… pero hay una diferencia tremenda entre ambos casos, no en lo que ves ahora, sino en lo que puede conseguirse a partir de cada uno de los dos dipolos.

En el caso del dipolo eléctrico, no tenemos más que llevarnos una de las dos cargas del dipolo y dejar la otra, y en vez de un dipolo tenemos algo como lo que veíamos en la entrada anterior, de modo que las líneas tengan nacimiento pero no fin, o al revés. Nos hemos quedado con “la mitad del dipolo eléctrico”:

Líneas de campo eléctrico del protón

Pero, en el caso del dipolo magnético, ¿cómo hacemos lo mismo? La respuesta, por supuesto, es que no podemos. Hagamos lo que hagamos, la divergencia del campo magnético siempre es cero, luego nunca jamás podremos conseguir que sus líneas sean cerradas. Si cortásemos el imán por la mitad, por ejemplo, para intentar quedarnos con el polo norte en una mano y el polo sur en la otra, veríamos que cada uno de los dos pedazos es su propio “imancito” con su polo norte y su polo sur.

Dicho de un modo pedante, estas dos ecuaciones significan lo siguiente: existen dipolos eléctricos y dipolos magnéticos. Al quedarnos con “la mitad” de un dipolo eléctrico tenemos un monopolo eléctrico, es decir, una carga eléctrica, pero no existen los monopolos magnéticos. La existencia de una carga positiva no exige la de una carga negativa, pero la existencia de un polo norte sí exige la de un polo sur. ¡La divergencia es nula, señores!

Podemos incluso expresar esto de un modo más pedante todavía: un carga eléctrica no es más que un monopolo eléctrico, pero dado que no hay monopolos magnéticos, las ecuaciones de Maxwell afirman que no existe la carga magnética. Fíjate en que, una vez más, no digo cuál es la fuente del campo magnético sino cuál no lo es, así es la naturaleza de este segundo principio.

Sin embargo, no podemos olvidar algo fundamental que mencionamos en la introducción a la mini-serie: las ecuaciones de Maxwell son la representación matemática de principios físicos, no verdades absolutas. Es perfectamente posible que sí existan los monopolos magnéticos –es decir, la carga magnética– y que simplemente no hayamos sido capaces de detectarla aún. El detector MoEDAL (Monopole and Exotics Detector At the LHC, Detector de monopolos y partículas exóticas en el LHC), en proceso de construcción –algunos detectores ya están instalados– tratará de hacer exactamente eso: detectar la presencia de monopolos magnéticos, si es que los hay.

Si los monopolos magnéticos existen, debemos introducir un nuevo término en esta ecuación de Maxwell, puesto que como hemos dicho antes, la existencia de monopolos es equivalente a la de la carga. De ser así, además de carga eléctrica existiría la carga magnética, y la divergencia de B no tendría por qué ser cero siempre. Al igual que en el caso del campo eléctrico, podríamos tener puntos en los que fuera positiva (si hay cargas magnéticas positivas), otros en los que fuera negativa (si las hay negativas) y otros en los que siguiera siendo nula. Esta segunda ecuación se parecería, por tanto, muchísimo a la primera (pongo ambas juntas para comparar):

Gaus eléctrico Gaus magnético con monopolos

Como ves, en el caso de la ley de Gauss para el campo magnético la constante es diferente que en la del campo eléctrico, pero es una cuestión de unidades –y hablaremos de la constante más adelante, porque no es importante ahora mismo–. He representado la densidad de carga magnética como la eléctrica, con la letra rho, pero con un subíndice m para diferenciarla de la carga eléctrica. Las ecuaciones son más simétricas que las actuales, y a algunos físicos les parece que tanta simetría y belleza es sospechosa — pero a veces los seres humanos tendemos a buscar simetrías donde no tiene por qué haberlas, con lo que esto no demuestra nada.

Puede parecer una tontería inventar una forma de la ecuación que incluye cosas que no hemos visto, pero no lo es tanto: no es posible detectar cargas directamente, sino su influencia sobre lo que las rodea, es decir, sus campos eléctrico y magnético. Puesto que el campo magnético en un lugar determinado es la suma del efecto de cargas eléctricas y, si existen, de cargas magnéticas, necesitamos predecir el efecto de las cargas magnéticas sobre el campo para poder encontrarlas si existen: si ese efecto se mide como predice la ecuación “modificada”, es que los monopolos magnéticos existen, y viceversa. Aunque también es posible, como siempre, que la modificación no sea tan leve y haya algo mucho más gordo que no estemos viendo, así es la ciencia.

Pero, olvidando por un momento la posible existencia de monopolos magnéticos –que son una simple hipótesis–, vuelve al principio del artículo y lee la ecuación de nuevo. ¿No es algo claro y meridiano? ¡Las líneas del campo magnético son siempre cerradas, por supuesto, luego su divergencia es siempre nula! Y decían que la ecuaciones de Maxwell eran complicadas…

En la cuarta entrega de la mini-serie nos dedicaremos a una ecuación más retorcida, la tercera de las cuatro: la ley de Faraday.

Fuente:

El Tamiz

30 de junio de 2010

¿Por qué perdemos la cobertura en los ascensores?

Jueves, 01 de julio de 2010

¿Por qué perdemos la cobertura en los ascensores?

La ciencia es un campo que está muy ligado a la tecnología, pues los avances de una conllevan los avances de la otra, se complementan. Por eso inicio estos nuevos artículos científicos mediante los que intentaré explicar fenómenos que les ocurren a nuestros aparatos en diversas situaciones.

Cuando entramos a un ascensor o a un edificio con estructura de rejilla de acero, solemos perder la cobertura de nuestros móviles o perdemos la señal de nuestros receptores de radio; esto ocurre por una sencilla razón, el efecto de la Jaula de Faraday.

El fenómeno de la Jaula de Faraday consiste en que en un reciento cerrado cuya superficie está formada por metal o reja metálica compacta no influyen los campos eléctricos exteriores. Esto ocurre porque cuando el conductor sufre un campo electromagnético externo, se polariza, quedando cargado positivamente en la dirección del campo electromagnético, y negativamente en el sentido contrario. Al polarizarse, genera un campo eléctrico igual en valor absoluto pero de sentido contrario al campo electromagnético, por lo que se anula dentro del conductor, es decir, el campo que sale, es igual en valor que el campo que entra, por lo que su suma es 0.

Por esta sencilla razón, los teléfonos pierden la cobertura y las radios dejan de funcionar en los ascensores y recintos de estructuras metálicas, pues funcionan mediante ondas electromagnéticas, y los ascensores al ser de metal no permiten que pasen a su interior. A continuación podéis ver un experimento en el que se aprecia claramente el efecto.

Pues ya sabéis, si vivís en un 4º piso y estáis viendo la final del mundial en la que España va empate 0-0 y faltan escasos minutos para el final, y por algún motivo tenéis que bajar y os ponéis la radio para escucharlo, no se os ocurra bajar por el ascensor, ya que os podríais perder el gol de España.

La “jaula de Faraday” no sólo afecta a temas de cobertura, sino que es muy útil en otras situaciones, como en los aviones, ya que gracias a este fenómeno, no nos achicharramos si un rayo impacta en el avión ni caemos empicados.

Espero que os haya gustado el artículo, y hayáis aprendido con él.

Un saludo

Fuente | Wikipedia

10 de septiembre de 2009

Experimentos: Generador Eléctrico

Viernes, 11 de septiembre de 2009

Experimentos: Generador Eléctrico

Ya tratamos, hace aproximadamente un año, sobre los motores y los generadores eléctricos, si desea puede ingresar a nuestros archivos al final de la página. Pero un repaso a nadie le cae nada mal.


¿Qué es un generador eléctrico?

La definición más sencilla sería: Los generadores eléctricos son máquinas destinadas a transformar la energía mecánica en eléctrica.

Si esto les parece corot entonces que tal: Un generador eléctrico es todo dispositivo capaz de mantener una diferencia de potencial eléctrico entre dos de sus puntos, llamados polos, terminales o bornes.



El dinamo fue el primer generador eléctrico apto para uso industrial. La primera dinamo, basada en los principios de Faraday, fue construida en 1832 (ver modeo arriba) por el fabricante francés de herramientas Hipólito Pixii.

La fuerza electromotriz

Una característica de cada generador es su fuerza electromotriz (F.E.M.), definida como el trabajo que el generador realiza para pasar la unidad de carga positiva del polo negativo al positivo por el interior del generador.

La F.E.M. se mide en voltios y en el caso del circuito de la figura de arriba, sería igual a la tensión E, mientras que la diferencia de potencial entre los puntos a y b, Va-b, es dependiente de la carga Rc.

La F.E.M. y la diferencia de potencial coinciden en valor en ausencia de carga, ya que en este caso, al ser I = 0 no hay caída de tensión en Ri y por tanto Va-b = E.

Michael Faraday

Michael Faraday (1791 - 1867) fue un físico y químico briténico.



Conocido principalmente por su descubrimiento de la inducción electromagnética, que ha permitido la construcción de generadores y motores eléctricos, por lo que es considerado como el verdadero fundador del electromagnetismo.

La inducción elctromagnética

Si movemos el imán en las proximidades de la bobina, observamos cómo el amperímetro detecta una corriente eléctrica.

Si movemos la bobina conectada al circuito en las proximidades del imán, observamos cómo el amperímetro detecta una corriente eléctrica.

Faraday concluyó que para que se genere una corriente eléctrica en la bobina, es necesario que exista un movimiento relativo entre la bobina y el imán.

Si se mueve la bobina hacia el imán, hay una variación en el campo magnético en el circuito, pues el campo magnético es más intenso cerca del imán; si se mueve el imán hacia la bobina, el campo magnético también varía.

A la corriente generada se le llama corriente inducida y, al fenómeno, se le denomina inducción electromagnética.

Se obtiene energía eléctrica como consecuencia del movimiento del imán con respecto a la bobina o de la bobina con respecto al imán.

La inducción electromagnética es el fundamento de los generadores de corriente eléctrica, como son la dinamo y el alternador.



En comclusión la electricidad puede generar magnetismo. Y una fuerza magnética puede generar electricidad.

Veamos:



Quedaban pendientes los experimentos del generador eléctrico, aquí los tienen:

Generador y foco led

Con un par de imanes redondos, de bocinas, un tubo de PVC, un embobinado se puede iluminar un diodo led de 1,5 voltios. Esta es la manera:



El video no es de gran calidad, lo admito. Pero en este otro video se puede ver la elaboración del generador casero con mayor detalle, pero con imágens fijas.



Otro generador eléctrico

Si no encuentra imanes circulares puede crear un generador con imanes rectangulares, alambre de cobre, cartón y un clavo. No se precisan muchas explicaciones `pues el video es bastante explícito:



No es algo sorprendente, pero sirve para ilustrar los princios básicos de un generdor.

Lea los archivos de Conocer Ciencia:

Los motores más sencillos de hacer (noviembre de 2008)

Faraday descubrió el generador eléctrico y Henry el motor eléctrico (agosto de 2008)

Hasta pronto:

Leonardo Sánchez Coello
conocerciencia@yahoo.es

17 de junio de 2009

Diseñan un motor cuántico ¡formado sólo por dos átomos!

Jueves, 18 de junio de 2009

¿Qué es un motor eléctrico?

Es importante comprender como funciona un motor eléctrico para saborear mejor el artículo de hoy. Ante todo es importante saber que un motor es una máquina que transforma energía eléctrica en energía mecanica ¿y que es la energía mecánica?, pues simplemente queremos decir que el motor transforma la energía eléctrica en movimiento, o sea los motores pueden mover muchas cosas desde ventiladores hasta aeroplanos, desde juguetes hasta maquinarias de excavación.

¿Cómo funciona un motor eléctrico?

Para entender cómo funciona un motor eléctrico, la clave es entender cómo funciona un imán. Un imán es la base de un motor eléctrico. Puede entender cómo funciona un motor si se imagina el siguiente escenario. Digamos que usted creó un imán simple envolviendo 100 veces alambre alrededor de un tornillo y conectándolo a una batería. En tornillo se convertirá en un imán y tendrá un polo norte y sur mientras la batería esté conectada.

Ahora digamos que usted toma el tornillo imán, coloca un eje en la mitad, y lo suspende en la mitad de la herradura del imán como se muestra en la figura siguiente. Si usted fuera a atar una batería al imán de tal forma que el extremo norte del tornillo que se muestra, la ley básica del magnetismo le dirá que pasará: el polo norte del imán será repelido del extremo norte de la herradura del imán y atraída al extremo sur de la herradura del imán. El exremo sur del imán será repelido de forma similar. El tornillo se movería una media vuelta y se colocaría en la posición mostrada.

Puede ver que este movimiento de media-vuelta es simple y obvio porque naturalmente los imanes se atraen y repelen uno al otro. La clave para un motor eléctrico es entonces ir al paso uno así que, al momento en que ese movimiento de media vuelta se complete, el campo del electroimán cambie. El cambio hace que el electroimán haga otra media vuelta. Usted cambia el campo magnético simplemente cambiando la dirección del flujo de electrones en el alambre (se logra esto moviendo la batería). Si el campo del electroimán cambia justo en el momento de cada media vuelta, el motor eléctrico girará libremente.

¿Cómo construir un motor eléctrico?

Ahora te invitamos a crear un motor, es muy sencillo, sñolo dale click a este enlace: Taller: ¿Cómo hacer un motor eléctrico? Fuente: SalonHogar



En este video se ve, de manera sencilla y con materiales económicos, la construcción del motor eléctrico:



Si deseas conocer un poco de historia no te puedes perder esta biografía de Faraday, ¿quién era él?, pues era un fanático de los imanes, y además refelexionaba mucho sobre la relación entre los imanes y la electricidad. Se considera a Michael Faraday el creador del generador eléctrico.



Y también es sumamente interesante conocer la vida de Joseph Henry, el auténtico creador del motor eléctrico. Inclusive el podría haber sido el padre del generador, pero nunca gustó de patentar sus ideas, el creía que la ciencia debía de estar al servicio de la Humanidad.



¿Qué es un generador eléctrico?

Recordemos que dijimos al principio que un motor eléctrico convierte la energía eléctrica en energía mecánica. Y un generador eléctrico realiza el proceso inverso, o sea convierte la energía mecánica en energía eléctrica. Su mismo nombre lo indica el generador genera energía eléctrica. Para finalizar los dejo con un video, es la explicación más didáctica que he podido encontrara al respecto.



Un grupo de físicos de la Universidad de Augsburgo, en Alemania, ha diseñado un motor que está formado por sólo dos átomos ultra-fríos que se moverían atrapados dentro de un anillo de luz láser. Aunque todavía este motor existe únicamente como idea, los científicos aseguran que hoy día ya se podría fabricar. Por otro lado, su funcionamiento ha sido demostrado mediante complejos cálculos. Físicos y otros científicos señalan el interés de la idea, aunque aún quedan grandes cuestiones por resolver, entre ellas, las de su aplicación práctica.

Por Yaiza Martínez.

Motor cuántico atómico formado por dos átomos ultra-fríos atrapados en un entramado ótpico con forma de anillo. El átomo con la flecha estaría cargado magnéticamente. Fuente: Physical Review Letters.

El primer motor eléctrico de la historia fue creado hace cerca de dos siglos y, en las últimas décadas, científicos e ingenieros han trabajado para construir motores cada vez más pequeños.

Ahora, un equipo de físicos teóricos ha ideado una versión del clásico motor eléctrico giratorio… fabricada con tan sólo dos átomos.

Según se explica en la revista Science, este motor consistiría en un anillo de luz portador de dos átomos ultra-fríos. Sus creadores aseguran que la máquina cuántica podría fabricarse ya en la actualidad, incluso a pesar de que ni siquiera ellos pueden explicar del todo su funcionamiento.

Átomos atrapados en luz

A escala macroscópica, un motor eléctrico rotatorio es una máquina que transforma energía eléctrica en energía mecánica por medio de interacciones electromagnéticas. Estas máquinas se componen principalmente de dos partes: un estator o parte fija, que da soporte mecánico, y un rotor.

Los físicos Alexey Ponomarev, Peter Hänggi y Stanislav Denisov, de la Universidad de Augsburgo, en Alemania, han ideado el equivalente atómico o de mecánica cuántica de un motor de este tipo.

Su máquina consistiría en una serie de puntos de luz láser que formarían un círculo. Estos puntos de luz láser atraparían en su interior dos átomos ultra-fríos.

Según explica la revista Futura-Sciences, atrapar átomos ultra-fríos usando fotones (las partículas elementales de la luz) es una técnica bien conocida, por ejemplo, para fabricar relojes atómicos, cuyo funcionamiento se basa en la frecuencia de una vibración atómica.

Sin embargo, hasta ahora nadie había imaginado que este sistema pudiera ser utilizado también para generar un trabajo mecánico.

Portador e iniciador

Los átomos ultra-fríos atrapados por la luz serían dos átomos distintos. El primero de ellos, al que los físicos han bautizado como “portador” perdería un electrón y, por tanto, quedaría cargado eléctricamente. Es decir, sería “portador” de una corriente.

El segundo átomo, que sería neutro, por tanto, carecería de carga eléctrica serviría como “iniciador” o “arrancador” cuántico, explican los físicos en un artículo aparecido en Physical Review Letters.

En un motor eléctrico convencional, es la corriente eléctrica la que genera el movimiento de éste. En el caso del motor atómico, los científicos planean aplicar al sistema compuesto por estos átomos y la luz láser un campo eléctrico perpendicular al plano del anillo luminoso para poner el motor “en marcha”.

Dicho campo eléctrico provocaría inicialmente el movimiento del átomo “portador” pero, como nos encontramos en el nivel cuántico de la materia, éste no se movería siguiendo la trayectoria circular que pudiera seguir, por ejemplo, una bola.

Al ser una partícula cuántica, el movimiento del átomo “portador” debería ser considerado como una onda, es decir, que su posición vendría descrita sólo por la probabilidad.

Empujón atómico

Pero para que el átomo “portador” llegue a moverse se necesita no sólo este campo eléctrico, sino también el átomo “iniciador”.

Según explican los físicos, al aplicar el campo magnético al sistema, incidirían sobre éste ondas de igual fuerza que girarían alrededor del anillo en dos direcciones. La simetría de dichas ondas en un sentido u otro, provocaría que el movimiento global del átomo “portador” fuera igual a cero o nulo.

Por eso es necesario el segundo átomo, el “iniciador”, para que el “portador” se mueva. Este átomo sería el que permitiese el movimiento. Al no tener carga eléctrica alguna, provocaría una asimetría en las ondas energéticas, y funcionaría como un “empujón” para el “portador”.

Por último, para que el motor no sólo empiece a moverse sino también siga girando, el campo magnético aplicado debería oscilar según un patrón específico.

Esto que parece tan complicado funciona perfectamente en los cálculos realizados por los físicos, y todo a pesar de que incluso ellos reconocen no comprender completamente el papel del átomo “iniciador” en el proceso descrito.

Interés y aplicaciones

Según Sergej Flach, un físico del Instituto Max Planck de Alemania, teóricamente este desarrollo es muy interesante, aunque experimentalmente aún queden grandes cuestiones por resolver.

Para Roland Ketzmerick, otro físico teórico de la Universidad Técnica de Dresden, la idea del motor de dos átomos y luz está relacionada con largas configuraciones a modo de cadena de luz y átomos denominadas ratchets cuánticas. Ketzmerick señala el gran atractivo del diseño.

¿Pero para qué podría servir un motor tan pequeño? De momento para nada, publica Futura-Science. Sin embargo, su fabricación resulta de gran interés tanto en el plano teórico como en el plano experimental.

Fuente:

Tendencias 21
google.com, pub-7451761037085740, DIRECT, f08c47fec0942fa0