viernes, 10 de diciembre de 2010

Michael Faraday y la electricidad



Nacido durante los turbulentos días de la Revolución Francesa, el 22 de septiembre de 1791, en Newington, Surrey, al sur de Londres, Inglaterra. La niñez de Michael fue pobre y su educación formal, hasta entonces, puede ser considerada como bastante mediatizada. Aunque más tarde vivió acomodadamente bien durante el reinado de la Reina Victoria de Inglaterra (1837-1901).

A la edad de 13 años comenzó a trabajar como ayudante para mandados del encuadernador y bibliotecario G. Reibau, y al siguiente año ya era ascendido a aprendiz del oficio. Se puede señalar que recién entonces fue cuando empezó el verdadero proceso de educación de Michael Faraday quien siendo un autodidacto, por su esfuerzo, pasó a ser el más eminente de los experimentadores del siglo XIX.Fascinado por el contenido de unos artículos sobre electricidad, fabricó una pila voltaica con la que desarrolló diversos experimentos electroquímicos.

Un acontecimiento fortuito le permitió aprovechar las lecciones del célebre químico Sir Humphry Davy (descubridor del sodio, potasio, el bario, el calcio y otros elementos), cuando ocupa una plaza de ayudante en el laboratorio de este destacado investigador, para luego transformarse en su sucesor en el Instituto Real, al cual permaneció ligado durante casi toda su vida. Con Davy tuvo la oportunidad de entrar en contacto con las ideas científicas más relevantes de la época. La celebridad de Faraday aumentó extraordinariamente en la década de 1820, al conocerse su gran pericia como químico analítico y físico experimental.

Realizó contribuciones en el campo de la electricidad. En 1821, después de que el químico danés Oersted descubriera el electromagnetismo, Faraday construyó dos aparatos para producir lo que el llamó rotación electromagnética, en realidad, un motor eléctrico. Diez años más tarde, en 1831, comenzó sus más famosos experimentos con los que descubrió la inducción electromagnética, experimentos que aún hoy día son la base de la moderna tecnología electromagnética.

Trabajando con la electricidad estática, demostró que la carga eléctrica se acumula en la superficie exterior del conductor eléctrico cargado, con independencia de lo que pudiera haber en su interior. Este efecto se emplea en el dispositivo denominado jaula de Faraday.

En reconocimiento a sus importantes contribuciones, la unidad de capacidad eléctrica se denomina faradio.

Bajo la dirección de Davy realizó sus primeras Investigaciones en el campo de la química. Un estudio sobre el cloro le llevó al descubrimiento de dos nuevos cloruros de carbono. También descubrió el benceno; investigó nuevas variedades de vidrio óptico y llevó a cabo con éxito una serie de experimentos de licuefacción de gases comunes.

Faraday entró en la Real Sociedad de Londres en 1824 y al año siguiente fue nombrado director del laboratorio de la Institución Real. En 1833 sucedió a Davy como profesor de química en esta Institución.

En 1858 se le proporcionó una de las Casas de Gracia y Favor, de la reina Victoria, dónde murió nueve años más tarde, el 25 de agosto de 1867. Tiene una placa de homenaje en la Abadía de Westminster, cerca de la tumba de Isaac Newton. Sus restos reposan en la zona sandemania del Cementerio de Highgate, Londres, Inglaterra.






El método científico

EL MÉTODO CIENTÍFICO

El método científico es el conjunto de acciones y procesos que realiza el investigador en forma ordenada y sistemática para hallar respuesta a los problemas que le plantea la Naturaleza.
El Método sugiere, para el trabajo científico, una serie de pasos o etapas basados en la experiencia adquirida a lo largo de muchos años de trabajo e investigación.
La ejecución de estos pasos en forma cronológica, garantiza la objetividad de la investigación y da credibilidad y solidez a los resultados y conclusiones a los que se llegue.
Los pasos establecidos por el Método Científico son:
a) Observación
b) Planteamiento del Problema
c) Formulación de Hipótesis
d) Predicción de resultados
e) Experimento
f) Interpretación de los datos recogidos
g) Conclusiones
h) Generalización de los resultados y formulación de Leyes
i) Desarrollo de la Teoría científica.

Analizaremos uno a uno el significado y alcance de cada una de estas etapas del trabajo y para mejor comprensión, desarrollaremos un caso como ejemplo de uso del método científico en la vida cotidiana.
Recordemos que el objetivo de la ciencia es explicar lo que ocurre en el mundo de forma que pueda hacer predicciones.
Para eso se usa el método científico:
-observar
-plantear un problema
-proponer una hipótesis como solución
-predecir: si yo tengo razón el experimento debe dar tal resultado
-experimentar
-verificar si el resultado confirma la predicción
-si afirmativo la hipótesis era correcta
-si negativo habrá que plantear una nueva hipótesis y repetir el proceso

En la vida cotidiana aplicamos muchas veces el Método Científico aún en forma intuitiva.
Veamos algunos ejemplos cotidianos sencillos:
Imagina que te sientas en el sofa dispuesto a ver un rato la televisión y al apretar el control remoto para encender, la tele no se enciende.
Repites la operación tres veces y nada.

Observación: La tele no se enciende
Problema : El control remoto no funciona porque las pilas están agotadas
Hipótesis : La solución consiste en poner pilas nuevas
Predicción de resultados: Si cambio las pilas la tele encenderá.-
Experimento: Quito las pilas antiguas y pongo nuevas. La tele enciende
Conclusión: Se confirmó la hipótesis

Si después del cambio de pilas la tele sigue sin encender entonces planteas una nueva hipótesis

Problema : El control remoto está dañado
Hipótesis : Debo actuar directamente en la botonera de la tele
Predicción de resultados: Si acciono el botón de arranque encenderá
Experimento: Acciono el botón de arranque y se encendió
Conclusión: Se confirmó que el control remoto está fallado

Si no hubiera encendido, razonaré que el problema es falta de corriente eléctrica.-

Problema : No llega corriente eléctrica a la tele
Hipótesis : Hay corte de luz
Predicción de resultados: Si acciono cualquier perilla nada sucederá
Experimento: Acciono una perilla cualquiera y nada enciende
Conclusión: Se confirmó se confirmé la hipótesis

Si en cambio la luz hubiera encendido el problema está en el interior del aparato y debe llamar al service

Como se ve en estos casos sencillos, ante la aparición de un problema salemos aplicar intuitivamente el Método Científico para buscar una solución

EL CASO DE LOS OBJETOS QUE CAEN LIBREMENTE

Observación:
Todos objetos dejados en libertad caen atraídos por la gravedad terrestre en forma vertical de arriba hacia abajo.-

Problema :
¿ En un día sin viento caen todos los objetos con la misma velocidad sin importar su naturaleza ni su tamaño y peso ?

Hipótesis :
En un día sin viento todos los cuerpos caen a la misma velocidad independientemente de se naturaleza y tamaño

Predicción de resultados:
Si dejamos caer simultáneamente, en un día sin vientos, varios objetos de diferente naturaleza y tamaño, todos golpearan el suelo en el mismo momento

Experimento:
1) Elegimos un punto elevado desde donde podemos lanzar simultáneamente varios objetos
2) Preparamos tres cuerpos diferente
- Un trozo de piedra de 0,5 Kg de masa
- Un trozo de madera de 0,25 Kg de masa
- Un trozo compacto de plomo de 1 Kg masa

3) Preparamos en el lugar de lanzamiento: un estante volcable donde podamos acomodar las tres muestras y lanzarlas simultáneamente
4) Utilizamos un anemómetro para verificar que no hay viento
5) Colocamos en el lugar de caída un observador que verifique si todos los objetos golpean el suelo simultáneamente.-
5) Realizamos tres lanzamientos cambiando la posición relativa de los objetos y cambiando el observador que controla la llegada

Interpretación de los resultados:
Comprobamos que en todos los casos los objetos tocaron tierra simultáneamente, por lo tanto cayeron a la misma velocidad

Conclusión:
Se verifica la hipótesis planteada, es decir que , en un día sin viento, todos los objetos caen en caída libre a la misma independientemente de su tamaño.


Historia de la física

HISTORIA DE LA FISICA
LA FÍSICA ANTES DE LOS GRIEGOS
Al inicio de los tiempos comenzaron los fenómenos naturales,que moldearon y dieron lugar al universo y a todo lo que existe en él.
El ser humano al observar estos fenómenos comenzó a hacerse preguntas sobre el porqué de los mismos.
Al ser curioso por naturaleza, el ser humano empezó a formular explicaciones para poder entender estos sucesos: El dia, la noche, la lluvia, las erupciones volcánicas, los eclipses, etc.
A estas interrogantes, muchas veces las respuestas eran atribuidas a divinidades.
Más tarde estos pensamientos dieron el origen a la filosofia de la naturaleza o la filosofía de la física.
Estos pensadores se enfocaron en la observaciones de la naturaleza, los cuerpos y el ser ,siendo solo basado en consideraciones filosóficas y no en verificaciones experimentales, la mayoría de estos pensamientos fueron erróneos aunque pasaron cientos de años para que se pudieran desechar.
Estas falsas interpretaciones fueron la base de la física actual.
Entre las primeras civilizaciones que aportaron conocimientos a la física destacan los chinos,babilonios,egipcios y mayas, que alcanzaron éxitos notables en la ciencia empírica de los movimientos estelares (incluso crearon sus propios calendarios) y las matemáticas aplicadas.
También alcanzaron alto nivel en tecnología,la cual usaron en la metalurgia y construcción de herramientas y edificaciones.
Emplearon máquinas simples.

DURANTE LOS GRIEGOS
° Los griegos hicieron algunas aportaciones a las ciencias físicas,tanto en sus observaciones como en sus conocimientos olvidaron llevar sus teorías al campo de la experimentación lo que causó que interpretaran de forma errónea las leyes de la naturaleza.
° Pitágoras fue un sabio de la antigua Grecia que creía en la redondez de la tierra y suponía que se movía junto con el sol y los planetas alrededor de un sol invisible llamado Hestia. Construyó un instrumento de cuerda para comprobar la relación existente entre el tono y la longitud de las cuerdas.
° Empedocles defendió la teoría de los elementos básicos, las 4 divinidades primarias que componen todas las estructuras del mundo son 4 :Fuego, Aire, Tierra y Agua.
° Demócrito es probablemente el más grande de los antiguos filósofos y físicos de Grecia. Postuló que el universo se componía de un espacio en el que se encontraban un número prácticamente infinito de partículas invisibles agrupadas en diferentes a las que llamó materia. Creía en la indestructibilidad de estas partículas y aventuró la imposibilidad de crear materia nueva consideraba ideario que la tierra fuera el centro del universo.
° Aristóteles formuló erróneamente una teoría ,comparando la caída de una hoja con la de una piedra, afirmó que los cuerpos pesados caen proporcionalmente más rápido que los ligeros. Esto se enseñó en las universidades durante cerca de 2000 años antes de su correción. Negó la rutina atómica de Demócrito, se negó a aceptar que la tierra se moviese y apoyó la teoría geocéntrica.
° Aristarco publicó un libro que dice que el sol y las estrellas están fijas, en reposo en el espacio y que la Tierra gira alrededor del sol siguiendo una circunferencia, decía que el sol estaba en el centro de la órbita.

EN LA EDAD MEDIA
Durante la edad media se produjeron pocos avances, tanto en la física como en las demás ciencias. Sin embargo, sabios árabes contribuyeron a la conservación de tratados científicos de la Grecia Clásica. En ningún campo en occidente fueron años de grandes descubrimientos ya que en Asia los chinos habían inventado la pólvora en el siglo IX.
Esta etapa sirvió para que los cientificos árabes realizaran un trabajo de conservación de textos de la Grecia Clásica.
Algunos logros que vale la pena destacar en esta etapa fue el trabajo realizado por el filósofo escolástico y teólogo italiano Santo Tomas de Aquino, quien trató de demostrar que las obras de Platón y Aristóteles eran comparables con las sagradas escrituras.
También, dominó el pensamiento de Aristóteles y ya en el siglo XVII resurgió con fuerza la doctrina de Demócrito sobre la naturaleza de la materia.

RENACIMIENTO
Desde el año 200 hasta 1200 de nuestra era, Europa se apartó de la filosofía natural y la física, cayendo occidente en un profundo declive científico.
No obstante, los árabes consiguieron preservar a Aristóteles y Ptolomeo a través de la edad media.
Después, los pensadores del Renacimiento dieron un gran impulso a la ciencia en general, rompiendo con los antiguos axiomas y teorías.
El problema de la gravedad fue descrito matemáticamente por Domingo de Soto (1474-1560), relacionando la caída de los cuerpos con el movimiento de aceleración constante, especificando que era igual para todos los cuerpos.
En 1543, el polaco Nicolas Copérnico publica un libro en el que rechaza el axioma básico de la astronomía. Afirmó que el sol, y no la Tierra, debía ser considerado el centro del universo(Teoria Heliocéntrica).
Kepler continuó esta tendencia proponiendo sus 3 leyes del movimiento de los planetas.
LA FÍSICA CLÁSICA

En el siglo XIX fue donde se producen avances fundamentales en la electricidad y el magnetismo, también se producen descubrimientos de radiactividad y el descubrimiento del electrón.
Durante el siglo XX ,la física se desarrolló plenamente.
En 1904 se propuso el primer modelo atómico de J.J. Thomson
En 1905 Einstein formulÓ la teoría de la relatividad especial el cual coincide con las leyes de Newton y características de la velocidad.
En 1915 se formula la teoría de la relatividad general la cual sustituye la ley de gravitación de Newton.

LA FISICA MODERNA

La física moderna comienza a principios del siglo XX cuando el alemán Max Planck investiga sobre el cuanto de energía.
Planck decía que eran partículas de energía indivisibles, y que éstas no eran continuas como lo decía la física clásica.
Algunos de los descubrimientos más importantes de la física en el periodo moderno:
1895: Se descubren los rayos X y se estudian sus propiedades. El físico alemán Wilhelm Röntgen logra la primera radiografía experimentando con un tubo de rayos catódicos que había forrado en un grueso papel negro. Se da cuenta que el tubo además emitía unos misteriosos rayos a los que llamó X, estos tenían la propiedad de penetrar los cuerpos opacos. Por este aporte fue galardonado con el primer Premio Nobel de Física en 1901.
1905: La Teoría de la Relatividad redefine el tiempo y el espacio .Albert Einstein publica su Teoría de la Relatividad Especial, la cual postula que nada puede moverse más rápido que la luz, que el tiempo y el espacio no son absolutos, y que la materia y la energía son equivalentes. (E=mc2)
1913: Se expone el modelo de átomo de Niels Bohr, físico danés, presenta su modelo atómico en que los electrones giran a grandes velocidades en órbitas circulares alrededor del núcleo ocupando la órbita de menor energía posible, esto es, la órbita más cercana al núcleo. El electrón puede "subir" o "caer" de nivel de energía, para lo cual necesita "absorber" o "emitir" energía, por ejemplo en forma de radiación o de fotones.
1930: Se inventa el plástico.El químico alemán Hermann Staudinger muestra cómo las pequeñas moléculas forman cadenas de polímeros, estructura fundamental del plástico, y sugiere cómo hacer polímeros. En la Compañía E.I. du Pont de Nemours, el químico norteamericano Wallace Hume Carohers desarrolla el nylon y la goma sintética.
1932: Se descubre el neutrón. El físico británico James Chadwick bombardea berilio con núcleos de helio, y encuentra el neutrón, el segundo constituyente del núcleo atómico junto con el protón. Esta partícula eléctricamente neutra puede ser usada para bombardear y probar el núcleo.


Antoine Lavoisier:el padre de la química

Antoine Lavoisier,químico francés,se le considera el padre de la química,fue uno de los principales protagonistas de la revolución científica que condujo a la consolidación de la química,por lo que se le considera el fundador de la química moderna.
La principal aportación de Lavoisier es la Ley de Conservación de la masa.Su obra más conocida fue el Tratado Elemental de la Química,además,fue inspector nacional de las compañías de la pólvora y recaudador de impuestos,cargo por el cual fue guillotinado al producirse la revolución francesa.



Historia de la química

La historia de la química se relaciona con el desarrollo del hombre y el estudio de la naturaleza,debido a que abarca todas las transformaciones de la materia y teorías correspondientes.
La química surge antes del siglo XVII de los estudios de la alquimia común entre muchos de los científicos de la época.Los principios básicos de la química se consideran por primera vez en la obra de Robert Boyle.
La química comienza su camino un siglo más tarde con los trabajos de Antonio Lavoisier que junto con Carl Whilhelm Sheele descubrieron el oxígeno.Lavoisier además,propuso la Ley de la Conservación de la masa y la refutación de la teoría de flogisto como teoría de combustión.