Rutherford. El núcleo atómico

Anécdota Rutherford.
Todos los científicos que han llegado realizar algún descubrimiento importante, han necesitado algún tipo de ayuda para llevarlos a cabo. Cada científico deja algo importante que desea transmitir a aquellos que le sucedan, esto mismo se hace ver en nuestro libro. Detrás de cada científico importante que conocemos hay otros que poco a poco fueron abriéndoles camino.
Sin embargo, no solo es bueno el que sabe aprovechar los conocimientos de sus predecesores, sino el que además es capaz de darles a los que le siguen otros conocimientos en los que basar sus investigaciones. Como dijo Newton, "he llegado hasta aquí porque me he subido a hombros de gigantes".
En muchas ocasiones, el que alguien elija una carrera u otra depende en gran medida de el profesor que haya tenido. En el caso de la física, cómo te hayan transmitido los conocimientos, condiciona mucho.
No hay más que mirar a nuestro alrededor para hacernos preguntas relacionadas con la física, sin embargo, en la actualidad el número de estudiantes en las universidades que se apuntan a esta materia ha disminuido. Al igual que hace años, la gente cree que ya no quedan descubrimientos gloriosos por hacer, sin embargo son infinitas las cosas que todavía quedan por descubrir.
La física es una de las disciplinas académicas más antiguas, es la ciencia que estudia las propiedades del espacio, el tiempo, la materia y la energía así como sus interacciones, por el contrario, la química es la ciencia que estudia las sustancias, sus propiedades, su estructura y
las reacciones que las transforman en otras sustancias, es por esta ultima ciencia por la que Rutherford recibió el premio Nobel en el año 1908, esto fue gracias a uno de sus descubrimientos con el que había halado que la radiactividad iba acompañada por una desintegración de los elementos. Sin embargo, el recibir este premio, fue algo inesperado para el, el era físico, no químico. De hecho, el trabajo `por el que recibió el premio, contradecía lo que acostumbraba a decirles a sus alumnos, " toda ciencia o es física o es coleccionismo de sellos". La química es una ciencia tanto como la física, por ello recibió ese premio, de este mismo razonamiento sale también la frase que dijo al recibir dicho premio : " He cambiado muchas veces en mi vida, pero nunca tanto como esta metamorfosis de físico a químico", el hacía ciencia, y ase ciencia la denominaba física, el hecho de recibir un premio por algo que no consideraba ciencia, fue para él un gran cambio.
Otro físico importante, aunque no forme parte de nuestro libro es Nikola Tesla. Fue un inventor, ingeniero mecánico e ingeniero eléctrico y uno de los promotores del nacimiento de la electricidad comercial. Realizó numerosas investigaciones en el campo del electromagnetismo, y es por estas investigaciones por lo que es más conocido. Su trabajo teórico formo las bases de los sistemas modernos de potencia eléctrica por corriente alterna (CA). Entre su amplia lista de creaciones, se dice que llego a inventar entre 700 y 1600 dispositivos de los cales desconocemos la mayoría, sin embargo, muchos de ellos merecen ser destacados:

1. Transferencia inalámbrica de energía eléctrica mediante ondas electromagnéticas.
   
2. Corriente alterna, corriente de pulso y corriente oscilante.
   
3. Bombilla sin filamento.
   
4. Principios teóricos del radar.
   
5. Control remoto.


6. Ondas Tesla.

Porsupuesto exísten muchos experimentos más, sin embargo en nuestra opinión, hay uno que debería resaltarse. La radio. Si bien es cierto que todos nosotros atribuimos este invento a Marconi, eso no es realmente cierto. Ambos científicos tuvieron una importante disputa en lo referente a este invento. Tesla aseguraba que el merito de la invención era suyo puesto que él había inventado un aparato similar al de Marconi quince años antes que éste. Fue en la década de los sesenta cuando el Tribunal Supremo de los Estados Unidos declaró que el invento era propiedad de Tesla, sin embargo en lo que a la opinión pública respecta, la propiedad seguía siendo de Marconi.
Pero además de Marconi, hubo otro científico con el que Tesla tubo problemas, y fue con Edison. Hubo un tiempo en el que ambos científicos trabajaron juntos mejorando los diseños de los generadores de corriente continua. Edison se atribuía esas patentes como propias, por ello Tesla se negó a pagarle la cantidad que la había prometido en caso de que esas mejoras tubieran éxito. Por ello Edison propicio la invención de la silla eléctrica que utilizaba corriente continua para así dar mala fama al invento de Tesla.

Hay ciertos fenómenos físicos que resultaron muy importates en el desarrollo de la sociedad del siglo XX, y que todavía en la actualidad siguen teniendo una gran trascendencia.
La fluorescencia y la fosforescencia son dos tipos de propiedades que se dan en la materia. La fosforescencia es el fenómeno en el cual ciertas sustancias tienen la propiedad de absorver energía y almacenarla para emitirla posteriormente en forma de luz. La fluorescencia, por el contario, es la propiedad de una sustancia para emitir luz al ser expuesta a radiaciones de tipo ultravioleta, rayos catódicos o rayos X. La principal diferencia entre una y otra es que en la fosforescencia se produce un retraso temporal con respecto a la fluorescencia entre la absorción y la reemisión de los fotones de energía.

Los rayos X son radiaciones electromagnéticas invisibles capaces de atravesar cuerpos opacos. Su descubrimiento comienza con los experimentos del científico británico William Crookes que investigó las reacciones de ciertos gases al aplicarles descargas de energía.

La radiactividad es el proceso mediante el cual las sustancias y elementos emiten rayos de manera que solo pueden provenir de sus átomos. Por lo que la radiactividad consiste en la desintegración espontánea de ciertos átomos pesados. En muchos libros de física se le otorga el descubrimiento de la radiactividad a Becquerel. Sin embargo ese descubrimiento se produjo por pura casualidad. Becquerel observo que una placa fotográfica no expuesta a la luz y tapada con un papel negro era impresionada por una luz visible o ultravioleta cuando el paquete se ponía en contacto con compuestos del elemento pesado uranio. De ahí dedujo que el elemento debía producir algún tipo de radiación la cual atravesaba el papel hasta alcanzar la placa fotográfica afectándola. Una vez descubierto esto realizó experimentos con muchas otras sales determinando que era únicamente el uranio el que emitía algún tipo de radiación nueva. Posteriormente, y de una manera más científica el matrimonio Curie que muchas sustancias emitían rayos que solo podían provenir de sus átomos. Las aportaciones del matrimonio al trabajo de Becquerel fueron muy importantes, puesto que este tan solo había obtenido información de la radiactividad en el uranio mientras que el matrimonio Curie anunció la teoría de la radiactividad habiendo experimentado con muchas sustancias y elementos simples.
De esa radiactividad provenían las radiaciones alfa, beta y gamma. La alfa eran átomos de helio, la beta electrones, y la gamma que era una radiación electromagnética muy energética .

La ley de la desintegración atómica es el ritmo con el que los átomos de una muestra radiactiva se desintegraban. Rutherford comprobó que la vida media de los electrones radiactivos podía variar, también observo que el uranio y otros elementos radiactivos se iban transformando en otros que a su vez se desintegraban. Terminó esta cadena de investigación en el plomo, un material al que Rutherford le encontró una aplicación magnífica. Examinando muestras geológicas contenidas en otros elementos como el plomo pudo establecer un límite inferior a la edad de la tierra puesto que ya sabía a qué ritmo se desintegraba cada material. Este era el método de datación geológica.

El Carbono-14 es un radio isótopo del carbono que fue descubierto el 27 de febrero de 1940. Su núcleo contiene ocho neutrones y seis protones. Tiene un periodo de desintegración de 5.568 años, se emplea en la datación de especímenes orgánicos y es producido de manera continua en la atmósfera como consecuencia del bombardeo de átomos de nitrógeno.

El contador Geiger es un instrumento que permite mediar la radiactividad de un objeto o lugar. Esta formado por un fino hilo metálico a lo largo de su centro, el espacio entre ellos está aislado y lleno de gas.

El experimento de Rutherford se llevo a cabo en 1910 cuando éste y Geiger estaban experimentando con partículas alfa. Situaron una fuente radiactiva intensa en un contenedor de plomo cerrado pero dejando únicamente una pequeña abertura. A través de ella salían las partículas que después hacían pasar por un canal central. El primer blanco en el que hicieron coincidir esos haces fue de mica, comprobando que los haces pasaban por las finas capas del mineral haciéndose cada vez más anchos a medida que aumentaban las capas de mica hasta llegar a un espesor en que todas quedaron absorvidas. Lo que Rutherford pretendía es que las partículas alfa al pasar por las capas de mica chocaran, pero no funcionó, esto es debido a que la mica esta formada por átomos de carga eléctrica positiva, por lo que la probabilidad de que chocara una partícula alfa con un átomo de la mica era pequeña si se tenía en cuenta el número de ambos; en caso de que ese choque llegara a producirse, la energía desprendida de la partícula alfa sería tan grande que lo único que se conseguiría seria deteriorar el material. Rutherford le propuso a uno de sus estudiantes ; Marsden, que estudiase si los metales, en concreto el platino y el oro eran capaces de rebotar algún alfa, puesto que las capas del metal eran tan delgadas que solo podían hacerse de estos dos materiales. Si no fueran tan finas, las partículas alfa quedarían absorvidas y no se verían ni hacia delante ni hacia atrás ni en ningún ángulo. Para esta investigación, Rutherfor creo un aparato que hacía incidir partículas alfa en una lámina fina de oro. La mayoría de las partículas pasaban la lámina sin apenas desviarse, pero una pequeña fracción salían rebotadas, y al repetir la experiencia con la lámina de platino, el resultado fue exactamente el mismo. De este experimento, Rutherford sacó la siguiente frase: " es como si se disparara un obús naval de buen calibre contra una hoja de papel y rebotase. Esto significa que al igual que en su experimento, el lanzar un obús que probablemente tendrá más del triple de peso que la hoja de papel y ver como rebota resulta prácticamente imposible.



Tras realizar este experimento, Rutherford llegó a la conclusión de que el átomo tenía toda su masa y la carga positiva concentrada en una pequeña esfera, a esta esfera la denominó núcleo atómico y a aquellas partículas con masa y carga positiva las llamó protones. La carga positiva del núcleo era igual a la suma de la carga de todos los electrones. Los electrones giraban alrededor del núcleo siendo el radio del átomo unas diez mil veces superior al radio del núcleo, por lo que un átomo estaba hueco en su interior. Una limitación era explicarse ¿ Cómo podía mantenerse estable un apelotonamiento de protones todos positivos en un espacio tan pequeño? La respuesta fue porque entre los protones se establece una nueva fuerza, la gravedad y el electromagnetismo. Debian existir unas partículas con masa pero sin carga a las que llamó neutrones. Gracias a esta explicación, a Rutherford se le consideró el padre de la intelección nuclear donde obliga a los núcleos a permanecer juntos. Con el modelo planetario de Rutherford salió otra limitación. Se sabía que una carga eléctrica acelerada emitía radiación electromagnética. El electrón en su órbita estaba sometido a aceleraciones, por ello emitiría radiación perdiendo energía por lo que el átomo no sería estable al caer el electrón hacia el núcleo.
La solución a ese problema la aportó Bohr que hizo una tesis doctoral postulando que los electrones no radiaban en sus órbitas, por lo que incrustó los nuevos conceptos cuánticos de Plank en el modelo planetario de Rutherford.

1. Interacción nuclear fuerte: Mantiene unidos a los componentes de los núcleos atómicos como ocurre con los protones y neutrones, siendo más intensa que la fuerza electromagnética.


2. Interacción nuclear débil: Ocurre en las partículas elementales caracterizadas por su baja masa. Es más débil que la interacción fuerte.


3. Interacción elctromagnética: Ocurre entre las sustancias con carga eléctrica. Es más fuerte que la gravitatoria.


4. Interacción gravitatoria: Atracción producida por cada cuerpo que varía dependiendo de la masa de estos.

A un historiador de la ciencia se le ocurrió hacer una encuesta sobre los experimentos mas bellos de la física, así fueron publicados los diez mejoresexperimentos en varios periódicos internacionales. El autor de este libro leyó estas publicaciones y se le ocurrió escribir un libro sobre este tema.
Este tiene un hilo conductor claro que es dar a conocer estos experimentos y sacar concluciones sobre ellos.
Dentro de la asignatura este libro nos puede ayudar a entender mejor el libro de la física, a disfrutar y a sacar nuestras propias conclusiones sobre experimentos en los que normalmente no prestamos mucha atención.
La historia de la ciencia es necesaria conocerla porque es la historia del mundo y de todo lo que nos rodea. Me suenan algunos experimentos como el pémdulo de foucauld pero no los conozco bien.
No, no conozco a nunguno de los científicos. Me parece interesante adentrarme en el mundo de la física y conocer sus experimentos mas intersantes.
2) En la ilustración del libro podemos ver a Einstein metido en una bañera, algo tendra que ver conla física, quizá que cuando un cuerpo se sumerge en agua esta aumenta aumenta su volumen.
3)Manuel Lozano Leiba es un escritor físico nuclear, catedrático en la facultad de la física de Sevilla, ha escrito mas de 80 libros, también novelas históricas ambientadas en el siglo XVIII. También ha escrito éxitos de dilvulgación científica

Millikan. La unidad de carga eléctrica.

Para que Millikan llegase a formular su teoría, tuvo que haber otros que hicieran las suyas, uno de ellos era Symmer.
Según su teoría existen dos fluidos muy tenues, uno positivo(vítreo)y otro negativo(resinoso). Tienen propiedades opuestas, por ello al combinarse se neutralizan.
Cada material se carga positiva o negativamente en función del material que utilicemos para cargarlo. Por ejemplo, una varilla de vidrio se carga positivamente cuando la frotamos con un trozo de tela de seda, en cambio, un trozo de ámbar se carga negativamente cuando lo frotamos con un trozo de lana. Sin embargo, estas propiedades ya eran conocidas desde hacía bastante tiempo, puesto que el concepto de electrón se había introducido seiscientos años antes de Jesucristo.
Desde los tiempos de los griegos, se sabía que la materia estaba formada por átomos, pero ¿de qué estaban formados los átomos? Un grupo de físicos alemanes, estaban haciendo en aquella época una serie de experimentos. Estos consistían en ampollas de vidrio de formas variadas en cuyos extremos se conenctaban placas metálicas unidas a su vez a potentes baterías. Esos tubos emitían luces de colores y fluorescencias. A la placa metálica cargada negativamente se la denominó cátodo, y a la cargada positivamente se la denominó ánodo. Lo primero que consiguieron sacar en claro de estos experimentos fue que los rayos surgían del cátodo y se dirigian al ánodo, de ahí el nombre de rayo catódico.
El tubo de descargas sirve por tanto para observar los fenómenos presentes durante la descarga eléctrica en función de la presión y del tipo de gas. Esto último influye cambiando la luminosidad que adquiere el interior del tubo, por ejemplo si se mezcla con aire adquirirá un color violeta, si se mezcla con argón azul etc.
Hubo un físico inglés, Joseph John Thomson que puso un empeño especial en conseguir la mayor cantidad posible de gas de un tubo de rayos catódicos haciendo para ello el mayor vacío conseguido en aquella época dentro del tubo, fue entonces cuando, llegado a un punto, los rayos catódicos fueron desviados por los campos eléctrico y magnético. De ese experimento se sacaron tres conclusiones principales:

1. Los rayos catódicos no son curvados en los campos magnéticos porque el gas remanente se convierte en conductor eléctrico de manera que neutraliza la acción sobre los rayos.
2. Los rayos eran en realidad chorros de corpúsculos de carga negativa
3. Las desviaciones predichas por las fórmulas se reproducían si la carga de esa partícula era enorme y su masa muchísimo más liviana que la del hidrógeno.
   

A partir de estos descubrimientos, Thomson llevó a cabo su modelo atómico. Según su modelo el átomo estaba formado por electrones de carga negativa que estaban incrustado es una masa de carga positiva. Sin embargo, gracias al experimento de Rutherford se descubrió el núcleo del átomo, término que sin embargo no fue utilizado por él. Lo que Rutherford explicó fue que existía una concentración de carga en el centro de átomo, ya que si no, no podía explicarse que algunas partículas fueran rebotadas casi opuestamente a la dirección incidente. Esto explica la existencia de un núcleo positivo. Posteriormente este modelo volvió a ser remplazado por el de Bohr que explicaba que los electrones no radiaban, hecho que fue explicado por la mecánica cuántica.
Albert Michelson realizó una prueba contra la teoría del éter. Para ello, en la base de un edificio situado a la altura del nivel del mar construyó un interferómetro, una lente semi espejo que divide la luz monocromática en dos haces de luz que viajan a un determinado ángulo uno respecto al otro. Con esto se lograba enviar dos rayos de luz perpendicularmente, hacerles recorrer la misma distancia y recogerlos en un mismo punto. Es en ese punto, donde se crea un patrón de interferencia que depende de la velocidad de la luz en los brazos del interferómetro.
El éter era, según algunas teorías que ya no se utilizan, una sustancia muy ligera que ocupaba todos los espacios vacíos como si fuese un fluido. A finales del siglo XIX como resultaba difícil concebir que una onda se expandiera sin necesidad de ningún medio material que hiciera de soporte, se dijo que las ondas podían propagarse por una supuesta sustancia material a la que se denominó éter. Sin embargo, en la actualidad se sabe que las ondas no necesitan propagarse a través de ningún tipo de materia, si no que pueden propagarse por el vacío.
Millikan trabajó en el experimento de medir la carga del electrón. Al ver que con las gotas de agua su experimento no funcionaba puesto que las gotas se evaporaban o se hacían más gruesas al juntarse con otras, probó con gotas de aceite. El experimento consistía en una cámara cerrada a la que se le ajustaban dos placas horizontales metálicas conectadas a un conjunto de baterías.
En la parte superior de la cámara se localizaba un pulverizador de gotas de aceite, y en la parte de abajo había tres ventanas por las que se introducían los rayos X que se utilizarían para cargar las gotas. El experimento comienza observando y cronometrando la caída de las gotas de aceite por su propio peso sin conectar las baterías. Una vez controlada la caída de las gotas, ionizó el interior de la cámara lanzándole rayos X, conectó la batería y graduó el campo eléctrico. A continuación observó por el visor hasta que vio una gota flotando y apuntó el campo eléctrico que hace falta para que la gota se quede inmóvil, concluyendo así que las gotas tenían una carga eléctrica múltiplo de 1,6* 10E -19.
El efecto fotoeléctrico es el proceso por el cual se liberan electrones de un material debido a la radiación. El efecto fotoeléctrico enuncia que: Para cada sustancia hay una cantidad mínima de radiación electromagnética por la cual no se producen fotoelectrones, y que la emisión electrónica aumenta la intensidad de la radiación.
Algunas aplicaciones del efecto fotoeléctrico son: el sulfuro de cadmio, usado para las farolas ya que al disminuir la intensidad de la luz se vuelve no conductor.
Todos los científico se marchaba a Europa para especializarse puesto que al conocer a distintos científicos, intercambiaban pensamientos y puntos de vista, lo que les servía para enunciar sus experimentos con mayor claridad ayudándoles en su formación
Creemos que este tipo de libros pueden ser interesantes porque nos ayudan a comprender distintos experimentos que de otra forma no conoceríamos y también nos muestra el punto de vista de muchos científicos en otras épocas.
Como ejemplo de modelo atómico, nosotras vamos a representar el de Rutherford, que decía que el átomo estaba formado por materia cargada negativamente incrustada en otra con carga positiva.

De Arquímedes a Einstein

La idea de este libro, surge a partir de la idea de encontrar, de entre todos, los diez experimentos más bellos de la física. ¿ Pero que entendemos por belleza en lo referente a la física?
A medida que estos descubrimientos se han ido llevando a cabo, sus respectivos descubridores, han tenido medios que los anteriores no tuvieron, lo que por supuesto, no lo hace mas fácil, pero sin embargo, le quita simplicidad y por ello también belleza. De hecho, estos experimentos han salido elegidos en el orden en que fueron descubiertos.
"El principio fundamental de la hidrostática", no es uno de esos diez experimentos, pero sin embargo, es el descubrimiento con el que empieza nuestro libro. De ahí el titulo, Manuel Lozano Leyva empieza su libro con este experimento de Arquímedes y termina con otro de Einstein pasando por el resto de físicos que hubo entre ellos dos. Cada físico sacó su respectiva idea de algo que otro ya había hecho antes, este es el hilo conductor de nuestro libro, todos dependen del anterior, como si fuese una escalera, siempre necesitas el anterior escalón.
Dentro de la asignatura, el libro es una formas más fácil de entender los experimentos que se han ido llevando a cabo a lo largo de la historia de la Física y en que se basó cada físico para llegar a su descubrimiento.
Todos hemos oído hablar alguna vez de Einstein, Galileo, Newton, Rutherford etc, pero en la
mayoría de los casos, solo conocemos una parte muy pequeña de todo el trabajo que realizaron, puesto que de cada uno solo conocemos el descubrimiento más importante de todos los que hayan hecho, por eso precisamente, de todos los experimentos mencionados en este libro, conocemos apenas dos de ellos.

La portada de el libro representa tanto a Einstein como a Arquímedes, que en este caso aparece en la bañera, puesto que se supone que fue así como el consiguió el principio que lleva su nombre.

Manuel Lozano Leyva, el autor de este libro, nació en Sevilla en el año 1949. Es uno de los físicos españoles más conocidos del mundo. Actualmente es director del departamento de Física Atómica, Molecular y Nuclear de la universidad de Sevilla y representante de España en el Comité Europeo de Física Nuclear. Ha escrito novelas históricas y de divulgación científica.