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lunes, 20 agosto 2018 español
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¿Cómo Funciona AulaFácil?

Espectro de la luz del sol

Teniendo en cuenta sus longitudes de onda (de mayor a menor), podríamos clasificarlas de una manera sencilla del modo siguiente:

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Si la longitud de onda fuese más larga que la correspondiente al color rojo ¿qué vemos?

La respuesta es NADA. Estas ondas las llamamos infrarrojas.

Curiosamente si recibimos los rayos infrarrojos notamos calory entre otras aplicaciones se utilizan para calentar incluso las gradas de algunos campos de deportes o recintos cerrados:

termo

No se calienta el aire pero sí las personas y objetos.

Las microondas tienen una longitud mayor que los rayos infrarrojos y también producen calor que los aprovechamos en la mayoría de los hogares como un electrodoméstico que lo llamamos horno microondas:

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Como lo usamos muchas personas es bueno que lo conozcas, que sepas lo que tienes en tus manos.

A veces, oímos cosas inciertas sobre ellos.

Un horno microondas consta de las partes esenciales siguientes:

1) Magnetrón

2) Ventilador

3) Plato giratorio

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Magnetrón: es la pieza fundamental. Transforma la energía eléctrica en ondas electromagnéticas o microondas.

Estas ondas se envían por un conducto a un ventilador.

Ventilador: Se ocupa de la distribución de las microondas por todo el horno.

Plato giratorio: Con el fin de que se la comida que introducimos en el horno reciba de un modo uniforme la acción de las microondas la hacemos que gire.

No comentamos otras partes del horno como la ventilación, programas que controlan tiempos y temperaturas, etc.

¿Por qué se calientan los alimentos?

Escenas como las mostradas en las fotografías que tienes a continuación son normales cuando hace frío:

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Frotamos las manos para calentarlas.

Vamos a hacer un sencillo experimento:

Coloca las palmas de tus manos en la cara y memoriza la temperatura que notas. Ahora frótalas con rapidez.

Vuelve a colocarlas en la cara. Notarás que la temperatura de tus manos ha ganado algún grado.

Esto que acabas de leer debe quedarte muy claro porque con esta acción tan simple (frotarse las manos) hace que en el horno de microondas se calienten los alimentos. Veamos cómo funciona.

 

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Sabes que un imán tiene dos polos, Norte y Sur:

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Si enfrentas dos imanes por polos diferentes se atraen, si los polos son iguales se repelen:

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Probablemente hayas realizado la experiencia de frotar un bolígrafo en tu jersey o frotarlo con una tela de lana y ver que la zona frotada atrae a trocitos de papel:

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¿Por qué atrae a los papelitos?

¿Por qué frotamos un lapicero o un bolígrafo y no cualquiera de los utensilios que ves en la siguiente fotografía?:

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Sabes que una molécula es la parte más pequeña de la materia a la que puedes llegar conservando sus propiedades como el olor, color, sabor, etc.

Esta parte minúscula de la materia está compuesta por átomos.

La palabra átomo que procede del griego está compuesta de dos partes: 1ª: a y2ª: tomo

Normalmente la a por delante significa lo contrario de lo que expresa la palabra que le sigue.

Hasta el siglo XIX se pensaba que el átomo era indivisible, por eso se llamaba así.

Hoy sabemos que el átomo está compuesto por otras partículas como:

termo

No creas que se ha terminado la lista.

Normalmente sólo tenemos en cuenta a los tres primeros que los representamos del modo que ves a continuación:

termo

Consideramos dos partes:

A): El núcleo compuesto básicamente por protones y neutrones.

B): Las órbitas donde giran los electrones.

 

¿Qué es un electrón?

Comencemos por su significado. La palabra electrón procede del griego elektron y significa ámbar:

termo

Muchos árboles especialmente los pinos, abetos, cipreses, etc., cuando tienen una herida no se ponen una tirita como tú o como yo sino que segregan una sustancia que llamamos resina que tapa a la herida y la protege contra infecciones.

Cuando esta resina se hace fósil, es decir, se hace como una piedra o roca llamamos ámbar.

Por su belleza se utiliza en joyería.

Quizá te suene el nombre de Tales de Mileto al estudiar Matemáticas (Geometría), pues bien, este gran observador del ser humano y de la Naturaleza hace más de 2500 años comprobó que al frotar el ámbar con un trozo de tela atraía el pelo.

Frota tu bolígrafo en la manga de tu jersey y aproxímalo a un trocito de papel y notarás que es atraído.

¿Qué ha pasado?

Que tu bolígrafo que bajo el punto de vista eléctrico vivía muy tranquilo al frotarlo con la manga de tu jersey le arranca a éste unas partículas que llamamos electrones que los ha ido recogiendo del aire y ahora es capaz de hacer cosas que antes no las podía.

Dicho de otro modo, electrones libres (partículas invisibles para el ojo humano) flotando por el aire se depositan en todas partes incluido el jersey. El plástico del que está hecho tu bolígrafo que no conduce ni el calor ni la electricidad al frotarlo con la lana de tu jersey acumula electrones en el lugar de frotamiento y permite que trocitos de papel queden atraídos en ese lugar.

 

4.108 En el caso de utilizar una pequeña barra metálica en lugar del bolígrafo frotando en la manga del jersey ¿atraería a los trocitos de papel?

Razona tu respuesta.

Respuesta: No

El metal al ser conductor de la electricidad los electrones arrancados del jersey se trasladan por la barra y si la tienes tomada con la mano llegan a tu cuerpo.

Esto quiere decir que a medida que toma electrones del jersey se trasladan por toda la barra y la mano por lo que no es posible que atraiga nada.

Sabemos que si dos partículas se atraen significa que han de tener signos opuestos.

Los electrones giran cada uno en su órbita alrededor del núcleo.

Quien se ocupa de que el electrón permanezca girando en su órbita y no salga de ella es protón que se encuentra en el núcleo.

Hace muchos años se acordó asignar al electrón el signo negativo y positivo al protón.

En los átomos, el número de protones y electrones es el mismo siempre que no se actúe sobre ellos.

¿Qué pasa con los neutrones?

Son pacíficos, no tienen carga eléctrica aunque se piensa que sí tiene de signos diferentes llamadas quarks cuya suma es cero. Lo de pacíficos porque fíjate que se hallan entre protones que tienen signos iguales y ni se repelen ni se pelean entre ellos por la presencia de los neutrones, en parte, probablemente. Todavía hay mucho por estudiar en este campo de la Física.

Volvamos al átomo.

Observa que los electrones (-), cada uno en su órbita giran alrededor del núcleo al ser atraídos por los protones (+):

termo

El electrón más alejado del núcleo lo hemos señalado con una flecha roja.

¿Qué crees tú si este electrón recibiera más energía?

Se escaparía de la atracción que ejerce sobre él el núcleo y entonces el átomo al tener más protones que electrones (su carácter no es neutro (neutro = igual número de electrones que de protones), es positivo y está al acecho de atrapar a algún electrón que ande por ahí un poco despistado.

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Suponiendo un átomo neutro, si el electrón más alejado del núcleo recibe algún tipo de energía, salta de su órbita y es atrapado por un átomo que anteriormente perdió un electrón y la representación anterior nos queda:

termo

Como seguimos proporcionando energía, los electrones más alejados saltan de su órbita para ser atrapados por los átomos a quienes les falta un electrón:

termo

El neutro se hace positivo y el positivo neutro mientras estemos suministrando energía y se produce algo así como:

termo

Vemos como un electrón puede moverse dentro de un cable de cobre por ejemplo.

Una secuencia de este movimiento de un electrón (dibujado grande y con fondo de color blanco) en un conductor podría ser:

termo

(La base de esta imagen está tomada de Internet)

Hemos dicho que el movimiento del electrón libre se produce en el caso de proporcionarle energía, pero ¿qué tipo de energía?

Una muy sencilla es la que generamos al mover un imán.

¿Verdad que te cuesta creer?

Estaría bien que lo comprobases. Para ello necesitas:

termo

Haces con un cartón resistente una especie de cajita pero sin fondos.

Alrededor de esta caja pequeña pero sin fondos enrollas el alambre esmaltado de cobre teniendo cuidado de dejar un trozo de cable al comienzo y otro al final, como te indican las flechas blancas. Estos sobrantes son para unirlos con la bombilla de linterna o de bici:

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¿Por qué el alambre debe ser esmaltado?

Porque el esmalte es aislante y es necesario que las vueltas aunque estén unas sobre otras no hagan contacto.

¿Cuántas vueltas le das?

Cuanto más vueltas mejor, 80 mejor que 60.

Tomas la manivela que estará hecha con un alambre de hierro (que no sea demasiado delgado) y atraviesas la cajita cuidando de no estropear el esmalte del cobre y viendo que sobresalga por la parte posterior.

Una vez colocada la manivela colocas los imanes alrededor de la misma (se quedarán pegados y no se caerán si los imanes son buenos):

termo

A continuación tienes tres fotos tomadas de YouTube que te pueden ayudar a comprender lo que venimos diciendo:

termo

Los extremos (comienzo y final) del alambre de cobre debes limpiarlos de esmalte con un papel de lija o simplemente raspando. Debe quedarte el cobre bien limpio al menos en 1cm de longitud.

Estos extremos limpios de esmalte debes hacer que uno toque a un costado del casquillo o de la rosca de la bombilla (notarás que hay punto que parece de estaño, éste es el lugar) y el otro debe tocar el centro de la parte más baja del casquillo:

termo

Te quedará algo así:

termo

Tú sujeta las puntas del alambre de cobre a los dos puntos indicados de la pequeña bombilla y le dices a tu hermana o tu hermano que comience a darle vueltas a la manivela ¡con cuidado! pero con la mayor rapidez que pueda.

Si todo está correcto, habrás observado que ha habido algún momento que la bombilla se ha “encendido”.

En el caso de que no se encienda significa:

a) Que los imanes apenas atraen nada o

b) Que has dado pocas vueltas con el alambre de cobre a la caja de cartón o

c) Que quien mueve la manivela no lo hace a la debida velocidad o

d) Que no estás haciendo bien el contacto de las puntas del cable de cobre sin esmalte con los dos puntos del casquillo de la bombilla.

¿Por qué alumbra la pequeña bombilla?

Imagina que en una misma calle muy normalita y de sentido único hay 10 salas de cine un estadio de fútbol que caben 100 mil personas.

Están tan mal organizados que todos los espectáculos acaban a la misma hora. Se supone que todas las salas de cine y el estadio están llenos de público.

Al salir todos a la calle y a la misma hora y ponerse a caminar es de suponer que no caben, se rozan unas personas con otras, se tropiezan, etc., nadie siente frío.

Ahora fíjate en la siguiente figura:

termo

representa una bombilla de filamento (su uso está decreciendo).

Cuando mueves con velocidad la manivela estás generando campos magnéticos variables lo que hace que los electrones libres se pongan en marcha. No olvides que se tratan de trillones de electrones libres que se ponen en movimiento.

Siguen la dirección de las flechas rojas por el alambre de cobre y cuando haces contacto con los dos puntos situados en el casquillo (ya nos hemos referido a ellos) los electrones siguen el camino señalado con línea amarilla discontinua por el interior de la bombilla haciéndoles que pasen por el filamento que es de un metal llamado tungsteno que soporta bien 3000ºC sin fundirse y vuelven hacia la bobina.

¿Qué es el filamento?

El filamento es un hilo de metal (muy delgado) y además se halla en espiral:

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Esto provoca que tantos electrones por un camino tan estrecho y tortuoso tengan grandes dificultades en pasar (empujones, rozamientos, …) lo que provoca mucho calor hasta alcanzar los 1000ºC y hace que el tungsteno se ponga al rojo vivo y decimos que la bombilla alumbra.

 

4.109 ¿Por qué crees que la parte externa de las bombillas a las que nos estamos refiriendo son de cristal?

Razona la respuesta.

Respuesta: Principalmente son dos las razones:

1ª) Ha de ser transparente para que deje pasar la luz que produce el filamento cuando se ponga al rojo vivo.

2ª) Dentro de la bombilla no debe haber aire porque el aire contiene oxígeno y a la temperatura que alcanza el tungsteno ardería por eso en el interior de la bombilla hay otros tipos de gases llamados nobles y también inertes como el argón, helio, xenón, neón, kriptón, radón, … que no reaccionan ante casi nada, permanecen impasibles.

Mientras vayas girando la manivela estás generando corriente eléctrica porque estás creando campos magnéticos variables, pero la corriente que produces también es variable porque al girar los imanes haces que en cada instante los campos magnéticos sean diferentes y el número de electrones en movimiento sean distintos y por eso decimos que la corriente de electrones o corriente eléctrica es diferente en cada instante.

Si el paso de electrones por un conductor varía constantemente, alrededor de él se crea un campo magnético variable y lo puedes comprobar si pasas por el lugar que te indica la fotografía siguiente en un coche en el que vas escuchando una emisora de radio:

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Observa que por encima de la carretera hay un tendido de corriente eléctrica.

Alrededor de los cables se genera un campo magnético variable, este campo a su vez, genera otro eléctrico variable y así sucesivamente. Las ondas de radio que te permiten escuchar la emisora se ven alteradas por estos campos y emiten unos ruidos no agradables. Cuando te alejas vuelves a escuchar con normalidad.

Podríamos dibujar estos campos variables tanto eléctricos como magnéticos del modo siguiente:

termo

 

A medida que avanzan van perdiendo intensidad.

En cada momento el valor del campo eléctrico (señalado con flechas rojas) varía.

En cada instante el valor del campo magnético (señalado con flechas azules) varía.

Cuando el movimiento de los electrones cambia de sentido también lo hacen los campos.

Recuerda que estábamos estudiando el funcionamiento de un horno microondas.

Volvamos a las moléculas de agua. Las moléculas de agua y también las correspondientes a algunas grasas tienen un extremo donde predomina la carga positiva y en el otro, la carga negativa.

Al someterlas a la acción de las ondas electromagnéticas y al estar éstas cambiando su polaridad también lo hacen las moléculas de agua.

Cuando coinciden los polos, se repelen lo que origina un giro de las moléculas y cuando no coinciden se atraen. Estos giros se producen varios millones de veces por segundo lo que provoca que unas moléculas al rozarse con otras y a tanta velocidad se calienten.

Volviendo al espectro de la luz que como ves en la siguiente figura hemos comentado hasta la frecuencia relativa a los colores:

termo

Pasamos a referirnos a los rayos que nos quedan:

La radiación de los rayos ultravioleta la encontramos como una parte de la luz solar.

Si te expones a recibir mucha radiación ultravioleta puedes causar graves trastornos en la salud de tu piel. No abuses del Sol en especial entre las 12 del mediodía y las 4 de la tarde:

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Los rayos X pueden atravesar cuerpos que para nuestros ojos son opacos. Los huesos cuya composición es más densa aparecen con color blanco.

En la Industria, entre otras aplicaciones, se utilizan para comprobar si las soldaduras están bien hechas.

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Los rayos gamma tienen un poder de penetración superior a los rayos X.

Tienen aplicación en la Industria y en Medicina.

Los rayos cósmicos son partículas muy diminutas cuyo origen y consecuencias, en este momento, no los conocemos debidamente y no te asustes si te dicen que estos rayos nos atraviesan muchas veces al día.

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