RUTHERFORD: EL MODELO ATÓMICO1)Como has podido leer J.J. Thomson fue profesor de Rutherford, que a su vez fue profesor de Hans Geiger. ¿Cómo valoras el hecho de que los investigadores científicos formen a los estudiantes? Investiga qué ocurre en las Facultades de Ciencia españolas.
Hay dos puntos de vista para valorarlo, el formal, y la satisfacción personal. En cuanto al que abarca la satisfacción personal podemos decir que el enseñar a otro científico o dirigir sus tesis doctorales con el fin de la enseñanza es muy satisfactorio cuando se observa como tus alumnos consiguen realizar diferentes investigaciones, honores universitarios y éxitos científicos basándose en tus enseñanzas. Desde el punto de vista formal habremos de analizar la situación desde el campo de los beneficios y perjuicios. El que los científicos ya reconocidos y con amplia experiencia enseñen a nuevos estudiantes de ciencias lo valoramos de forma muy positiva ya que los científicos experimentados saben en que se cimienta la verdadera ciencia y por consiguiente como ha de explicarse.Pero aparte de estos dos aspectos, los profesores siempre querrán que sus alumnos alcancen lo máximo posible, pero algunos alumnos les superará y no todos los maestros estaran dispuestos a que su alumno les supere.
En las facultades actuales se ha continuado el estereotipo por el cual los científicos actuales enseñen a diferentes estudiantes de la ciencia. Esto se debe a que en las actuales universidades los profesores que enseñan son científicos experimentados.
2) En palabras de Rutherford, "toda ciencia, o es Física, o es coleccionismo de sellos". En 1908, le otorgaron el premio Nobel de Química. Su reacción fue realmente muy curiosa: "He cambiado muchas veces en mi vida, pero nunca de manera tan brusca como en esta metamorfosis de físico a químico". ¿Cuáles son las diferencias entre la Fisica y la Química? Da una interpretación a ambas frases del científico, ¿por qué crees que le otorgaron el premio Nobel de Química y no el de Física?
La física es la ciencia que estudia la materia y la energía así como las leyes a las que están sujetas y la química es la ciencia que estudia la materia y sus transformaciones. La diferencia fundamental reside en que la física estudia la materia “por fuera” sin transformaciones en su composición mientras que la química se dedica a estudiar la materia “por dentro” transformando sus propiedades.
"toda ciencia, o es Física, o es coleccionismo de sellos".
Rutherford quería expresar su idea de que la Física es la ciencia más importante de todas. La madre de la ciencia, ya que gracias a la física, que se centra en estudiar el origen del Universo, podemos comprender el mundo que nos rodea y muchas de las cosas que ocurren en él.
"He cambiado muchas veces en mi vida, pero nunca de manera tan brusca como en esta metamorfosis de físico a químico"
. Esta metamorfosis se produce cuando le dan el premio nobel de química en vez del premio nobel de física. Para Rutherford todas las ciencias se basaban en la física y tenían sus raíces en ella por esta razón usa la palabra metamorfosis, ya que considerándose físico recibe un premio como químico.
Premio Nobel: Este premio se le fue entregado gracias a sus investigaciones sobre la desintegración de los elementos y la química de las sustancias radiactivas, junto a su ayudante Hans Geiger.
3)-Investiga sobre la biografía de Nikola Tesla. ¿Cuáles fueron sus principales aportaciones a la Física? ¿Qué disputas científicas mantuvo con Edison y Marconi? Te recomendamos una película: EL TRUCO FINAL. El argumento de esta película describe muy bien la mezcla de magia y ciencia que se vivía en el final del siglo XIX y principios del XX.
Vamos a hablar sobre diferentes aportaciones de Nikola Tesla.. Físico croata, Nikola Tesla nació el 10 julio de 1856 en la ciudad croata de Smiljan. Fue físico, matemático, ingeniero eléctrico e inventor. Falleció en Nueva York el 7 de enero de 1943, en plena guerra mundial. Nació en una época caracterizada por las continuas revoluciones sociales que habían sido iniciadas en el periodo de la ilustración con la revolución francesa pero cuyo auge fue el siglo XIX durante los periodos del romanticismo y el realismo. Estudió en Graz pero fue en Praga donde estudió ingeniería eléctrica. Realizo numerosos viajes por europa y en París trabajó en una de las compañías de Edison donde realizó su mayor aportación: la teoría de la corriente alterna en electricidad, lo que le permitió idear el primer motor de inducción en 1882. Durante años postreros se traslada a Nueva York donde crea su propia empresa pues se había enfadao con Edison. Tenía un laboratorio y en 1887 construyó el motor de inducción de corriente alterna y trabajando en el laboratorio Westinghouse concibe el primer sistema polifásico para trasladar la electricidad a largas distancias. Consiguió transmitir energía electromagnética sin cables, construyendo el primer radiotransmisor. Realizó una exhibición pública de la corriente alterna, demostrando su superioridad sobre la corriente continua de Edison. Patentó el invento dos años después de que Marconi lograra su primera transmisión de radio. Aun así Marconi va a registrarlo y se encuentra con que Tesla ya lo había hecho con lo que es rechazada por ser una copia de la de Tesla. Se inició así una "pelea" entre las industrias de Marconi y de Tesla.
Inventos de Nikola Tesla:
-Construyó el primer radiotransmisor de tecnología inalámbrica (radio).
- Descubrió la corriente alterna utilizando el motor asíncrono inventado también por él.
- Inventó el motor asíncrono. Un motor de inducción de corriente alterna.
-Descubre el campo magnetico rotativo. Es lo de que solo se necesita un conductor para alimentar un sistema eléctrico.
-Bobina de Tesla
Tuvo disputas de caracter cientifico con Marconi y Edison:
-Marconi: Con Marconi tuvo un enfrentamiento que consideramos más grave que el otro y que el consejo de gente que decidió en favor de Tesla se equivocó totalmente. Marconi fue el primero en realizar una transmisión de un mensaje oral de forma inalámbrica pero no lo patentó. A los dos años Tesla consiguió hacer una y si la patentó. Marconi la fue a registrar meses después y se la dieron como copia de la de Tesla. Ambos tuvieron una disputa y finalmente un consejo se lo dio a Tesla muy injustamente porque creemos que para un científico no hay cosa peor que te roben un descubrimiento. Esto provocó un enfrentamiento entre ambas industrias. El experimento no le fue reconocido a Marconi hasta después de su muerte y en muchos libros aparece el como inventor de la radio, de hecho, nosotros en primero de la eso hicimos un trabajo de los físicos y el grupo que hizo Marconi habló de la radio como inventó suyo aunque nombró también a Tesla pero no como inventor.
-Edison: Con Edison mantuvo una disputa que la podemos apodar guerra de las corrientes. A finales del siglo XIX hubo una guerra comercial entre las compañías eléctricas de Edison y las de Tesla. Lo que ocurrió es que el sistema de Edison utilizaba corriente contínua mientras que el de Tesla se basaba en la corriente alterna y con la solución contínua se estaba obligado a distribuir usinas generadoras cada pocos metros dentro de las ciudades mientras que con la alterna se podía generar a grandes distancias como lo demostraba el alimentar la ciudad de Buffalo con la central hidroeléctrica de las catarátas del Niágara a 32 km de distancia. Finalmente está claro que ganó Tesla pues su sistema era más cómodo y barato. Hoy día la alterna es la utilizada universalmente.
4- A lo largo del capítulo se suceden las descripciones sobre el descubrimiento de distintos fenómenos físicos (que puedes y debes añadir en la línea de tiempo) que serán cruciales en el desarrollo de la sociedad del siglo XX y que siguen muy relevantes en la actualidad. Responde brevemente (básate sólo en el libro para este punto, excepto en los enlaces señalados) a la siguiente serie de preguntas (haciendo referencia a los científicos implicados):
4a) ¿Qué diferencia la fluorescencia de la fosforescencia?
La fluorescencia y la fosforecencia son dos tipos de luminiscencias y se pueden dividir en dos clases de minerales: los minerales fluorescentes y los minerales fosforescentes. Las diferencias entre ambos son que los elementos fluorescentes emiten una luz azulada al ser estimulados por una radiación externa, mientras que los elementos fosforescentes, la luz que emiten, tiene un color verdoso, y ésta continúa a pesar de que ya no se esté iluminando a dicho elemento, esta iluminación tiene que provenr de una luz normal. Tambien un factor del que dependen estos dos fenómenos es la cantidad de flúor (en los elementos fluorescentes) y fósforo (en los elementos fosforescentes).
4b) ¿Qué son los Rayos X? ¿Cómo se descubrieron?
Son unos rayos con la capacidad de penetrar en ciertas sustancias como la piel, tejidos, hojas de aluminio, etc. que fueron utilizados (y siguen siéndolo) especialmente para la medicina, para tratar los temas de fisuras...
Con los rayos X se obtenían unas imágenes del elemento sometido a estos mismos, nítidos, como si no se nos interpusiese nada.
4c) ¿Qué es la Radiactividad? ¿Cómo fue descubierta?
La radiactividad es la emisión de radiaciones u ondas electromagnéticas emitidas desde los núcleos de algunas sustancias sin necesidad de haber sido expuestas a la luz. Es la desintegración espontánea de ciertos átomos pesados.
Fue descubierta por Becquerel con un poco de suerte, y definido de forma más científica por el matrimonio de Marie Curie. Se habla de suerte, puesto que Becquerel quería exponer al Sol una placa fotográfica cubierta con papel negro, sobre el que ponía una moneda. Todo ésto luego lo recubría con sal de uranio.
4d) ¿Por qué fueron importantes las aportaciones del matrimonio Curie y de Rutherford al trabajo de Becquerel?
Aportaciones del matrimonio Joliot y Marie Curie y Rutherford en la radiactividad: Fueron unas aportaciones muy importantes y decisivas en el trabajo de Becquerel, pues él había descubierto la radiactividad (denominado así por el matrimonio de Joliot y Marie Curie) pero no sabía realmente lo que era hasta que Joliot, Marie Curie y Rutherford no dejaron claro, explicando la radiactividad de forma más técnica, lo que ésta suponía y significaba.
4e) ¿Qué son las radiaciones alfa, beta y gamma? Ordénalas energéticamente.
Alfa, gamma y beta son distintos tipos de radiaciones, son los tres tipos de de emisiones en las que se descompone la radiactividad. Las primeras en ser descubiertas fueron alfa y beta, descubiertas por Rutherford. Éste se dió cuenta de que los elementos radiactivos emitían dos tipos de rayos a los que denominó por los nombres anteriormente citados, alfa y beta. Después ya en la universidad de Canadá se dió cuenta de que no se emitían dos tipos de rayos, si no tres: alfa, gamma y beta.
La radiación gamma es la más energética de la tres, es una radiación que tiene una altísima frecuencia, pero como consecuencia, una cortísima longitud de onda. Después, en orden de mayor a menor, se sitúa la radiación beta, que es un flujo de electrones, y en último lugar, como radiación menos energética, se situaría la radiación alfa, que eran átomos de helio doblemente ionizados.
4f) ¿Qué es la ley de desintegración atómica? ¿Por qué sirve como método de datación geológica? Trabajo opcional: Investiga sobre el carbono-14
Es el ritmo con el que los átomos de una muestra radiactiva se desintegran. Determinó que la vida media de estos átomos podía estar entre unos pocos segundos, en el caso de algunos átomos, hasta miles de millones de años, como era el caso de otros. Esta enorme variación se podía predecir gracias a la ley de la desintegración atómica.
A demás de estos átomos que se desintegraban, había otros (como es el caso del uranio) que muy lentamente se transformaban en otros elementos, que a su vez se desintegraban llegando siempre hasta un mismo final en la cadena, el plomo.
-Carbono-14:El carbono 14 es un radioisótopo* del carbono, descubierto por Martin Kamen y Sam Ruben en el 27 de febrero de 1940. Este isótopo del carbono tiene 8 neutrones frente a los 6 que tiene un átomo de carbono.
Este isótopo es producido de forma continúa en la atmósfera como consecuencia de un bombardeo de átomos de nitrógeno por neutrónes cósmicos. Al ser un átomo tan inestable, se encuentra mezclado con los elementos no radiactivos en el dióxido de carbono de la atmósfera.
El carbono 14 es un átomo muy útil para fechar la edad de restos de seres vivos, con una antigüedad de hasta 10.000 años.
4g) ¿Para qué sirve un contador Geiger?
El contador Geiger es un instrumento que sirve para medir la radiactividad de un objeto o lugar. Está formado por un tubo metálico con hilio también metálico muy fino en su interior, a lo largo de su centro. Dentro del tubo, se encuentra el gas argón a una presión de 260mmHg mezclado con vapor de etano o neón, y con vapor de bromo.
La diferencia entre el ánodo (el pequeño hilo que va por dentro del tubo) y el cátodo (las paredes del tubo) es muy alta (entre 500 y 1200 V), por lo que cuando hay una alta radiación, el gas que se encuentra dentro del tubo, se ioniza y se produce un breve flujo de corriente establecido entre los electrodos.
5) Explica cómo se llevó a cabo el experimento de Rutherford. Si quieres, puedes hacerlo con un pequeño vídeo, que simule el experimento. ¿Por qué no funcionó con Mica, sí con pan de oro y mejoró mucho con pan de platino? Comenta la frase: "Es como si se disparara un obús naval de buen calibre sobre una hoja de papel y rebotara".
http://www.youtube.com/watch?v=ocJctcoYmXI&feature=fvwrel
Rutherford situó una fuente radioactiva intensa en un contenedor de plomo cerrado pero con un pequeño agujero a través de la cual, salían las partículas alfa.
Primero, decidieron hacer colisionar estas partículas en un lámina fina de mica. Como se esperaban, las partículas atravesaron sin problemas la lámina. Pero al poner cada vez más capas de mica el haz se iba haciendo más difuso, hasta que el grosor de la capa impedía que estas la atravesaran si no que se quedaban absorbidas en ella.
La mica está compuesta por átomos, que es una masa eléctrica cargada positivamente que tiene incrustados en ella electrones cargados negativamente compensando.
Teniendo en cuenta esto, los átomos en su conjunto, son neutros por lo que no entendían porque rechazaban a partículas positivas. La probabilidad de que el haz de partículas colisionara con un átomo, en este caso, de la mica, era muy baja. Pero cuando este se produjera, la energía del haz sería tan alta que deteriora la mica, descolocando sus átomos pero atravesándolo y sin apenas desviarse.
Rutherford pidió a Geiger y Marsden que en vez de poner mica pusieran dos metales, concretamente oro y platino para ver si estos eran capaces de hacer rebotar a las partículas del haz.
Para llevar a cabo su experimento, colocó una pantalla semicircular de sulfato de cinc, detrás de la lámina de oro sobre el cual se dispararán las partículas alfa. Al lanzar las partículas rebotaban, algunas incluso, con un ángulo de 90 grados, pero muy pocas
Al repetir muchas veces el mismo procedimiento llegaron a la conclusión de que una de 8000 partículas incidentes rebotaba en la lámina de oro.
Hicieron lo mismo con pan de platino y sucedió lo mismo.
Tras investigar pensaron que los átomos tenían toda la carga eléctrica positiva concentrada en una masa mucho más pequeña que el propio átomo descubriendo así el núcleo del átomo. Esto explicaba porque algunas de las particulas rebotaran, chocaban contra el núcleo.
Según Rutherford, estos átomos tenían los mismos electrones y protones, y se compensaban con carga eléctrica negativa y positiva. Estos protones (llamados así por Rutherford) se amontonaban formando así el núcleo y los electrones orbitaban alrededor de él siendo similar a nuestro sistema solar.
“Es como si se disparara un obús naval de buen calibre sobre una hoja de papel y rebotara”
En esta frase muestra la incomprensión que le suposo a Rutherford al encontrar que algo tan pesado como un obús puede rebotar con algo tan ligero como una hoja de papel, sin destruirlo si no rebotando en él.
6) Describe el modelo de Rutherford y sus limitaciones. ¿Por qué el equipo de Rutherford se puede considerar el padre de la interacción nuclear (piensa en qué lo ocurriría a los protones si no existiera dicha interacción)? ¿Qué son las 4 interacciones fundamentales de la naturaleza?
En 1911, Rutherford introduce el modelo planetario, que es el más utilizado aún hoy en día. Considera que el átomo se divide en:
· Un núcleo central, que contiene los protones y neutrones (y por tanto allí se concentra toda la carga positiva y casi toda la masa del átomo).
· Una corteza, formada por los electrones, que giran alrededor del núcleo en órbitas circulares, de forma similar a como los planetas giran alrededor del Sol.
En este modelo se daba una contradicción, ya que contradecía con las leyes del electromagnetismo de Maxwell, las cuales estaban ampliamente comprobadas mediante numerosos datos experimentales. Según las leyes de Maxwell, una carga eléctrica en movimiento (como es el electrón) debería emitir energía continuamente en forma de radiación, con lo que llegaría un momento en que el electrón caería sobre el núcleo y la materia se destruiría; esto debería ocurrir en un tiempo muy breve.
A Rutherford se le considera el padre de la interacción nuclear ya que con su modelo atómico se aplican dos de ellas la nuclear fuerte (que fue la primera vez que apareció ya que no se había descubierto el núcleo antes) y la electromagnética que mantiene a los electrones orbitando alrededor del núcleo.
Existen cuatro tipos de interacciones o fuerzas fundamentales: interacción nuclear fuerte, interacción nuclear débil, interacción electromagnética e interacción gravitatoria.
Interacción nuclear fuerte: Es la responsable de que los protones y los neutrones están unidos entre sí formando el núcleo atómico. Tiene un alcance muy corto, de ahí al pequeño tamaño de los núcleos.
Interacción nuclear débil: Es una fuerza que afecta a los quarks y algunos leptones, como los neutrinos. Su campo de acción es muy pequeño, mucho menor que el de la fuerza fuerte.
Interacción electromagnética: Interacción que ocurre entre las partículas con carga eléctrica..
Interacción gravitatoria: Fuerza de atracción que experimentan entre sí los objeto con masa.
7) Crea tu propio "escudo científico" (buscando tu propio lema científico) tal y como hizo Rutherford al ser nombrado barón.
