ELECTROMAGNETISMO

La relación entre magnetismo y electricidad se descubrió en 1819, cuando, mientras se preparaba para una demostración en una conferencia, el científico danés Hans Oersted (1777 - 1851) descubrió que una corriente eléctrica en un cable afectaba a la aguja de una brújula.

Tras el trabajo de Hans Oersted, todo se disparó. El físico francés, André Ampère (1775-1836) dedujo las leyes cuantitativas de la fuerza magnética entre conductores. Alrededor de 1820, Michael Faraday (1791 - 1867) y Joseph Henry (1797-1878) identificaron la posibilidad de generar corriente eléctrica a partir de campos magnéticos. Años después, James Clerk Maxwell (1831 - 1879) demostraría lo contrario: se pueden generar campos magnéticos a partir de campos eléctricos variables. se había producido la unión de dos campos que parecían completamente ajenos, la Electricidad y el Magnetismo, y había nacido el Electromagnetismo.

En los siguientes microexperimentos, vamos a mostrar algunos de los efectos que produce el Electromagnetismo y que están en el corazón mismo de la tecnología.

En primer lugar, vamos a reproducir la experiencia de Oersted. Colocamos la brújula y le acercamos un hilo por el que circula corriente... La aguja de la brújula se coloca perpendicular al hilo. Por tanto, esto solo puede significar que toda corriente eléctrica genera un campo magnético. Ampère, posteriormente, estudió las características de ese campo magnético. Empleando la regla de la mano derecha, sabemos que si el pulgar indica el sentido de la corriente, el resto de dedos nos indica la dirección del campo magnético.

Ahora vamos con la ley de Faraday-Lenz. Esta ley dice: "La polaridad de la fuerza electromotriz inducida en una espira es tal que genera una corriente cuyo campo magnético se opone al cambio en el flujo magnético que atraviesa la espira. Es decir, la corriente inducida tiene una dirección tal que el campo magnético inducido intenta mantener el flujo original a través de la espira." Tal vez suena un poco duro... En el siguiente vídeo se intenta explicar experimentalmente. Si tomamos un tubo de cobre (conductor) y dejamos caer un imán de neodimio (campo magnético) a su través observamos que cae mucho más lentamente de lo esperado. ¿Por qué?... El cambio en el flujo magnético (el imán que cae) genera una fuerza electromotriz inducida (corriente en el tubo de cobre) que genera un campo magnético que se opone al del imán. Esto es lo que hace que caiga más lentamente.

Otra de las aplicaciones del electromagnetismo es el conocido como El Motor Más Sencillo del Mundo ampliamente visto en internet y youtube. Aunque su funcionamiento se basa en los estudios de Faraday, para la explicación de este dispositivo resulta más simple partir de la Ley de Lorentz: "Una carga moviéndose con velocidad v en presencia de un campo eléctrico E y un campo magnético B, experimenta una fuerza total, llamada Fuerza de Lorentz (F), resultado de las fuerzas eléctrica y magnética que actúan sobre ella. F = q.E + q.v x B"

Y por último, este "tren" electromagnético...

Fotografías:
- wikipedia.es
Bibliografía:

“Física para ciencias e ingeniería”. Tomo II.W. Edward Gettys, Frederick J. Keller y Malcolm J. Skove. Editorial McGraw Hill.

“Física”. Volumen 2. Raymond A. Serway y John W. Jewett. Editorial Thomson.

“Física para la Ciencia y la Tecnología”. Volumen 2ª. Paul A. Tipler y Gene Mosca. Editorial Reverté.

OLIVER SACKS

Oliver Wolf Sacks (1933, Inglaterra - 2015, Estados Unidos) fue un neurólogo y aficionado a la Química. También es escritor. Y lo digo en presente porque los buenos escritores nunca mueren. Englobados dentro de eso que llaman Divulgación de la Ciencia, sus libros son algo mucho más profundo. Son literatura y de la buena.

Su carrera, tanto científica como literaria, ha tenido múltiples detractores desde los que consideran que su trabajo de investigación es irrelevante, por no ajustarse al método científico cuantitativo y de doble ciego, hasta los que consideran que confundió a sus pacientes con su carrera científica... pero también los hay que lo consideran un profesional "compasivo" con sus pacientes y un gran escritor. A mí, simplemente, me gustan sus libros.

Sus libros son múltiples y no pienso realizar un listado de los mismos. Simplemente voy a comentar algunos de los que más me han gustado:

Despertares. Escrito en 1973, está basado en la propia experiencia del autor que nos relata no solo el descubrimiento de los efectos beneficiosos (solo temporalmente) de la L-dopa (levodopa, precursor metabólico de la dopamina) en el tratamiento de pacientes catatónicos, sino que también muestra como los propios pacientes "curan" al doctor de su falta de capacidades para establecer relaciones sociales.

El hombre que confundió a su mujer con un sombrero. Escrito en 1985, en este libro se relatan veinte historiales médicos reales que corresponden a pacientes que sobreviven en el difícil mundo de las enfermedades neurológicas. Este libro te pone en el lugar del otro para intentar imaginar y comprender como estas personas se enfrentan y sobreviven a las adversidades diarias.

El tío Tungsteno. Escrito en 2001, este libro refleja mejor que ningún otro que he leído la pasión por el descubrimiento en la Química y la Física. El libro arranca  en 1944, en plena II Guerra Mundial y no para. Experimento a experimento, el niño que fue Sacks va descubriendo los misterios que envuelven la naturaleza.

De reciente publicación, En movimiento. Una vida (2015), es su novela póstuma y mucho más que una autobiografía. Todas las reseñas indican que es la confirmación de las grandes cualidades literarias de su autor (por si todavía existían dudas). Algunas de esas reseñas hablan de Sacks como el doctor beaknit y aunque he de reconocer que un beatnik no es los mismo que un beat, la Generación Beat me gusta y mucho. Buena Ciencia y buena Literatura, una mezcla que ni el mismísimo Jack Kerouac hubiese imaginado... Este libro lo guardo en mi lista de los deseos.

Oliver Sacks en la portada de En Movimiento

Bibliografía: 

- El País, Babelia (14 de noviembre de 2015).

- El Mundo, sección Cultura (11 de noviembre de 2015).

Imágenes:

- Periódico El mundo.

- Bandini.com

EFECTO LEIDENFROST

A todos nos ha pasado. Terminamos de utilizar la sartén y todavía caliente (muy caliente) la dejamos bajo el chorro de agua... ¿Te has fijado qué ocurre si el chorro de agua no es grande?... Las gotas de agua parecen cobrar vida y se desplazan como locas sobre la superficie de la sartén. A pesar de estar muy caliente la sartén, muy por encima de 100 grados centígrados, las gotas de agua no se vaporizan de forma inmediata. Esto es el efecto Leidenfrost.

Este efecto recibe su nombre del físico alemán Johann Gottlob Leidenfrost (1715-1794) que lo describió por primera vez en 1756.

Cuando sobre una placa metálica que se encuentra a alta temperatura se coloca una gota de un líquido volátil (agua o alcohol, por ejemplo), la gota no se vaporiza instantáneamente sino que se mueve de forma desordenada sobre la superficie hasta que finalmente desaparece (transcurridos varios minutos). Pero tarda en hacerlo más tiempo que si la temperatura fuera notablemente inferior. Esto es debido a que a temperaturas por encima de un determinado valor (punto Leidenfrost), la parte inferior de la gota se vaporiza inmediatamente en contacto con la placa caliente. El gas resultante eleva el resto de la gota de agua justo encima de él, impidiendo cualquier contacto directo entre el líquido y la placa caliente. Como, en general, la fase vapor tiene una conductividad térmica mucho menor que la fase líquida, la transferencia de calor entre la placa caliente y la gota se ralentiza considerablemente. Como consecuencia, la vaporización se produce mucho más lentamente. El movimiento caótico que podemos observar se debe también a esa fase de vapor que permite a la gota líquida deslizarse con muy poco rozamiento sobre ella.

En el siguiente vídeo podemos observar este efecto. La placa utilizada es de acero y tiene la forma curva para que la gota de líquido permanezca lo más estable posible en el fondo. Fíjate en los saltos finales que dan las pequeñas gotas...

MAGNETISMO

Los imanes tienen un poderoso efecto hipnótico. Basta coger un par de ellos y ponerse a jugar...

Históricamente, los fenómenos magnéticos se conocen desde la antigüedad. Así, el filósofo griego Tales de Mileto (625 a.C. - 545 a.C.) dejó constancia por escrito de este fenómeno. En China, también se conocía este fenómeno (hay referencias escritas del siglo IV a.C.). En el siglo XII de nuestra era su estudio y aplicación se había desarrollado lo suficiente como para emplear una de sus aplicaciones, la brújula, en el perfeccionamiento de la navegación.

Pero, ¿qué es el magnetismo?...

Como siempre, para un conocimiento más profundo del magnetismo, te recomiendo ir a la bibliografía que aparece al final de esta entrada.

Las corrientes generadas por el movimiento de los electrones en la materia son las responsables de las propiedades magnéticas de la misma. Como existen multitud de materiales diferentes, las interacciones también son muy diferentes. Estas interacciones van desde la casi inapreciable de la madera con un imán hasta la fuerte entre las limaduras de hierro y ese mismo imán. Sí, has leído bien. Existe interacción entre la madera y un imán…

Según su interacción con un campo magnético, podemos clasificar los objetos en tres grandes grupos: Paramagnéticos, Ferromagnéticos y Diamagnéticos.

Para los materiales paramagnéticos y diamagnéticos, la magnetización es distinta de cero solo en presencia de un campo magnético externo. Si no hay campo magnético, no hay magnetización. Para los materiales ferromagnéticos, la magnetización es distinta de cero incluso cuando no hay campo magnético externo.

Cuando tenemos un material diamagnético y lo sumergimos en un campo magnético ocurre que la Magnetización (M) producida se opone al Campo Magnético (B). Es decir, la Magnetización y el Campo Magnético tienen direcciones opuestas. Si tenemos un material paramagnético y lo sumergimos en un campo magnético ocurrirá que la Magnetización y el Campo Magnético serán paralelos.

Explicar el comportamiento de los materiales ferromagnéticos es más complicado y hay que recurrir a un fenómeno cuántico llamado Acoplamiento de Intercambio. Al igual que los materiales paramagnéticos, los ferromagnéticos alinean Magnetización y Campo Magnético pero esta alineación en mucho mayor y su efecto se hace visible.

¿Qué observamos a nivel macroscópico?... Los materiales ferromagnéticos son atraídos por un imán y los paramagnéticos no son atraídos por un imán (en la realidad, sí son atraídos pero esta fuerza es tan débil que es contrarrestada por otras como la propia agitación molecular). Los materiales diamagnéticos son repelidos por el campo magnético. 

En el siguiente vídeo se puede observar el efecto de 4 imanes de neodimio sobre una lámina de grafito pirolítico (material diamagnético):

Bibliografía:

“Física para ciencias e ingeniería”. Tomo II.W. Edward Gettys, Frederick J. Keller y Malcolm J. Skove. Editorial McGraw Hill.

“Física”. Volumen 2. Raymond A. Serway y John W. Jewett. Editorial Thomson.

“Física para la Ciencia y la Tecnología”. Volumen 2ª. Paul A. Tipler y Gene Mosca. Editorial Reverté.

Imágenes:

escuelapedia.com

CIENCIAS EXPERIMENTALES

Construimos y probamos nuestras cámaras oscuras

Ese es el título que le asignan a las materias de Física y Química. Sin embargo, cuando se estudian en los colegios o institutos, por norma general, la parte experimental queda en un segundo, tercer o cuarto plano... o no llega, ni siquiera, a aparecer.

Mi duda es siempre la misma, ¿podemos permitirnos no ir al laboratorio a enseñar Física o Química?...

Creo que se trata de un error de concepto que presenta gran parte del profesorado de Ciencias: El laboratorio es una herramienta complementaria para la enseñanza de la Ciencia. Es importante que asumamos la idea que  Auzaque T., Contreras M. y Delgado J. presentaron en un trabajo de 2009:

El trabajo experimental en el campo de las Ciencias Físicas y Químicas, no debe de ser entendido ni como complemento del trabajo teórico ni como una herramienta didáctica formada por “un conjunto de actividades que rompen la rutina del aula de clase, divierten a los estudiantes o les dan un momento de esparcimiento y relajación”

Las pompas gigantes son la mejor excusa para
estudiar las disoluciones y su preparación

El laboratorio tiene carácter propio y puede ser por sí mismo una herramienta de aprendizaje potentísima, tanto para el alumnado como para el profesorado (¡cuánto me han enseñando esos laboratorios de Quesada y Pitres!). En mi experiencia, el laboratorio es el lugar dónde mayor número de preguntas se producen por parte del alumnado y dónde se establece una relación alumnado-profesorado más productiva. Pero también hay que tener en cuenta que el laboratorio es un lugar que favorece el diálogo y el movimiento. No es un lugar estático (como por desgracia son la inmensa mayoría de las clases teóricas). Eso puede dar una falsa impresión: el laboratorio es ruidoso. Como algún compañero me ha comentado alguna vez "¡Menuda tenías liada en el laboratorio!..." Bueno, 25 alumnos moviéndose por material y reactivos, 25 alumnos observando "cosas raras", 25 alumnos preguntando, 25 alumnos viendo lo que obtienen otros grupos,.... Nadie se plantea que ese jaleo sea negativo en una clase de Educación Física... Por otro lado, yo no me imagino el CERN de Ginebra como una biblioteca (sí, mi laboratorio es un lugar de investigación, de alta investigación). Ya habrá otro momento para la reflexión sobre los resultados que a veces, si queda tiempo, se realiza en el laboratorio (ese día ningún compañero se queja). 

Como ya indicaron Flores J., Caballero M.C. y Moreira M.A.

“Un cambio en nuestra práctica docente en el laboratorio debe implicar esfuerzos orientados a nuevas experiencias en las que se amerita ajustar tiempo, recursos, contenidos didácticos y actitudes para darle al laboratorio el lugar que reclama en el aprendizaje de la ciencia.” 

Y sí, lo asumo. Todo este trabajo no cabe totalmente en las 25 horas de permanencia en centro, las 5 horas de horario no regular y las otras 7.5 horas hasta cumplir el horario laboral. Pero sí cabe mucho, mucho...

Midiendo la velocidad de la luz con ayuda de
queso rayado y un microondas