EL PÁJARO BEBEDOR

Este es el famoso pájaro bebedor. Es importante hacer notar que es necesario la presencia del agua  (o de cualquier otro líquido que se evapore fácilmente). Sin ella, nuestro pájaro nunca funcionará.

Veamos cómo funciona en el siguiente vídeo

Para empezar, el pájaro bebedor NO es una máquina de movimiento perpetuo. Repito: NO es una máquina de movimiento perpetuo. El pájaro bebedor se trata de una máquina térmica.

Vemos las partes que constituyen esta máquina tan entretenida:

1. Vaso con agua. Aunque parezca obvio, sin un depósito de líquido nuestro pájaro bebedor no se moverá.

2. Bulbo superior. Que hace las veces de cabeza.

3. Tubo central. Que conecta los dos bulbos entre sí.

4. Bulbo inferior. Que hace las veces de cuerpo y sirve como depósito del liquido volátil.

5. Líquido volátil. Llena el bulbo inferior de la máquina y es el responsable último del movimiento del sediento pájaro.

Veamos ahora cómo se explica el funcionamiento de nuestro pájaro bebedor. Mojamos la cabeza recubierta de fieltro y soltamos. Automáticamente, se empezará a producir la evaporación de la misma pero para que esto se produzca es necesario tomar energía. Esta energía la toma de la cabeza del pájaro bebedor (bulbo superior) y ésto hace a su vez que disminuya su temperatura. Un descenso de temperatura hace que la presión también disminuya en la cabeza de manera exponencial. La diferencia de presión entre el bulbo superior (cabeza) e inferior (cuerpo) hace que el líquido, empujado por su propio vapor, ascienda lentamente por el tubo central. Al ascender el líquido, el centro de gravedad del pájaro bebedor va modificándose hasta que supera un punto en que pierde su estado de equilibrio. En ese punto, el pájaro bebedor se inclina totalmente sobre el vaso con líquido y vuelve a mojarse para iniciar un nuevo ciclo. Cuando el pájaro bebedor está casi en horizontal, su cabeza (bulbo superior) y cuerpo (bulbo inferior) se ponen en contacto directo y las presiones del vapor se equilibran, el líquido existente en la cabeza refluye y se vuelve a la situación inicial. Por ello, aunque no haya agua en el vaso, mientras la cabeza esté mojada, el pájaro bebedor puede funcionar durante bastante tiempo, hasta que el agua en su cabeza se haya evaporado por completo. En este momento dejará de moverse.

Algunas notas:

1. El grado de humedad en el aire es importante para que el pájaro bebedor funcione. Con altos grados de humedad, la evaporación se dificulta y el movimiento del pájaro bebedor se ralentiza.¿Qué ocurriría en una situación con 100% de humedad?... Al no producirse la evaporación del líquido en el fieltro, el pájaro bebedor no se movería.

2. Dentro del pájaro bebedor se ha realizado el vacío. Es decir, no hay aire. Únicamente nos encontramos con nuestro líquido y su vapor. Este hecho es importante porque si existe aire a la presión atmosférica, el vapor no logrará comprimir dicho aire, y por tanto, el pájaro bebedor no funcionará.

3. El líquido volátil más empleado suele ser cloruro de metileno (punto de ebullición 39,6 grados centígrados).

4. El funcionamiento del pájaro bebedor está relacionado con el HAND BOILER (pincha para verlo) que vimos hace un tiempo.

¿Qué ocurriría si en lugar de agua, nuestro pájaro bebiese alcohol etílico?... ¿Y si colocamos cerca de nuestro pájaro sediento una chimenea?... En los siguientes vídeos se dan las respuestas.

El período de oscilación al "beber" alcohol etílico, disminuye considerablemente con respecto al agua. La razón es que el alcohol necesita menos energía para evaporarse. Al evaporarse más rápido consigue disminuir la presión en la cabeza más rápidamente y la oscilación aumenta- 

Cuando lo acercamos a la chimenea, estamos aportando energía al proceso de evaporación que no es necesario tomar de la cabeza. Esto produce un descenso menor de la presión y el líquido asciende por el tubo de manera más lenta.

ONDAS GRAVITACIONALES EN FEMENINO

Las ondas gravitacionales, o más bien su detección, serán el gran descubrimiento científico de este año (aunque su detección se produjese el 14 de septiembre de 2015. En Ciencia hay que estar seguro de los datos antes de decir nada). Lo más lógico es preguntarse, ¿qué son las ondas gravitacionales?... Las ondas gravitacionales son vibraciones en el espacio-tiempo. El gran Albert Einstein, hace exactamente un siglo, llegó a una  conclusión: Los cuerpos más violentos del cosmos liberan parte de su masa en forma de energía a través de este tipo de ondas. Su detección en septiembre de 2015 ha supuesto una nueva confirmación de la Teoría General de la Relatividad desarrollada por el físico alemán. Albert Einstein y su Teoría de la Relatividad sigue haciendo historia un siglo después...

Las ondas gravitacionales son comparables a las ondas que se mueven en la superficie de un estanque o al sonido en el aire. Las ondas gravitacionales deforman el tiempo y el espacio y, en teoría, viajan a la velocidad de la luz. Su paso puede modificar la distancia entre planetas, aunque eso sí, de forma muy leve. Kip StephenThorne, uno de los pioneros en la búsqueda de estas ondas, considera que estos efectos deben ser especialmente intensos en las proximidades de la fuente, donde se producen "tormentas salvajes" que deforman el espacio y aceleran y desaceleran el tiempo. ¿Ciencia ficción?... No, Física Relativista...

Para llevar a cabo este descubrimiento se ha empleado el LIGO. Las siglas provienen de Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory. Su construcción comenzó en 1984 con Kip S. Thorne, titular de la cátedra Feynman del Instituto tecnológico de California (Caltech), y de Reiner Weiss, catedrático de física en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT). Ha tenido unos costes de desarrollo y operaciones de 365 millones de dólares.

La Interferometría es un principio físico basado en que dos ondas de luz que coinciden en fase se amplifican mientras que dos ondas en oposición de fase se cancelan, existiendo también cualquier combinación intermedia. Esto permite, mediante la medición del grado de cancelación o amplificación de dos haces láser, realizar mediciones de superficies menores a la longitud de onda.

Rainer Weiss, uno de los padres científicos de LIGO, ha explicado de una forma muy gráfica lo que ha significado la detección de las ondas gravitacionales: "Tomen una cinta de un metro y divídanla por un millón. Eso les dará una micra, el tamaño de una célula o de un cabello fino. Vuelvan a dividir eso por un millón y tendrán el tamaño de un átomo de hidrógeno. Pues aún deberían dividirlo de nuevo por un millón para tener el tamaño del movimiento que hemos detectado con LIGO".

En este gran descubrimiento ha participado un equipo de investigadores de la Universidad de la Islas Baleares. Y aquí se encuentra nuestra onda gravitacional en femenino: Alicia Magdalena Sintes Olives.

Alicia Magdalena Sintes Olives es profesora titular de la Universidad de las Islas Baleares en el área de Física Teórica. Doctora en Física por la UIB, ha realizado estancias postdoctorales, primero con una beca Marie Curie y posteriormente como investigadora senior en el Instituto Max Planck für Gravitationsphysik de Alemania, así como otras estancias más cortas en países como Canadá, Reino Unido o Austria.

Su investigación se centra en el campo de la astronomía de ondas gravitacionales. La doctora  Alicia Sintes tiene una larga trayectoria de participación en grandes colaboraciones internacionales como LIGO, GEO (principales detectores de ondas gravitacionales) y también está involucrada en la misión espacial eLISA y en el diseño de futuros detectores como Einstein Telescope. Alicia Sintes ha liderado diferentes investigaciones dentro de las colaboraciones de LIGO y GEO y ha ocupado diversos puestos de responsabilidad en ellas.

Por otro lado, Alicia Sintes ha sido asesora científica de la Agencia Espacial Europea: como miembro del ESA's Fundamental Physics Advisory Group y como miembro del Fundamental Physics Roadmap Advisory Team. A su vez fue miembro del grupo G8 de la Red de infraestructuras de Astronomía y miembro de la Red de Interlocutores Universitarios para el 7º Programa Marco, grupo de Seguridad y Espacio, del Servicio Europa I+D de la CRUE.

Con respecto a la detección de las ondas gravitacionales, la investigadora ha comentado en distintos medios: "Es un momento histórico para la física y la astrofísica... comienza una nueva era protagonizada por la astrofísica gravitacional".

En declaraciones a Huffingtonpost, Alicia Sintes confiesa haber vivido una "época dura" por la situación de la ciencia en España durante los últimos años. "Nosotros no montamos los observatorios, pero necesitamos financiación para sostener los recursos computacionales, los ordenadores que utilizamos o los viajes a las reuniones de trabajo y los turnos del detector Advanced LIGO", comentaba a este medio de internet. La inversión en I+D "es fundamental para sobrevivir y competir al mismo nivel que los investigadores de Caltech o el Instituto Max Planck", señala. Alicia Sintes afirma que "la ciencia y la educación impulsan a un país", por lo que pide al próximo gobierno nacional y a las administraciones regionales "que no se olviden de la investigación".

La detección de las ondas gravitacionales no solamente ha supuesto la confirmación de una de las Teorías científicas más importantes de la Ciencia sino que además nos ha permitido conocer a otra investigadora destacada: Alicia Sintes.

Imágenes:

www.huffingtonpost.es

www.goodreads.com

Información:

www.huffingtonpost.es

www.uib.es/es/personal

www.elpais.com
www.elmundo.com

EL HIDRÓGENO

En la búsqueda de alternativas a los combustibles fósiles, una de las opciones que más desarrollo está teniendo es el motor eléctrico. Sin embargo, también está como posibilidad el motor de hidrógeno. Las ventajas de este motor de hidrógeno son claras: no necesita pesadas baterías y su potencia y autonomía serían mayores. Pero, ¿cuál sería la mayor ventaja?... La contaminación nula. En principio, la contaminación producida sería nula ya que la combustión del hidrógeno produce energía y agua. Pero es importante remarcar que al hablar de contaminación nula hay que tener mucho cuidado. Es cierto que su combustión solo produce agua pero ¿qué ocurre hasta que hemos producido industrialmente ese  hidrógeno?... Lo normal es que se produzcan deshechos y residuos, y por tanto, tengan que ser tratados como elementos contaminantes.

El hidrógeno es el elemento más abundante con diferencia del universo. Sin embargo, es tan ligero que la gravedad de la Tierra no es lo suficiente elevada como para retenerlo y escapa al espacio. Por ello, como solo existen trazas de él en la atmósfera la mayor parte del hidrógeno que se emplea como combustible hoy en día procede de los combustibles fósiles (petróleo y gas natural mayormente). Esta opción de obtención de hidrógeno es ecológicamente muy desfavorable. Otra opción más ecológica y sostenible de obtener hidrógeno es extraerlo termoquímicamente de la biomasa, usando altas temperaturas y catalizadores muy caros. Aunque existen alternativas como la fermentación, la electrolisis y la conversión fotoelectroquímica, estos métodos no pueden degradar las moléculas que forman la mayor parte en peso de la biomasa (lignina y celulosa) presentes en hierbas y maderas, con lo que la eficiencia para obtener el hidrógeno desaparece.

Sin embargo, un equipo de investigadores encabezado por Wei Liu, del Instituto de Tecnología de Georgia (EE.UU.), han presentado una tecnología electrolítica que puede extraer hidrógeno a partir de casi cualquier tipo de biomasa.

El proceso tiene lugar en una cuba eletrolítica que contiene una membrana, que los protones (átomos de hidrógeno que han perdido un electrón) pueden atravesar, colocada entre dos placas que son el ánodo y el cátodo. Una dispersión en agua de biomasa en polvo y un catalizador (polioxometalato o POM) se añaden a la parte del ánodo de la cuba. Calentando esta mezcla o, simplemente exponiéndola al sol, las moléculas de POM se encargan de arrancar átomos de hidrógeno de la biomasa, convirtiéndose en H-POM. Si ahora se aplica un voltaje entre los electrodos, las moléculas H-POM dejan un electrón en el ánodo cargado y "abandonan" el protón en el agua. Los electrones fluyen por el circuito hasta el cátodo de la cuba, donde los protones solitarios han llegado atravesando la membrana (son los únicos que pueden atravesarla) . Protones y electrones se combinan en el cátodo, formando átomos de hidrógeno, que reaccionan entre sí rápidamente para formar hidrógeno molecular que puede ser recogido y almacenado.

Esquema del proceso descrito

Este nuevo proceso de obtener hidrógeno, abre la puerta a la producción de hidrógeno ajustándolo a la cantidad y variedad de biomasa disponible. Esto implica la posibilidad de producir localmente hidrógeno en pequeñas instalaciones con biomasa disponible para un consumo también local. El grupo de investigación sigue trabajando para aumentar el rendimiento del proceso y se plantean la posibilidad de construir la primera planta piloto. Todo parece indicar que estos estudios están pensados para pequeñas plantas productoras de hidrógeno. ¿Autoconsumo?... ¿Independencia energética?... Todos recordamos lo que ha ocurrido en España con los pequeños productores de energía solar. Al principio todo era maravilloso y luego... un infierno para los pequeños productores que se subieron al carro... como algunos lo han calificado: Una estafa estatal en toda regla. Hablan de potenciar las energías renovables y limpias (aunque yo prefiero decir no tan sucias) pero todo se ha quedado en palabras y en recaudar dinero...

Durante el curso 2014/15 dentro de la materia Taller de Ciencias de 1º ESO trabajamos las reacciones químicas, y dentro de ellas, la reacción entre ácidos y metales. Comparamos la reacción entre el ácido clorhídrico y el cinc y la reacción entre el salfumán (disolución al 20% de ácido clorhídrico) y el papel de aluminio. En ambas reacciones, se produce hidrógeno. Los resultados se pueden ver en este vídeo (la segunda reacción está acelerada al doble ya que tardó casi 2 minutos en producirse).

Con el grupo obtuvimos algunos resultados:

-Comprobamos experimentalmente la definición de reacción química.
-Comprobamos que sustancias parecidas tienen comportamientos parecidos: los metales reaccionan con los ácidos pero no lo hacen a la misma velocidad, por ejemplo.
-Observamos la importancia de la producción de gases por la presión y sus efectos. Esto nos sirvió para comprender la importancia de las medidas de seguridad en el laboratorio.
-Vimos un ejemplo de reacción exotérmica.

Con otros niveles más altos se puede trabajar los potenciales redox, la importancia de la concentración de los reactivos, búsqueda de las condiciones de trabajo para cumplir la Ley de la Conservación de la Masa, qué ocurre con los metales nobles y los ácidos,...

El hidrógeno parece ser una de las opciones para un mundo menos contaminado. Por cierto, en esta búsqueda de energía alternativas no podemos olvidarnos de lo que ya tenemos: la Energía Solar. Muchas veces parece que esta opción no acaba de arrancar (¿o no quieren que arranque?...)

Información:

http://culturacientifica.com/2016/02/03/hidrogeno-a-partir-de-cualquier-biomasa/
Imágenes:
www.ecoportal.net

LICOPODIO

Jugar con fuego es, en muchos casos, una de las características de la adolescencia. Las esporas de licopodio (Lycopodium clavatum) nos dan la oportunidad de dejar a nuestro alumnado literalmente jugar con fuego mientras aprenden conceptos básicos de Física y Química. Pero no solo su comportamiento frente al fuego es sorprendente. Frente al agua también nos permite sumergirnos en ella sin mojarnos. ¿El secreto de este comportamiento?... La composición química de estas esporas y la superficie de contacto.

El Lycopodium clavatum, conocido en España como licopodio, colchón de pobre o caminera, es una planta rastrera y de hoja perenne cuyas esporas son de una tonalidad amarillo pálido, finas y muy livianas. Los pedúnculos de esta planta acaban en espigas que contienen las esporas. La forma de preparar estas esporas es extraerlas y dejarlas secar después de su maduración. Crece en zonas húmedas y sombrías, y en el caso de España, se puede encontrar en la zona de los Pirineos y la cordillera Cantábrica. Las aplicaciones de estas esporas no solo se centran en el laboratorio para el estudio de procesos de combustión o en la puesta de manifiesto de las ondas sonoras, sino que tiene aplicaciones en la medicina tradicional o en la controvertida homeopatía. Dadas sus características físicas, también han sido empleadas para poner de manifiesto la presencia de huellas digitales en la investigación forense.

Veamos su comportamiento frente al fuego:

Como puede observarse en la imagen y el vídeo, al lanzar las esporas de licopodio sobre una llama, se observa la producción de una deflagración. Esto se debe a dos motivos: al elevado contenido graso de las mismas y a su gran superficie de contacto que facilita la interacción con el oxígeno. La mezcla de los cuatro elementos: una llama externa, el oxígeno del aire, el gran contenido graso y la gran superficie de contacto de las esporas de licopodio justifica la producción de este fenómeno. Para comprobar la importancia de la superficie de contacto en este fenómeno, preparamos un pequeño montón de licopodio y le acercamos el mechero. Solo tras mantener durante mucho tiempo la llama sobre las esporas de licopodio conseguiremos que aparezca una pequeña llama sobre él, que tiende a desaparecer rápidamente al separar el mechero. En este caso, la superficie de contacto entre la llama y el licopodio es menor lo que dificulta el proceso de combustión que se produce con gran facilidad cuando las esporas son espolvoreadas.

Veamos su comportamiento frente al agua:

Al extraer los diferentes objetos están completamente secos y de nuevo la explicación se encuentra en la composición química de las esporas de licopodio y su pequeño tamaño. Debido a su diminuto tamaño, las esporas de licopodio envuelven completamente el objeto que las atraviesa en su camino hacia el agua. Los aceites grasos de su composición química, de marcado carácter hidrófobo, crean una película protectora que evita el contacto entre el objeto y el agua. Además, si se introduce un objeto no muy denso, como un bolígrafo, se observa que el recubrimiento de licopodio actúa como flotador, impidiendo que el objeto se hunda en el agua como haría en condiciones normales.

Para más información, pincha en el siguiente enlace donde encontrarás imágenes y vídeos relacionados con el licopodio y sus propiedades:

Licopodio en el IES Sulayr (curso 2014-15)