Archivos diarios: 31 marzo, 2016

El péndulo de Foucalt y la rotación terrestre.

El 31 de marzo de 1851, el físico francés Leon Foucalt (18 de septiembre de 1819, París, Francia – 11 de febrero de 1868, París) demuestra el funcionamiento de su péndulo en el Panteón de París, a petición de Napoleón Bonaparte, demostrando experimentalmente la rotación de la Tierra.

Demostró experimentalmente la rotación terrestre mediante un enorme péndulo, el llamado “péndulo de Foucault”, que se balanceaba en el Observatorio de París. El péndulo consistía en una bala de cañón de 26 kg colgada de la bóveda del edificio mediante un cable de acero de 67 m de largo. El periodo del péndulo era de unos 17 s.

foucalt3La suspensión del extremo superior del hilo permitía al péndulo oscilar con igual libertad en todas las direcciones. En su parte inferior, la bala de cañón tenia adherida un pequeño estilete. El suelo del Panteón estaba cubierto de arena de manera que en cada ida y vuelta el estilete dejaba una marca diferente en la arena, cada una de ellas unos dos milímetros a la izquierda de la anterior porque la Tierra giraba.

En oscilaciones sucesivas, el plano de oscilación del péndulo rotaba en el sentido de las agujas del reloj. En una hora el plano de oscilación del péndulo giraba unos 11° y la circunferencia se completaba en algo más de 32 horas.

Fue la primera demostración dinámica de la rotación de la Tierra.

El 6 de abril del año 2010, el cable del péndulo del Panteón de París, se rompió, causando un daño irreparable al péndulo y al suelo de mármol del Museo de Artes y Oficios, donde se exhibía.

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Se completa la construcción de la Torre Eiffel.

El 31 de marzo de 1889, finalizaban las obras de uno de los hitos tecnológicos del siglo XIX y una de los edificios más representativos de todo el mundo, la Torre Eiffel de París, Francia.

torre eiffel3La Torre Eiffel fue construida por Gustave Eiffel (Dijon, 15 de diciembre de 1832-París, 27 de diciembre de 1923) y diseñada por diseñada por Maurice Koechlin y Émile Nouguier , con motivo de la Exposición Universal de 1889 que conmemoraba el primer centenario de la Revolución Francesa.

El proyecto fue elegido entre los 107 proyectos presentados.

Su construcción duró 2 años, 2 meses y 5 días.

Está situada en el extremo del Campo de Marte a la orilla del río Sena. La torre Eiffel fue la estructura más elevada del mundo durante 41 años, con una altura original de 300 metros, prolongada más tarde con una antena a 324 metros.

Diseñada para durar sólo 20 años, se salvó gracias a los experimentos científicos promovidos por Eiffel y, en concreto, las primeras transmisiones radiográficas, seguidas de las telecomunicaciones: señales de radio de la torre al Panteón en 1898, sirvió como radio militar en 1903, realizó la primera emisión de radio pública en Francia en 1925 y posteriormente se utilizó como antena de televisión.

La torre se asienta en un cuadrado de 125 metros de lado y está situada a 33,5 metros por encima del nivel del mar.

El 6 de junio de 1884, Maurice Koechlin realiza el primer croquis del edificio. El dibujo representaba una torre de 300 metros de altura, donde las cuatro caras curvas estaban unidas por plataformas cada 50 metros hasta llegar a la cumbre. Stephen Sauvestre, arquitecto en jefe de la empresa Eiffel es llamado para colaborar en el proyecto y vuelve a redibujar completamente el edificio para darle otra envergadura: Sauvestre propuso pedestales en las patas recubiertos con mampostería, arcos monumentales para unir las columnas y el primer nivel, reduce el número de plataformas de cinco a dos y diseña el perfil característico de la Torre entre otros cambios.

El 18 de septiembre de 1884, Gustave Eiffel en su nombre y los de Koechlin y Nouguier, presenta una patente para “una nueva disposición que permita la construcción de pilas y torres de metal con una altura superior a 300 metros”. Poco tiempo después compra los derechos de Koechlin y Nouguier, para obtener los derechos exclusivos sobre la futura torre que, por lo pronto, lleva su nombre.

Las primeras excavaciones se realizaron el día 28 enero 1887.

El montaje de las patas de la estructura comienzan el 1 julio 1887 Las patas reposan sobre cimientos de hormigón instalados unos metros bajo el nivel del suelo sobre una cama de grava compacta.

Cada arista metálica reposa sobre su propia pilastra, unida a las demás mediante muros, sobre la cual ejerce una presión de 3 a 4 kilos por centímetro cuadrado. En el lado del Sena, se utilizaron artesones metálicos estancos y aire comprimido inyectado lo cual permitía a los obreros trabajar bajo el nivel del agua.

La unión de las grandes vigas del primer nivel se completó el 7 diciembre 1887.

Posee un total de 18.038 piezas de hierro con su propio esquema descriptivo y ensambladas mediante 2.500.000 remaches. El peso de la estructura metálica es de 7.300 toneladas, para un peso total de 10.100 toneladas.

El 31 de marzo de 1889 se termina la obra. El edificio terminado quedaba abierto a disposición del público hasta la tercera plataforma.

torre eiffel2

El coste estimado originalmente era de 6,5 millones de francos pagados a fecha de 8 de enero de 1887, además se preveía aportar hasta un máximo de 1,5 millones de francos por gastos no previstos. Sin embargo el coste final de la obra se elevaría otros 1,5 millones de francos más de lo previsto,

El número de trabajadores a pie de obra fue de 250 a los que hay que añadir otros 150 operarios en la fábrica de Levallois-Perre de Eiffel.

El 6 de mayo de 1889, la Exposición Universal abre sus puertas al público, que podrían subir a la Torre Eiffel a partir del 15 de mayo. A lo largo de ese año, recibiría 1.896.987 visitantes. En al año 2010, se llegaría a los 250 millones de visitantes.

Cesio, rubidio, la espectroscopía y un mechero de laboratorio (entre otras muchas cosas); Bunsen.

El 31 de marzo de 1811, nacía el químico alemán Robert Wilhelm Bunsen (Gotinga, Reino de Westfalia, Confederación del Rin, 31 de marzo de 1811 – Heidelberg, Gran Ducado de Baden, Imperio alemán, 16 de agosto de 1899)

bunsen1Investigó la interacción entre la materia y la energía radiada. Descubrió el cesio (1860) y el rubidio (1861) conjuntamente con Gustav Kirchhoff por métodos espectroscópicos aunque el cesio metálico libre sólo pudo ser aislado 20 años más tarde por Carl Setterberg. Bunsen desarrolló varios métodos de análisis de gases, fue pionero de la fotoquímica, y de los primeros en trabajar en el campo de la química organoarsénica (compuestos que contienen un enlace químico entre el arsénico y el carbono).

Con su asistente de laboratorio, Peter Desaga, desarrolló el famoso Mechero Bunsen, una mejora en los quemadores de laboratorio entonces en uso. El Premio de Bunsen – Kirchhoff para la espectroscopia fue creado en honor a los dos científicos.

Estudió en su ciudad natal y completó luego sus estudios de química en París, Berlín y Viena, hasta que en 1833 fue llamado a la Universidad de Gotinga para suceder a Friedrich Wöhler en la cátedra de Química. Posteriormente enseñó en Marburgo (1841), en Breslau (1851) y, finalmente, en Heidelberg (desde 1852), donde fundó una célebre escuela de químicos y químico-físicos.  En 1834, obtiene un puesto de profesor en Göttingen, dónde estudia las sales metálicas, lo que le da la ocasión de su primer descubrimiento: el óxido de hierro hidratado, el cual resulta ser un antídoto aún utilizado contra el envenenamiento por arsénico.

En 1836, sucede a Friedrich Wöhler como profesor de química en la Escuela Politécnica de Kassel, pero deja el puesto dos años más tarde para ir a trabajar en la Philipps-Universität de Marbourg (entre Fráncfort y Kassel).

Dedicó sobre todo su actividad a los problemas de química-física, y los descubrimientos hechos en esta rama le hicieron célebre. En el campo de la química orgánica destacan sus estudios de las series cacodilo (1837-1842), resultado de su trabajo sobre los compuestos de cacodilo que permitieron profundizar en el concepto de radical y que fundamentarían la química de compuestos organometálicos. Investigó los cianuros dobles y confirmó el principio de química orgánica en el que la naturaleza de un compuesto depende de los radicales que lo componen.

bunsen2En el campo de la química inorgánica y analítica destaca la invención de la pila que lleva su apellido y su método de separación de metales (magnesio, aluminio, sodio, bario, calcio y litio) por electrodeposición. Entre sus inventos se encuentran el calorímetro de hielo, bomba de filtro y la célula eléctrica de cinc y carbono.

Robert Bunsen expuso estos descubrimientos en unas célebres Memorias sobre las pilas (1841). En ellas describió una pila en que un electrodo está formado de una mezcla de petróleo y de coque; con esta aportación logró igualar el valor de la fuerza electromotriz de la pila que había inventado el físico británico William Robert Grove. En la misma obra expone Bunsen los ensayos por él realizados con ácido crómico y bicromato de potasa, que dieron lugar al tipo más sencillo de pila Bunsen.

En 1841, perfecciona la pila de Grove reemplazando el electrodo de platino por un electrodo de carbono. Esta pila que lleva su nombre será perfeccionada de nuevo por Georges Leclanché.

La pila de Bunsen o celda de Bunsen es una de celda electroquímica primaria (es decir, no recargable) de zinc-carbono compuesta por un ánodo de zinc en disolución diluida de ácido sulfúrico (al 10 por 100 aproximadamente en peso), separado por una vasija porosa, de un cátodo de carbono en ácido nítrico o ácido crómico. El hidrógeno que se dirige hacia el carbón de retorta atraviesa el vaso poroso; pero en vez de depositarse en el carbón mismo, dando lugar a la polarización y por lo tanto a la disminución de la intensidad de la corriente, reacciona con el ácido nítrico, descomponiéndolo, y de este modo queda asegurada la constancia de la pila. Con los perfeccionamientos más recientes, la pila de Bunsen alcanza una fuerza electromotriz cercana a los dos voltios, mientras que su resistencia interna se aproxima a los 0,2 ohmios.

En 1852, después de una estancia breve en Breslau, sucede a Leopold Gmelin en la cátedra de química de la Universidad de Heidelberg, cargo que ocupará toda su vida. Ahí, se concentra en el mejoramiento de las pilas, lo que le permite preparar por electrólisis varios metales: aluminio, bario, calcio, cromo, litio, magnesio, manganeso, sodio.

Dedicado después al estudio de la química y de la física de los gases, Robert Bunsen ideó una serie de métodos que expondría en la obra Métodos gasométricos (1857).

A partir de 1860, trabaja en la espectroscopia con Gustav Kirchhoff, que introdujo la utilización del prisma para mostrar el espectro, y participa en la puesta a punto de lo que nombramos hoy el mechero Bunsen, como una mejora del quemador desarrollado por Michael Faraday. Identifican así el cesio y el rubidio.

bunsen3El mechero o quemador Bunsen es un instrumento utilizado en los laboratorios científicos para calentar o esterilizar muestras oreactivos químicos. Es un quemador de gas natural o preparado del tipo de premezcla y la llama es el producto de la combustión de una mezcla de aire y gas butano.

El quemador tiene una base pesada en la que se introduce el suministro de gas. De allí parte un tubo vertical por el que el gas fluye atravesando un pequeño agujero en el fondo de tubo. Algunas perforaciones en los laterales del tubo permiten la entrada de aire en el flujo de gas (gracias al efecto Venturi) proporcionando una mezcla inflamable a la salida de los gases en la parte superior del tubo donde se produce la combustión, muy eficaz para la química avanzada.

El mechero Bunsen es una de las fuentes de calor más sencillas del laboratorio y es utilizado para obtener temperaturas no muy elevadas. Consta de una entrada de gas sin regulador, una entrada de aire y un tubo de combustión. El tubo de combustión está atornillado a una base por donde entra el gas combustible a través de un tubo de goma, con una llave de paso. Presenta dos orificios ajustables para regular la entrada de aire.

En 1857, Bunsen había observado que, al poner una sustancia sobre la llama de un mechero Bunsen, se producían diferentes coloraciones según la naturaleza de la misma. Tres años después, Bunsen y Kirchhoff diseñaron y construyeron el primer espectroscopio, instrumento utilísimo en el análisis químico cualitativo que permite estudiar los espectros de las sustancias incandescentes. La luz que se desea analizar se sitúa ante una rendija regulable; al pasar a través de ella, de un prisma y de un sistema de lentes, se obtiene la imagen de la rendija en un ocular. Tras numerosos intentos, no consigue aislar el cesio el cual sería obtenido por electrolisis de sales fundidas por Carl Setterberg, en 1862.

La espectroscopia o espectroscopía es el estudio de la interacción entre la radiación electromagnética y la materia, con absorción o emisión de energía radiante. Tiene aplicaciones en astronomía, física, química y biología, entre otras disciplinas científicas.
El análisis espectral se basa en detectar la absorción o emisión de radiación electromagnética a ciertas longitudes de onda y se relacionan con los niveles de energía implicados en una transición cuántica.

El mismo Bunsen descubrió, por medio del análisis espectral, dos nuevos elementos químicos, que llamó respectivamente cesio y rubidio.

El cesio fue descubierto al encontrar dos líneas brillantes de color azul en el espectro del carbonato de cesio y del cloruro de cesio. Dichas sales de cesio fueron aisladas por Robert Bunsen, precipitándolas en el agua mineral. A pesar de los intentos infructuosos de Bunsen por aislar el elemento en su forma metálica, hubo que esperar hasta 1862 para que Carl Setterberg pudiera aislarlo mediante electrólisis del cianuro de cesio fundido.

bunsen5El rubidio  fue descubierto en 1861 por Robert Bunsen y Gustav Kirchhoff en la lepidolita utilizando el espectroscopio al detectar las dos rayas rojas características del espectro de emisión de este elemento y que son la razón de su nombre

Bunsen juntamente con Kirchhoff, expuso la teoría del análisis espectral en un volumen publicado en 1861, El análisis químico mediante observaciones espectrales.

Entre sus obras, destacan Descriptio hygrometrorum (Gotinga, 1830); El hidrato de hierro, contraveneno del arsénico blanco y del ácido arsenioso (1837); Métodos gasométricos; Instrucción para el análisis de las cenizas y de las aguas minerales (1874); Combinaciones de los cianuros dobles con el amoníaco; Método volumétrico de una aplicación general; Análisis química basada en las observaciones del espectro; Preparación eléctrica de los metales alcalinos y alcalinotérreos.

La estructura de los átomos. La “regla de Hund”.

El 31 de marzo de 1997, fallecía el físico alemán Friedrich Hund (4 de febrero, 1896, Karlsruhe, Alemania – 31 de marzo, 1997, Karlsruhe).

hundHund comenzó sus estudios en las escuelas de Karlsruhe, Erfurt  y Naumburg, donde obtuvo el  Abitur (el título de secundaria en Alemania) en 1915 en el  Realgymnasium.

Estudió matemáticas, física y geografia en las Universidades de Marburgo y de Göttingen , donde se licenciaría en 1921.

En Göttingen fue alumno de  James Franck, David Hilbert, Richard Courant y  Carl Runge.

En el año 1922 obtendría su doctorado en Física en la Universidad de Göttingen, siendo su tutor Max Born, con una Tesis sobre el efecto  Ramsauer-Townsend titulada “Versuch einer Deutung der grossen Durchlässigkeit einiger Edelgase für sehr langsame Elektronen”.

Fue asistente oficial de Max Born, de 1922 a 1927 junto con otros físicos de la talla de  Werner Heisenberg y Pascual Jordan.

En 1925 obtendría una plaza de profesor de física teórica en Göttingen.

En 1926 y 1927 trabajó algunos meses con Niels Bohr en la Universidad de Copenhague.

En 1927 fue nombrado profesor de física teórica en la Universidad de Rostock .

En 1929 sería invitado como profesor en la  Universidad de Harvard  donde dio una conferencia sobre el átomo.

En 1929 fue profesor de física matemática en la Universidad de Lepizig coincidiendo de nuevo con Heisenberg.

Ambos organizaron de forma conjunta, durante años, un seminario sobre la “Estructura de la materia”

hund3De entre sus numerosos trabajos, cabe citar; “Grundbegriffe der Physik” (Fundamentos de física) (1969), “Geschichte der Quantentheorie” (Historia de la teoría cuántica) (1975), y “Geschichte der physikalischen Begriffe” (Historia de los conceptos físicos) (1978).

Entre sus distinciones mas notables, destacan la Medalla Max Planck en 1943, la medalla Cothenius en 1971 y el Premio Otto Hahn en 1974.

De entre su contribuciones más importantes destacan especialmente; la teoría de los orbitales moleculares, donde considera a la molécula como una unidad a la cual pertenecen todos los electrones de los átomos constituyentes y en especial el haber planteado de forma empírica el “principio de máxima multiplicidad” según el cual, los electrones se distribuyen en el mayor número posible de órbitas, de forma que tengan los espines paralelos.

La teoría de los orbitales moleculares (TOM) (en inglés: Molecular orbital theory o MO), es un método para determinar el enlace químico en la que los electrones no están asignados a enlaces individuales entre átomos, sino que se mueven bajo la influencia de los núcleos de toda la molécula.

hund2La regla de Hund, estipula que, cuando en el nivel más de la batería alto hay varios orbitales con la misma energía (degenerados), el alineamiento del espín de los electrones desapareados es ferromagnético. Con esto se explica el paramagnetismo del dioxígeno, y de los cationes de muchos metales de transición.

Al llenar orbitales de igual energía (los tres orbitales p, los cinco d, o los siete f) los electrones se distribuyen, siempre que sea posible, con sus espines paralelos, es decir, que no se cruzan. La partícula subatómica es más estable (tiene menos energía) cuando tiene electrones desapareados (espines paralelos) que cuando esos electrones están apareados (espines opuestos o antiparalelos).

La regla de Hund (dos orbitales con los mismos números cuánticos n y l tienen la misma energía. Para llenarlos, primero se coloca un electrón en cada orbital; a continuación, se completan con el segundo electrón) complementa el principio de exclusión de Pauli (dos electrones de un mismo átomo no pueden tener cuatro números cuánticos iguales).

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