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El microscopio de efecto túnel; Binnig.

El 20 de julio de 1947, nacía el físico alemán Gerd Binnig (Fráncfort del Meno, 1947).

binningEn 1986 fue galardonado, junto el físico suizo Heinrich Rohrer, con el Premio Nobel de Física por el diseño del primer microscopio de exploración de efecto túnel, premio que compartió con el físico alemán Ernst Ruska, inventor del microscopio electrónico.

Binnig estudió física en el J. W. Universidad Goethe en Frankfurt , obteniendo sulicenciatura en 1973 y permaneciendo allí para hacer su doctorado con el grupo de Martienssen de Werner, supervisado por Eckhardt Hoeni.

En 1978, aceptó una oferta de IBM para trabajar con ellos en Zúrich. Junto a Heinrich Rohrer desarrolló y perfeccionó el microscopio de efecto túnel (STM) en 1981, que permite ver átomos individualmente, obteniendo una imagen muy precisa de la superficie de un material.

Un microscopio de efecto túnel (en inglés, Scanning tunneling microscope o STM) es un instrumento para tomar imágenes de superficies a nivel atómico. Para un STM, se considera que una buena resolución es 0.1 nm de resolución lateral y 0.01 nm de resolución de profundidad. Con esta resolución, los átomos individuales dentro de los materiales son rutinariamente visualizados y manipulados. El STM puede ser usado no solo en ultra alto vacío, sino que también en aire, agua, y varios otros líquidos o gases del ambiente, y a temperaturas que abarcan un rango desde casi cero Kelvin hasta unos pocos cientos de grados Celsius.

binning4El STM está basado en el concepto de efecto túnel (fenómeno cuántico por el que una partícula viola los principios de lamecánica clásica penetrando una barrera de potencial o impedancia mayor que la energía cinética de la propia partícula). Cuando una punta conductora es colocada muy cerca de la superficie a ser examinada, una corriente de polarización (diferencia de voltaje) aplicada entre las dos puede permitir a los electrones pasar al otro lado mediante efecto túnel a través del vacío entre ellas. La resultante corriente de tunelización es una función de la posición de la punta, el voltaje aplicado y la densidad local de estados(LDOS por sus siglas en inglés) de la muestra.
La información es adquirida monitoreando la corriente conforme la posición de la punta escanea a través de la superficie, y es usualmente desplegada en forma de imagen.

La microscopía de efecto túnel requiere superficies extremadamente limpias y estables, puntas afiladas, excelente control de vibraciones, y electrónica sofisticada.

Los STM superan las limitaciones de los microscopios ópticos; aberración visual, límites de longitud de ondarealizando un barrido de superficie sobre el objeto con electrones “tuneladores”.

En 1985 Binnig inventó el microscopio de fuerza atómica ( AFM ) Binnig ,Christoph Gerber y Calvin Quate desarrollaron una versión de trabajo de este nuevo microscopio para superficies aislantes.

binning2En 1994 Binnig fundó Definiens que convirtió en el año 2000 en una empresa comercial. La compañía desarrolló Cognition Network Technology para analizar imágenes con un mecanismo similar al ojo y cerebro humanos.

En 2016 , Binnig ganó el Premio Kavli de Nanociencia .

El centro de nanotecnología Binnig and Rohrer Nanotechnology Center , un centro de investigación de propiedad de IBM en Rüschlikon, Zürich lleva el nombre de Gerd Binning y Heinrich Rohrer.

Binnig trabaja en el Laboratorio de Investigación de IBM en Zúrich.

La desintegración nuclear; Harriet Brooks.

El 21 de julio de 1904, en una carta enviada a la revista Nature, la física nuclear de origen canadiense Harriet Brooks (Exeter, Ontario, Canadá, 2 de julio de 1876 – 17 de abril de 1933) describía un tipo peculiar de la volatilidad mostrada por un depósito activo de radio inmediatamente después de retirada su emanación.

Harriet brooksEn 1909, el químico alemán Otto Hahn, (Fráncfort del Meno, Reino de Prusia, 8 de marzo de 1879 – Gotinga, Alemania Occidental, 28 de julio de 1968) demostraría que “el efecto era debido a la retracción del radio B de la superficie activa que acompaña a la expulsión de una partícula alfa de radio A”.

Aunque Harriet Brooks no lo sabía, se había convertido en la primera persona en la Historia, en describir el retroceso del núcleo atómico en forma de partículas nucleares emitidas durante la desintegración radiactiva.

Este método de la separación de los elementos por retroceso se demostraría esencial para investigar la compleja serie de cambios en los cuerpos radiactivos.

La radiactividad o radioactividad es un fenómeno físico por el cual los núcleos de algunos elementos químicos, llamados radiactivos, emiten radiaciones que tienen la propiedad de impresionar placas radiográficas, ionizar gases, producir fluorescencia, atravesar cuerpos opacos a la luz ordinaria, entre otros.

Debido a esa capacidad, se les suele denominar radiaciones ionizantes (en contraste con las no ionizantes). Las radiaciones emitidas pueden ser electromagnéticas, en forma de rayos X o rayos gamma, o bien corpusculares, como pueden ser núcleos de helio, electrones o positrones, protones u otras. En resumen, es un fenómeno que ocurre en los núcleos de ciertos elementos inestables, que son capaces de transformarse o decaer, espontáneamente, en núcleos atómicos de otros elementos más estables.

harriett brooksLa desintegración radiactiva es el proceso por el cual los átomos inestables radiactivos liberan energía, ya sea por medio de radiación electromagnética o mediante partículas.
El estudio de la radiactividad y su desarrollo posterior se debe casi exclusivamente al matrimonio de Marie y Pierre Curie, quienes encontraron otras sustancias radiactivas: el torio, el polonio y el radio. Demostraron que la intensidad de la radiación emitida era proporcional a la cantidad de uranio presente, por lo que los Curie dedujeron que la radiactividad era una propiedad atómica.

El radón había sido descubierto en 1900 por Friedrich Ernst Dorn. Anteriormente, en 1899, Pierre y Marie Curie habían observado que el gas emitido por el radio mantuvo su radiactividad durante un mes.

Ese mismo año, Harriet Brooks, Robert Bowie Owens y Ernest Rutherford, en la Universidad McGill de Montreal, observaron variaciones al tratar de medir la radiación del óxido de torio.

Rutherford se dio cuenta de que los compuestos de torio emiten continuamente un gas radiactivo que conserva los poderes radiactivos durante varios minutos, y llamó primero a este gas emanación (del latín “Emanare”), y después emanación de torio (Th Em).

harriet brooks3Harriet Brooks, en 1903 trabajó con el físico británico J.J. Thompson (Mánchester, Inglaterra, 18 de diciembre de 1856 – Cambridge, Inglaterra, 30 de agosto de 1940) en el Laboratorio Cavendih de la Universidad de Cambridge.

En 1906 trabajó en el Instituto Curie en Paris bajo la supervisión de Marie Curie sobre el período de semidesintegración del plomo.

En 1904, Brooks fue nombrada miembro del cuerpo docente del Barnard College.

De forma incomprensible, Harriet Brooks, tuvo que abandonar la docencia la física de forma obligatoria en 1907, al contraer matrimonio según las normas universitarias de la época.

El estado superfluido de la materia; Kapitsa.

El 8 de julio de 1894, nacía el físico soviético Piotr Leonídovich Kapitsa (Kronstadt, 8 de julio de 1894 – Moscú, 8 de abril de 1984).

En 1978 recibió el premio Nobel de física por su trabajo en la física de bajas temperaturas.

 

KapitsaKapitsa estudió en el Instituto Politécnico de Petrogrado donde se graduaría en 1918. En 1921, sería nombrado profesor del Instituto. Se trasladaría al Reino Unido en 1921 para estudiar en la Universidad de Cambridge, donde trabajaría con el físico y químico británico Ernest Rutherford.

En 1924 fue nombrado director asistente para la investigación del magnetismo en el laboratorio Cavendish. En el laboratorio logrará crear mediante la inyección corrientes intensa por breves períodos en electroimanes de núcleo de aire los campos magnéticos más intensos disponibles hasta la fecha (500.000 gauss, cifra que se logró superar a partir de 1956), con los que realizó diversas investigaciones.

En 1928 descubrió la dependencia lineal de la resistividad por el campo magnético de diversos metales en campos magnéticos intensos.

En 1930 sería nombrado Director del laboratorio Mond Royal Society en Cambridge donde permanecería hasta 1934.

En 1934, durante un viaje profesional a la Unión Soviética, fue detenido por orden directa de Stalin no autorizando su regreso al Reino Unido.

Fue nombrado director del Instituto Valiov de la Academia de Ciencias de la Unión Soviética. Por intercesión del propio Rutherford, logró que le fueran enviados todos los aparatos del laboratorio Mond,. En el Instituto Valiov continuó con las investigaciones iniciadas en Cambridge sobre la física de bajas temperaturas y la conducción del calor en helio líquido. Consiguió crear un licuefactor por el método de expansiones múltiples que le permitía conseguir helio líquido. Descubrió que el helio II (forma estable de helio líquido por debajo de los 2,2 ºK) fluía sin presentar apenas viscosidad en 1937. El anuncio del estado superfluido de la materia se produjo en 1938.

En 1939 desarrolló un nuevo método para la licuefacción de aire con un ciclo de baja presión usando una turbina de expansión especial de alta eficiencia.

Sus investigaciones sobre la superfluidez se publicaron en los artículos «Transferencia de calor y superfluidez en el helio II» e «Investigaciones sobre el mecanismo de la transferencia de calor en el helio II», ambos de 1941.

kapitsa2Por su negativa a participar en el programa soviético de la bomba atómica en 1946, por sus conflictos personales con miembros del partido comunista, le ocasionó la desposesión de sus cargos y el confinamiento en su domicilio hasta el fallecimiento de Stalin en 1953.

Tras la muerte de Stalin, en 1955 volvió a hacerse cargo del Instituto Valiov, desde donde dirigió el programa de satélites que lanzó los Sputnik I y II. Trabajó también en la consecución de reactores de energía termonuclear. Fue un firme abanderado de la utilización del conocimiento científico con fines pacíficos.

Kapitsa obtuvo en 1966 el premio Rutherford.

El planeta enano 3437 Kapitsa, descubierto por el astrónomo soviético Lyudmila Georgievna Karachkina en 1982 recibe su nombre en honor a Kapitsa.

Pyotr Kapitsa falleció 8 de abril de 1984 en Moscú.

El superfluido es un estado de la materia caracterizado por la ausencia total de viscosidad, de manera que, en un circuito cerrado, fluiría interminablemente sin fricción. Fue descubierta en 1937 por Piotr Kapitsa, John F. Allen y Don Misener, y su estudio es llamado hidrodinámica cuántica.

Es un fenómeno físico que tiene lugar a muy bajas temperaturas, cerca del cero absoluto, límite en el que cesa toda actividad. Un inconveniente es que casi todos los elementos se congelan a esas temperaturas. Pero hay una excepción: el helio.

Existen dos isótopos estables del helio, el helio-4 (el más abundante de los dos isótopos de helio naturalmente presentes, formando aproximadamente el 99.99986 % del helio en la Tierra) y el helio-3 (que es raro) y se produce en la desintegración beta del tritio en reactores nucleares. También se encuentra en la superficie de la Luna, arrastrado hasta allí por el viento solar.

kapitsa3Los dos isótopos se comportan de modos muy diferentes, lo cual sirve para examinar los efectos de las dos estadísticas cuánticas, la estadística de Fermi-Dirac, a la que obedecen las partículas de espín semi-entero, y la estadística de Bose-Einstein, seguida por las partículas de espín entero.

Cuando se congela el helio-4 a menos de 2.17 kelvin (-271 °C), este se vuelve un superfluido, con propiedades muy diferentes a la de un líquido ordinario. Por ejemplo, si el helio-4 se deja en un vaso destapado, una delgada capa se forma a los lados del vaso, desbordándose. Este extraño comportamiento es el resultado de la relación de Clausius-Clapeyron y no puede ser explicada por el modelo actual de mecánica clásica ni por la física nuclear de los modelos eléctricos.

La primera patente de un motor eléctrico de la Historia; Davenport.

El 6 de julio de 1851, fallecía el inventor estadounidense Thomas Davenport (Vermont, 9 de julio de 1802, Salisbury, 6 de julio de 1851).

davenportEl 27 de noviembre de 1834 inventa el motor eléctrico aunque el ingeniero Moritz von Jacobi, presentó por primera vez al mundo su propio diseño en 1834.

El invento fue patentado en 1837, US patent ( US No. 132, 25 Feb 1837), siendo la primera patente de un motor eléctrico en el mundo.

Davenport, comenzó haciendo experimentos con electroimanes. En 1834 construyó un motor eléctrico, probablemente el primero que se conoce en la historia de la Ingeniería Eléctrica.

Consistía en dos electroimanes fijos y otros dos móviles situando estos últimos en los radios de una rueda y estando unidos a un dispositivo conmutador; el motor se alimentaba mediante una batería de Volta.

Este motor fue utilizado por Davenport para mover un cochecito alrededor de una vía circular, lo que representaba en cierto modo el primer prototipo de ferrocarril con tracción eléctrica.
En 1837 patentó un procedimiento de propulsión de maquinaria por magnetismo y electromagnetismo (Improvements in Propelling Machinery by Magnetism and Electromagnetism).

Construyó un centenar de motores eléctricos, pero tenía problemas de funcionamiento por no existir una fuente barata de electricidad (téngase en cuenta que la dinamo práctica la inventó Z. Gramme en 1870, por lo que la alimentación de los motores de Davenport tenía que hacerse con pilas de Volta y de ahí los problemas de alimentación a sus motores).

davenport3Preocupado por conseguir ayuda financiera para la construcción de su motor, se estableció en Nueva York y comenzó a publicar un diario sobre electromagnetismo y mecánica (The Electromagnet andMechanics´s Intelligencer) que se imprimía en una imprenta accionada por un motor eléctrico inventado por él.

Werner von Siemens patentó en 1866 la dinamo. Con ello no sólo contribuyó al inicio de los motores eléctricos, sino también introdujo el concepto de Ingeniería Eléctrica, creando planes de formación profesional para los técnicos de su empresa.

La construcción de las primeras máquinas eléctricas fue lograda en parte, en base a experiencia práctica.

A mediados de la década de 1880, gracias a la teoría desarrollada por Nikola Tesla y al éxito de Werner von Siemens, la ingeniería eléctrica se introdujo como disciplina en las universidades.

El estudio de los circuitos eléctricos; Ohm.

El 6 de julio 1854, fallecía el físico y matemático alemán Georg Simon Ohm (Erlangen; 16 de marzo de 1789-Múnich; 6 de julio de 1854).

ohmOhm estudió la relación que existe entre la intensidad de una corriente eléctrica, su fuerza electromotriz y la resistencia, formulando en 1827 la ley que lleva su nombre.

También se interesó por la acústica, la polarización de las pilas y las interferencias luminosas. La unidad de resistencia eléctrica, el ohmio, recibe este nombre en su honor.

Ohm empezó sus estudios superiores en 1805, en la Universidad de Erlangen. A los tres meses abandonaría la misma decepcionado con sus estudios.

Ante la delicada situación económica de su familia se trasladaría a Suiza, donde en 1806 empezaría a impartir clases como profesor de matemáticas en una escuela de Gottstadt, cerca de Nydau.

Continuaría estudiando matemáticas de forma autodidacta.

Cinco años después, en 1811 retomaría sus estudios en la Universidad de Erlangen. Finalmente el 25 de octubre de es mismo años obtendría su doctorado.

Comenzaría a impartir clases en la propia Universidad de Erlangen, puesto que abandonaría a los pocos meses dadas las condiciones precarias el puesto.

A partir de 1813 trabajaría como profesor de matemáticas y físicas en pequeñas escuelas de Bamberg.

En 1817 sería nombrado profesor de Matemáticas y Física en el Instituto Jesuita de Colonia.

Su interés por la electricidad comenzaría al tener conocimiento del descubrimiento del electromagnetismo realizado por el físico danés Hans Christian Ørsted (Rudkøbing, Langeland, 14 de agosto de 1777-Copenhague, 9 de marzo de 1851) en 1820.

En 1825 comenzaría a publicar sus descubrimientos sobre electricidad, basados en sus experiencias en el laboratorio de física del Instituto Jesuita de Colonia.

ohm3Su primer artículo “Vorläufige Anzeige des Gesetzes, nach welchem Metalle die Contactelectricität” (El establecimiento de la Ley por la cual los metales transmiten la electricidad”, sería publicado en 1825 en los Anales de la Física.

En 1826, abandonaría, en principio temporalmente, la docencia para dedicarse por completo a sus investigaciones. Sin embargo, no se reincorporaría nunca a su antiguo puesto en el Instituto.

En 1827, Ohm tendría conocimiento de los trabajos de Fourier relativos al flujo de calor, lo que influiría de forma notable en la formulación posterior de su famosa Ley.

Ohm, en sus experimentos, empleaba como fuerza constante la proporcionada por un termopar eléctrico hecho con cobre y bismuto soldados. Una de las uniones la sumergía en hielo y la otra en agua caliente. Influenciado por las experiencias de Ørsted , Ohm utilizaba una aguja imantada para medir la magnitud de la corriente. Ohm de esta forma estudiaba la la variación de la intensidad de corriente cuando se introducían en el circuito distintas resistencias y alambres de diversos grosores y longitudes.

En 1827 publicaría su gran obra “Die galvanische Kette, mathematisch bearbeitet” (El circuito galvánico investigado matemáticamente), donde resume sus experiencias sobre la electricidad y presenta la Ley que lleva su nombre, la Ley de Ohm donde definía, por primera vez, la relación existente entre voltaje, corriente y resistencia.

Ohm expresaba su Ley de la siguiente forma “la corriente que circula por un circuito eléctrico cerrado, es directamente proporcional a la tensión que tiene aplicada, e inversamente proporcional a la resistencia que ofrece a su paso la carga que tiene conectada”.

Matemáticamente se formula como I = V / R. El ohmio (Ω), la unidad de resistencia eléctrica, es igual a la de un conductor en el cual una corriente (I) de un amperio (1 A) es producida por un potencial (V)de un voltio (1 V) a través de sus terminales.
Su importancia radica en que Ohm con su Ley inició el análisis de los circuitos eléctricos.

Sin embargo la obra de Ohm fue recogida con frialdad. Era matemáticamente excesivamente compleja, por lo que, e forma general, no fue aceptada.

Ohm retomaría su trabajo como profesor en distintas escuelas de Berlín. En 1833, recibiría una oferta para trabajar en la Escuela Politécnica de Nuremberg.

Sin embargo sus investigaciones sería poco a poco valoradas postivamente en el ámbito científico.

En 1840 estudió las perturbaciones sonoras en el campo de la acústica fisiológica (ley de Ohm-Helmholtz). A partir de 1852 centró su actividad.

ohm4En 1841 sería galardonado con a Medalla Copley de la Royal Society de Londres, donde ingresaría como miembro en 1842.

En 1845 sería nombrado miembro de la Academia de Ciencias de Baviera (Bayerische Akademie) donde en 1849 sería nombrado conservador del gabinete de Física.

En 1852, Ohm obtendría la cátedra de Física de la Universidad de Munich.Sus investigaciones se centrarían el estudios de los fenómenos de interferencia de la luz.

Georg Simon Ohm fallecería el 6 de julio de 1854 en Múnich.

En 1881, en la Exposición Internacional de Electricidad efectuada en París, se adoptó el“ohm” (Ω) como unidad de medida de la resistencia eléctrica.

El, posiblemente, libro más importante de la Historia de la Ciencia.

El 5 de julio de 1687 Isaac Newton publica Philosophiæ naturalis principia mathematica (Principios matemáticos de la filosofía natural).

principiaEl, probablemente, libro científico mas importante de todos los tiempos.

En Philosophiæ naturalis principia mathematica (Principios matemáticos de la filosofía natural), Newton describe la ley de la gravitación universal y estableció las bases de la mecánica clásica mediante las leyes que llevan su nombre.

El 28 de abril de 1686, Isaac Newton publicaba el primer volumen de una de las obras fundamentales de la Historia de la Ciencia; Philosophiæ naturalis principia mathematica (Principios matemáticos de la filosofía natural).

El libro que se publicaría completo el 5 de julio de 1687 a instancias de su amigo Edmond Halley, recoge sus descubrimientos en mecánica y cálculo matemático. Esta obra marcó un punto de inflexión en la historia de la ciencia y es considerada, por muchos, como la obra científica más importante de la Historia.

Su publicación se había demorado enormemente dado el temor de Newton a que otros intentaran apropiarse de sus descubrimientos. Sin embargo Edmond Halley presionó a Newton hasta que publicara, Newton se lo agradece en las primeras páginas del libro. Los tres libros de esta obra contienen los fundamentos de la física y la astronomía escritos en el lenguaje de la geometría pura.
El Libro I contiene el método de las “primeras y últimas razones” y, bajo la forma de notas o escollos, se encuentra como anexo del Libro III la teoría de las fluxiones.

Newton trata el programa de la llamada interpretación mecanicista de los fenómenos físicos, un punto de vista que ha dominado la física hasta principios del siglo XX y sólo fue corregida con la aparición de la teoría de la relatividad y de la mecánica cuántica.
Llegó a desarrollar el tratamiento matemático de los fenómenos mecánicos de forma tan precisa que pueden ser empleados sin alteración en cualquier libro moderno de mecánica clásica.

En el campo de la mecánica recopiló en su obra los hallazgos de Galileo y enunció sus tres famosas leyes del movimiento. Dá el crédito a Galileo que trabajó con proyectiles y movimiento parabólico, y a Wren, Wallis y Huygens, “los mejores geómetras de nuestro tiempo”, que trabajaron con impactos. Explica una serie de experimentos para mostrar la certeza de las leyes

principiaLa parte de axiomas o leyes del movimiento comienza indicándonos las famosas tres leyes de Newton.
Primera ley: Todos los cuerpos perseveran en su estado de reposo o de movimiento uniforme en línea recta, salvo que se vean forzados a cambiar ese estado por fuerzas impresas.

Segunda ley: El cambio de movimiento es proporcional a la fuerza motriz impresa, y se hace en la dirección de la línea recta en la que se imprime esa fuerza.

Tercera ley: Para toda acción hay siempre una reacción opuesta e igual. Las acciones recíprocas de dos cuerpos entre sí son siempre iguales y dirigidas hacia partes contrarias.

La parte del Libro Segundo también llamado, El Movimiento de los Cuerpos en Medios Resistentes, contiene dos secciones, en la primera se ocupa de “el movimiento de cuerpos que son resistidos en la razón de la velocidad”, al principio hay un teorema de cuánto movimiento pierden estos cuerpos, seguida de la explicación del movimiento de un cuerpo en descenso con esta resistencia.

Al principio del Libro Tercero Newton escribe que los libros anteriores son la herramienta matemática para poder explicar el libro tercero, y que si alguien va a leer este libro tiene que estar familiarizado con los principios precedentes. Después de explicar que se necesita la herramienta matemática de los dos primeros libros, denota la importancia de los experimentos, dice “las cualidades de los cuerpos sólo son conocidas por experimentos…no debemos abandonar la evidencia de los experimentos”. Después explica que de la observación podemos deducir propiedades universales, ya que todas las cosas que conocemos gravitan:

“debemos como consecuencia de esta regla admitir universalmente que todos los cuerpos sin excepción están dotados de un principio de gravitación.”

Manifiesta la importancia de las observaciones, escribe una parte que se llama Fenómenos, que está llena de datos experimentales de los planetas. Le siguen una colección de teoremas que utiliza las demostraciones de los libros anteriores y no incluye casi nada de matemáticas.

Principa6Se encuentran propiedades de la gravitación, como que la gravitación es proporcional a las cantidades de materia; que los pesos de los cuerpos no dependen de su forma, y que la gravedad es inversamente proporcional al cuadrado de las distancias. Al final de esta sección demuestra que los planetas se mueven en elipses.
Entre otras muchas cosas, Newton explicaba igualmente el fenómeno de las mareas como debidas a la desigual fuerza gravitatoria ejercida por el Sol sobre los hemisferios terrestres al girar hacia él y lejos de él.

El ejemplar de la primera edición de los Principia que perteneció a Newton, conteniendo anotaciones y correcciones manuscritas, se encuentra en la Biblioteca Wren del Trinity College de Cambridge.

Historias del electrón; Stoney.

El 5 de julio de 1911, fallecía el físico angloirlandés George Johnstone Stoney (15 de febrero de 1826 – 5 de julio de 1911).

StoneyEn 1891 propuso el término electrón para describir la unidad fundamental de carga eléctrica.

 

Asistió al Trinity College, Dublín. De 1848 a 1852 Stoney trabajó de ayudante del astrónomo William Parsons, en 3rd Earl of Rosse al Birr Castle, donde Parsons había construido el telescopio más grande del mundo en aquella época ( de 75 pulgadas ) y llamado Leviathan de Parsons. En 1893 se trasladó a Londres. Stoney Murió en Notting Hill, Londres. Fue elegido miembro de la Royal Society .

Stoney publicó 75 escritos científicos e hizo importantes contribuciones a la física cósmica y en la teoría de los gases. Su trabajo científico más importante fue el cálculo de la magnitud del “átomo de electricidad”. En 1891 propuso el término electrón para describir la unidad fundamental de carga eléctrica, el electrón mismo fue descubierto por JJ Thomson en 1897.

El electrón (del griego clásico ἤλεκτρον ḗlektron ámbar), comúnmente representado por el símbolo: e−, es una partícula subatómica con una carga eléctrica elemental negativa. Un electrón no tiene componentes o subestructura conocidos, en otras palabras, generalmente se define como una partícula elemental

A principios de los años 1700, Francis Hauksbee y Charles François de Cisternay du Fay descubrieron, cada uno por su lado, lo que creían que eran dos tipos de electricidad friccional: uno generado por el rozamiento con vidrio, y el otro por el rozamiento con resina. A partir de esto, Du Fay teorizó que la electricidad consistía en dos fluidos eléctricos, el «vítreo» y el «resinoso», que estaban separados por la fricción y que se neutralizaban el uno al otro cuando eran combinados.

Una década más tarde, Benjamin Franklin propuso que la electricidad no provenía de dos tipos diferentes de fluido eléctrico sino de un mismo fluido a presiones diferentes; les dio la nomenclatura moderna de carga «positiva» y «negativa», respectivamente. Franklin pensaba que el portador de carga era positivo, pero no identificó correctamente qué situación reflejaba un excedente del portador de carga y en qué caso era un déficit.

Stoney2Entre 1838 y el 1851, el filósofo naturalista británico Richard Laming desarrolló la idea de que un átomo estaba compuesto de un núcleo de materia rodeado por partículas subatómicas con carga eléctrica.
A partir de 1846, el físico alemán Wilhelm Eduard Weber teorizó que la electricidad estaba compuesta de fluidos cargados positivamente y negativamente, y que su interacción estaba gobernada por la ley del inverso del cuadrado.

Más tarde, tras estudiar el fenómeno de la electrólisis, el físico irlandés George Johnstone Stoney sugirió que existía una «única cantidad definida de electricidad», la carga de un ion monovalente; siendo capaz de estimar el valor de esta carga elemental mediante las leyes de Faraday de la electrólisis. Sin embargo, Stoney creía que estas cargas estaban ligadas permanentemente a átomos y que no podían ser removidas.

En 1881, el físico alemán Hermann von Helmholtz argumentó que tanto las cargas positiva como negativa estaban divididas en partes elementales, cada una de las cuales se comportaba como «átomos de electricidad».

En 1894, Stoney estableció el término inglés «electron» para describir estos cambios elementales: «[…] se hizo una estimación de la cantidad real de esta unidad de electricidad fundamental, que es la más destacable, por lo que me he aventurado a sugerir el nombre ‘electron’». Dicha palabra «electrón», que deriva del inglés, es una combinación de la palabra «electricidad» y del sufijo griego «patrón» (‘el medio por el cual se hace’).

Stoney4En 1897, el físico británico Joseph John Thomson, junto con sus colegas John Sealy Townsend y Harold Albert Wilson, llevó a cabo experimentos que indicaron que los rayos catódicos eran realmente partículas únicas y no ondas, átomos o moléculas, tal como se creía anteriormente.

Thomson hizo buenas estimaciones tanto de la carga como de la masa, y encontró que las partículas de los rayos catódicos —a las cuales llamaba «corpúsculos»— tenían quizás una milésima parte de la masa del ion menos masivo conocido, el ion hidrógeno.

Asimismo, demostró que su proporción carga-masa (e/m) era independiente del material del cátodo. Más tarde demostró que las partículas cargadas negativamente producidas por materiales radiactivos, por materiales calentados y por materiales iluminados eran universales.

La ley de las proporciones definidas; el “gigante” Proust.

El 5 de julio de 1826, fallecía el farmacéutico y químico francés Joseph Louis Proust (Angers, 26 de septiembre de 1754 – ibídem, 5 de julio de 1826).

ProustEs considerado como uno de los fundadores de la química moderna.

Joseph Louis Proust comenzó a estudiar en el laboratorio de su padre, a la sazón farmacéutico, y al mismo tiempo en el colegio de los oratorianos de su ciudad natal. Continuó sus estudios en París, donde trabó amistad con Lavoisier y ganó en 1776, tras un brillante concurso, el puesto de farmacéutico jefe en el hospital de la Salpêtrière.

Por aquella época publicó sus primeros trabajos e inició su labor docente en el museo de su amigo Pilâire de Rozier, en cuyas experiencias aerostáticas participó. Esta vocación por la enseñanza le haría abandonar París a fines de 1778 y establecerse en Vergara (Guipúzcoa) para desempeñar la cátedra de química en el Real Seminario Patriótico, fundado poco antes por la Real Sociedad Económica Vascongada de Amigos del País.

En 1786 el gobierno español, a través de un acuerdo entre el rey Carlos III y el francés Luis XVI, y oída la recomendación de Lavoisier, contrata a Proust para enseñar química en Madrid. Tras una breve estancia en la capital, se hace cargo de las enseñanzas de química y metalurgia en el Real Colegio de Artillería de Segovia, situado en el Alcázar de la ciudad, donde impartiría hasta 1799 cursos de cuatro meses a razón de tres lecciones semanales.

El laboratorio del Real Colegio fue dotado con los mejores medios de la época y en él Proust, realizó numerosas experiencias sobre composición de sustancias que le llevaron a enunciar la Ley de las proporciones definidas, uno de los principios químicos básicos y que establece que las sustancias se combinan en proporciones constantes y concretas.

proust3Entre 1794 y 1804, Louis Proust realizó numerosos experimentos en los que estudió la composición de diversos carbonatos de cobre, óxidos de estaño y sulfuros de hierro, descubriendo que la proporción en masa de cada uno de los componentes, por ejemplo carbono, cobre y oxígeno en los carbonatos de cobre, se mantenía constante en el compuesto final, y no adquiría ningún valor intermedio, independientemente de si eran un carbonato natural o artificial, o de las condiciones iniciales de la síntesis. Así, dos compuestos diferirían entre sí en función de las proporciones de elementos básicos, sin apreciarse composiciones intermedias o mixtas, por ejemplo el Cu2CO3, carbonato de cobre (I) y el CuCO3, carbonato de cobre (II).
Estas conclusiones le llevaron a enunciar la Ley de las proporciones definidas o constantes, también conocida como la ley de Proust, y que, una vez firmemente aceptada, se convirtió, junto a la Ley de conservación de la masa de Lavoisier y la Ley de las proporciones múltiples de Dalton, es decir, la presencia de proporciones en el esqueleto de la química cuantitativa, la estequiometría química, y abrió el camino al concepto de compuesto químico y al establecimiento de la teoría atómica de Dalton.

La ley de las proporciones constantes o ley de las proporciones definidas es una de las leyes estequiométricas, según la cual cuando se combinan dos o más elementos para dar un determinado compuesto, siempre lo hacen en una relación constante de masas.

La ley de Proust contradecía las conclusiones del químico francés Claude Louis Berthollet, quien defendía que las proporciones en la que se combinaban los elementos en un compuesto dependían de las condiciones de su síntesis. Proust logró desacreditar la investigación de Berthollet cuando demostró en 1799 en su laboratorio de Segovia que muchas de las substancias que Berthollet consideraba óxidos puros eran compuestos hidratados, es decir, con moléculas de agua adicionales unidas químicamente.

En 1811 el prestigioso químico sueco Jöns Jacob Berzelius apoyó la propuesta de Proust, que fue finalmente aceptada con un amplio consenso.

Las ideas de Berthollet no estaban del todo equivocadas, dado que hay numerosas excepciones a la Ley de las proporciones definidas en los que han venido en llamarse compuestos no estequiométricos o bertólidos, y en los que las proporciones entre los distintos elementos varían entre ciertos límites. La causa es la estructura cristalográfica de los compuestos, que aunque tiene una composición ideal, por ejemplo FeO en el óxido de hierro (II) que, debido a los defectos en los cristales como la ausencia de algún tipo de átomos, puede variar su fórmula, por ejemplo reduciendo el hierro a proporciones que se hallan entre Fe0.83O y Fe0.95O.

Para estos compuestos, la razón entre los elementos pueden variar continuamente entre ciertos límites. Naturalmente, otras sustancias como las aleaciones o los coloides, que no son propiamente compuestos sino mezclas, tampoco siguen esta ley.

Proust2Se le llama materia a todo aquello que tiene masa y ocupa un lugar en el espacio. En la mayoría de los casos, la materia se puede percibir o medir mediante distintos métodos de química analítica.
Como contrapartida los compuestos que cumplen la ley de las proporciones definidas se denominan daltónidos, en honor a John Dalton.

Proust en 1815 publica Recueil des memoires relatifs a la poudre a canon, y en 1816 ingresa en la Academia Francesa de Ciencias. Pensionado por Luis XVIII de Francia y ya con un, en 1824 publica “Essai sur une des causes qui peuvent amener la formation du calcul”.

Proust falleció en Angers el 5 de julio de 1826.

El “gigante” carismático; Feynman.

El 11 de mayo de 1918, nacía el físico y divulgador científico norteamericano Richard Feynman ( 11 mayo 1918,  Queens, Nueva York – 15 febrero 1988, Los Angeles, California), considerado uno de los físicos mas brillantes y carismáticos del siglo XX.

Lo más maravilloso de la ciencia es que está viva.”


feynnmanExtravagante, conocido por su peculiar sentido del humor, y con una mente irrepetible Feynman ha sido considerado como uno de los diez más grandes físicos de todos los tiempos por  la revista británica Physics World. Muchos autores, le consideran además el físico teórico mas relevante desde el final de la Segunda Guerra mundial.

Fue galardonado con el premio Nobel de Física (de forma conjunta con Julian Schwinger y Sin-Itiro Tomonaga) en 1965 “Por su fundamental trabajo en electrodinámica cuántica, con profundas consecuencias para la física de partículas elementales”.

Feynman inició sus estudios de secundaria en la Far Rockaway High School, en  Queens, Nueva York.

Tras acabar sus estudios, ingreso en el  Instituto Tecnológico de Massachusetts(MIT) para estudiar físicas. Se licenciaría en (B.Sc. ) en 1939.

Posteriormente realizaría un postgrado en matemáticas y física en la Universidad de Princeton  donde sería contratado como asistente de investigación entre 1940 y 1941 y obtendría su doctorado (Ph.D)  en 1942. Su tesis, he Principle of Least Action in Quantum Mechanics., basada en la aplicación del principio de acción estacionaria a los problemas de la mecánica cuántica. Su Director de Tesis físico nuclear estadounidense John Wheeler

Feynman participaría en el  Proyecto Manhattan, donde conocería al físico alemán-estadounidense Hans Albrecht Bethe (2 de julio de 1906 – 6 de marzo de 2005). Conjuntamente desarrollarían en 1942 la fórmula de Bethe-Feynman para calcular el rendimiento de una bomba de fisión. Bethe diría de Feynman “Un mago hace cosas que nadie más pudo hacer y que son completamente inesperadas, y eso es lo que hace Feynman”.

Al finalizar la guerra, en 1945, Feynman sería nombrado Profesor de Física teórica en la Universidad de Cornell donde permanecería hasta 1950.

Desde 1950 hasta 1959, sería Profesor de Física teórica en el Instituto Tecnológico de California (Caltech). En California, centraría sus investigaciones en la electrodinámica cuántica. Allie desarrollaría su formulación integral y elaboraría los famosos diagramas de Feynman en 1948.

El método desarrollado por Feynman, tenía que ver con el cálculo de la probabilidad de una transición de un cuanto de un estado a otro estado posterior . En principio, cada uno de los posibles caminos de un estado a otro se consideran igualmente probables, siendo el camino final una especie de suma de todos los caminos. Este formalismo era totalmente nuevo en la mecánica cuántica, siendo finalmente adaptado directamente a la electrodinámica cuántica (QED).


feynnman3Los diagramas de Feynnman son gráficos que representan las trayectorias de las partículas en las fases intermedias de un proceso de colisión para resolver de manera eficaz los cálculos implicados en dicho proceso, procedentes de la teoría cuántica de campos. Estos diagramas facilitan los cálculos de probabilidades de interacción

Asimismo, Feynman trabajaría en la Física de la superfluidez del helio líquido subenfriado , completando los estudios iniciados por el físico ruso Lev Davídovich Landáu  (Bakú, 22 de enero de 1908 – Moscú, 1 de abril de 1968).Aplicaría con éxito la ecuación de Schrödinger para interpretar el comportamiento del helio líquido, demostrando que el superfluido mostraba un comportamiento equivalente a un comportamiento mecánico cuántico a escala macroscópica.

Feynnman se interesaría también por el denominado “decaimiento débil” , que se muestra en la desintegración de un neutrón libre en un electrón, un protón y un antineutrino, mostrando que el acoplamiento en el proceso es una combinación de corrientes de vectores y axiales.

En cuanto a su labor pedagógica el Caltech, Feynman, dado su enorme intelecto y carisma desarrolló una labor prodigiosa. Realizó durante años, una a serie de conferencias para estudiantes de pregrado, recogidas finalmente en su obra he Feynman Lectures on Physics, considerado un libro fundamental en la enseñanza de la Física.

Desempeñó un papel relevante en la en la Comisión Presidencial Rogers, que investigó la explosión de la lanzadera espacial Challenger en 1986. Feynman demostró que uno de los principales motivos del desastre se encontraba en las propiedades elásticas de las juntas tóricas  a bajas temperaturas que se hacían mucho menos resistentes.

A Feynmman se le considera además como un de los grandes impulsores de la nanotecnología,por los dos premios que ofreció en una charla en 1959 denominada ” Hay mucho sitio al fondo “, donde comentó sus impresiones al respecto.

Sus ideas han tenido grandes repercusiones en el mundo de la supercomputación y no sólo por sus grandes aportaciones a la mecánica cuántica. Feynman promovía, la computación paralela, el uso de uso de redes de ordenadores para resolver problemas complejos, lo que se puede considerar un impulsor de la Open Science (Ciencia abierta o participativa), entre cuyos ejemplos más significativos está el Programa de búsqueda extraterrestre SETI (Search for ExtraTerrestrial Intelligence).

En 1965, fue elegido miembro extranjero de la Royal Society , Londres ( Gran Bretaña) .


feynnman4Además era miembro de la American Physical Society , la Asociación Americana para el Avance de la Ciencia y la Academia Nacional de Ciencias.

Aparte del Premio Nóbel de 1965, Feynman fue galardonado con el Premio Albert Einstein (1954 ) y el Premio Lawrence (1962 ).

Pero además Feynman fue un divulgador científico extraordinario, aplicando a sus obras su peculiar sentido del humor.

Entre sus obras de divulgación destacan: ¡Está usted de broma, Mr. Feynman! Aventuras de un curioso (1985) y QED: La extraña teoría de la luz y la materia (1985).

Destacar también que Feynman fue un escéptico reconocido y militante, luchando toda sus vida contra cualquier forma de pseudociencia a las que aborrecía y perseguía sin cuartel.

Hace algunos años tuve una conversación con un laico sobre platillos volantes – porque soy científico Lo sé todo sobre platillos volantes! Le dije: “No creo que haya platillos voladores”. Así que mi antagonista dijo: “¿Es imposible que haya platillos voladores? ¿Puedes probar que es imposible?” “No”, le dije, “No puedo probar que es imposible. Es sólo muy poco probable”. En ese, dijo, “Usted es muy poco científico. Si no puede demostrar que sea imposible entonces ¿cómo se puede decir que es poco probable?” Pero esa es la manera que es científico. Es científico sólo decir lo que es más probable y lo menos probable, no estar demostrando todo el tiempo lo posible y lo imposible. Para definir lo que quiero decir, yo podría haber dicho a él, “Escucha, quiero decir que desde mi conocimiento del mundo que veo a mi alrededor, creo que es mucho más probable que los informes de los platillos volantes son los resultados de las conocidas características irracionales de inteligencia terrestre que de los esfuerzos racionales desconocidos de inteligencia extraterrestre.” Es sólo más probable. Eso es todo. “El carácter de la ley física” (Richard P. Feynman 1965).

Richard Feynman, fallecía aquejado de un cáncer de abdomen el 15 de febrero de 1988.

Mucho mas que una escala de temperatura; Celsius.

El 25 de abril de 1744, fallecía el físico y astrónomo sueco, Anders Celsius (27 de noviembre de 1701- 25 de abril de 1744).

celsiusFue profesor de astronomía en la Universidad de Uppsala (1730-1744) a además supervisó la construcción del Observatorio de Uppsala, del que fue nombrado director en 1740.

En 1733 publicó una colección de 316 observaciones de auroras boreales. Sin embargo, fracasó en su intentó explicar la aurora boreal como un fenómeno atmosférico.

En 1736 participó en una expedición a Laponia para medir un arco de meridiano terrestre, confirmando la teoría de Newton de que la Tierra se achataba en los polos

Sin embargo, por lo que realmente ha pasado a la Historia Celsius, es por su escala de temperatura, conocida originalmente como “escala sueca” y posteriormente, a partir del siglo XIX como escala Celsius en su honor.

Esta escala centígrada de temperaturas fue propuesta en una memoria que presentó a la Academia de Ciencias Sueca.

Hasta el siglo XVIII no existía manera de medir con precisión los grados de calor y de frío. Se conoce ,por su mención en los Diálogos, que a principios del siglo XVII , Galileo Galilei ideó el termómetro como un método rudimentario para medir las variaciones de frío y calor.

La escala de medidas de Galileo, se basaba en una variación de seis, nueve y diez grados de calor. Era un principio.

En 1701, el astónomo danés Ole Christensen Rømer (25 de septiembre de 1644, Århus -19 de septiembre de 1710, Copenhague) propuso su propia escala de temperatura, la escala Rømer actualemnete en desuso En esta escala, el cero es inicialmente la temperatura de congelación de la salmuera. El punto de ebullición del agua está en 60 grados. Rømer vio que el punto de congelación del agua quedaba a casi un octavo de este valor (7,5 grados), y usó este valor como otro punto de referencia

Alrededor del año 1714 fue el físico alemán Daniel Gabriel Fahrenheit (Gdansk, 24 de mayo de 1686-La Haya, Holanda, 16 de septiembre de 1736) quien creó el termómetro de mercurio con bulbo, formado por un capilar de vidrio de diámetro uniforme comunicado por su extremo con una ampolla llena de mercurio. El conjunto está sellado, y cuando la temperatura aumenta, el mercurio se dilata y asciende por el capilar.

En 1714 publicó en Acta Editorum sus investigaciones proponiendo una nueva escala para la medición de temperaturas. Fahrenheit diseñó una escala, empleando con referencia una mezcla de agua y sal de cloruro de amonio a partes iguales, en la que la temperatura de congelación y de ebullición es más baja que la del agua.

Existen algunas versiones de la historia de cómo Fahrenheit llegó a tener esa escala de temperatura. De acuerdo con el propio Fahrenheit, en el artículo que escribió en 1724, determinó tres puntos de temperatura.

celsius2Fahrenheit quería abolir las temperaturas negativas que tenía la escala Rømer. Fijó la temperatura de su propio cuerpo a 96 °F (a pesar que la escala tuvo que ser recalibrada a la temperatura normal del cuerpo, que es cercana a los 98,6 °F, equivalente a 36 °C), dividió la escala en doce secciones y subsecuentemente cada una de esas secciones en 8 subdivisiones iguales lo que produjo una escala de 96 grados. Fahrenheit notó que en esta escala el punto de congelación del agua estaba a los 32 °F y el punto de ebullición a los 212 °F.

El valor de congelación de esa mezcla lo llamó 0 °F, a la temperatura de su cuerpo 96 °F y a la temperatura de congelación del agua sin sales la llamó 32 °F.

El punto cero está determinado al poner el termómetro en una mezcla de hielo, agua y cloruro de amonio. Éste es un tipo de mezcla frigorífica, que se estabiliza a una temperatura de 0 °F. Se pone luego el termómetro de alcohol o mercurio en la mezcla y se deja que el líquido en el termómetro obtenga su punto más bajo.

El segundo punto es a 32 °F con la mezcla de agua y hielo, esta vez sin sal. El tercer punto, los 96 °F, es el nivel del líquido en el termómetro cuando se lo pone en la boca o bajo el brazo (en la axila). Fahrenheit notó que al utilizar esta escala el mercurio podía hervir cerca de los 600 grados.

Otra teoría indica que Fahrenheit estableció el 0 °C y los 100 °C en la escala al grabar las más bajas temperaturas que él pudo medir y su propia temperatura corporal, al encontrarse en un ligero estado de fiebre. Él tomó la más baja temperatura que se midió en el duro invierno de 1708 a 1709 en su ciudad Danzig (ahora llamada Gdańsk en Polonia), cerca de –17,8 °C, como punto cero.

En 1730 el físico francés R. A. F. de Réaumur (La Rochelle, Francia, 28 de febrero de 1683 – Saint-Julien-du-Terroux, íbid., 17 de octubre de 1757) f propuso una escala que todavía se usa a veces en Europa y que divide en 80 grados el intervalo entre la ebullición y la congelación.

Para establecer una base definitiva de medida de la temperatura Anders Celsius utilizó en 1742 los puntos de fusión y ebullición del agua. Se considera que una mezcla de hielo y agua que se encuentra en equilibrio con aire saturado a 1 atm está en el punto de fusión. Una mezcla de agua y vapor de agua (sin aire) en equilibrio a 1 atm de presión se considera que está en el punto de ebullición. Celsius dividió el intervalo de temperatura que existe entre éstos dos puntos en 100 partes iguales a las que llamó grados centígrados °C. Sin embargo, en 1948 fueron renombrados grados Celsius en su honor; así mismo se comenzó a utilizar la letra mayúscula para denominarlos.

La escala, por tanto, indicaba un descenso de grados cuando el calor aumentaba, al contrario de como es conocida actualmente. Su compatriota, el científico Carlos von Linneo invertiría esta escala tres años más tarde, aunque la escala resultante ya había sido previamente introducida en Francia por Jean-Pierre Christin en el año 1743.

En 1954 la escala Celsius fue redefinida en la Décima Conferencia de Pesos y Medidas en términos de un sólo punto fijo y de la temperatura absoluta del cero absoluto. El punto escogido fue el punto triple del agua que es el estado en el que las tres fases del agua coexisten en equilibrio, al cual se le asignó un valor de 0,01 °C.

celsius3La magnitud del nuevo grado Celsius se define a partir del cero absoluto como la fracción 1/273,16 del intervalo de temperatura entre el punto triple del agua y el cero absoluto. Como en la nueva escala los puntos de fusión y ebullición del agua son 0,00 °C y 100,00 °C respectivamente, resulta idéntica a la escala de la definición anterior, con la ventaja de tener una definición termodinámica.

En concreto, 212 grados Fahrenheit corresponden a 100 grados Celsius. Los 0 °F corresponden a los -17.78 °C.

Sin embargo, el kelvin es la unidad de medida del SI (Sistema Internacinal). La escala kelvin absoluta parte del cero absoluto y define la magnitud de sus unidades, de tal forma que el punto triple del agua es exactamente a 273,16.

Ander Celsius falleció a los 42 años de edad, víctima de una tuberculosis.

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