Globos Luminosos

Illoomballoon es el nombre comercial de unos globos luminosos que se utilizan para ambientar fiestas de todo tipo.

Las instrucciones del envoltorio nos indican que, tras escoger el globo que queramos debemos tirar de la pestaña negra en la que pone “Pull”, y extraerla, para que el globo se ilumine. Posteriormente, inflamos el globo, lo atamos y, ¡ya está listo para usar!

Pero… ¿de qué está compuesto el globo? ¿Cómo funciona?

Cómo funcionan? Qué son?

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Si “destripamos” el globo, podemos ver que está compuesto por un par de pilas Lr44 (de botón pequeñas) conectadas en serie, que se encuentran en un pequeño soporte de plástico, en cuyo extremo se encuentra sujeto un led (diodo emisor de luz).

El polo negativo de la pila está en contacto directo con el cátodo del led, mientras que el polo positivo hace contacto con el ánodo del led mediante una pequeña lámina metálica en forma de L, como se puede apreciar en la fotografía. Entre la pestaña metálica y el ánodo del led se encuentra colocada la tira plastificada de papel, que por ser aislante, evita el contacto directo entre la fuente de alimentación y el led. Al tirar y extraer el papel plastificado, entran en contacto, iluminándose el led y con ello el globo.

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Para que este mecanismo no esté suelto por el globo, pudiéndose golpear y deteriorar, el plástico, en el extremo opuesto al led, tiene una prominencia circular, a modo de botón, que se encuentra cubierta por la parte superior del globo y amarrada con una pequeña goma, de manera que el led quede en el interior del globo, en su parte superior, como se puede apreciar en la imagen.

Una vez extraída la pestaña negra e inflado el globo, se puede apreciar la iluminación del mismo en la oscuridad. Aunque las instrucciones indican una duración de 15 horas, se ha tenido en el laboratorio el globo iluminado, durante cuatro días, hasta que se decidió abrirlo, eso sí, perdiendo intensidad lumínica progresivamente.

El Illoomballoom es un producto que ha sido creado y patentado por Seatriever Internacional. Esta compañía londinense también es la creadora de Waterbuoy, que es un dispositivo para recuperar los objetos valiosos, cuando éstos caen al agua.

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Cómo funcionan? Qué son?

El dispositivo está constituido por un objeto de plástico, unido en su parte superior a un llavero, en el que se enganchas los objetos de valor. En su interior lleva un globo de caucho de alta resistencia y una botella de gas, respetuosa con el medio ambiente, que proporcionan flotabilidad al dispositivo (soporta hasta 1 kg de masa).

Cuando el Waterbuoy cae al agua, ésta entra en el interior a través de unas rendijas laterales. A medida que el dispositivo se hunde, el agua ejerce una presión sobre el resorte del gas, que según el “Principio de la estática de fluidos”, es mayor al aumentar la profundidad, la densidad del fluido y el valor del campo gravitatorio en el lugar de la inmersión:

p = g·h·d

De esta manera, el gas de la botella infla el globo y el dispositivo emerge del agua y queda flotando en la superficie, debido al empuje que ejerce el agua, que es superior al peso del cuerpo sumergido. Así, gracias al globo con gas, disminuye la densidad del dispositivo, de manera que su valor es inferior a la densidad del agua. Esta es una de las muchas aplicaciones del “Principio de Arquímedes”

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Por último, el globo lleva en su interior un led de alta intensidad, que se activa también por acción del agua, lo que permite poder ver el dispositivo a largas distancias (hasta 250 m) y durante 24 h, gracias a la luz que emite.

Un video del funcionamiento de waterbuoy :

link: http://www.youtube.com/watch?v=vc_-UFCeMnw

Después de las descripciones anteriores, se puede comprobar que ninguno de los dos dispositivos, es muy respetuoso con el medio ambiente, puesto que usar dos pilas Lr44 para iluminar un globo… Y más teniendo en cuenta que, en ambas páginas Web nos indican, que una vez usados los globos se desechan como cualquier otro, es decir, que las pilas y el resto de componentes del globo (metales, plásticos, goma de caucho, etc.), todos ellos no biodegradables y contaminantes, terminan en la basura ordinaria. Nuestra pregunta es: ¿merece la pena?



Calentador químico para mamaderas

En el mercado pueden encontrarse unos dispositivos muy simples para calentar biberones. Se trata de una pequeña bolsa de plástico que se coloca alrededor del biberón. En su interior lleva un líquido transparente y un pequeño círculo metálico. Cuando se ejerce una ligera presión sobre el círculo, el líquido del interior de la bolsa comienza a solidificarse muy rápidamente y, a la vez, se desprende gran cantidad de calor que persiste durante un cierto tiempo. El dispositivo se complementa con una bolsa aislante para conservar el calor durante más tiempo. Para regenerar el sistema basta con calentarlo en agua hirviendo durante unos 10 o 15 minutos y dejarlo enfriar. De esta forma el dispositivo está otra vez dispuesto para ser utilizado.

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Este sistema de calentamiento puede encontrarse también en el mercado en distintas formas y presentaciones fundamentalmente en tiendas de artículos deportivos (por ejemplo, como calientamanos para los esquiadores o compresas para aplicar sobre una lesión) bajo denominaciones como por ejemplo, "Magic Heat".
Pero, ¿cómo funciona este dispositivo? ¿en qué se basa? Por supuesto, la respuesta no está en la magia, como parece pretender la leyenda comercial "magic heat", sino en la química.

¿Cómo funciona?

En primer lugar, veamos qué contiene la bolsa de plástico. Simplemente es una disolución de acetato de sodio en agua. Pero, con una concentración muy elevada; se trata de una disolución sobresaturada. Es decir, una disolución en la que se ha disuelto más soluto del que teóricamente es capaz de disolver el disolvente a temperatura ambiente.

La explicación más sencilla sobre su funcionamiento se basa precisamente en su concentración. Al tratarse de una disolución sobresaturada el sistema está en un equilibrio metaestable, es decir en una situación que se puede alterar muy fácilmente. Cuando sufre cualquier perturbación, en este caso una flexión del disco metálico, se produce una cristalización muy rápida.

El dispositivo se prepara mezclando acetato de sodio con agua a temperatura ambiente. Se utilizan cantidades que están por encima del límite de solubilidad. Pero al calentar al "baño maría" alcanzamos aproximadamente la temperatura de 100 ºC lo que permite que se disuelva (la solubilidad del acetato de sodio ahora es mayor). Cuando dejamos enfriar el líquido llega a temperatura ambiente sin producirse la cristalización; pero ahora la disolución está sobresaturada, por lo que el sistema está en un equilibrio metaestable, es decir en una situación que se puede alterar muy fácilmente por cualquier pequeña perturbación (por ejemplo, la flexión del disco metálico que lleva en su interior). Esto provoca una cristalización rápìda en la que se desprende toda la energía que previamente hemos comunicado al sistema para conseguir la disolución, por eso se calienta.

Otra forma de explicarlo, es a partir de las propiedades de la mezcla obtenida. Esa mezcla se comporta como una sustancia cuyo punto de fusión es de 58 ºC. Cuando calentamos por encima de esa temperatura se hace líquida. Cuando la temperatura desciende por debajo de la temperatura de transición (cambio de estado) no solidifica, como deberíamos esperar, sino que permanece líquida. Ahora estamos en presencia de un líquido sobreenfriado. De hecho puede introducirse en el congelador de un frigorífico y permanecer en estado líquido. Sin embargo, un líquido sobreenfriado se encuentra en un estado de equilibrio metaestable, lo que implica que una perturbación puede provocar el cambio de estado. Al flexionar el disco metálico que va en el interior del dispositivo, se produce una sobrepresión sobre una zona del líquido, lo que provoca que alguna de las moléculas presentes se ordenen (lo que sirve de núcleo de cristalización) y comiencen a cristalizar. Inmediatamente se extiende la cristalización por todo el sistema. La energía que se desprende es la que corresponde al cambio de estado (calor latente de cambio de estado, entalpía de cristalización), que en el caso del acetato de sodio es bastante elevada. Además la mezcla tiene una capacidad calorífica específica alta, lo que hace que se mantenga durante bastante tiempo caliente.

¿Cómo preparar la mezcla?

El dispositivo es muy sencillo de preparar en un tubo de ensayo, basta con mezclar 20 partes de acetato de sodio trihidratado (la forma en que se encuentra comercialmente de forma habitual) con 3 partes de agua (en masa) y calentar al baño maría hasta completar la disolución. Se deja enfriar hasta temperatura ambiente. El contacto con una espátula de acero, con un minúsculo cristal de acetato o simplemente con una varilla de vidrio, incluso con el aire, basta para provocar la cristalización. Es muy importante que al calentar se disuelva todo el acetato, en caso de que queden cristales aislados sin llegar a disolverse, al descender de temperatura pueden servir de germen para una cristalización progresiva indeseada.


¿Cómo funciona un pañal?

Los pañales modernos pueden retener "kilos" de orina y seguir pareciendo perfectamente secos.

¿Cómo puede explicarse esto?

La solución está en el tipo de sustancias químicas, casi todas sintéticas, presentes en él y en la forma en que se disponen estas sustancias al fabricar el pañal.
La capa interna está hecha de polipropileno, un plástico de tacto suave que se mantiene seco. La parte central está hecha de un polvo "superabsorbente" (poliacrilato de sodio, un polímero hidrófilo) combinado con celulosa "peluda", además de una capa de fibra que evita que el fluido se remanse en un punto y le obliga a distribuirse por toda la superficie. La capa externa es de polietileno microporoso, retiene el fluido y deja pasar el vapor. El conjunto se une con puños de polipropileno hidrófobo, con una banda elástica en torno a los muslos para impedir la salida del fluido. El pañal se sujeta al bebé mediante bandas adhesivas o "velcro".

curiosidades Cómo funcionan? Qué son?

El poliacrilato de sodio

Los poliacrilatos son polímeros superabsorbentes debido a su estructura. En el caso del poliacrilato de sodio, los grupos carboxilato de sodio (-COONa) cuelgan de la cadena principal. Al contacto con el agua se desprenden iones sodio (Na+) dejando libres grupos negativos (-COO-). Estos, al estar cargados negativamente, se repelen entre sí, por lo que el polímero se "desenrolla" y absorbe agua. El poliacrilato de sodio es un polímero de masa molecular muy elevada, por lo que no se disuelve sino que gelifica.

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El poliacrilato de sodio puede absorber agua destilada hasta unas 800 veces su propia masa. Si además de agua destilada se encuentran presentes otras sustancias, como es el caso de la orina, la capacidad de absorción se reduce mucho. Los iones y las sales disueltas pueden reducir esa capacidad en un factor superior a 10. Otras aplicaciones de los "superabsorbentes" Aparte de su aplicación en la higiene personal de los bebés y adultos, los polímeros superabsorbentes también se utilizan para:
* Limpiar residuos médicos en hospitales.
* Proteger de las filtraciones de agua a centrales eléctricas y cables ópticos.
* Eliminar el agua de los combustibles de aviación.
* Acondicionar la tierra de los jardines haciendo que retenga agua.

Cómo funciona una pizarra mágica

La pizarra mágica es un juguete, con forma de tablero, que los niños utilizan para dibujar. Está formada por un marco de plástico de colores llamativos y varios espacios para ubicar diferentes accesorios. Dentro del marco, aparece la pizarra en forma de rectángulo de color blanco con un enrejado muy fino.
Para escribir o dibujar se utiliza un "lápiz" de plástico que tiene en la punta un imán; al pintar en la pizarra aparece el dibujo en forma de líneas de color negro. Si queremos borrar el dibujo, basta con pasar una barra que atraviesa toda la pizarra, por detrás, y la tendremos preparada para pintar de nuevo. Entre los accesorios también suelen llevar imanes en forma de estrellas, animales, etc. y al ponerlos sobre la pizarra forman el dibujo directamente.

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La pizarra está fabricada con un recipiente plano dividido en pequeños departamentos, o celdas, formando un enrejado hexagonal que se observa a simple vista. El recipiente contiene un gel de color blanco de aspecto aceitoso en el que se encuentran dispersas partículas muy finas de virutas de hierro o de imán cerámico. Al escribir pasamos el imán que se encuentra en el extremo de lápiz y éste atrae a las virutas justo en la zona por donde hemos escrito, destacando en negro el dibujo realizado.
Cuando queramos borrar pasamos un imán blando que se encuentra debajo de la pizarra y la atraviesa de un lado a otro. Este imán, en forma de barra, atrae a las virutas hacia la parte de abajo dejando en blanco la pizarra.



Dispositivos que generan frío y calor

Bolsas de frío y de calor

En algunos botiquines de emergencia aparecen unas bolsas de plástico que se utilizan para la preparación de compresas instantáneas FRIAS y CALIENTES. Se pueden encontrar en las farmacias y son útiles para proporcionar los primeros auxilios a los deportistas y atletas que sufren un golpe o determinadas lesiones que necesitan de la aplicación inmediata de frío o calor.

Estas compresas constan de una bolsa de plástico que contiene otra bolsa más pequeña, con agua, y una sustancia química en forma de polvo o cristales. Al golpear el paquete con el puño se rompe la bolsa interior que contiene el agua y la sustancia se disuelve. La bolsa comienza a calentarse o a enfriarse, según el caso, de forma muy rápida. La temperatura aumenta o disminuye dependiendo de que el proceso de disolución de la sustancia sea exotérmico o endotérmico.

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Bebidas autocalentables

También se encuentran en el mercado botes de bebidas (café, chocolate, té, sopas, etc) que se autocalientan muy rápidamente, sin necesidad de llamas u otros sistemas de calefacción externa. Son útiles para poder disponer de bebidas calientes en el campo, la montaña, zonas desérticas, etc. El sistema es muy parecido al de las bolsas del apartado anterior y consta de dos depósitos: en uno va envasada la bebida que vamos a tomar y en otro una sustancia química junto con una pequeña cantidad de agua (separados por una membrana). Al disolverse en agua, esa sustancia genera gran cantidad de calor. Los depósitos están separados de forma que la sustancia química no puede entrar en contacto con la bebida. El bote lleva un botón que al presionarlo rompe una membrana y permite que el agua entre en contacto con la sustancia química que al disolverse genera calor.

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Pero no sólo se limita a las bebidas, también se pueden encontrar latas de conservas que incorporan el dispositivo y permiten tomar una comida caliente en situaciones difíciles. Como en todos los casos hace falta incorporar una cierta cantidad de agua, existen dispositivos que ya lo llevan incorporado como los que hemos descrito y otros que permiten incorporarlo en el momento en que se quiera provocar el efecto.

También pueden encontrarse bebidas que se autoenfrían. El mecanismo es el mismo lo único que cambia es la sustancia química que provoca el efecto.

¿Cómo funcionan?

Cómo hemos dicho, la base del proceso está en el calor que se genera o que se absorbe cuando se disuelve una sustancia química. En general, para las compresas calientes y las bebidas autocalentables se utiliza cloruro de calcio o sulfato de magnesio, mientras que para las compresas frías o para enfriar bebidas se utiliza nitrato de amonio.

Experimentalmente se ha comprobado que mezclando 100 ml de agua con 40 g de cloruro de calcio (CaCl2) la temperatura del sistema puede subir desde 20 ºC a 90 ºC. Se trata de un proceso muy exotérmico. Esto mismo ocurre con otras sustancias químicas, por ejemplo con el sulfato de cobre (anhidro). En el caso de las disoluciones emdotérmicas (absoben calor y, por tanto, baja la temperatura) también se ha comprobado experimentalmente que cuando se disuelven 30 g de nitrato de amonio (NH4NO3) con 100 ml de agua, la temperatura del sistema puede descender desde 20 ºC hasta 0ºC. En proporción 1:1 se ha llegado a temperaturas de -7 ºC.

Disoluciones endotérmicas y exotérmicas

Cuando se disuelve un soluto en un disolvente, en general, se produce un intercambio de energía que se manifiesta en un aumento o disminución de la temperatura del sistema. El calor absorbido o liberado se denomina calor de disolución. Si el proceso de disolución es exotérmico, se libera calor y la temperatura del sistema aumenta. Si el proceso es endotérmico, se absorbe calor y la temperatura del sistema disminuye.

En una disolución exotérmica la energía del disolvente más la del soluto, por separado, es mayor que la energía del disolvente y el soluto una vez mezclados. La diferencia de energía es lo que conocemos como calor de disolución o entalpía de disolución (cuando el proceso tiene lugar a presión constante). En este caso es una entalpía negativa, puesto que en el estado final el sistema tiene menos energía que el inicial.

En una disolución endotérmica ocurre lo contrario, la energía del estado inicial (soluto y disolvente por separado) es menor que la energía del estado final (la disolución). Por tanto, la entalpía es positiva.



Qué es el Hielo Seco ?

El llamado “hielo seco” es dióxido de carbono en estado sólido, se llama así porque su aspecto es parecido al del hielo. Pero, mientras un cubito de hielo se funde convirtiéndose en agua, el dióxido de carbono sólido sublima, es decir, pasa directamente del estado sólido al estado gaseoso sin dejar ningún residuo de humedad.

Se obtiene industrialmente comprimiendo y enfriando el dióxido de carbono. Se fabrica en forma de gránulos, barras (pellets) o placas.

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Se puede comprar por Internet, nos lo llevan a casa convenientemente embalado. También se puede encargar en algunas fábricas de hielo.

No debe colocarse en recipientes herméticos porque la expansión del gas puede provocar una explosión, se suele guardar en recipientes aislantes y porosos, las cajas de porexpan son las más adecuadas.

La temperatura de sublimación del dióxido de carbono es de – 78ºC, por lo que es difícil conservarlo, aún estando bien empaquetado no suele durar más de dos o tres días.

¿Cómo se manipula el hielo seco?

Hay que utilizar guantes ya que la baja temperatura a la que se encuentra puede producir una quemadura por congelación parcial. ¡Bajo ningún concepto lo colocaremos en la boca como si fuese un cubito de hielo!.

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Quemadura por Hielo Seco

Hay que utilizarlo en lugares bien ventilados porque el dióxido de carbono es más denso que el aire y se puede acumular en la parte baja de la habitación sustituyendo al oxígeno necesario para respirar.

Podemos sacarlo del recipiente con una cuchara metálica, observando que se produce un sonido característico, debido al enfriamiento rápido del metal.

¿Para qué se utiliza el hielo seco?

La capacidad de refrigeración del hielo seco es mayor que la del hielo común por eso es muy útil en la refrigeración de alimentos, medicinas, frutas, etc. y además tiene la ventaja de no dejar residuos húmedos por lo que no favorece la proliferación de bacterias. El catering de los aviones se refrigera de esta manera. También se utiliza en sistemas de limpieza.

Cómo funcionan? Qué son?

Al estar a una temperatura de -78 ºC, alrededor del hielo seco rápidamente condensa el vapor presente en el aire formando hielo (agua congelada). En la foto pueden verse finos hilos de hielo (agua en estado sólido) que van creciendo en su superficie.

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La niebla que provoca la sublimación es utilizada en el cine y en espectáculos teatrales como efectos especiales.
En el laboratorio o en casa podemos realizar espectaculares experimentos con hielo seco, con ellos podemos estudiar las propiedades del dióxido de carbono.

Propiedades del dióxido de carbono

El dióxido de carbono CO2 está formado por moléculas lineales, un átomo de carbono unido a dos átomos de oxígeno mediante dobles enlaces:
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Se disuelve fácilmente en agua para dar una disolución de ácido carbónico, por lo que se utiliza para añadir a las bebidas refrescantes. La disolución formada tiene pH ácido.

No arde ni mantiene fácilmente la combustión de otras sustancias. Sólo algunos metales muy activos como el sodio, el potasio o el magnesio pueden arder en su presencia.

El dióxido de carbono es un gas 1,5 veces más denso que el aire . Esta propiedad le hace especialmente útil como extintor de incendios: el CO2 añadido con un extintor forma una capa sobre el fuego que al ser más densa que el aire impide el acceso de éste y así se apaga el fuego. Si encendemos una vela y dejamos caer sobre ella vapores de dióxido de carbono observaremos como la llama se apaga.

Se expande rápidamente cuando sale de un recipiente a presión, hay a la venta cartuchos de CO2 que tienen diferentes aplicaciones: Para inflar las ruedas de las bicicletas en lugar de utilizar la tradicional bomba de aire; en pistolas o cuchillos de caza; en algunas cafeteras para hacer café Express o para dar presión a un barril de cerveza.



Dispositivos LCD


Debido a las propiedades tan peculiares de los CRISTALES LÍQUIDOS la investigación actual sigue demostrando un gran interés por ellos, por lo cual, aunque ya se han encontrado múltiples aplicaciones, seguirán jugando un papel muy importante en la tecnología moderna

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CRISTALES LÍQUIDOS

En la actualidad estamos familiarizados con la expresión LCD para referirnos a las pantallas de los teléfonos móviles, ordenadores, agendas electrónicas, cámaras de fotografía y vídeos, etc. El material base de estos dispositivos lo constituyen los cristales líquidos, como el acrónimo inglés nos indica LCD "Liquid Crystal Display" "Pantallas de Cristal Líquido".
Pero estos materiales no solo forman parte de los dispositivos electrónicos, sino que también ocupan un lugar destacado en la naturaleza pues la simple película de una pompa de jabón, una membrana biológica o una membrana celular son una clase de cristal líquido. Incluso el DNA y muchos polipéptidos son también fases cristal líquido. Además estas sustancias tan peculiares son también esenciales para fabricar nuevos materiales, entre ellos fibras de muy alta resistencia pero a su vez muy ligeras (Kevlar), que se utilizan en la fabricación de chalecos antibalas, cascos, etc. También se utilizan para construir ventanas inteligentes (se pueden cambiar de opacas a transparentes con solo presionar un interruptor), tienen aplicaciones como termómetros, termoindicadores, y también se pueden encontrar aplicaciones en otras áreas de la ciencia como en medicina (termografías cutáneas) o en cosmética.

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Dado el elevado número de aplicaciones que estos materiales pueden tener, el presente y futuro de los cristales líquidos es sumamente prometedor, y de ahí el que científicos de diferentes ramas de la ciencia estén interesados en continuar las investigaciones acerca de este tipo de sustancias.
Para entender las múltiples aplicaciones de los cristales líquidos pasamos a desarrollar unos conceptos básicos y sus características más destacadas.
Es conocido que los estados de agregación de la materia son tres: sólido, líquido y gas. El paso de un estado físico a otro está definido por un valor de la temperatura (a una presión determinada). La mayoría de los sólidos dan lugar a líquidos directamente al fundirse. Sin embargo, no todas las sustancias se comportan de esta forma, existen casos en los que las transiciones de fase sólido-líquido no son directas sino que se verifican atravesando un estado intermedio entre ellas denominado cristal líquido. Los cristales líquidos, por tanto, son fases intermedias entre los líquidos y los sólidos, poseen propiedades físicas de ambas fases, y de ahí el origen de su nombre.

Los cristales líquidos presentan un orden parcial en alguna dimensión espacial, es decir las moléculas tienden a orientar sus ejes moleculares en una dirección preferente, y no los colocan al azar como lo harían en un líquido isotrópico. Este grado intermedio orden-desorden implica que tengan propiedades singulares que se manifiestan en una dirección determinada. Los cristales líquidos tienen propiedades anisotrópicas (tienen propiedades que dependen de la dirección en que se miden). Este comportamiento fue descrito por primera vez por F. Reinitzer a finales del siglo XIX.

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Estas ordenaciones intermedias entre el estado sólido y líquido son llamadas también mesofases. Las diferentes mesofases están caracterizadas por el tipo de orden que está presente y podemos distinguir varias clases: nemáticos, esmécticos y colestéricos (clasificación realizada por Friedel en 1922).
Los nemáticos constituyen la mesofase menos ordenada. Las moléculas se encuentran esencialmente desordenadas en cuanto a las posiciones de sus centros de masa, pero alguno de los ejes principales se encuentra orientado en una dirección, llamada director. De este modo, respecto a la posición de los centros de masas, un nemático se comporta como un líquido ordinario y sus moléculas se mueven caóticamente, sin embargo difiere totalmente de un líquido en que sus moléculas se orientan y al moverse mantienen sus ejes paralelos a una dirección común.

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Si los nemáticos son la fase más desordenada de los cristales líquidos, los esmécticos constituyen la fase más ordenada. Tienden a organizarse en capas planas paralelas entre sí, con sus ejes moleculares perpendiculares a estos planos y paralelos también entre sí (esmécticos A). Hay diferentes fases que poseen esta propiedad estructural, se las diferencia añadiendo una letra al nombre de esméctico. Hoy en día hay identificadas 14 fases esmécticas (Chandrasekhar, 1988). De entre todas ellas, las tres más importantes son denotadas con las letras A, B y C.

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Así por ejemplo en los esmécticos C la configuración molecular es similar a los anteriores excepto en que los ejes moleculares están girados respecto al eje director.

Las moléculas de las mesofases colestéricas se distribuyen en capas, pero en este caso los ejes moleculares se orientan en una dirección paralela al plano mismo de las capas y esta dirección cambia ligeramente de capa a capa por lo cual el eje de orientación, al pasar de un plano a otro, describe una trayectoria helicoidal. A esta dirección especial se le llama eje óptico del material y el la causa de muchos fenómenos ópticos importantes presentados por estos materiales.

Los cristales líquidos también se pueden clasificar en termotrópicos y liotrópicos. Los cristales líquidos termotrópicos son aquellos que alcanzan el estado cristal líquido como consecuencia de una variación de temperatura. Los liotrópicos son aquellos en los que la mesofase aparece cuando el material se disuelve en un disolvente adecuado bajo determinadas condiciones de temperatura y concentración.
¿Cómo podemos diferenciar las diferentes mesofases en un cristal líquido termotrópico? Estas pueden observarse si el material cristal líquido es observado utilizando un microscopio óptico de luz polarizada (MOP) dado que cada una de ellas presenta diferente textura. Así cada textura se corresponde con una de las orientaciones preferentes comentadas anteriormente.

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Pantallas de cristal líquido (LCD)

PANTALLAS DE CRISTAL LÍQUIDO
(LCD: Liquid Crystal Display)

Los dispositivos electroópticos son el elemento fundamental en la construcción de las pantallas de cristal líquido (LCD). El grado de complejidad de su construcción aumenta con la sofisticación del producto final en el que se emplean, desde la simplicidad de la calculadora, hasta la última generación de TFTs del mercado, pero los principios básicos de su funcionamiento son los mismos.

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El dispositivo electroóptico se construye, de forma simplificada, tomando dos láminas de vidrio en las que se realizan unas hendiduras de tamaño similar a las moléculas del cristal líquido nemático que se introduce entre ambas. Estas dos láminas al colocarse de forma perpendicular originan una orientación molecular preferente y la aparición de un eje óptico helicoidal dentro del material (Fig. 1). Dicho eje óptico es análogo al que encontramos en las mesofases colestéricas o nemáticas quirales. Por último, tras el segundo polarizador, se coloca un espejo que reflejará la luz que atraviesa el dispositivo llegando a los ojos del espectador.

La aplicación de un campo eléctrico sobre la célula de cristal líquido va a dar lugar a las dos posiciones off / on necesarias para el funcionamiento de las pantallas de cristal líquido. Si el campo eléctrico está desconectado las moléculas de cristal líquido mantienen su orientación preferente y dejan que la luz polarizada (aquella cuyas vibraciones están restringidas a una única dirección en el espacio) atraviese la célula reflejándose en el espejo y dando lugar a una celda transparente (Fig. 2a). Sin embargo, al conectar un campo eléctrico en el dispositivo las moléculas giran y pierden su orientación para colocarse paralelas al campo eléctrico aplicado impidiendo que la luz polarizada atraviese el segundo polarizador, y por tanto no se podrá reflejar en el espejo originando una célula negra (Fig. 2b).

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El siguiente paso en la construcción de una pantalla LCD consiste en agregar a cada una de las células de cristal líquido, como las que se muestran en la figura 2, unos filtros de los colores básicos rojo, verde y azul. Cada una de las células junto con el filtro del color correspondiente se denomina subpíxel y a su vez el subpíxel rojo, el subpíxel verde y el subpíxel azul forman lo que se conoce con el nombre de píxel. Dependiendo de la intensidad del campo eléctrico aplicado sobre la célula se pueden alcanzar distintos niveles de transparencia en los subpíxeles (se modula la cantidad de luz que atraviesa la célula). Si el valor del campo es máximo las moléculas se alinearán totalmente y la luz no podrá atravesar el segundo polarizador y el subpíxel estará desactivado. Si el campo es nulo, o de un valor mínimo, toda la luz atraviesa el segundo polarizador y el subpíxel será brillante. Entre los dos valores extremos de campo eléctrico se obtendrán las diferentes tonalidades de rojo, verde y azul. Por lo tanto, modificando el voltaje podremos obtener distintas tonalidades en los subpíxeles verdes, en los azules y en los rojos. Debido al minúsculo tamaño de los subpíxeles el ojo humano únicamente puede percibir un punto, es decir, un píxel cuyo color vendrá dado por la mezcla de los colores de los tres subpíxeles (Fig. 3).

Cómo funcionan? Qué son?

En resumen, si la luz polarizada atraviesa la célula de cristal líquido, por ejemplo, con el filtro rojo el subpíxel rojo estará activo y el ojo observará la tonalidad correspondiente a la cantidad de luz que lo atraviesa. Si la luz polarizada no puede atravesar el segundo polarizador, el subpíxel estará desactivado y el color resultante del píxel que verá nuestro ojo no contendrá al color rojo tal como se observa en la figura 4

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La imagen se forma en la pantalla gracias a la presencia de una multitud de minúsculas células de cristal líquido (tres por cada píxel, Fig. 4). El número de píxeles que contiene una pantalla dependerá de su tamaño y de la resolución final (Fig.5).

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Las primeras pantallas de cristal líquido que se comercializaron fueron las llamadas DSTN (Super Twisted Nematic Display) o también denominadas de MATRIZ PASIVA utilizadas hasta hace unos años en los ordenadores portátiles. El sistema de control está formado por una lámina de vidrio cubierta con un óxido de metal transparente el cual opera como un sistema enrejado de filas y columnas de electrodos a través de los que pasa la corriente necesaria para activar y desactivar los píxeles de la pantalla. El sistema de control de los monitores de matriz pasiva tiene un problema de velocidad de respuesta, ésta es muy lenta cuando los cambios en la pantalla o el movimiento de ratón son muy rápidos produciendo borrones o estelas en la pantalla.

Debido a estos problemas, muchas compañías comenzaron a desarrollar la tecnología TFT (Thin Film Transistor) o MATRIZ ACTIVA, en este tipo de pantallas se incorpora una lámina extra de transistores conectados al panel de cristal líquido por lo que cada píxel está controlado de forma independiente eliminando los problemas de sombras y respuesta lenta de los DSTN y mejorando a un nivel muy elevado todas las variables, entre ellas el ángulo de visión.

La tecnología LCD – TFT ha avanzado sustancialmente en los últimos años, actualmente podemos encontrar en el mercado diferentes tipos de pantallas TFT (Fig. 5) según su utilización: TFT – VA (Vertically-Aligned) que se utiliza en televisores, TFT – TN (Twisted Nematic) utilizadas en móviles y PDAs y por último las TFT – IPS (In Plane Switching) que se utilizan en la tecnología informática.

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Las pantallas LCD – TFT proporcionan al usuario numerosas ventajas como son: menor tamaño (pantallas más delgadas), menor consumo o eliminación del parpadeo. Por ejemplo en un monitor CRT (Tubo de Rayos Catódicos) la imagen se crea mediante barridos horizontales y verticales en la pantalla de fósforo, la pantalla se refresca o re – dibuja un número de veces determinado por segundo, mientras que en el monitor LCD se aplica un campo eléctrico continuo y los píxeles se encienden o apagan de forma independiente. Esta diferencia de funcionamiento supone una reducción de problemas visuales ya que se elimina el parpadeo de las imágenes que causan sobreesfuerzo y fatiga en los ojos y sobre todo un aumento de la calidad de las imágenes, las pantallas poseen una superficie plana por lo que las distorsiones en los extremos se eliminan.


¿Qué es la gelatina?

La gelatina es una sustancia de origen animal formada por proteínas y usada en alimentación. Se extrae de pieles, huesos y otros tejidos animales mediante tratamiento con álcalis o con ácidos. Es muy fácil de digerir y aunque sea 100 % proteína su valor nutritivo es incompleto al ser deficiente en ciertos aminoácidos esenciales. En el comercio se puede encontrar preparada junto con azúcar, colorantes y potenciadores de sabor.
La gelatina se vende en sobres que contienen láminas transparentes o con colorantes
La gelatina seca al ponerla en contacto con un líquido lo absorbe y se hincha. Al calentar el líquido se forma un sol (un sistema coloidal fluido) con el líquido como dispersante. A medida que se enfría el sistema, la viscosidad del fluido aumenta y acaba solidificando formando un gel (sistema coloidal de aspecto sólido).

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El estado de gel es reversible al estado de sol si se aumenta la temperatura
Con la gelatina se puede formar una espuma que actúa de emulsionante y estabilizante, es en esta forma que se usa en alimentos preparados como sopas, caramelos, mermeladas, algunos postres. También se usa como estabilizante de emulsiones en helados y en mezclas en que intervienen aceites y agua.
También la industria farmacéutica y la cosmética emplean gelatina como excipiente para fármacos que hay que tomar en pequeñas cápsulas

Jabones y detergentes

Las grasas y aceites son ésteres cuya hidrólisis en medio alcalino produce mezclas de sales sódicas de ácidos grasos que se conocen con el nombre de jabones.
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Esta reacción se conoce con el nombre de saponificación. Si el álcali utilizado es hidróxido de sodio se obtiene un jabón duro o sólido, en cambio con hidróxido de potasio el jabón es blando o líquido.
Las propiedades del jabón derivan de las características de sus moléculas, éstas contienen dos partes diferenciadas: un grupo hidrófobo (repelente al agua) apolar y uno o más grupos polares o hidrófilos (afines al agua). Las partes no polares de tales moléculas se disuelven en las grasas o aceites y las porciones polares son solubles en agua.

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La longitud de la cadena carbonada determina la fuerza de la porción no polar de la molécula, si el número de átomos de carbono es menor de 12 esta parte de la molécula es demasiado débil para equilibrar la fuerte acción polar del grupo carboxilato (COO-). Si se sobrepasan los 20 átomos de carbono el efecto es el contrario. Por ello los ácidos más adecuados son los que contienen entre 12 y 18 átomos de carbono, ya que cada extremo ejerce su propio comportamiento de solubilidad.

¿Cómo limpia un jabón?

El agua sola no es capaz de disolver la grasa que compone y contiene la suciedad. Un jabón limpia debido a la capacidad que tiene para formar emulsiones con los materiales solubles en grasas; las moléculas de jabón rodean a la suciedad hasta incluirla en una envoltura denominada micela, la parte apolar de la molécula de jabón se disuelve en la gotita de grasa mientras que los grupos carboxilato, polares, se orientan hacia la capa de agua que los rodea. La repulsión entre cargas iguales evita que las gotas de grasa se unan de nuevo. Se forma así una emulsión que se puede separar de la superficie que se está lavando.
Los jabones son inefectivos para la limpieza en agua dura ( agua que contiene sales de metales pesados, especialmente hierro y calcio), éstos precipitan en forma de sales insolubles (costra de las bañeras). En cambio, las sales de hierro y calcio de los sulfatos ácidos de alquilo son solubles en agua y las sales sódicas de estos materiales, conocidas como detergentes (agentes limpiadores), son efectivas incluso en aguas duras.

Tales detergentes contienen cadenas carbonadas rectas, análogas a las de las grasas naturales. Se metabolizan mediante bacterias en plantas de tratamiento de aguas residuales y se conocen con el nombre de “detergentes biodegradables”.

Jabón R-COO- Na+ Detergente R-OSO3- Na+

Aunque los detergentes sintéticos varían considerablemente en cuanto a sus estructuras, sus moléculas tienen una característica común que comparten con el jabón ordinario: tienen una cadena apolar muy larga, soluble en grasas, y un extremo polar, soluble en agua.

quimica

Los detergentes actuales contienen diferentes aditivos, fosfatos que exaltan la limpieza, agentes espumantes, blanqueantes, etc. siempre intentando satisfacer la demanda de los consumidores.


El funcionamiento de las lámparas halógenas

Las lámparas de incandescencia

Las lámparas de incandescencia son dispositivos formados por una ampolla de vidrio que contiene un gas inerte, argón o criptón, y un filamento de wolframio. Las altas temperaturas (alrededor de 2000 ºC) que alcanza el wolframio con el paso de la corriente eléctrica provocan la emisión de luz visible. El color de esta luz es ligeramente amarillento, debido a la mayor proporción de fotones emitidos en la zona de menor energía del espectro visible. Para conseguir luz más blanca es necesario aumentar la temperatura del filamento, con lo que el wolframio puede sublimar y el filamento hacerse más delgado en algunos puntos. En estos puntos la temperatura aumenta y el wolframio puede llegar a fundirse (T-fusión = 3387 ºC), se dice que "la bombilla se ha fundido". Debido a la sublimación del wolframio, es por lo que habitualmente la ampolla de vidrio de una bombilla va oscureciéndose -el wolframio que sublima se deposita, vuelve al estado sólido, en la zona de menor temperatura, el vidrio-. En la actualidad para obtener luz más blanca se utilizan las lámparas halógenas, que permiten que el filamento alcance una temperatura más elevada sin que el wolframio llegue a fundir.

curiosidades

La historia de las lámparas halógenas

Hacia 1950 se empezaron a necesitar lámparas muy pequeñas y potentes para las luces de los aviones a reacción, que pudieran encajar en los extremos pequeños y agudos del ala. Los investigadores de General Electric tuvieron una idea muy ingeniosa rellenaron el bulbo con yodo, un elemento muy reactivo, en vez de rellenarlo con un gas inerte como en las bombillas normales. La presencia del yodo, permite que el filamento se repare automáticamente en las zonas en las que se va quedando más delgado. Esto hace que se puedan alcanzar temperaturas más elevadas y, por tanto, la luz emitida sea más blanca e intensa. A partir de aquí se fue desarrollando la gran variedad de lámparas halógenas que conocemos en la actualidad.

¿Cómo funcionan las lámparas halógenas?

bomb-1.jpg (5707 bytes) Las lámparas halógenas son lámparas incandescentes con filamento de wolframio que en su interior contienen una atmósfera gaseosa formada, además de por el gas noble, por un halógeno o un halogenuro metálico (figura 2). La presencia del gas halógeno (representado por el símbolo X) permite que se establezca el equilibrio

X2 + W ===== WX2 exotérmico

que al aumentar la temperatura se desplaza hacia la izquierda. En realidad, en el margen de temperaturas en que trabaja la bombilla, el equilibrio se encuentra desplazado hacia la izquierda a la temperatura del filamento y hacia la derecha a la temperatura del vidrio (en este caso cuarzo) de la ampolla.

Cuando parte del wolframio sublima y pasa a estado gaseoso, al entrar en contacto con las paredes "frías" de la bombilla se combina con el halógeno para formar el halogenuro correspondiente. Por otra parte, en las zonas del filamento donde haya sublimado más wolframio, el conductor disminuye de grosor y por tanto aumenta la temperatura (la temperatura aumenta cuando aumenta la resistencia). En estas zonas de mayor temperatura, el equilibrio se desplaza hacia la izquierda depositándose el metal sobre el filamento y reparándolo.

El establecimiento de este ciclo regenerador requiere que la bombilla alcance una temperatura suficiente, mayor de lo habitual, que permita la formación del halogenuro gaseoso. Por ello se utiliza generalmente el cuarzo como material para la ampolla de la bombilla. Material que impone una serie de requerimientos especiales para este tipo de bombillas, por ejemplo, no se pueden tocar con los dedos.

Algunas curiosidades sobre las lámparas halógenas

Los retroproyectores y los proyectores de transparencias utilizan pequeñas lámparas halógenas. En algunos de ellos puede observarse que, cuando se funde la bombilla, se ha formado una ampolla en la pared de cuarzo. La ampolla aparece en la misma zona en que se encuentra un espejo que refleja la luz y que está muy próximo a la lámpara. Puede verse también que la zona de la ampolla se encuentra oscurecida (figura 3).

Cómo funcionan? Qué son?

Esto es debido a que la lámpara está muy próxima al espejo, lo que hace que en esa zona se caliente mucho y por tanto se deforma la pared de cuarzo. Además, al aumentar mucho la temperatura en esa zona ayuda a que se deposite parte del vapor de wolframio en forma sólida., tal como se mostraba en el equilibrio químico que mostrábamos más arriba.



El efecto mariposa

"Si agita hoy, con su aleteo, el aire de Pekín, una mariposa puede modificar los sistemas climáticos de Nueva York el mes que viene"

J. Gleick


Hacia 1960, el meteorólogo Edward Lorenz se dedicaba a estudiar el comportamiento de la atmósfera, tratando de encontrar un modelo matemático, un conjunto de ecuaciones, que permitiera predecir a partir de variables sencillas, mediante simulaciones de ordenador, el comportamiento de grandes masas de aire, en definitiva, que permitiera hacer predicciones climatológicas.

Lorenz realizó distintas aproximaciones hasta que consiguió ajustar el modelo a la influencia de tres variables que expresan como cambian a lo largo del tiempo la velocidad y la temperatura del aire. El modelo se concretó en tres ecuaciones matemáticas, bastante simples, conocidas, hoy en día, como modelo de Lorenz.

Pero, Lorenz recibió una gran sorpresa cuando observó que pequeñas diferencias en los datos de partida (algo aparentemente tan simple como utilizar 3 ó 6 decimales) llevaban a grandes diferencias en las predicciones del modelo. De tal forma que cualquier pequeña perturbación, o error, en las condiciones iniciales del sistema puede tener una gran influencia sobre el resultado final. De tal forma que se hacía muy difícil hacer predicciones climatológicas a largo plazo. Los datos empíricos que proporcionan las estaciones meteorológicas tienen errores inevitables, aunque sólo sea porque hay un número limitado de observatorios incapaces de cubrir todos los puntos de nuestro planeta. esto hace que las predicciones se vayan desviando con respecto al comportamiento real del sistema.

Lorenz intentó explicar esta idea mediante un ejemplo hipotético. Sugirió que imaginásemos a un meteorólogo que hubiera conseguido hacer una predicción muy exacta del comportamiento de la atmósfera, mediante cálculos muy precisos y a partir de datos muy exactos. Podría encontrarse una predicción totalmente errónea por no haber tenido en cuenta el aleteo de una mariposa en el otro lado del planeta. Ese simple aleteo podría introducir perturbaciones en el sistema que llevaran a la predicción de una tormenta.

De aquí surgió el nombre de efecto mariposa que, desde entonces, ha dado lugar a muchas variantes y recreaciones.

Se denomina, por tanto, efecto mariposa a la amplificación de errores que pueden aparecer en el comportamiento de un sistema complejo. En definitiva, el efecto mariposa es una de las características del comportamiento de un sistema caótico, en el que las variables cambian de forma compleja y errática, haciendo imposible hacer predicciones más allá de un determinado punto, que recibe el nombre de horizonte de predicciones.


Antenas parabólicas y hornos solares

En el mundo en que vivimos estamos acostumbrados a ver desde hace algún tiempo multitud de antenas parabólicas. Pero, También hemos oído hablar muchas veces, incluso los habremos visto, de hornos parabólicos. La pregunta es: ¿cómo funcionan y por qué tienen precisamente esa forma? Vamos a intentar explicarlo.
Las ondas como la luz, el sonido, ondas de radio y TV, etc., cuando chocan contra un obstáculo experimentan un cambio de dirección o de sentido, volviendo al mismo medio del que proceden. A esta propiedad se le llama reflexión.
La dirección de propagación de una onda se representa mediante líneas que se denominan rayos y según la forma de la superficie en la que inciden así será la dirección de los rayos reflejados. Cuando la forma de dicha superficie es parabólica todos los rayos que llegan paralelos al eje de la parábola se reflejan pasando por un mismo punto que se denomina "foco". Esta es la propiedad fundamental en que se basan todos los ingenios parabólicos.


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En la imagen puedes ver un espejo parabólico y un punto rojo que corresponde al foco de la parábola.

Situando el ratón sobre la figura podrás comprobar el comportamiento de los rayos de luz cuando inciden sobre él.


Esta propiedad de reflexión en la parábola se utiliza en la construcción de antenas parabólicas para recepción de señales de TV, radares, radiotelescopios, etc. Estos dispositivos constan de un "plato" parabólico que recoge las ondas y estas se reflejan hacia una antena colocada en el foco. Tienen diferentes tamaños, según su utilidad, desde los 60 cm de una antena para recibir la televisión por satélite hasta los 305 m de diámetro que tiene el plato del radiotelescopio más grande del mundo que se encuentra en Puerto Rico (Arecibo).

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Otra aplicación se encuentra en la fabricación de hornos solares. Se construye una "cocina" parabólica que concentra la radiación solar y la convierte en calor gracias a un reflector de láminas de aluminio sobre el que se pone la sartén, la paellera o cualquier otro recipiente utilizado para cocinar. En un día soleado se puede conseguir que un litro de agua hierva en unos 18 minutos y que el aceite alcance una temperatura máxima de 200 ºC. Al cocinar es necesario tomar ciertas precauciones, como evitar el deslumbramiento, usar cacerolas de color negro y utilizar manoplas para evitar quemaduras.
Al igual que los rayos paralelos al eje de la parábola se reflejan siempre pasando por el foco, la propiedad análoga nos dice que un rayo que incida pasando por el foco se reflejará paralelo al eje de la parábola. Este es el fundamento de muchos tipos de reflectores. Por ejemplo, en los faros de los coches la lámpara situada en el foco hace que el haz de luz se concentre en la carretera.


Láser

EL LÁSER

Siglas de Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (Amplificación de la luz por emisión estimulada de radiación).

En 1916 Einstein estaba estudiando el comportamiento de los electrones en el interior del átomo cuando pensó en la posibilidad de estimularlos para que emitiesen luz de una determinada longitud de onda.

Fue en 1958 cuando a partir de esta idea, Townes y Arthur Scholow idearon el primer láser que fue construido por Theodore Maiman dos años después.

Propiedades del láser

1. La luz es muy intensa

2. Los haces láser son estrechos y no se dispersan como los demás haces de luz (direccionalidad)

3. La luz láser es coherente, es decir, todas sus ondas luminosas se acoplan entre si.

4. Los láseres producen luz de un solo color (monocromática) a diferencia de la luz común que contiene todos los colores de la luz visible.



quimica



1. Los átomos se encuentran en una cavidad cerrada por espejos (uno de ellos semitransparente). Se les proporciona energía para excitarlos.
2. Los electrones de los átomos excitados pasan a ocupar niveles de mayor energía. Algunos fotones se escapan del átomo, retornando éste a su estado no excitado.
3. El fotón emitido choca con otro átomo excitado estimulando en éste la expulsión de otro fotón.
4. Se produce una reacción en cadena. Cada fotón emitido estimula la emisión de otro fotón.
5. Los fotones se reflejan en el espejo y se repite la reacción en sentido contrario.
6. Los fotones salen de la cavidad a través del espejo semitransparente formando un haz coherente.



Las auroras boreales

1. Veamos...

...en algunas imágenes, este maravilloso fenómeno de la Naturaleza que se manifiesta en las regiones polares de la Tierra

curiosidades Cómo funcionan? Qué son?matematicas

2. ¿En dónde pueden verse?

Las zonas en las que con mayor frecuencia se pueden observar las auroras corresponden a anillos o, mejor dicho, a óvalos centrados en los polos magnéticos (norte y sur), como puede verse en los graficos de abajo y en la fotografía, tomada desde el espacio, en la que se ve la Tierra con dos auroras boreales simultáneas.
La "zona de auroras del norte" se extiende por Alaska, norte del Canadá, sur de Groenlandia, Islandia, norte de Norruega y Rusia. La "zona de auroras del sur" se encuentra en la Antártida y sur del océano Pacífico.
En estos óvalos la frecuencia de auroras al año es de unas 240 noches, disminuyendo esta frecuencia, tanto hacia dentro como hacia fuera del óvalo.

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quimicacuriosidades

3. ¿Qué son?

Las auroras boreales, o luces del Norte, no son, como en un principio se creía, la luz del sol reflejada por el hielo del Océano Ártico o reflejada en cristales de hielo en suspensión en el aire, tampoco la altura a la que se encuentran es tan baja como se pensaba.

La causa de la formación de las auroras está en la interacción del viento solar con el campo geomagnético, la magnetosfera, que envuelve a la Tierra, y con la ionosfera.

El Sol emite, continuamente y en todas las direcciones, un flujo de particulas cargadas: electrones y protones, al que se llama plasma. Las partículas de plasma, "guiadas" por el campo magnético del Sol, forma el viento solar que viaja a traves del espacio a unos 400 km/s, llegando a la Tierra en 4 o 5 días.

Cómo funcionan? Qué son?
La Tierra, también, tiene un campo magnético, (figura 1). Los polos magnéticos Norte y Sur coinciden, casi, con los polos geográficos Sur y Norte, respectivamente. El campo magnetico es más intenso donde las líneas de campo estan más juntas, es decir en los polos, de manera que, las partículas cargadas que logran entrar en el campo magnético terrestre -la gran mayoría no lo consigue, pues este campo actúa tambien como escudo protector, desviándolas- son reconducidas hacia los polos magnéticos (figura 2). En su camino de descenso pasan por la ionosfera, que es una capa que limita exteriormente a la atmosfera ( a unos 60 km de altura) y en la que se encuentran muchos iones: átomos de oxígeno y nitrógeno con carga eléctrica, originados por los rayos ultravioleta procedentes del Sol. La ionosfera actúa como medio conductor para las partículas cargadas que llegan con el viento solar, y es en ella en donde se produce la aurora, entre 90 y 110 km de altura.
Los electrones chocan con las moléculas de oxígeno y nitrogeno excitandolas, y estas, luego, se desexcitan, emitiendo luz: verde las de oxígeno y roja las de nitrógeno.

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Levitación por rotación

Vamos a describir un curioso aparato, llamado Levitron, que se comercializa como juguete. A pesar de que tiene poco que ver con los campos magnéticos intensos, tema de este trabajo, nos ha parecido interesante incluirlo al estar relacionado con los temas de levitación.
El Levitron en sí consiste en una base y en un extremo superior alargado. La base y el extremo son dos imanes, pero colocados de forma tal que los dos polos iguales (por ejemplo, el norte de la base y el norte del extremo) quedan enfrentados. El ajuste de estos imanes en el proceso de fabricación debe hacerse de forma muy cuidadosa.

Surgen cuatro fuerzas magnéticas en el extremo: dos de atracción y dos de repulsión con respecto a los polos del imán de la base. Sin embargo, la dependencia con la distancia de la fuerza magnética hace que, tal y como están colocados los imanes, en conjunto, la resultante se oponga a la fuerza gravitatoria y, así, el extremo levita sobre la base.

Sin embargo, el campo magnético de la base crea un momento que tiende a volcar el imán del extremo hacia abajo. Para evitar que esto ocurra, el Levitron ha de estar describiendo un movimiento de rotación, ya que, en este caso el momento actúa de forma giroscópica y el eje del sistema no vuelca, manteniéndose más o menos en la misma dirección que el campo magnético.
Este movimiento de rotación es similar al movimiento de precesión de una peonza. El eje es casi vertical en un principio, pero según va disminuyendo la velocidad de giro, una leve oscilación aparece en este eje.
De hecho, el principio de funcionamiento es similar al de una peonza. Es casi imposible conseguir que una peonza quede en equilibrio por la punta y no caiga. Sin embargo, mientras está girando el equilibrio se mantiene. Al disminuir la velocidad, la peonza empieza a cabecear, hasta que, finalmente, cae. Exactamente igual que ocurre con el Levitron.
Este aspecto de estabilidad es muy delicado en el Levitron. En definitiva, el sistema solo funciona en un determinado rango de alturas, que van desde 3.125 a 4.375 cm desde el centro de la base. La altura concreta para el equilibrio