INTRODUCCIÓN
TEORÍA DEL BIG BANG
La teoría del Big Bang explica el origen del Universo. Constituye el momento en que de la “nada” emerge toda la materia. Hasta ese momento la materia es un punto de densidad infinita que en un momento “explota” generando la expansión de la materia en todas las direcciones y creando lo que conocemos como Universo.
Inmediatamente después del momento de la “explosión” cada partícula de materia comenzó a alejarse rápidamente una de otra.
La materia fue lanzada en todas las direcciones por la explosión primordial y está constituida exclusivamente por partículas elementales: Electrones, Positrones, Mesones, Bariones, Neutrinos, Fotones… hasta alcanzar las 89 partículas conocidas hoy en día.
El hidrógeno y el helio fueron los productos primarios del Big Bang, y los elementos más pesados se produjeron más tarde, dentro de las estrellas. A causa de su elevadísima densidad, la materia existente en los primeros momentos del Universo se expandió con rapidez. Al expandirse, el helio y el hidrógeno se enfriaron y se condensaron en estrellas y en galaxias.
Mil millones de años después del Big Bang y a 255° bajo cero surgen las estrellas a partir del hidrógeno. En las estrellas se formaron los demás elementos químicos: carbono, oxígeno, neón, etc. Algunas estrellas de gran masa estallaron, y esparcieron esos elementos en masas ardientes que originaron los planetas.
PARTÍCULAS ELEMENTALES
El protón no es una molécula elemental.
Las partículas que componen el protón son quarks. Hay otras partículas en la periferia del núcleo que son los electrones, que son muy ligeros.
El positrón es la antipartícula del electrón. Está cargada positivamente.
A través de aceleradores se general positrones.
El neutrino es una partícula más ligera que el electrón.
Los quarks tienen más masa, la familia que los recibe son hadrones.
Dentro de los quarks hay tres familias, en la primera están los up y down.
La carga eléctrica es fraccionaria, solo dentro de un núcleo confinada e inseparable. La fuerza de color que une a los quarks se hace infinita para distancias mayores.
Son partículas de spin ½ por eso son fermiones ( familia).
Principio de exclusión de Pauli, dos fermiones no pueden ocupar dos mismos estados. Pasa con todas las partículas de spin ½.
Los bosones, tienen spin 1.
Un protón sería la suma de dos u y uno d. Un neutrón son u, d, d.
Hay otras partículas que no formando parte de la materia normal, aparecen, son otros quarks, son iguales que los anteriores pero tienen más masa que los u y los d.
Cuanto hacemos chocar una partícula y su antipartícula, se pretende conseguir tanta energía como la que corresponde a la masa de una partícula que se está buscando por ejemplo el quark, por fenómenos de intercambios de energía cabe una probabilidad de que se pueda detectar dicha partícula. Una partícula se puede observar gracias a la colisión de partículas. (aceleradores de partículas).
El neutrino es una partícula casi indetectable. Lo normal para un neutrino es que le pusiera un año luz de Pb y que lo pasara sin tocar.
Responsable de la reacción de color: gluón.
Las partículas w y z están vinculadas con las fuerzas débiles.
La teoría de todo es la que unifica todas las fuerzas.
Fuerzas:
-fuerzas nucleares
-fuerzas electromagnéticas
Video de Punset:
A su nieta le pregunta que está metiendo en el globo cuando lo hincha.
Teoría de Big Bang. A medida que el universo avanza se vuelve mas extraño.
La materia oscura. Las galaxias son gotas de polvo en una materia oscura.
¿Seguirá expandiéndose la materia oscura siempre?
El destino del universo esta oculto en la materia oscura.
La teoría que da cuenta de todos los fenómenos del universo. En el Big Bang se une la cosmología con las partículas elementales. Teoría de supercuerdas que dice que todo en el universo esta formado por cuerdas que vibran. Hay universos paralelos al nuestro.
¿Por qué existe el universo?
Las estrellas:
En las estrellas hay momentos en los que la presión no se puede mantener.
Las estrellas suelen ir en parejas. Ligadas gravitatoriamente.
Un sistema binario no es compatible con la vida.
El sol se originó en la formación del universo.
En una zona del cosmos hay polvo estelar y gases, gracias a una supernova, el núcleo colapsa y una parte de la materia que no esta en el núcleo sale disparada. Donde hay materia la acumula y da lugar a una estrella de segunda generación. La tierra tiene núcleos pesados, se ha generado de polvo de estrellas. La fusión nuclear en las estrellas produce los átomos pesados. El hidrógeno del sol no es infinito, llegara un momento que se producirá la gigante roja. Llegara un momento que se acabara el hidrógeno. El núcleo se hará más pequeño cada vez.
De gigante roja pasará a enana blanca.
La secuencia principal es lo más normal en la vida de la estrella. Dependiendo de la masa que tiene una estrella, su final será uno u otro.
Cuando el núcleo pesa 5 veces más que el sol, no es enana blanca es estrella de neutrones.
La estrella de neutrones pesa más que la Tierra.
Cuando el peso es 20 veces más se forma un agujero negro.
Las galaxias espirales tienen en el núcleo un agujero negro.
21/2/2011
La teoría de cuerdas: las partículas son diferentes a diferentes estados de vibración llamado cuerda. Gracias a un modelo de este tipo se pretende explicar todas las fuerzas.
Un cuerpo a una temperatura tiene una radiación, la teoría dice que en el momento que se forman los átomos la radiación queda liberada y se crea una radiación de fondo de microondas (radiación cuerpo negro).
Vídeo: Materia y universo.
“potencias de 10”
Escalas. Muestra a un hombre a diferentes escalas, desde él hasta la vía láctea y hasta el átomo que lo compone.
EFECTO JOULE
P = V I
V = I R
Un superconductor no tiene resistencia eléctrica por un efecto cuántico.
Se puede lograr que materiales a bajas temperatura permitan el paso de la corriente eléctrica sin disipación. Gracias a la resistencia eléctrica. Este efecto se utiliza para grandes campos magnéticos.
Q = I2 R T
Interesa que en un tendido eléctrico la intensidad sea baja.
Vídeo:
Acelerador de partículas:
Es un instrumento que nos permite investigar la materia a muy pequeña escala. Nos permite acelerar partículas y hacerlas chocar. Con muchos choques somos capaces de distinguir la interacción original. Nos permite conocer su naturaleza original.
En el Big Bang se crea la materia pero también el tiempo. El LHC nos aclarará la estructura de la materia.
Todas las partículas elementales tienen su antipartícula.
24/2/2011
Proyecto ITER: laboratorio de fusión nuclear controlada.
Vídeo: cómo refrigerar el LHC
Se refrigera con nitrógeno líquido. Para prerrefrigerar el helio.
Necesitamos 130 toneladas de helio.
En tanques hay he gaseoso almacenado. El helio se licua de temperatura ambiente hasta 4 grados por encima del cero absoluto. En los compresores fríos se transforma en helio superfrío.
El helio se lleva al imán del LHC.
Efecto Joule y transporte de energía
Al circular una corriente eléctrica por un conductor tiene lugar siempre el efecto joule, es decir una perdida de energía en forma de calor.
La potencia disipada por una corriente viene dada por:
P=IR^2
Donde I es la intensidad y R la resistencia del conductor, por tanto cuanto menos sea I menor potencia se disipara
Por otra parte, la potencia transportada cuando una corriente se mueve a través de un conductor se calcula por la expresión:
P=V*I
Donde I es la intensidad y V la tensión
Para conseguir un valor elevado de P, se puede hacer de dos maneras, con intensidades altas o con tensiones altas.
Para lograr una potencia transportada P y reducir al mínimo el efecto joule, hay que bajar la intensidad manteniendo e producto V*I
Cosmos
Las galaxias tienen dos tipos de radiación: la que viene de las estrellas y otra peculiar que esta relacionada con la actividad galáctica. (viene del núcleo)
Un quásar tiene esta última radiación.
Los quasares son los objetos más lejanos que estamos viendo con nuestros instrumentos.
Entonces esto quiere decir que son muy antiguos.
Los astros los vemos a través de la radiación electromagnética que emiten al exterior.
ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS
Una onda de radio se consigue con un circuito eléctrico con corriente alterna de 50 Hz.
Las microondas son ondas electromagnéticas de longitud de onda menor que las de radio.
Jaula de Faraday: recinto para apantallar ondas electromagnéticas.
Klistrón: Es una válvula de vacío de electrones en la cual una modulación inicial de velocidad impartida a los electrones da una modulación del haz de electrones. Se utiliza como amplificador en la banda de microondas o como oscilador.
Cualquier cuerpo a una temperatura emite infrarrojo. Sus electrones pasan de niveles excitados a otros no excitados. Hay intercambio de fotones entre un cuerpo y el entorno.
Todo emite infrarrojo por si mismo.
28/2/2011
La agitación media molecular es un sistema de medida.
Todo cuerpo a una temperatura emite una radiación.
Son radiaciones no ionizantes.
Los rayos X tienen capacidad para arrancar electrones de las capas mas profundas.
Hay rayos X en el cosmos. Sirve para identificar estrellas.
Los rayos gamma los asociamos a procesos en el núcleo.
Un campo gravitatorio es la presencia de una masa de materia que modifica una propiedad del espacio-tiempo. Puede actuar sobre otros cuerpos.
La materia además de campos gravitatorios puede crear campos electromagnéticos.
En la reflexión, el ángulo incidente y el ángulo reflejado con la superficie es el mismo.
La luz llega a una materia, debido a un efecto “eco” rebota. Llega la radiación a la materia, los electrones se mueven, emiten una onda. Los electrones vibran acompasados con la onda.
La velocidad de las ondas en el vacío van a la misma velocidad.
Una partícula en el agua puede ir más deprisa que la luz en el agua.
7/3/2011
VISIÓN
Un ojo humano distingue 11.000000 de colores.
Test de Ishihara: Para detectar grados de daltonismo.
La Fóvea y los conos son las partes del ojo que nos permiten ver los colores. Por la periferia del ojo hay otras células que se denominan bastones, estos no diferencian colores.
Visión escotópica: visión nocturna. Poca luz. Los responsables de esta visión son los bastones.
Visión fotópica: visión diurna. Se ve mucho mas detalle. Los responsables de esta visión son los conos.
Técnica Lasik: te quitan córnea.
Presbicia: vista cansada
Hipermetropía: la imagen se forma detrás de la retina.
Miopía: la imagen se forma delante de la retina.
La miopía se corrige con una lente divergente y la hipermetropía con una lente convergente.
Lente convergente
Lente divergente
Astigmatismo: la córnea es más abombada en un eje que en otro.
Cataratas: el cristalino se hace menos transparente. Se empieza a ver menos los colores.
Presbicia: el cristalino se hace más rígido.
Materiales y recursos:
10/3/2011
LA LUZ
Rayos de luz
-se reciben y no se emiten por los ojos
-viajan en línea recta
-no necesitan un medio para propagarse
-se disipan al atravesar un medio
-existen medios en los que no hay propagación
-¿partículas u ondas?
Fuentes de luz: objetos a altas temperaturas, átomos excitados
-fuente puntual: ej. una bombilla vista desde muy lejos.
-fuente extensa
-fuentes directas (reflectores, lásers)
PROPAGACIÓN DE LA LUZ
Fuente de ondas: puntos del espacio alcanzados por la onda en un tiempo fijo (se encuentran en la misma fase de vibración de la perturbación).
Rayo luminoso: marca la dirección de propagación de la onda y es perpendicular al frente de ondas.
Principio de Huygens: cada punto del frente de ondas puede considerarse como foco emisor de ondas secundarias. El nuevo frente de ondas será la envolvente de estas ondas.
Principio de Fermat: para ir de un punto a otro la luz se propaga por el camino óptico de tiempo mínimo. Por el camino óptico por el que puede ir.
Reflexión de la luz:
-reflexión en superficies rugosas: reflexión difusa
-reflexión en superficies suaves: reflexión especular.
Al pasar una lija por una lente se vuelve basta. Se pasa a la reflexión difusa.
Leyes de la reflexión de la luz:
1-El rayo de reflexión es igual al de incidencia.
2-el rayo reflejado, la normal y el incidente están en el mismo plano.
Refracción:
-la frecuencia es la misma en los dos materiales.
-la velocidad de la onda es diferente en los dos materiales. v=c/n
-cambia la longitud de onda
-existe una relación entre el ángulo de incidencia y el de refracción.
Una onda alcanza su mayor velocidad en el vacío.
Cuanto mas denso es el medio, más se transmite el sonido.
Ley de la refracción à ley de Snell:
Índice de refracción
-cuando la luz pasa de un material a otro cambia de dirección: refracción.
-Depende de las propiedades ópticas de los dos medios.
-n es un número n=1 para el vacío. n=1.33 agua….
-el índice de refracción define la velocidad de la luz en el medio .
Reflexión total:
-en la superficie de contacto de dos materiales aparecen la reflexión y la refracción
-bajo ciertas condiciones no hay refracción. La reflexión es total.
-Sucede cuando la luz pasa a un medio con un índice de refracción menos y el ángulo de incidencia es mayor que un cierto ángulo crítico.
Refracción atmosférica:
La atmósfera está hecha con capas de diferente densidad y temperatura.
-tienen diferente índice de refracción: la luz se refracta.
-distorsión de la forma de la Luna o el Sol en el horizonte.
-Posición aparente de las estrellas diferente de la real
Si la luz va de capas de índice de refracción mayor a índice de refracción menoràreflexión total: espejismos.
Los rayos rojos se refractan más que los azules.
La atmósfera produce refracción de la luz y esto produce efectos al amanecer y al anochecer, vemos el sol donde no está realmente.
Cuando estamos en la costa, vemos los barcos como suspendidos. Depende de las horas, del día.Por la refracción gradual, algunos rayos se van curvando. El aire está más frío en la superficie del mar que mas arriba, por eso ocurre este fenómeno.
Reflexión total: fibra óptica.
Guías de luz: son fibras ópticas usadas en comunicación, medicina, ciencia, decoración, fotografía…
Un cable de fibra óptica lleva un número de cablecitos.
Dispersión
El índice de refracción de un medio depende de la frecuencia del rayo de luz.
¿Por qué el cielo es azul?
Si no hubiera atmósfera veríamos la luz del sol como de noche y veríamos el cielo negro.
Los gases de la atmósfera, cuya composición va variando hace que se produzca la difusión la luz llega a una sustancia y las partículas absorben y emiten en otras distancias y se produce una redistribución de la luz. Esto es debido al choque con las moléculas. Ha ocurrido que la contribución espectral más hacia al rojo tiene menos efecto de difusión Rayleigh y el rojo se difunde menos y el azul mas. Dentro del rango visible este efecto se produce más en la radiación que tiende al azul. Influye más el tamaño de las partículas que su composición.
La luna no tiene atmósfera porque es pequeña no tiene suficiente masa como para retener a las partículas.
Dispersión cromática: diferente refracción de la luz según la frecuencia. El rojo se refracta de una forma…etc
La velocidad de escape: la energía cinética que debe de llevar un objeto para escapar de la energía gravitatoria.
En la tierra podemos poner un cohete con tal velocidad que supera la velocidad gravitatoria de la energía cinética tan grande que lleva.
La velocidad de escape es 11km/h.
Esta velocidad es mucho mayor que la velocidad media de las partículas de la atmósfera, por lo tanto quedan sujetas al campo gravitatorio, no se esparcen.
La luna tiene menos campo gravitatorio debido a que tiene menos masa, la velocidad de las partículas era mayor y no quedaban retenidas por su campo gravitatorio y se fue perdiendo poco a poco su atmósfera.
Los cuerpos celestes pequeños no tienen atmósfera.
La temperatura de un objeto está relacionada con la energía cinética media por molécula. Si la atmósfera está más caliente mas gravedad necesitará para sujetarla.
Júpiter que es el planeta más caliente, si tuviera la masa de la tierra perdería la atmósfera porque tendría un campo de atracción gravitatorio muy pequeño y las partículas escaparían.
El sol no tiene atmósfera tiene capa de gases. El sol tiene una masa gigantesca y aunque sus capas están a altas temperaturas no escapan.
Las enanas blancas no tienen atmósfera. Porque no tiene masa suficiente como el sol para mantener las capas gaseosas.
