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Qué es el entrelazamiento cuántico

La expresión “entrelazamiento” fue creada por Erwin Schrödinger, un físico de origen austriaco, cuando se llevó a cabo un experimento de naturaleza mental llamado Gato de Schrödinger en 1935.

En este experimento, compara el universo que conocemos diariamente con la mecánica cuántica, demostrando con la historia de un gato encerrado en una caja con un contenedor de veneno.

Se ha previsto un contador para promover la difusión de esta fatídica sustancia tan pronto como note la presencia de radiación. Hay entonces varias posibilidades en acción, el gato puede estar muerto o vivo, dependiendo de los hechos inciertos presentados y la propia interpretación del evento en cuestión.

El entrelazamiento cuántico, por lo tanto, es un evento estudiado por la Mecánica Cuántica. En esta teoría, dos o más objetos pueden estar conectados de alguna manera que un lado no puede ser observado correctamente sin que el otro lado se vea igualmente afectado, aunque los dos lados estén situados en dimensiones espaciales diferentes.

Así, aunque una partícula permanezca en este planeta y su cara contraria se apoye en otra esfera, por lo tanto, distante a años luz una de la otra, si sólo una se mueve hacia arriba y la otra también se moverá en consecuencia en la misma dirección simultáneamente, independientemente del tiempo que la luz tarda en vagar de un lugar a otro. Este evento se conoce como “teletransportación cuántica”.

Es a este poderoso vínculo entre ciertos objetos al que se refieren los científicos cuando dicen que se producen intensas interacciones sobre las virtudes materiales de los diversos subsistemas en contracción. De esta manera, por muy distantes que estén los sistemas entre sí, si se entrelazan siempre habrá alguna ascendencia que permanezca entre ellos.

Los datos se están transmitiendo entre los sistemas mediante las diversas condiciones de enredo que están conectadas a un medio tradicional de información, la teletransportación cuántica. A través de este recurso es posible transportar la información – spin o polarización, nunca fluidos energéticos de los cuerpos materiales – por medios cuánticos, mediante el uso de canales de comunicación.

¿Cómo sucede?

Hay algunas conclusiones distintas sobre lo que realmente ocurre en la dinámica del entrelazamiento cuántico. Estas diferentes visiones sobre lo que ocurre en este proceso generan las diferentes formas de entender que conforman la mecánica cuántica.

Esta teoría de entrelazamiento cuántico apoyó varias innovaciones tecnológicas recientes, como la computación cuántica, la criptografía cuántica y los experimentos de teletransportación cuántica.

El entrelazamiento cuántico más allá de la física

Por otra parte, alimenta algunas de las teorías especulativas y filosóficas más desconcertantes, ya que las relaciones mutuas ya vistas por esta ciencia dicen lo contrario de las leyes del realismo local, según las cuales cada partícula representa condiciones bien delineadas, independientemente de recurrir a dimensiones correlacionadas remotas.

Según el Principio de Incertidumbre de Heisenberg, la acción de establecer el punto espacial en el que se encuentra una determinada partícula siempre choca con la incertidumbre presente en todo y en todos. La misma actitud de observación interfiere con el fenómeno que se observa. El estudio de la física cuántica trasciende esta confirmación, llevando a la ciencia más allá en la comprensión de los eventos que son estudiados por la Teoría del Entrelazamiento.

Actualmente, un equipo de la Universidad de Griffith ha demostrado que este entrelazamiento no es imposible. Utilizando una técnica llamada Detección Homodina, separaron un solo fotón entre dos laboratorios y probaron si su medición de una parte cambiaría el estado de la otra. De esa manera, comprobaron el entrelazado.

Por lo tanto, el estudio de esta teoría entrelazada es extremadamente importante para una mejor comprensión del universo de la física cuántica, donde todas las teorías son materiales de estudio indispensables y conocimiento propio.

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Velocidad del sonido: Todo lo que debes saber

Muchas cosas pueden instigar a las personas más curiosas, más aún cuando están en la infancia. Sin embargo, no sólo hablamos del ruido que emiten los aviones y las aeronaves, sino también de algo inusual en relación con la velocidad del sonido en medio de las tormentas eléctricas y los truenos.

De hecho, para muchos, estos fenómenos naturales pueden parecer iguales, pero aquí aprenderán que no lo son. No sólo porque los relámpagos o los destellos son sólo la parte visible. Por otro lado, los truenos son la parte que escuchamos.

De todos modos, aunque ocurren en el mismo instante, sólo podemos oír los truenos segundos después de que el rayo ocurra. Eso se debe a que la velocidad de la luz es extremadamente mayor que la del sonido. De todos modos, es hora de abrocharnos el cinturón y viajar con nosotros para romper la barrera del conocimiento y entender mejor cuál es la velocidad del sonido.

Calculando la velocidad del sonido en la antigüedad

Según las primeras clases de física en la escuela, aprendimos que la velocidad de la luz es extrema, lo que asegura que vemos el rayo casi en el momento exacto en que se produce. Por otro lado, el trueno presenta un tiempo de percepción más largo para que lo oigamos, ya que su onda tarda en llegar a nuestros oídos.

Aún en el siglo XVII, muchos científicos trataron de determinar el valor definitivo de la velocidad del sonido. Sin embargo, el primero en tener cierto éxito en este esfuerzo fue el famoso Isaac Newton. Después de todo, fue un pionero cuando se dio cuenta de la importancia de los cálculos de la velocidad de la luz en el proceso.

Para ello, realizó un experimento en el que una persona disparó un cañón a unos veinte kilómetros de otra. Este último calculó entonces el tiempo entre el destello y la llegada del sonido causado por la explosión del cañón.

A partir de estos valores, se calculó la velocidad del sonido, aunque en ese momento no se añadieron a los cálculos factores como la densidad del aire y la temperatura. Sólo ciento cincuenta años después de que un matemático y físico francés arrojara estos datos a sus cuentas.

Con eso, hoy podemos obtener resultados más precisos. Ya que, al nivel del mar y a una temperatura de veinte grados centígrados, la velocidad del sonido en el aire es de trescientos cuarenta metros por segundo. Finalmente, esta temperatura en la ecuación ayuda a determinar esta velocidad, porque cuanto más alta es la temperatura del gas, más rápido se propaga la onda sonora.

¿Qué tan rápido es el sonido en los diferentes materiales?

Según la ciencia, cada sonido está formado por una onda mecánica con progresión longitudinal. Es decir, se propaga por medio de pequeñas variaciones en el medio ambiente material, tales como pequeñas contracciones, expansiones de agua, tierra y aire o incluso de cualquier sustancia.

Así, el medio o material donde se propaga el sonido tiene una relación con su velocidad, así como con la temperatura local y la presión atmosférica. Por lo tanto, vea a continuación, en números aproximados, cuál es la velocidad del sonido en los medios de conducción más comunes en nuestra vida diaria:

  • Velocidad del sonido en el acero, aproximadamente: 6, 000 metros por segundo;
  • En el agua, a unos 1,525 metros por segundo;
  • Velocidad del sonido en aluminio, unos 4, 430 metros por segundo;
  • En el caucho, a unos 1.500 metros por segundo;

La velocidad del sonido, la barrera del sonido y los aviones supersónicos

Ya sea en películas o documentales, probablemente has visto aviones de caza volando sobre la barrera del sonido. Aunque es más común entre los eventos públicos y los desfiles solemnes, todo lo que necesitas hacer es acceder a varios videos en Internet para comprobar este impresionante fenómeno.

Al ver estas escenas, es común preguntarse qué es el vuelo supersónico y cómo es romper la barrera del sonido. Primero, este efecto puede producir un sonido tan fuerte que puede romper las paredes, romper el vidrio de las ventanas.

Además, puede hacer que muchas personas asustadas piensen que un terremoto está ocurriendo. Así que, comprueba a continuación qué concepto hay detrás de estos fenómenos relacionados con la velocidad del sonido.

La propagación o velocidad del sonido

Como mencionamos anteriormente, el sonido audible para el ser humano viaja en forma de onda, utilizando principalmente el aire para propagarse. Para ejemplificar mejor esta propagación, imagínese tirando una piedra en la piscina. A partir de esta acción, se producirá una onda circular como resultado del impacto con el agua, como ocurre en el medio ambiente gaseoso.

Sin embargo, si se lanzan varias piedras a intervalos regulares, se puede notar una serie de ondas, que tienden a propagarse a una velocidad constante. De manera similar, esto es lo que sucede con los emisores de sonido, como los motores y los aviones. Finalmente, es la velocidad como estas en la que se propagan lo que llamamos la velocidad del sonido.

La barrera del sonido

En caso de estar en una condición climática estándar, como en el nivel del mar, la velocidad del sonido es de trescientos cuarenta metros por segundo. Es decir, 1.226 kilómetros por hora, una forma de medición utilizada para altos estándares de cálculo.

A partir de este concepto, es una convención moderna determinar que objetos como el avión, al moverse a la velocidad del sonido, vuela a la velocidad mach 1. De hecho, el nombre de esta unidad es un homenaje al físico Ernest Mach, el primero en medir la velocidad de propagación del sonido en un ambiente gaseoso.

 

Así, las unidades pueden ir en múltiplos hasta mach 5, o un poco más de seiscientos kilómetros por hora. Sin embargo, pasando este valor, se dice que la velocidad es hipersónica, sólo posible con aviones especiales y cazas, ya sean militares o civiles.

Cómo romper esta barrera

Si una aeronave continúa acelerando y rompiendo la barrera del sonido, dejará atrás las ondas creadas por la presión del aire. Sin embargo, sólo puede alcanzar velocidades supersónicas si su aceleración es suficiente para pasar rápidamente la fase mach 1, para evitar que se creen barreras sónicas.

En otras palabras, cuando el flujo de aire supersónico se comprime, su densidad y presión aumentan, creando estas ondas de choque. Después de todo, en los vuelos supersónicos por encima de mach 1, cada avión produce innumerables ondas, aunque las más intensas están en la parte delantera y trasera.

De todos modos, para aquellos que están cerca o lejos de un avión, la velocidad del sonido puede variar mucho. También es necesario tener en cuenta factores como las condiciones de presión, la temperatura y la mitad. Así, podrá estipular una velocidad más cercana.

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Entropía: Todo lo que debes saber

Para la segunda ley de la termodinámica, la entropía es la grandeza que está destinada a estudiar el desorden de las partículas. Es decir, su grado de agitación o movimiento.

En los estudios de termodinámica, usamos la letra S para representar esta magnitud física. En la fórmula general de la variación de la entropía, tenemos que S – So es equivalente a Q (cantidad de calor) / T (temperatura).

A partir de este sistema y de lo que la segunda ley de la termodinámica se centra, esta área de la física está interesada en el intercambio de calor y sus efectos en los cuerpos. A continuación, se explica más sobre la entropía.

Un experimento para entender la entropía y el desorden

Como se ha dicho, la entropía estudia el grado de agitación o trastorno de las partículas. Sin embargo, este trastorno no significa un desorden, ya que es sólo una forma de organización del sistema, y no juzgamos las organizaciones como positivas o negativas dentro de la física.

Después de todo, este no es el principal campo de observación. El interés aquí es analizar cómo se comportan las partículas dentro de su sistema, para observar los intercambios de energía que tienen lugar entre ellas y, también, la variación de la entropía.

A partir de esto, hay algunos experimentos muy simples con los que se puede experimentar para entender cómo es un sistema desorganizado y evaluar su entropía.

Primero, separar dos vasijas, preferiblemente las mismas, y llenarlas ambas con canicas de colores. Tengan cuidado de dejar un color en cada maceta, terminando con una maceta con bolas oscuras y otra con bolas claras, por ejemplo.

Luego, agregue las aberturas de las dos ollas, dejando una de ellas al revés sobre la otra. Obsérvese que las canicas permanecen en su organización original, las oscuras separadas de las claras.

Para hacer que estas canicas tiemblen, balancea los frascos sin separarlos, y esto hará que las canicas se mezclen. Luego, observe nuevamente la organización de los mármoles y comprenda lo difícil que sería seguir moviendo las vasijas hasta que vuelvan a su organización original.

En este sistema, al aumentar el desorden de las canicas, la entropía también ha aumentado. En otras palabras, podemos decir que la variación de la entropía es positiva en las vasijas de mármol.

Surgimiento de la entropía

Fue el investigador francés Nicolas Sadi Carnot quien comenzó a desarrollar el concepto más cercano a la entropía, pero no fue hasta 1865 que Rudolf Clausius utilizó por primera vez el término con su definición completa, creando la fórmula matemática para la variación de la entropía.

También definió que la variación de la entropía se daría en J/K, siendo la cantidad de calor transferido (Q) en Jules y la temperatura (T) en Kelvins, según el sistema internacional.

Segunda ley de la termodinámica

La segunda ley de la termodinámica, estructurada por Sadi Carnot, estudia la irreversibilidad de los fenómenos físicos de intercambio de calor. Carnot avanzó en sus estudios observando las máquinas térmicas.

A partir de esta observación, verificó que el intercambio de calor siempre ocurrió desde las estructuras más calientes a las más frías, y puede confirmar que los intercambios siempre siguen este flujo.

Finalmente, verificó que el trabajo depende de la energía térmica, ya que es a partir de la transferencia de calor que las máquinas pueden producir trabajo al final de la secuencia.

Así se creó el ciclo de Carnot, que prueba que mientras hay una parte trabajando con altas temperaturas, en el otro lado está la otra parte trabajando con temperaturas más bajas.

De esta manera, el trabajo puede ser generado en ambas direcciones. Un ejemplo de un sistema que absorbe el calor son los motores. Y también un ejemplo de un sistema que pierde calor son los refrigeradores.

Fuerzas asociadas a la entropía

La fuerza entrópica, así llamada, existe como prueba de que un sistema siempre tiende a permanecer o volver a su estado de desorden, donde hay mayor entropía. Aquí hay algunos ejemplos:

Polímeros

La fuerza elástica de los polímeros es una especie de fuerza entrópica porque, en su estado relajado, las partículas de un polímero se desorganizan. Así, al estirar un trozo de goma, las partículas se alinean, creando una fuerza para relajarse de nuevo.

Fuerza hidrofóbica

La fuerza hidrofóbica también representa una fuerza que reúne las partículas en un estado de desorganización. Esto se debe a que cuando se liberan las moléculas de agua, hay un aumento de la entropía en el sistema.

Gravedad

La gravedad ya ha sido considerada una fuerza entrópica por la física, pero hay controversias.

Por lo tanto, según las definiciones y características de la entropía, se puede concluir cómo su historia está relacionada con las máquinas térmicas, la segunda ley de la termodinámica y muchos otros estudios antiguos, pero que han aportado grandes descubrimientos en el mundo de la física y la ciencia.

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Fuerzas intermoleculares: definición y clasificación

Antes de profundizar en el tema de las fuerzas intermoleculares, es fundamental comenzar el artículo con los conceptos básicos para facilitar la comprensión del tema.

Las fuerzas intermoleculares se caracterizan por mantener más de una molécula unida. Por lo tanto, están relacionados con los enlaces químicos, que tienen el objetivo de hacer que las moléculas se unan o se separen.

Las fuerzas intermoleculares causan diferentes estados físicos en los compuestos químicos. La fuerza de esta relación dependerá de la polaridad que tengan las moléculas.

Clasificación

Es importante señalar que las fuerzas intermoleculares pueden clasificarse según su intensidad. Por lo tanto, hay 3 tipos:

  • Enlace de hidrógeno – fuerte intensidad de enlace;
  • Dipolo permanente (dipolo-dipolo): intensidad intermedia;
  • Dipolo inducido (fuerzas de Londres): intensidad de enlace débil;

Enlace de Hidrógeno

Los enlaces de hidrógeno pueden observarse en moléculas cuyo hidrógeno está enlazado con elementos electronegativos y con bajo volumen atómico, como el flúor, el nitrógeno y el oxígeno.

Estos enlaces se caracterizan por ser más fuertes, ya que la electronegatividad es bastante diferente entre los elementos. Uno puede usar la molécula de agua como un ejemplo de este tipo de enlace.

Los enlaces de hidrógeno en el agua generan una alta tensión superficial. Las moléculas insertadas dentro del agua atraen y son también atraídas por las moléculas circundantes. De esta manera, las fuerzas eventualmente se equilibran entre sí.

Por otra parte, las moléculas situadas en la superficie del líquido son atraídas sólo por las moléculas situadas debajo o al lado de ellas.

De esta manera, tales moléculas terminan atrayéndose fuertemente, creando una película en la capa superficial del agua, como si fuera una película plástica.

Cabe señalar que en todos los líquidos se puede observar el fenómeno descrito anteriormente. En el agua, sin embargo, se produce de forma más intensa.

Esta tensión superficial puede explicar ciertos fenómenos. Por ejemplo, los insectos pueden caminar sobre el agua y esto se debe a que las gotas de agua tienen forma esférica.

Dipolo permanente (dipolo)

El dipolo permanente (dipolo-dipolo) es la fuerza intermolecular intermedia que se observa entre las moléculas de los compuestos polares. En este caso, la interacción del hidrógeno con el oxígeno, el flúor y el nitrógeno no se produce.

En el dipolo-dipolo, los electrones se distribuyen asimétricamente, de modo que los elementos más electronegativos terminan atrayendo a los electrones.

En esta forma de unión, las moléculas consideradas polares interactúan para que los polos opuestos se conserven.

El dipolo inducido o las Fuerzas de Londres

El dipolo inducido se produce cuando todas las moléculas, ya sean polares o apolares, se atraen de forma no gravitatoria.

En este caso, los electrones están distribuidos simétricamente. Además, el dipolo eléctrico no está formado.

Sin embargo, cuando se aproximan las moléculas, los dipolos temporales se forman por inducción.

Esto se debe a que la molécula, aunque sea apolar, tiene muchos electrones, que se mueven muy rápidamente.

De esta manera puede suceder que, en un cierto momento, una molécula tenga más moléculas en un lado. Esta molécula se polarizará durante unos momentos.

Con esto, la molécula polarizada puede generar la polarización de alguna molécula que esté en el lado, a través de una inducción eléctrica. Esto permite que se cree una atracción de ambos, incluso si es débil.

Las fuerzas intermoleculares que se observan en el dipolo inducido son 10 veces más débiles que las conexiones del dipolo permanente.

¿Cuál es la diferencia entre las fuerzas intermoleculares e intramoleculares?

Esta diferenciación es importante, ya que los términos son similares y pueden confundirse fácilmente.

En primer lugar, vale la pena señalar que las fuerzas intermoleculares no son más que una forma de enlace químico.

Cualquier cosa que no encaje en esta situación se considera una fuerza intramolecular. Mientras que las formas intermoleculares se producen entre las moléculas, las intramoleculares se observan dentro de estas mismas moléculas.

Las fuerzas intramoleculares pueden clasificarse en:

Iónico

El enlace iónico es similar al enlace de hidrógeno en cuanto a la intensidad de la fuerza.

Esta unión se desencadena por la atracción electrostática que se produce entre los iones con diferentes cargas.

El enlace iónico es equivalente a la relación que se establece entre el metal y el no metal a través de la transferencia de electrones.

Covalente

El enlace covalente produce una fuerza que resulta en la división de los pares de electrones en 2 átomos no metálicos.

La mayoría de los compuestos que son covalentes tienen bajos puntos de fusión y de ebullición. Además, tales compuestos no son muy solubles en agua.

Metálico

El enlace metálico es el resultado de las fuerzas que se producen en el interior de las moléculas en las sustancias metálicas.

Como los metales tienen una pequeña cantidad de electrones de valencias, terminan siendo grandes conductores de electricidad y calor.

Esto ha permitido aclarar la información principal relativa a las fuerzas intermoleculares, para poder entrar en más detalles sobre este importante tema.

Ciencia Tecnología

Diseñan célula termofotovoltaica que extrae más electricidad del calor

Científicos de la Universidad de Michigan crearon lo que se encamina a convertirse en una emergente opción de célula solar (en realidad captura el calor de la radiación solar) que refleja el 99% de la energía que no puede ser convertida en electricidad promete ayudar a reducir el precio del almacenamiento de energía renovable, así como hacer posible la recolección del calor residual de los tubos de escape de los coches y las chimeneas.

La tecnología de almacenamiento de energía renovable almacena la electricidad generada por la energía eólica y solar en un banco de calor – un tanque de silicio fundido, por ejemplo – o químicamente, en las llamadas “baterías de flujo”, de donde se puede recuperar por la noche o cuando el viento no sopla.

Los bancos de calor pueden ser más baratos que las baterías de flujo, pero dependen de un tipo especial de panel fotovoltaico que, en lugar de capturar la luz solar y generar electricidad, convierte el calor almacenado en electricidad.

En comparación con los paneles solares ordinarios, estos paneles fotovoltaicos térmicos necesitan ser capaces de capturar menos fotones de energía – paquetes de luz o calor – porque el depósito de calor emite radiación a una frecuencia mucho más baja que la del sol.

Para maximizar la eficiencia, los ingenieros han tratado de reflejar los fotones de muy baja energía en el banco de calor. De esta manera, la energía es reabsorbida y tiene otra oportunidad de fusionarse y ser reemitida en forma de un productor de fotones y electricidad de alta energía.

Las células termofotovoltaicas, hechas con una película de oro que funciona como un espejo, reflejan el 95% de la “luz” – en el espectro infrarrojo – que no puede absorber. Suena muy bien, pero si el 5% de la luz se pierde con cada salto, esa luz tiene en promedio 20 posibilidades de ser reemitida en un fotón con suficiente energía para ser transformada en electricidad.

El aumento del número de oportunidades abre la posibilidad de utilizar materiales más baratos que el oro, que son más selectivos en cuanto a las energías de los fotones que aceptarán. Esto tiene beneficios adicionales: los fotones de mayor energía producen electrones de mayor energía, lo que significa mayores voltajes y menos energía perdida durante la distribución de la electricidad.

Hay mucha gente trabajando en esto, pero fue Dejiu Fan y sus colegas de la Universidad de Michigan, EE.UU., quienes hicieron un avance significativo.

Para mejorar la reflectividad, Fan añadió una capa de aire entre el semiconductor – el material que convierte los fotones en electricidad – y el soporte de oro. El oro es un mejor reflector si la luz lo golpea después de viajar por el aire, en lugar de venir directamente del semiconductor. Y, para minimizar el grado de anulación de las ondas de luz, el espesor de la capa de aire debería ser similar a la longitud de onda de los fotones.

Pocos creían que era posible ajustar con precisión este “puente aéreo”, con un tramo tan largo y sin soporte mecánico intermedio, pero el equipo logró utilizar una película semiconductora de sólo 1,5 micrómetros de espesor, que está separada por 70 micrómetros de aire de la película dorada, que tiene 8 micrómetros de ancho.

La célula termofotovoltaica alcanzó una eficiencia de conversión calor-electricidad del 30%.

Y el equipo dice que ya tiene unas cuantas cartas bajo la manga para aumentar aún más la eficiencia añadiendo “nueves” adicionales al porcentaje de fotones reflejados – por ejemplo, aumentar la reflectividad al 99,9 por ciento (desde el 95 por ciento actual) le daría al calor 1.000 posibilidades de convertirse en electricidad.


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