CAVENDISH

1. En el capítulo se menciona que Cavendish entró a formar parte de la Royal Society en 1760. Newton y Hooke, entre otros ilustres científicos, también formaban parte de ella. Describe brevemente qué es la Royal Society, cuáles son sus principales objetivos, cuáles han sido sus logros más importantes a lo largo de la historia y qué otros ilustres científicos han formado parte de ella.

• La Royal Society es una sociedad científica constituida formalmente en 1662, es la más antigua de Reino Unido y una de las más antiguas de toda Europa. El primer presidente que tuvo fue Jhon Wilkins, sucedido de Robert Moray en 1661. Hooke fue el primer “Comisario de experimentos”. Esta sociedad tiene un lema que hace referencia a la necesidad de tener evidencias para el desarrollo del conocimiento en vez de recurrir a la autoridad “Nullius in verba” (en palabras de nadie).
• Obtuvieron numerosas medallas, en ciencias médicas, biología, evolución y diversidad biológica, electromagnetismo, ingenierías genética y química, adelanto del conocimiento natural, propiedades térmicas u ópticas de la materia, matemáticas y por su enorme contribución al desarrollo científico.
• Por esta sociedad han pasado numerosos científicos, pero los más conocidos fueron: Charles Darwin, Robert Boyle, Jhon Evelyn, Robert Hooke, Gottfired Leibniz, Benajamin Franklin, Jhon Wilkins, Thomas Willis, Isaac Newton, Thomas Bayes, Christiaan Huygens, Albert Einstein, Francis Krik, James Watson, Stephen Hawking...

2. De acuerdo con el libro, Cavendish midió la composición química del aire. Realiza un diagrama de sectores con una hoja de cálculo que incluya los gases más importantes por su abundancia y compara tus resultados con los que muestra el libro. Investiga qué es el flogisto y por qué cayó en desuso. ¿Te atreves con este experimento?

• El flogisto era una teoria cientifica que explicaba que el aire estaba compuesto de un solo gas llamado flogisto. Tambien era un explicación en la que segun la cual todas las sustancias propensas a sufrir combustión contenian flogisto. Esta teoria fue rebocada por sencillos experimentos en ¡tre los cuales destacaron los de Cavendish y Priestley.

3. Cavendish realizó importantes descubrimientos de Química. Investiga sobre las propiedades del Hidrógeno y sobre la composición química del agua.

• El hidrógeno es el único elemento que no pertenece a ninguno de los grupos de la tabla periódica, a veces está representado con los metales alcalinos, otras veces con los halógenos o aislado de todos. Propiedades químicas: es un gas incoloro, inoloro e insípido. Es la molécula más pequeña que se conoce, posee una gran rapidez de transmisión, cuando las moléculas se encuentran en estado gaseoso hay ausencia casi por completo de hidrógeno en la atmósfera. Tiene facilidad de efusión y de difusión, punto de fusión 14025 K, punto de ebullición 20268 K.                                      
•  Propiedades químicas: estado de oxidación +1, -1. Siempre se encuentra asociado a otro elemento a no ser que esté en estado gaseoso. Reacciona con la mayoría de los elementos de la tabla periódica.

• Cavendish fue el primero en reconocer el hidrógeno gaseoso como una sustancia discreta, lo hizo identificando el gas producido en la reacción metal-ácido y descubriendo que la combustión del gas generaba agua.

• Composición química del agua: el agua está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno (H2O). El agua tiene dos cargas eléctricas una positiva y otra negativa por lo que se comporta como un dipolo, esto es debido a que el hidrógeno es un átomo muy poco electronegativo y el oxígeno es muy electronegativo.

4. ¿Qué es el calor específico de una sustancia? Lee las páginas 161 a 170 de tu libro de texto.

• Es la cantidad de energía que intercambia un kilogramo de una determinada sustancia cuando se modifica en un kelvin su temperatura. Su unidad en el SI es J/kg K. Cuanto mayor es el calor específico de una sustancia más energía necesita para producirle un determinado incremento de temperatura y más energía desprende cuando se enfría (en la misma proporción). Es decir cuanto mayor sea la energía transferida más rápida varía la temperatura:

Q=m*c (T2-T1)

Q= energía transferida en julios

m= masa expresada en kg

c= calor específico

T2= temperatura más alta

T1= temperatura más baja

 

Además siguiendo el Principio de conservación de la energía, la energía transferida por medio del calor de un cuerpo caliente a otro frío debe conservarse, es decir la energía que cede el cuerpo que está a mayor temperatura debe ser igual a la que gana el cuerpo:

Qcedido=Qabsorbido

 

Por último cuando se mezclan dos sustancias de distinta temperatura, una caliente de masa m1, calor específico c1, y temperatura T1, y otra fría de masa m2, calor específico c2 y temperatura T2,  al poco tiempo la mezcla alcanza la misma temperatura final Tf: m1*c1 (T1-Tf)=m2*c2 (Tf-T2)

Así calculamos el calor específico de una sustancia

• A continuación el calor específico de varias sustancias:

5. Cavendish también fue un adelantado a su tiempo. Aunque no entró en la histora por su descubrimento, ¿qué es la Ley de Coulomb? Realiza una comparativa, señalando las analogías y diferencias que encuentras entre esta ley y la Ley de Gravitación Universal (recuerda la actividad Explicación matemática de la LGU)

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Parecidos	Diferencias
Misma forma funcional.	La fuerza entre masas siempre es atractiva, no puede ser repulsiva como dice la Ley de Coulomb.
Ambas expresan la fuerza entre cuerpos, solo que el LGU lo hace con respecto a su masa y la Ley de Coulomb considera las cargas eléctricas.	La ley de gravitación universal es para masas y la Ley de Coulomb para cargas eléctricas.
	La magnitud de la constante gravitacional es muy pequeña en comparación con la constante K, lo que significa que la fuerza eléctrica es más intensa que la gravitatoria.

6. ¿Qué es un condensador eléctrico? ¿Serías capaz de fabricar uno con material casero?

• Es un dispositivo que almacena carga eléctrica. Está formado por dos conductores próximos uno a otro, separados por un aislante, de tal modo que puedan estar cargados con el mismo valor, pero con signos contrarios. Estos pueden conducir corriente continua durante sólo un instante, aunque funcionan bien como conductores en circuitos de corriente alterna. Es por esta propiedad lo convierte en dispositivos muy útiles cuando se debe impedir que la corriente continua entre a determinada parte de un circuito eléctrico.

Los condensadores se utilizan junto con las bobinas, formando circuitos en resonancia, en las radios y otros equipos electrónicos. Además, en los tendidos eléctricos se utilizan grandes condensadores para producir resonancia eléctrica en el cable y permitir la transmisión de más potencia.Son utilizados en: Ventiladores, motores de aire acondicionado, en Iluminación, Refrigeración, Compresores, Bombas de Agua y Motores de Corriente Alterna, por la propiedad antes explicada.

Vamos a intentar crear un conservador eléctrico, siguiendo dos guías:

http://www.ikkaro.com/construir-condensador-casero

http://www.youtube.com/watch?v=UsFPeQafH_U

Finalmente lo hemos conseguido, a continuación un video de nuestro éxito:

7.Cavendish inventó un termómetro que funcionaba sin mercurio, pero, ¿cómo funciona un termómetro? ¿Qué tipos de escalas térmicas existen? Lee las páginas 163-165 de tu libro de texto. Además es interesante que tanto para esta cuestión como para la cuetión 4, sigas este recurso.

• Un termometro es un instrumento de medición de temperatura. Este insturmento a evolucionado mucho atraves de su historia pero principalmente desde la invención del termómetro digital. Los primeros termometros estaban formados por un tubo de vidrio con una escala graduada incorporada, y dentro de else colocaba un liquido generalmente mercurio. Es termometro consistia en el simple principio de la dilatación de los cuerpo, los cuales al aumentar la temperatura se dilatan y ascienden por el tubo de vidrio  y segun cual sea la temperatra del cuerpo el mercurio dejara de ascender en un momento determinado en el que gracias a la escala graduada del tubo de vidrio podremos saber a que temperatura se encuentra dicho cuerpo.
• La escala térmica usada en la mayor parte del mundo es la centigrada (ºC) tambien llamada Celsius en honor a Anders Celsius. Los 0ºC y los 100ºC representan los puntos de solidificación y ebullición del agua a 1 atmosfera de presión.
• Escala Fahrenheit propuesta por el científico Daniel Fahrenheit. El grados Fahrenheit es la unidad de medida de temperatura en el sistema anglosajón. Esta escala es principalmete usada en Estados Unidos. Relación con la escala Celsius:

                                                      °C = (°F − 32) × 5/9

• Escala Kelvin o escala de temperatura absoluta. Es la escala usada por el Sistema Internacional de Unidades. Su unidad coincide conla unidad de la escala Celsius pero su cero absoluto se encuentra a -273,15ºC y segun el tercer principio de la termodinámica es imposible de alcanzar. Relación con la escala Celsius:

                                                      ºC = TK - 273,15

• Escala Réaumur esta escala esta actualmente en desuso. Relación con la escala Celsius:                               °C = °R × 5/4

8. Entramos en las cuestiones relacionadas con el experimento en cuestión: ¿Qué es el centro de gravedad de un cuerpo? Prueba la siguiente experiencia. Diseña tu propia experiencia y grábala en vídeo. No olvides insertarla en tu blog:

• El centro de gravedad de un cuerpo es el punto en el que se aplicaría la fuerza de gravedad, como resultante de las fuerzas de gravedad que actúan sobre las distintas partículas que componen el cuerpo.

9. Llegamos al plato fuerte del capítulo: el experimento de Cavendish (aquí podéis realizarlo virtualmente). Lo ideal sería diseñar vuestra propia experiencia, pero se trata de una tarea bastante ardua (el autor cita un interesante artículo de la revista Investigación y Ciencia al respecto), por lo que nos conformaremos con que hagáis una descripción del experimento y contestéis a la pregunta: ¿por qué Cavendish no podía medir desde la sala dónde se encontraba la balanza de torsión?

• Consistía en una balanza de torsión con una vara horizontal de seis pies de longitud en cuyos extremos se encontraban dos esferas metálicas. Esta vara colgaba suspendida de un largo hilo. Cerca de las esferas Cavendish dispuso dos esferas de plomo de unos 175 kg cuya acción gravitatoria debía atraer las masas de la balanza produciendo un pequeño giro sobre esta. Para impedir perturbaciones causadas por corrientes de aire, Cavendish emplazó su balanza en una habitación a prueba de viento y midió la pequeña torsión de la balanza utilizando un telescopio. El método de Cavendish utilizado para calcular la densidad de la Tierra consistía en medir la fuerza sobre una pequeña esfera debida a una esfera mayor de masa conocida y comparar esto con la fuerza sobre la esfera pequeña debida a la Tierra. De esta forma se podía describir a la Tierra como N veces más masiva que la esfera grande sin necesidad de obtener un valor numérico para G. Sin embargo, aunque Cavendish no reportó un valor para G, los resultados de su experimento permitieron determinarlo.  
• Porque si lo hubiese medido estando él en la misma sala no hubiera sido correcta la medición, creo que por dos motivos, el uno es que quizás con su propia respiración produciría aire que podía provocar errores en la medición de su experimento, y el segundo motivo y quizás más importante es que las personas también tenemos masa, e interesaba que allí no hubieran más masas que las dos esferas grandes y las dos pequeñas, para que sólo existiesen las fuerzas de atracción entre ellas

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10. Para concluir el trabajo, investiga por qué no es buena idea utilizar materiales como el hierro o el acero para realizar el experimento. ¿Qué es el magnetismo? ¿qué otros materiales evitarías en caso de diseñar la experiencia?

• No se debe usar ni hierro ni acero (es a una aleación de hierro con una cantidad de carbono variable), porque estos materiales de por si crean campomagnético y alterarían las mediciones del experimento
• El magnetismo es un fenómeno físico por el que los materiales ejercen fuerzas de atracción o repulsión sobre otros materiales. Hay algunos materiales conocidos que han presentado propiedades magnéticas detectables fácilmente como el níquel, hierro, cobalto y sus aleaciones que comúnmente se llaman imanes. Sin embargo todos los materiales son influidos, de mayor o menor forma, por la presencia de un campo magnético, ya que en el interior de la materia existen pequeñas corrientes cerradas debidas al movimiento de los electrones que contienen los átomos, cada una de ellas origina un pequeño imán, cuando estos pequeños imanes están orientados en todas direcciones sus efectos se anulan mutuamente y el material no presenta propiedades magnéticas; en cambio si todos los imanes se alinean actúan como un único imán y en ese caso decimos que la sustancia se ha magnetizado.

Los materiales que deberíamos evitar para realizar el experimento son:

• Imanes cerámicos o ferritas, están hechos con óxidos de hierro.
• Imanes de alnico. Se llaman así porque en su composición llevan los elementos alumnio, niquel y cobalto.
• Imanes de tierras raras. Son imanes pequeños, de apariencia metálica, con una fuerza de 6 a 10 veces superior a los materiales magnéticos tradicionales. Los imanes de boro/neodimio están formados por hierro, neodimio y boro; tienen alta resistencia a la desmagnetización. Son lo bastante fuertes como para magnetizar y desmagnetizar algunos imanes de alnico y flexibles.
• Imanes flexibles.Se fabrican por aglomeración de partículas magnéticas (hierro y estroncio) en un elastómero (caucho, PVC, etc.).
• Otros imanes: Los imanes de platino/cobalto son muy buenos. Otras aleaciones utilizadas son cobre/níquel/cobalto y hierro/cobalto/vanadio.