Home About us Products Services Contact us Bookmark
:: wikimiki.org ::
Spin

Spin

El espín, en física, es una propiedad de las partículas fundamentales (como la masa o la carga), que fue introducido en 1925 por Ralph Kronig, e, independientemente, por George Uhlenbeck y Samuel Goudsmit. Es una medida del momento angular intrínseco de dichas partículas, pero, en contraste con la mecánica clásica, donde el momento angular se asocia a la rotación de un objeto extenso, el espín es un fenómeno exclusivamente cuántico. En las teorías cuánticas no relativistas el espín debe introducirse de manera artificial, mientras que en las relativistas aparece de manera natural.

Propiedades del espín

Como propiedad mecanocuántica, el espín presenta una serie de cualidades que lo distinguen del momento angular clásico. Está cuantizado, lo que significa que no puede variar de forma gradual, sino que solo puede tener valores discretos. Por ejemplo, el momento angular de espín de un electrón, si se mide en cualquier direccion particular dada por un campo magnético externo, puede resultar únicamente en los valores \hbar/2 o -\hbar/2 (donde \hbar es la constante de Planck dividida por 2\pi). La magnitud del espín (independiente de la dirección) es única para cada tipo de partícula elemental. Para los electrones, los protones y los neutrones, esta magnitud es \hbar/2. En general, todos los fermiones presentan espines "semienteros", esto es, n\cdot\hbar+\hbar/2. Los bosones tienen estados de espín "entero" (n\cdot\hbar). Así, los fotones por ejemplo tienen espín "unidad" (\hbar). Algunas partículas exóticas como el pión tienen espín nulo. Los principios de la mecánica cuántica indican que los valores del espín se limitan a múltiplos enteros o semienteros de \hbar), al menos bajo condiciones normales. Las partículas con espín presentan un momento magnético, recordando a un cuerpo cargado eléctricamente en rotación (de ahí el origen del término: spin, en inglés, significa "girar"). La analogía se pierde al ver que el momento magnético de espín existe para partículas son carga, como el fotón. El ferromagnetismo surge del alineamiento de los espines (y, ocasionalmente, de los momentos magnéticos orbitales) en un sólido.

Formulación matemática del espín ½

El operador espín S, en el caso del electrón, tiene dos autovalores: \pm \frac A estos valores propios les corresponden dos autoestados: espín arriba y espín abajo. Normalmente se mide el espín en una dirección quedando así el operador como: \mathbf \cdot \hat = \overrightarrow Donde n es un vector unitario en la dirección deseada y : \overrightarrow = \frac \mathbf = \frac \left( \sigma _x \hat + \sigma _y \hat + \sigma _z \hat \right) es el operador espín en forma vectoria siendo \sigma_i las matrices de Pauli. Por ejemplo: Para medir el espín en la dirección z (en coordenadas cartesianas) hay dos autoestados de S. Se asignan vectores a los espines como sigue: : | \rangle = \left \vert \right \rangle = \begin 1 \\ 0 \end : | \rang = \left \vert \right \rang = \begin 0 \\ 1 \end entonces el operador correspondiente en dicha representación será : S_z = \frac \sigma _z = \frac \begin 1&0\\ 0&-1 \end En representación matricial el operador actúa con los vectores de dirección llamados "spinors".

Aplicaciones a las nuevas tecnologías o a tecnologías futuras

Magnetorresistencia y láser

Actualmente, la microelectrónica encuentra aplicaciones a ciertas propiedades o efectos derivados de la naturaleza del espín, como es el caso de la magnetorresistencia (MR) o la magnetorresistencia gigante (MRG) que se aprovecha en los discos duros. Se puede ver el funcionamiento de los láseres como otra aplicación de las propiedades del espín. En el caso de los bosones se puede forzar a un sistema de bosones a posicionarse en el mismo estado cuántico. Este es el principio fundamental del funcionamiento de un láser en el que los fotones, partículas de espín entero, se disponen en el mismo estado cuántico produciendo trenes de onda en fase.

Espintrónica y computación cuántica

Al uso, presente y futuro, de tecnología que aprovecha propiedades específicas de los espines o que busca la manipulación de espines individuales para ir más allá de las actuales capacidades de la electrónica se la conoce como espintrónica. También se baraja la posibilidad de aprovechar las propiedades del espín para futuros ordenadores cuánticos, en los que el espín de un sistema aislado pueda servir como qubit o bit cuántico.

Enlaces externos


- [http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/cuantica/sternGerlach/sternGerlach.htm El espín del electrón] Categoría:Mecánica cuántica Categoría:Física nuclear y de partículas ja:スピン角運動量 ko:스핀

Física

La física [<griego φύσισ (phusis), «naturaleza»] es la ciencia de la naturaleza en el sentido más amplio. Estudia las propiedades de la materia, la energía, el tiempo, el espacio y sus interacciones. La física estudia por lo tanto un amplio rango de campos y fenómenos naturales, desde las partículas subatómicas hasta la formación y evolución del Universo así como multitud de fenómenos naturales cotidianos. El año 2005 ha sido proclamado por la UNESCO como Año mundial de la física en conmemoración de la publicación de Albert Einstein en 1905 de sus famosos artículos sobre el efecto fotoeléctrico y la teoría de la relatividad especial.

Ramas principales de la Física

Para su estudio la fisica se puede dividir en dos grandes ramas, la Física Clásica y la Física Moderna. La primera se encarga del estudio de aquellos fenomenos que tienen una velocidad relativamente pequeña comparada con la velocidad de la luz y cuyas escalas espaciales son muy superiores al tamaño de átomos y moléculas. La segunda se encarga de los fenomenos que se producen a la velocidad de la luz o valores cercanos a ella o cuyas escalas espaciales son del orden del tamaño del átomo o inferiores y fue desarrollada a partir del siglo XX. Dentro del campo de estudio de la Física Clásica se encuentran la: :
- Mecánica :
- Termodinámica :
- Ondas mecánicas :
- Óptica :
- Electromagnetismo: Electricidad | Magnetismo Dentro del campo de estudio de la Física Moderna se encuentran: :
- Relatividad :
- Mecánica cuántica: Átomo | Núcleo | Física química | Física del estado sólido :
- Física de partículas

Historia

Desde la antiguedad las personas han tratado de comprender la naturaleza y los fenómenos que en ella se observan: el paso de las estaciones, el movimiento de los cuerpos y de los astros, etc. Las primeras explicaciones se basaron en consideraciones filosóficas y sin realizar verificaciones experimentales, concepto este inexistente en aquel entonces. Por tal motivo algunas interpretaciones falsas, como la hecha por Ptolomeo - "La Tierra está en el centro del Universo y alrededor de ella giran los astros" - perduraron cientos de años. En el Siglo XVI Galileo fue pionero en el uso de experimentos para validar las teorías de la física. Se interesó en el movimiento de los astros y de los cuerpos. Usando el plano inclinado descubrió la ley de la inercia de la dinámica y con el telescopio observó que Júpiter tenía satélites girando a su alrededor. En el Siglo XVII Newton (1687) formuló las leyes clásicas de la dinámica (Leyes de Newton) y la Ley de la gravitación universal de Newton. A partir del Siglo XVIII se produce el desarrollo de otras disciplinas tales como la termodinámica, la mecánica estadística y la física de fluídos. En el Siglo XIX se producen avances fundamentales en electricidad y magnetismo. En 1855 Maxwell unificó ambos fenómenos y las respectivas teorías vigentes hasta entonces en la Teoría del electromagnetismo, descrita a través de las Ecuaciones de Maxwell. Una de las predicciones de esta teoría es que la luz es una onda electromagnética. A finales de este siglo se producen los primeros descubrimientos sobre radiactividad dando comienzo el campo de la física nuclear. En 1897 Thomson descubrió el electrón. Durante el Siglo XX la Física se desarrolló plenamente. En 1904 se propuso el primer modelo del átomo. En 1905 Einstein formuló la Teoría de la Relatividad especial, la cual coincide con las Leyes de Newton cuando los fenómenos se desarrollan a velocidades pequeñas comparadas con la velocidad de la luz. En 1915 Einstein extendió la Teoría de la Relatividad especial formulando la Teoría de la Relatividad general, la cual sustituye a la Ley de gravitación de Newton y la comprende en los casos de masas pequeñas. Planck, Einstein, Bohr y otros desarrollaron la Teoría cuántica a fin de explicar resultados experimentales anómalos sobre la radiación de los cuerpos. En 1911 Rutherford dedujo la existencia de un núcleo atómico cargado positivamente a partir de experiencias de dispersión de partículas. En 1925 Heisenberg y en 1926 Schrödinger y Dirac formularon la Mecánica cuántica, la cual comprende las teorías cuánticas precedentes y suministra las herramientas teóricas para la Física de la materia condensada. Posteriormente se formuló la Teoría cuántica de campos para extender la Mecánica cuántica de manera consistente con la Teoría de la Relatividad especial, alcanzando su forma moderna a finales de los 1940s gracias al trabajo de Feynman, Schwinger, Tomonaga y Dyson, quienes formularon la Teoría de la Electrodinámica cuántica. Asimismo, esta teoría suministró las bases para el desarrollo de la Física de partículas. En 1954 Yang y Mills desarrollaron las bases del Modelo estándar. Este modelo se completó en los años 1970 y con él fue posible predecir las propiedades de partículas no observadas previamente pero que fueron descubiertas sucesivamente siendo la última de ellas el quark top. En la actualidad el modelo estándar describe todas las partículas elementales observadas así como la naturaleza de su interacción.

Estructura de la física

Principales teorías

: Mecánica clásica - Termodinámica - Mecánica estadística - Electromagnetismo - Relatividad especial - Relatividad general - Mecánica cuántica - Mecánica cuántica relativista - Electrodinámica cuántica - Cromodinámica cuántica - Física molecular - Física del plasma - Física relativista

Teorías propuestas

:Teoría del todo - Teoría de Gran Unificación - Teoría de las cuerdas - Criogenia

Conceptos

:Materia - Antimateria - Partículas - Masa - Energía - Momento - Tiempo - Fuerza - Presión - Onda - Electricidad - Magnetismo - Temperatura - Entropía - Sistemas de unidades - Constantes físicas

Fuerzas fundamentales

:Interacción gravitatoria - Interacción electromagnética - Interacción nuclear débil - Interacción nuclear fuerte

Campos de la Física

:Astrofísica - Dinámica de fluidos - Física atómica - Física computacional - Física Electrónica - Física del estado sólido - Física molecular - Física nuclear - Física de partículas (o Física de Altas Energías) - Óptica - Sistemas complejos - Biofísica - Fisicoquímica - Física de la Tierra

Otros

:Lista de instrumentos de medición También se habla de Física teórica y Física experimental en función de si la Física está más orientada al desarrollo de teorías o a la comprobación experimental de los resultados predichos por las teorías.

Físicos famosos


- Galileo Galilei
- Isaac Newton
- Charles-Augustin de Coulomb
- James Clerk Maxwell
- Niels Bohr
- Louis-Victor de Broglie
- Marie Curie
- Max Planck
- Guglielmo Marconi
- Henri Poincaré
- Albert Einstein
- Werner Heisenberg
- Erwin Schrödinger
- Lev Davidovich Landau
- Richard Feynman
- Enrico Fermi
- Stephen Hawking

Wikiportal de Física

Enlaces externos


- [http://www.fisicaysociedad.es Física y Sociedad]
- [http://www.cofis.es Colegio oficial de físicos]
- [http://www.ucm.es/info/rsef/ Real Sociedad española de física]
- [http://www.fisimur.org/fisica-es Fisica-es]
- [http://www.fisimur.org Fisimur]
- [http://foro.migui.com Foros de migui.com]
- [http://www.fisicahoy.com Fisicahoy] categoría:Física als:Physik ja:物理学 ko:물리학 ms:Fizik simple:Physics th:ฟิสิกส์ zh-min-nan:Bu̍t-lí-ha̍k

Partícula

Dícese de la parte más pequeña indivisible que puede encontrarse libre en la naturaleza. El término partícula engloba desde los constituyentes elementales de los átomos, es decir, electrones, protones y neutrones, hasta elementos que sólo pueden ser encontrados en los rayos cósmicos, o los grandes aceleradores de partículas, como los piones, los muones y otras. También entrarían dentro de esta categoría los neutrinos, entidades que comenzaron su existencia como artificios matemáticos, y ya han sido detectados y forman parte de todas las teorías físicas de la composición de la materia, de la cosmología, astrofísica y otras disciplinas. Los neutrinos pueden presentar diferentes variedades o sabores (así llamadas). Las entidades que no entran en la categoría de partículas, ya que no pueden encontrarse libres en la naturaleza, son los quarks, que se cree son el elemento más pequeño constituyente de la naturaleza.

Véase también


- Física de partículas
- Modelo estándar de física de partículas
- Procesos nucleares Categoría:Física nuclear y de partículas

Masa

La masa es una propiedad de los objetos físicos que, básicamente, mide la cantidad de materia. Es un concepto central en la mecánica clásica y disciplinas afines. En el Sistema Internacional de Unidades se mide en kilogramos.

Concepto de masa

Estrictamente, la masa se refiere a dos conceptos: # La masa inercial es una medida de la inercia de un objeto, que es la resistencia que ofrece a cambiar su estado de movimiento cuando se le aplica una fuerza. Un objeto con una masa inercial pequeña puede cambiar su movimiento con facilidad, mientras que un objeto con una masa inercial grande lo hace con dificultad. # La masa gravitacional es una medida de la fuerza de la interacción gravitatoria del objeto. Dentro del mismo campo gravitacional, un objeto con menor masa gravitacional experimenta una fuerza menor que un objeto con mayor masa gravitacional. Esta cantidad no debe confundirse con el peso. Se ha demostrado experimentalmente que la masa inercial y la masa gravitatoria son equivalentes (con toda la precisión que podemos llegar a conseguir), si bien son conceptualmente muy distintas.

Masa inercial

La masa inercial viene determinada por la Segunda y Tercera Ley de Newton (véase Mecánica Clásica). Dado un objeto con una masa inercial conocida, se puede obtener la masa inercial de cualquier otro haciendo que ejerzan una fuerza entre sí. Conforme a la Tercera Ley de Newton, la fuerza experimentada por cada uno será de igual magnitud y sentido opuesto. Esto permite estudiar qué resistencia presenta cada objeto a fuerzas aplicadas de forma similar. Dados dos cuerpos, A y B, con masas inerciales mA (conocida) y mB (que se desea determinar), en la hipótesis que las masas son constantes y que ambos cuerpos están aislados de otras influencias físicas, de forma que la única fuerza presente sobre A es la que ejerce B, denominada FAB, y la única fuerza presente sobre B es la que ejerce A, denominada FBA, de acuerdo con la Segunda Ley de Newton: :F_ = m_A a_A :F_ = m_B a_B. donde aA y aB son las aceleraciones de A y B, respectivamente. Es necesario que estas aceleraciones no sean nulas, es decir, que las fuerzas entre los dos objetos no sean iguales a cero. Una forma de lograrlo es, por ejemplo, hacer colisionar los dos cuerpos y efectuar las mediciones durante el choque. La Tercera Ley de Newton afirma que las dos fuerzas son iguales y opuestas: :F_ = - F_. Sustituyendo en las ecuaciones anteriores, se obtiene la masa de B como :m_B = m_A. Así, el medir aA y aB permite determinar mA en términos mB, que era lo buscado. Obsérvese que el requisito que aB sea distinto de cero hace que esta ecuación quede bien definida. En el razonamiento anterior se ha supuesto que las masas de A y B son constantes. Se trata de una suposición fundamental, conocida como la conservación de la masa, y se basa en la hipótesis de que la materia no puede ser creada ni destruida, sólo transformada (dividida o recombinada). Es a veces útil, sin embargo, considerar la variación de la masa del cuerpo en el tiempo: por ejemplo la masa de un cohete decrece durante su lanzamiento. Esta aproximación se hace ignorando la materia que entra y sale del sistema. En el caso del cohete, esta materia se corresponde con el combustible que es expulsado; si tuviéramos que medir la masa conjunta del cohete y del combustible, comprobaríamos que es constante.

Masa gravitacional

Considérense dos cuerpos A y B con masas gravitacionales MA y MB, separados por una distancia |rAB|. La Ley de la Gravitación de Newton dice que la magnitud de la fuerza gravitatoria que cada cuerpo ejerce sobre el otro es :|F| = Donde G es la constante de gravitación universal. La sentencia anterior se puede reformular de la siguiente manera: dada la aceleración g de una masa de referencia en un campo gravitacional (como el campo gravitatorio de la Tierra), la fuerza de la gravedad en un objeto con masa gravitacional M es de la magnitud :|F| = Mg. Esta es la base según la cual las masas se determinan en las balanzas. En las balanzas de baño, por ejemplo, la fuerza |F| es proporcional al desplazamiento del muelle debajo de la plataforma de pesado (véase Ley de Hooke), y la escala está calibrada para tener en cuenta g de forma que se pueda leer la masa M

Equivalencia de la masa inercial y la masa gravitatoria

Se demuestra experimentalmente que la masa inercial y la masa gravitacional son iguales -con un grado de precisión muy alto-. Estos experimentos son esencialmente pruebas del fenómeno ya observado por Galileo de que los objetos caen con una aceleración independiente de sus masas (en ausencia de factores externos como el rozamiento). Supóngase un objeto con masas inercial y gravitacional m y M, respectivamente. Si la gravedad es la única fuerza que actúa sobre el cuerpo, la combinación de la segunda ley de Newton y la ley de la gravedad proporciona su aceleración como :a = g Por tanto, todos los objetos situados en el mismo campo gravitatorio caen con la misma aceleración si y sólo si la proporción entre masa gravitacional e inercial es igual a una constante. Por definición, se puede tomar esta proporción como 1.

Consecuencias de la Relatividad

En la teoría especial de la relatividad la "masa" se refiere a la masa inercial de un objeto medida en el sistema de referencia en el que está en reposo (conocido como "sistema de reposo"). El método anterior para obtener la masa inercial sigue siendo válido, siempre que la velocidad del objeto sea mucho menor que la velocidad de la luz, de forma que la mecánica clásica sigue siendo válida.
Históricamente, se ha usado el término "masa" para describir a la magnitud E/c², (que se denominaba "masa relativista") y a m, que se denominaba "masa en reposo". Los físicos no recomiendan seguir esta terminología, porque no es necesario tener dos términos para la energía de una partícula, y porque crea confusión cuando se habla de partículas "sin masa". En este artículo, siempre nos referimos a la "masa en reposo". Para más información, véase el 'Usenet Relativity FAQ' en la sección de Enlaces Externos.
En la mecánica relativista, la masa de una partícula libre está relacionada con su energía y su momento según la siguiente ecuación: : = m^2 c^2 + p^2. Que se puede reordenar de la siguiente manera: :E = mc^2 \sqrt El límite clásico se corresponde con la situación en la que el momento p es mucho menor que mc, en cuyo caso se puede desarrollar la raíz cuadrada en una serie de Taylor: :E = mc^2 + + ... El término principal, que es el mayor, es la energía en reposo de la partícula. Si la masa es distinta de cero, una partícula siempre tiene como mínimo esta cantidad de energía, independientemente de su momentum. La energía en reposo, normalmente, es inaccesible, pero puede liberarse dividiendo o combinando partículas, como en la fusión y fisión nucleares. El segundo término es, simplemente, la energía cinética clásica, que se demuestra usando la definición clásica de momento cinético. :p = mv Y sustituyendo para obtener: :E = mc^2 + + ... La relación relativista entre energía, masa y momento también se cumple para partículas que no tienen masa (que es un concepto mal definido en términos de mecánica clásica). Cuando m = 0, la relación se simplifica en :E = pc donde p es el momento relativista. Esta ecuación define la mecánica de las partículas sin masa como el fotón, que son las partículas de la luz.

Enlaces externos


- [http://www.ex.ac.uk/cimt/dictunit/ccmass.htm Calculadora de conversión para unidades de MASA (y peso)]
- [http://math.ucr.edu/home/baez/physics/ Usenet Physics FAQ]
- [http://math.ucr.edu/home/baez/physics/Relativity/SR/mass.html Does mass change with velocity?] Categoría:Magnitudes físicas ja:質量 ko:질량 ms:Jisim simple:Mass th:มวล

Carga

La carga eléctrica es una propiedad fundamental de algunas partículas sub-atómicas, que determina las interacciones electromagnéticas entre ellas. La materia cargada eléctricamente es influida por los campos electromagnéticos siendo, a su vez, generadora de ellos. La interacción entre carga y campo eléctrico es la fuente de una de las cuatro fuerzas fundamentales, la fuerza electromagnética. La carga eléctrica es de naturaleza discreta, fenómeno demostrado experimentalmente por Robert Millikan. Por definición, los electrones tienen carga -1, también notada -e. Los protones tienen la carga opuesta, +1 o +e. Los quarks tienen carga fraccionaria −1/3 o +2/3, aunque no se han observado aislados en la naturaleza. En el Sistema Internacional de Unidades la unidad de carga eléctrica se denomina culombio (símbolo C). Se define como la cantidad de carga que pasa por una sección en 1 segundo cuando la corriente eléctrica es de 1 amperio, y se corresponde con la carga de 6,25 × 10^ electrones aproximadamente.

Historia

Los antiguos griegos ya sabían que al frotar ámbar con una piel adquiría la propiedad de atraer cuerpos ligeros tales como trozos de paja y pequeñas semillas, fenómeno descubierto por el filósofo griego Tales de Mileto hace 2500 años. Casi 2000 años después el médico inglés William Gilbert observó que algunos otros materiales se comportan como el ámbar al frotarlos y que la atracción que ejercen se manifiesta sobre cualquier otro cuerpo, aún cuando no sea ligero. Como la designación griega correspondiente al ámbar es elektron, Gilbert comenzó a utilizar el término "eléctrico" para referirse a todo material que se comportaba como aquél, lo que derivó en los términos electricidad y carga eléctrica. Es posible observar el fenómeno descrito al frotar un lápiz con ropa (atrae pequeños trozos de papel), al frotar vidrio con seda, o ebonita con piel.

Cargas positivas y negativas

Si se toma una varilla de vidrio y se la frota con seda colgándola de un hilo largo, también de seda, se observa que al aproximar una segunda varilla (frotada con seda) se produce repulsión mutua. Sin embargo, si se aproxima una varilla de ebonita, previamente frotada con una piel, se observa que atrae a la varilla de vidrio colgada. También se verifica que dos varillas de ebonita frotadas con piel se repelen entre sí. Estos hechos se explican diciendo que al frotar una varilla se le comunica carga eléctrica y que las cargas en las dos varillas ejercen fuerzas entre sí. Los efectos eléctricos no se limitan a vidrio frotado con seda o a ebonita frotada con piel. Cualquier sustancia frotada con cualquier otra, en condiciones apropiadas, recibe carga en cierto grado. Sea cual sea la sustancia a la que se le comunicó carga eléctrica se verá que, si repele al vidrio, atraerá a la ebonita y viceversa. No existen cuerpos electrificados que muestren comportamientos de otro tipo. Es decir, no se observan cuerpos electrificados que atraigan o repelan a las barras de vidrio y de ebonita simultáneamente: si el cuerpo sujeto a observación atrae al vidrio, repelerá a la barra de ebonita y si atrae a la barra de ebonita, repelerá a la de vidrio. La conclusión de tales experiencias es que sólo hay dos tipos de carga y que cargas similares se repelen y cargas diferentes se atraen. Benjamín Franklin denominó positivas a las que aparecen en el vidrio y negativas a las que aparecen en la ebonita.
Imagen:cargas.jpg

Origen de las cargas

Franklin, después de numerosas observaciones experimentales, descubrió que cuando se frotan dos cuerpos, si uno de ellos se electriza positivamente, el otro adquiere, necesariamente, carga negativa. Así, cuando se frota vidrio con seda, además de adquirir aquél carga eléctrica positiva, la seda se electrifica negativamente. Buscando una explicación que justificara este hecho, formuló la teoría de que estos fenómenos se producen debido a la existencia de un "fluido eléctrico" que se transfiere de un cuerpo a otro. Un cuerpo no electrizado tendría una "cantidad normal" de fluido. El frotamiento sería la causa de la transferencia y el cuerpo que recibiera más fluido quedaría electrizado positivamente mientras que el que lo perdiera quedaria electrizado negativamente. Así, conforme a estas ideas, no habría creación ni destrucción de carga eléctrica, sino únicamente una transferencia de electricidad de un cuerpo hacia otro. En la actualidad se sabe que la teoría estaba parcialmente acertada. El proceso de electrización consiste en transferencia de carga eléctrica, pero no debido al fluido imaginado por Franklin, sino por el paso de electrones de un cuerpo hacia otro. La teoría atómica moderna afirma que toda materia está constituida, básicamente, por partículas: protones, electrones y neutrones. Los primeros poseen carga positiva (el tipo de carga con que se electrifica el vidrio), los segundos, carga negativa (el tipo de carga con que se electrifica la ebonita) y los neutrones carecen de carga eléctrica. Un cuerpo no electrizado posee el mismo número de electrones que de protones. Cuando se frotan dos cuerpos hay una transferencia de electrones de uno hacia otro y el cuerpo que presenta exceso de electrones queda cargado negativamente, mientras que el que los perdió presenta un exceso de protones provocando la existencia de eléctrica positiva. Obsérvese que los electrones y protones no poseen en su seno nada positivo ni negativo, esto sólo es una denominación que se aplica a una propiedad intrínseca de la materia que se manifiesta mediante repulsiones y atracciones.

Aislantes y conductores

Una varilla metálica sostenida con la mano y frotada con una piel no resulta cargada. Sin embargo, es posible cargarla si se la provee de un mango de vidrio o de ebonita y el metal no se toca con las manos al frotarlo. La explicación es que las cargas se pueden mover libremente en los metales y el cuerpo humano, mientras que en el vidrio y la ebonita no pueden hacerlo. Esto debe a que en ciertos materiales, típicamente en los metales, los electrones más alejados de los núcleos respectivos adquieren libertad de movimiento en el interior del sólido. Estas partículas se denominan electrones libres y son el vehículo mediante el cual se transporta la carga eléctrica. Estas sustancias se denominan conductores. En contrapartida a los conductores eléctricos, existen materiales en los cuales los electrones están firmemente unidos a sus respectivos átomos. En consecuencia, estas sustancias no poseen electrones libres y no será posible el desplazamiento de carga a través de ellos. Estas sustancias son denominadas aislantes o dieléctricos. El vidrio, la ebonita o el plástico son ejemplos típicos. Es de relevancia tener en cuenta, y puede verificarse experimentalmente, que solamente la carga negativa se puede mover. La carga positiva es inmóvil y únicamente los electrones libres son los responsables del transporte de carga. Un material puede ser aislante o conductor según su configuración atómica. Un ejemplo notable son los denominados superconductores, típicamente materiales a bajísima temperatura.

Formas de cargar un cuerpo

Electrización por contacto

Consiste en cargar un cuerpo con sólo ponerlo en contacto con otro previamente electrizado. En este caso, ambos quedarán cargados con carga del mismo signo. Esto se debe a que habrá transferencia de electrones libres desde el cuerpo que los posea mayor cantidad hacia el que los contenga en menor proporción y manteniéndose este flujo hasta que la magnitud de la carga sea la misma en ambos cuerpos.

Electrización por frotamiento

se caracteriza porque tanto el cuerpo como el frotante quedan electrizados. Esto sucede porque los materiales frotados tienen distinta capacidad para retener y entregar electrones y cada vez que se tocan, algunos electrones saltan de una superficie a otra.

Electrización por inducción

Un cuerpo cargado eléctricamente puede atraer a otro cuerpo que está neutro. Cuando se acerca un cuerpo electrizado a un cuerpo neutro, se establece una interacción eléctrica entre las cargas del primero y las del cuerpo neutro. Como resultado de esta interacción, la distribución inicial se altera: el cuerpo electrizado provoca el desplazamiento de los electrones libres del cuerpo neutro. En este proceso de redistribución de cargas, la carga neta inicial no ha variado en el cuerpo neutro, pero en algunas zonas se carga positivamente y en otras negativamente. Se dice que aparecen cargas eléctricas inducidas. Entonces el cuerpo electrizado, denominado inductor, induce una carga con signo contrario en el cuerpo neutro y por lo tanto lo atrae. El diagrama de abajo muestra el procedimiento para electrificar un cuerpo por inducción. Es importante tener en cuenta que la carga obtenida por este método es de signo opuesto a la carga del inductor.
Imagen:Induccion.PNG
La aparición de cargas inducidas se produce tanto en conductores como en dieléctricos, aunque el mecanismo por el cual se produce esta aparición en unos y en otros es bien distinto. Para el caso de conductores los responsables son los electrones libres capaces de moverse en el seno del conductor cuando son afectados por influencias debidas a la presencia del inductor produciendo los efectos mostrados en el diagrama. Los dieléctricos carecen de electrones libres y las cargas inducidas se hacen presentes debido al fenómeno de polarización eléctrica.

Propiedades de la carga

Principio de conservación de la carga

En concordancia con los resultados experimentales, el principio de conservación de la carga establece que no hay destrucción ni creación de carga eléctrica, y afirma que en todo proceso eléctrico la carga total se conserva, tal como pensó Franklin. Hemos visto que cuando se frota una barra de vidrio con seda, aparece en la barra una carga positiva. Las medidas muestran que aparece en la seda una carga negativa de igual magnitud. Esto hace pensar que el frotamiento no crea la carga sino que simplemente la transporta de un objeto al otro, alterando la neutralidad eléctrica de ambos. Así, en un proceso de electrización, el número total de protones y electrones no se altera y sólo hay una separación de las cargas eléctricas. Por tanto, no hay destrucción ni creación de carga eléctrica, es decir, la carga total se conserva, tal como pensó Franklin. Pueden aparecer cargas eléctricas donde antes no había, pero siempre lo harán de modo que la carga total del sistema permanezca constante. Además esta conservación es local, ocurre en cualquier región del espacio por pequeña que sea.

Cuantización de la carga

La experiencia ha demostrado que la carga eléctrica no es continua, o sea, no es posible que tome valores arbitrarios, sino que lo valores que puede adquirir son múltiplos enteros de una cierta carga eléctrica mínima. Esta propiedad se conoce como cuantización de la carga y el valor fundamental corresponde al valor de carga eléctrica que posee el electrón y al cual se lo representa como e. Cualquier carga q que exista físicamente, puede escribirse como N x e siendo N un número entero, positivo o negativo. Vale la pena destacar que para el electrón la carga es -e, para el protón vale +e y para el neutrón, 0. Se cree que la carga de los quarks, partículas que componen los núcleos atómicos, toma valores fraccionarios de esta cantidad fundamental. Sin embargo, nunca se han observado quarks libres.

La carga es un invariante relativista

La carga de un cuerpo es independiente de la velocidad con que se desplaza.

Medición de la carga eléctrica

El valor de la carga eléctrica de un cuerpo, representada como q o Q, se mide según el número de electrones que posea en exceso o en defecto. En el Sistema Internacional de Unidades la unidad de carga eléctrica se denomina culombio (símbolo C). Un culombio corresponde a 6,25 × 10^ electrones. En consecuencia, la carga del electrón es e = \frac = -1,602177 \times 10^C

Véase también


- Fuerzas Fundamentales
- Ley de Coulomb
- Electroscopio
- Campo eléctrico
- Interacción electromagnética
- Interacción electrostática
- Carga elemental categoría:Magnitudes físicas ja:電荷 ko:전하

Momento angular

El momento angular, momentum angular o momento cinético, de símbolo L, en física clásica, es igual al producto vectorial de la cantidad de movimiento (también llamado momento lineal o momentum) por el vector de posición, r, del objeto en relación al punto considerado como eje de rotación. El momentum angular puede definirse también como el momento del momentum.
L=\vec r \times\vec p = m \cdot\vec r \times\vec v
En mecánica cuántica, se transforma en un operador, análogamente al momento lineal. Las funciones propias del momento angular cuántico son los llamados armónicos esféricos, que se construyen a partir de los polinomios de Legendre. Tienen especial importancia por ser la componente angular de los orbitales atómicos. categoría:magnitudes físicas ja:角運動量 ko:각운동량 ms:Momentum sudut



Protón

En física, el protón (griego proton = primero) es una partícula subatómica con una carga eléctrica de una unidad fundamental positiva (1,602 x 10-19 culombios) y una masa de 938,3 MeV/c² (1,6726 x 10-27 kg), o, del mismo modo, unas 1836 veces la masa de un electrón. Experimentalmente se observa el protón como estable, con un límite inferior en su vida media de unos 1035 años, aunque algunas teorías predicen que el protón puede desintegrarse. El protón y el neutrón, en conjunto, se conocen como nucleones, ya que conforman el núcleo de los átomos. El núcleo del isótopo más común del átomo de hidrógeno (también el átomo estable más simple posible) es un único protón. Los núcleos de otros átomos están compuestos de nucleones unidos por la fuerza nuclear fuerte. El número de protones en el núcleo determina las propiedades químicas del átomo y qué elemento químico es. Los protones están clasificados como bariones y se componen de dos quarks arriba y un quark abajo, los cuales también están unidos por la fuerza nuclear fuerte, mediados por gluones. El equivalente en antimateria del protón es el antiprotón, el cual tiene la misma magnitud de carga que el protón pero de signo contrario. Debido a que la fuerza electromagnética es muchos órdenes de magnitud más fuerte que la fuerza gravitatoria, la carga del protón debe ser opuesta e igual (en valor absoluto) a la carga del electrón; en caso contrario, la repulsión neta de tener un exceso de carga positiva o negativa causaría un efecto expansivo sensible en el universo, y, asimismo, en cualquier cúmulo de materia (planetas, estrellas, etc.) En química y bioquímica, el término protón puede referirse al ion de hidrógeno, H+. En este contexto, un emisor de protones es un ácido, y un receptor de protones una base.

Historia

El protón fue descubierto en 1918 por Ernest Rutherford. Éste descubrió que si bombardeaba gas nitrógeno con partículas alfa, sus detectores de centelleo mostraban datos de núcleos de hidrógeno. Rutherford determinó que el único lugar del cual este hidrógeno pudo haber venido era del nitrógeno, y, consecuentemente, el nitrógeno debe contener núcleos de hidrógeno. Asimismo, él sugerió que el núcleo de hidrógeno, del cual se sabía que debía tener 1 como número atómico, era una partícula elemental. Lo llamó protón.

Aplicaciones tecnológicas

Los protones pueden existir en estados spin. Esta propiedad se aprovecha en la espectroscopía de resonancia magnética nuclear. En espectroscopía RMN, a una sustancia se le aplica un campo magnético para detectar la corteza alrededor de los protones en los núcleos de esta sustancia, que proporcionan las nubes de electrones colindantes. Se puede usar posteriormente esta información para reconstruir la estructura molecular de una molécula bajo estudio.

Antiprotón

El antiprotón es la antipartícula del protón. Fue descubierto en el año 1955 por Emilio Segre y Owen Chamberlain, por lo cual les fue concedido el Premio Nobel de Física en 1959.

Artículos relacionados


- Física de partículas -------- Protón es también un lanzador (cohete) ruso, fue el encargado de poner en órbita el primer módulo de la Estación Espacial Internacional (ISS) Categoría:Física nuclear y de partículas ja:陽子 ko:양성자 ms:Proton th:โปรตอน

Neutrón

Un neutrón es un barión neutro formado por dos quarks down y un quark up. Forma, junto con los protones los núcleos atómicos. Fuera del núcleo atómico es inestable y tiene una vida media de unos 15 minutos emitiendo un electrón y un antineutrino para convertirse en un protón. Su masa es muy similar a la del protón. Algunas de sus propiedades:
- Masa: mn = 1.672x10 a la -24 gr
- Vida media: tn = 886.7 ± 1.9 s
- Momento magnético: mn = -1.9130427 ± 0.0000005 mN
- Carga eléctrica: qn = (-0.4 ± 1.1) x 10-21 e El neutrón es necesario para la estabilidad de casi todos los núcleos atómicos (la única excepción es el hidrógeno), ya que interactúa fuertemente atrayéndose con neutrones y protones, pero no se repele con ninguno, como sí lo hacen los protones, que se atraen nuclearmente pero se repelen electrostáticamente.

Véase también


- Isótopo
- Interacción nuclear fuerte
- Interacción nuclear débil
- Emisión beta
- Dispersión inelástica de neutrones
- Física de partículas Categoría:Física nuclear y de partículas ja:中性子 ko:중성자 th:นิวตรอน

Bosón

(Denominación dada en honor al físico indio Satyendra Nath Bose).
Partícula de espín entero (0,1,2...). Esta propiedad confiere a los bosones unas características especiales. Se comportan de acuerdo a la estadística de Bose-Einstein e incumplen el principio de exclusión de Pauli. Son bosones los fotones y los nucleidos con un número par de nucleones, como las partículas alfa. En Física de Altas Energías son las partículas portadoras de las interacciones fundamentales.
- Bosón de Higgs
- Fermión
- Física de partículas
- Fonón o Phonon
- Mecánica cuántica Categoría: Física nuclear y de partículas ja:ボース粒子 ko:보오존

Fotón

El fotón (del griego φως, luz) es la partícula mediadora de la interacción electromagnética y la expresión cuántica de la luz. En física se suele utilizar el símbolo γ para referirse a un fotón. Los fotones son partículas fundamentales, componente de todas las manifestaciones de radiación electromagnética (es decir que tanto la luz, como las ondas de radio o los rayos X poseen fotones).

Características físicas

#Toda la radiación electromagnética está cuantizada en forma de fotones. #Los fotones son partículas cuánticas y como tal tienen una doble naturaleza corpuscular ondulatoria. #Un fotón se caracteriza por su longitud de onda o frecuencia y su estado de spin. La longitud de onda determina la energía del fotón y su momento lineal. Los fotones son bosones de spin entero +1, 0, -1. #Un fotón es una partícula sin masa pero poseedora de energía. La teoría de la relatividad general predice que los fotones son afectados por la gravedad a través de la curvatura del espacio-tiempo, un hecho confirmado por la observación.

Procesos de producción-destrucción

Los fotones pueden producirse en diversos procesos:
- Saltos de los electrones entre orbitales atómicos
- Transiciones cuánticas entre los modos de rotación o vibración de una molécula.
- Transiciones de modos cuánticos en la red cristalina.
- Cualquier fluctuación de un campo electromagnético que de lugar a radiación electromagnética (por ejemplo la radiación de ciclotrón). La radiación más intensa se produce en procesos de tipo nuclear:
- Transiciones nucleares
- Aniquilación partícula-antipartícula En el vacío los fotones se mueven, por definición, a una velocidad de 299.792.458 m/s. Esta velocidad suele denotarse por la letra c en física. En otros medios su velocidad es inferior, dependiendo, en general la disminución de velocidad, de la frecuencia de la radiación asociada.

Véase también


- Cuanto
- Física de Partículas
- Óptica Categoría:Física nuclear y de partículas Categoría:Óptica ja:光子 ko:광자 simple:Photon

Pión

En física de partículas, pión (abreviatura del vocablo Griego pi meson = "P medio) es el nombre común de tres partículas subatómicas descubiertas en 1947: π0, π+ y π−. El pión es el mesón más ligero.

Propiedades básicas

Los piones tienen espín cero, y están compuestos por la primera generación de quarks. Un quark "up" y otro "anti-down" componen el π+, mientras que un quark "down" y otro "anti-up" componen el π−, su antipartícula. La combinación "up-antiup" y "down-antidown" constituyen el π0, el cual es su propia antipartícula. El mesón π± tiene una masa de 139.6 MeV/c² y una vida media de 2.6 × 10−8 segundos. La desintegración principal es en un muón y un neutrino: :\pi^+\to\mu^++\nu_\mu :\pi^-\to\mu^-+\nu_\mu El π0 es un poco más ligero, teniendo una masa de 135.0 MeV/c² y una vida media mucho más corta, de 8.4 × 10−17 segundos. La desintegración principal es a dos fotones: :\pi^0\to2\gamma Ver también: Física de partículas

Enlaces externos


- [http://pdg.lbl.gov/2004/tables/mxxx.pdf Mesones] en el "Particle Data Group" (inglés)
- [http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/particles/hadron.html Mesons] en Hyperphysics (inglés) categoría:Física nuclear y de partículas ja:パイ中間子

Momento magnético

En física, el momento magnético de un objeto es un vector que relaciona el torque alineado con el momento magnético experimentado con el objeto, con el propio campo vectorial.

Relaciones físicas

La relación es: :\mathbf = \mathbf \times \mathbf Donde es el torque, \mu es el momento magnético, y B es el campo magnético. El alineamiento del momento magnético con el campo crea una diferencia en la energía potencial U: :U = - \mathbf.\mathbf Uno de los ejemplos más simples de momento magnético es el de una espira conductora de la electricidad, con intensidad I y área A, para el cual la magnitud es: :\mathbf = IA

Momento magnético de espín

Los electrones y muchos núcleos atómicos también tienen momentos magnéticos intrínsecos, cuya explicación requiera tratamiento mecanocuántico y que se relaciona que el momento angular de las partículas. Son estos momentos magnéticos intrínsecos los que dan lugar a efectos macroscópicos de magnetismo, y a otros fenómenos como la resonancia magnética nuclear. El momento magnético de espín es una propiedad fundamental de las partículas, como la masa o la carga eléctrica.

Momento magnético orbital

Ciertas disposiciones orbitales, con degeneración triple o superior, implican un momento magnético adicional, por el movimiento de los electrones como partículas cargadas. La situación es análoga a la de la espira conductora presentada arriba, pero exige un tratamiento cuántico. Los compuestos de los diferentes metales de transición presentan muy diversos momentos magnéticos, pero es posible encontrar un intervalo típico para cada metal en cada estado de oxidación, teniendo en cuenta, por supuesto, si es de espín alto o bajo.

Véase también


- Magnetón de Bohr Categoría:Magnetoquímica ja:磁気モーメント

Carga eléctrica

La carga eléctrica es una propiedad fundamental de algunas partículas sub-atómicas, que determina las interacciones electromagnéticas entre ellas. La materia cargada eléctricamente es influida por los campos electromagnéticos siendo, a su vez, generadora de ellos. La interacción entre carga y campo eléctrico es la fuente de una de las cuatro fuerzas fundamentales, la fuerza electromagnética. La carga eléctrica es de naturaleza discreta, fenómeno demostrado experimentalmente por Robert Millikan. Por definición, los electrones tienen carga -1, también notada -e. Los protones tienen la carga opuesta, +1 o +e. Los quarks tienen carga fraccionaria −1/3 o +2/3, aunque no se han observado aislados en la naturaleza. En el Sistema Internacional de Unidades la unidad de carga eléctrica se denomina culombio (símbolo C). Se define como la cantidad de carga que pasa por una sección en 1 segundo cuando la corriente eléctrica es de 1 amperio, y se corresponde con la carga de 6,25 × 10^ electrones aproximadamente.

Historia

Los antiguos griegos ya sabían que al frotar ámbar con una piel adquiría la propiedad de atraer cuerpos ligeros tales como trozos de paja y pequeñas semillas, fenómeno descubierto por el filósofo griego Tales de Mileto hace 2500 años. Casi 2000 años después el médico inglés William Gilbert observó que algunos otros materiales se comportan como el ámbar al frotarlos y que la atracción que ejercen se manifiesta sobre cualquier otro cuerpo, aún cuando no sea ligero. Como la designación griega correspondiente al ámbar es elektron, Gilbert comenzó a utilizar el término "eléctrico" para referirse a todo material que se comportaba como aquél, lo que derivó en los términos electricidad y carga eléctrica. Es posible observar el fenómeno descrito al frotar un lápiz con ropa (atrae pequeños trozos de papel), al frotar vidrio con seda, o ebonita con piel.

Cargas positivas y negativas

Si se toma una varilla de vidrio y se la frota con seda colgándola de un hilo largo, también de seda, se observa que al aproximar una segunda varilla (frotada con seda) se produce repulsión mutua. Sin embargo, si se aproxima una varilla de ebonita, previamente frotada con una piel, se observa que atrae a la varilla de vidrio colgada. También se verifica que dos varillas de ebonita frotadas con piel se repelen entre sí. Estos hechos se explican diciendo que al frotar una varilla se le comunica carga eléctrica y que las cargas en las dos varillas ejercen fuerzas entre sí. Los efectos eléctricos no se limitan a vidrio frotado con seda o a ebonita frotada con piel. Cualquier sustancia frotada con cualquier otra, en condiciones apropiadas, recibe carga en cierto grado. Sea cual sea la sustancia a la que se le comunicó carga eléctrica se verá que, si repele al vidrio, atraerá a la ebonita y viceversa. No existen cuerpos electrificados que muestren comportamientos de otro tipo. Es decir, no se observan cuerpos electrificados que atraigan o repelan a las barras de vidrio y de ebonita simultáneamente: si el cuerpo sujeto a observación atrae al vidrio, repelerá a la barra de ebonita y si atrae a la barra de ebonita, repelerá a la de vidrio. La conclusión de tales experiencias es que sólo hay dos tipos de carga y que cargas similares se repelen y cargas diferentes se atraen. Benjamín Franklin denominó positivas a las que aparecen en el vidrio y negativas a las que aparecen en la ebonita.
Imagen:cargas.jpg

Origen de las cargas

Franklin, después de numerosas observaciones experimentales, descubrió que cuando se frotan dos cuerpos, si uno de ellos se electriza positivamente, el otro adquiere, necesariamente, carga negativa. Así, cuando se frota vidrio con seda, además de adquirir aquél carga eléctrica positiva, la seda se electrifica negativamente. Buscando una explicación que justificara este hecho, formuló la teoría de que estos fenómenos se producen debido a la existencia de un "fluido eléctrico" que se transfiere de un cuerpo a otro. Un cuerpo no electrizado tendría una "cantidad normal" de fluido. El frotamiento sería la causa de la transferencia y el cuerpo que recibiera más fluido quedaría electrizado positivamente mientras que el que lo perdiera quedaria electrizado negativamente. Así, conforme a estas ideas, no habría creación ni destrucción de carga eléctrica, sino únicamente una transferencia de electricidad de un cuerpo hacia otro. En la actualidad se sabe que la teoría estaba parcialmente acertada. El proceso de electrización consiste en transferencia de carga eléctrica, pero no debido al fluido imaginado por Franklin, sino por el paso de electrones de un cuerpo hacia otro. La teoría atómica moderna afirma que toda materia está constituida, básicamente, por partículas: protones, electrones y neutrones. Los primeros poseen carga positiva (el tipo de carga con que se electrifica el vidrio), los segundos, carga negativa (el tipo de carga con que se electrifica la ebonita) y los neutrones carecen de carga eléctrica. Un cuerpo no electrizado posee el mismo número de electrones que de protones. Cuando se frotan dos cuerpos hay una transferencia de electrones de uno hacia otro y el cuerpo que presenta exceso de electrones queda cargado negativamente, mientras que el que los perdió presenta un exceso de protones provocando la existencia de eléctrica positiva. Obsérvese que los electrones y protones no poseen en su seno nada positivo ni negativo, esto sólo es una denominación que se aplica a una propiedad intrínseca de la materia que se manifiesta mediante repulsiones y atracciones.

Aislantes y conductores

Una varilla metálica sostenida con la mano y frotada con una piel no resulta cargada. Sin embargo, es posible cargarla si se la provee de un mango de vidrio o de ebonita y el metal no se toca con las manos al frotarlo. La explicación es que las cargas se pueden mover libremente en los metales y el cuerpo humano, mientras que en el vidrio y la ebonita no pueden hacerlo. Esto debe a que en ciertos materiales, típicamente en los metales, los electrones más alejados de los núcleos respectivos adquieren libertad de movimiento en el interior del sólido. Estas partículas se denominan electrones libres y son el vehículo mediante el cual se transporta la carga eléctrica. Estas sustancias se denominan conductores. En contrapartida a los conductores eléctricos, existen materiales en los cuales los electrones están firmemente unidos a sus respectivos átomos. En consecuencia, estas sustancias no poseen electrones libres y no será posible el desplazamiento de carga a través de ellos. Estas sustancias son denominadas aislantes o dieléctricos. El vidrio, la ebonita o el plástico son ejemplos típicos. Es de relevancia tener en cuenta, y puede verificarse experimentalmente, que solamente la carga negativa se puede mover. La carga positiva es inmóvil y únicamente los electrones libres son los responsables del transporte de carga. Un material puede ser aislante o conductor según su configuración atómica. Un ejemplo notable son los denominados superconductores, típicamente materiales a bajísima temperatura.

Formas de cargar un cuerpo

Electrización por contacto

Consiste en cargar un cuerpo con sólo ponerlo en contacto con otro previamente electrizado. En este caso, ambos quedarán cargados con carga del mismo signo. Esto se debe a que habrá transferencia de electrones libres desde el cuerpo que los posea mayor cantidad hacia el que los contenga en menor proporción y manteniéndose este flujo hasta que la magnitud de la carga sea la misma en ambos cuerpos.

Electrización por frotamiento

se caracteriza porque tanto el cuerpo como el frotante quedan electrizados. Esto sucede porque los materiales frotados tienen distinta capacidad para retener y entregar electrones y cada vez que se tocan, algunos electrones saltan de una superficie a otra.

Electrización por inducción

Un cuerpo cargado eléctricamente puede atraer a otro cuerpo que está neutro. Cuando se acerca un cuerpo electrizado a un cuerpo neutro, se establece una interacción eléctrica entre las cargas del primero y las del cuerpo neutro. Como resultado de esta interacción, la distribución inicial se altera: el cuerpo electrizado provoca el desplazamiento de los electrones libres del cuerpo neutro. En este proceso de redistribución de cargas, la carga neta inicial no ha variado en el cuerpo neutro, pero en algunas zonas se carga positivamente y en otras negativamente. Se dice que aparecen cargas eléctricas inducidas. Entonces el cuerpo electrizado, denominado inductor, induce una carga con signo contrario en el cuerpo neutro y por lo tanto lo atrae. El diagrama de abajo muestra el procedimiento para electrificar un cuerpo por inducción. Es importante tener en cuenta que la carga obtenida por este método es de signo opuesto a la carga del inductor.
Imagen:Induccion.PNG
La aparición de cargas inducidas se produce tanto en conductores como en dieléctricos, aunque el mecanismo por el cual se produce esta aparición en unos y en otros es bien distinto. Para el caso de conductores los responsables son los electrones libres capaces de moverse en el seno del conductor cuando son afectados por influencias debidas a la presencia del inductor produciendo los efectos mostrados en el diagrama. Los dieléctricos carecen de electrones libres y las cargas inducidas se hacen presentes debido al fenómeno de polarización eléctrica.

Propiedades de la carga

Principio de conservación de la carga

En concordancia con los resultados experimentales, el principio de conservación de la carga establece que no hay destrucción ni creación de carga eléctrica, y afirma que en todo proceso eléctrico la carga total se conserva, tal como pensó Franklin. Hemos visto que cuando se frota una barra de vidrio con seda, aparece en la barra una carga positiva. Las medidas muestran que aparece en la seda una carga negativa de igual magnitud. Esto hace pensar que el frotamiento no crea la carga sino que simplemente la transporta de un objeto al otro, alterando la neutralidad eléctrica de ambos. Así, en un proceso de electrización, el número total de protones y electrones no se altera y sólo hay una separación de las cargas eléctricas. Por tanto, no hay destrucción ni creación de carga eléctrica, es decir, la carga total se conserva, tal como pensó Franklin. Pueden aparecer cargas eléctricas donde antes no había, pero siempre lo harán de modo que la carga total del sistema permanezca constante. Además esta conservación es local, ocurre en cualquier región del espacio por pequeña que sea.

Cuantización de la carga

La experiencia ha demostrado que la carga eléctrica no es continua, o sea, no es posible que tome valores arbitrarios, sino que lo valores que puede adquirir son múltiplos enteros de una cierta carga eléctrica mínima. Esta propiedad se conoce como cuantización de la carga y el valor fundamental corresponde al valor de carga eléctrica que posee el electrón y al cual se lo representa como e. Cualquier carga q que exista físicamente, puede escribirse como N x e siendo N un número entero, positivo o negativo. Vale la pena destacar que para el electrón la carga es -e, para el protón vale +e y para el neutrón, 0. Se cree que la carga de los quarks, partículas que componen los núcleos atómicos, toma valores fraccionarios de esta cantidad fundamental. Sin embargo, nunca se han observado quarks libres.

La carga es un invariante relativista

La carga de un cuerpo es independiente de la velocidad con que se desplaza.

Medición de la carga eléctrica

El valor de la carga eléctrica de un cuerpo, representada como q o Q, se mide según el número de electrones que posea en exceso o en defecto. En el Sistema Internacional de Unidades la unidad de carga eléctrica se denomina culombio (símbolo C). Un culombio corresponde a 6,25 × 10^ electrones. En consecuencia, la carga del electrón es e = \frac = -1,602177 \times 10^C

Véase también


- Fuerzas Fundamentales
- Ley de Coulomb
- Electroscopio
- Campo eléctrico
- Interacción electromagnética
- Interacción electrostática
- Carga elemental categoría:Magnitudes físicas ja:電荷 ko:전하

Ferromagnetismo

El ferromagnetismo es el ordenamiento magnético de todos los momentos magnéticos de una muestra, en la misma dirección y sentido. Un material ferromagnético es aquel que puede presentar ferromagnetismo. La interacción ferromagnética es la interacción magnética que hace que los momentos magnéticos tiendan a disponerse en la misma dirección y sentido. Ha de extenderse por todo un sólido para alcanzar el ferromagnetismo. Generalmente, los ferromagnetos están divididos en dominios magnéticos. En cada uno de estos dominios, todos los momentos magnéticos están alineados. En las fronteras entre dominios hay cierta energía potencial, pero la formación de dominios está compensada por la ganancia en entropía. Al someter un material ferromagnético a un campo magnético intenso, los dominios se alinean con éste, dando lugar a un monodominio. Al eliminar el campo, el dominio permanece durante cierto tiempo. 600px

Materiales ferromagnéticos

MaterialTemp. Curie
(K)
Fe1043
Co1388
Ni627
Gd292
Dy88
MnAs318
MnBi630
MnSb587
CrO2386
MnOFe2O3573
FeOFe2O3858
NiOFe23858
CuOFe2O3728
MgOFe23713
EuO69
Y3Fe5O12560
Hay muchos materiales cristalinos que presentan ferromagnetismo. Recogemos aquí una selección representativa de ellos (Kittel, p. 449), junto con sus temperaturas de Curie, la temperatura por encima de la cual dejan de ser ferromagnéticos.

Véase también


- Antiferromagnetismo
- Magnetismo
- Magnetoquímica ---- Referencias
- Charles Kittel, Introduction to Solid State Physics (Wiley: New York, 1996).
- John David Jackson, Classical Electrodynamics (Wiley: New York, 1999).
- E. P. Wohlfarth, ed., Ferromagnetic Materials (North-Holland, 1980). Categoría:Magnetoquímica ja:強磁性

Estado propio

:Autovector

Magnetorresistencia

Magnetoresistencia. MR. Magnetoresistencia Gigante. GMR. Memorias no volátiles magnéticas: M-RAM. Espintrónica. En esta página se pretende ir explicando lo que es la magnetoresistencia, la Magnetoresistencia Gigante, las memorias no volátiles M-RAM y la Espintrónica. Todas estas cosas las tenemos en nuestro PC de sobremesa, a menos que sea muy antiguo. Nuestros discos duros utilizan bien Magnetoresistencia, bien Magnetoresistencia Gigante. Tanto la MR como la GMR se basan en el espín de los electrones y por eso forman parte de la espintrónica. Magnetoresistencia. Las cabezas lectoras de los discos duros están compuestas por un sandwich de elementos tal que su resistencia eléctrica depende del campo magnético. Los “bits” en un disco duro se guardan como un pequeño imán. La cabeza de lectura magnetoresistiva (MR) tiene una resistencia eléctrica que varía cuando pasa por encima del “pequeño imán” que es un bit. Por tanto, cuando un bit pasa por debajo de la cabeza lectora hay una variación de la resistencia que puede detectarse fácilmente. Magnetoresistencia gigante tiene el mismo principio que la magnetoresistencia. La diferencia es que hay un sandwich con más capas cuyo resultado es que la variación de la resistencia es mucho más grande y, por tanto, se pueden hacer “bits” mucho más pequeños. De eso modo aumenta la densidad de almacenamiento en los discos duros. El siguiente paso, en el que se investiga en estos momentos, es en la fabricación de memoria RAM (la memoria del ordenador donde residen los programas que se están ejecutando) que sea magnética: M-RAM. Hoy, las memorias, para mantenerse activas necesitan que se les suministre electricidad. Cuando el computador se apaga, lo que estaba almacenado se borra. Esa es la razón por la que arrancar un computador tarda tanto, hay que volver a poner en memoria RAM todo el sistema operativo y los programas necesarios para su buen funcionamiento. Para hacerlo lo lee del disco duro. Esa operación tarda varios minutos. Si al apagarse no se borrara la memoria, el rearranque sería rapidísimo pues todo estaría cargado en la memoria. Eso es lo que se pretende con las memorias M-RAM. Memorias que no se borran cuando les falta la electricidad. Espintrónica. Todos los fenómenos descritos se basan en el espín del electrón, por eso a estas tecnologías se las llama espintrónica. Category:Informática

Magnetorresistencia gigante

La magnetorresistencia gigante (GMR) es un efecto mecánico cuántico que se observa en estructuras de película delgada compuestas de capas alternadas ferromagnéticas y no magnéticas. Este efecto se manifiesta como un aumento significativo de la resistencia de la estructura cuando dos capas ferromagnéticas disponen de electrones con espines opuestos, mientras que el nivel es inferior si los espines de los electrones son paralelos. Peter Grünberg del Jülich Research Centre y Albert Fert de la Universidad de Paris-Sud descubrieron el efecto en capas de cristal puro en forma independiente en 1988. El equipo de IBM liderado por Stuart Parkin reconoció rápidamente las posibilidades de utilización del efecto para un sensor de campo magnético y, por consiguiente, para la cabeza de lectura en un disco duro de ordenador y replicó el efecto en capas policristalinas. En diciembre de 1997 IBM liberó al mercado el primer dispositivo comercial basado en este efecto. Otra aplicación es la memoria de acceso aleatorio magnética no volátil.

Véase también


- Espintrónica Categoría:Magnetismo

Disco duro

Se llama disco duro (en inglés hard disk, abreviado con frecuencia HD) al dispositivo encargado de almacenar información de forma persistente en un ordenador. Los discos duros generalmente utilizan un sistema de Grabación magnética analógica. En este tipo de disco encontramos dentro de la carcasa una serie de platos metálicos apilados girando a gran velocidad. Sobre estos platos se sitúan los cabezales encargados de leer o escribir los impulsos magnéticos. Hay distintos estándares a la hora de comunicar un disco duro con el ordenador, los más utilizados son IDE/ATA, SCSI, SATA (de reciente aparición), etc. Tal y como sale de fábrica el disco duro no puede ser utilizado por un sistema operativo. Antes tenemos que definir en él una o más particiones y luego hemos de darles un formato que pueda ser entendido por nuestro sistema. También existen otro tipo de discos denominados de estado sólido que utilizan cierto tipo de memorias construidas con semiconductores para almacenar la información. El uso de esta clase de discos generalmente es limitado a las supercomputadoras, por su elevado precio.

Partición de disco duro

En el mundo de la ingeniería de la computación, la partición de disco duro es la creación de divisiones lógicas en un disco duro que permite aplicar el formato lógico de un sistema operativo especifico. El particionamiento de disco es una técnica simple que puede ser vista como un precursor de la dirección de volumen lógico. Mas de un sistema operativo puede ser ejecutado o instalado en una sola computadora, sin una partición (usando LiveCDs, keydrives o una segunda unidad de disco duro con un medio de arranque –por ejemplo un disquete- que salta a el segundo disco duro). Particionamiento imaginario crea particiones separadas para /, /boot, /home, /tmp, /usr, /var, /opt y swap. (en linux) Particionamiento de disco en la IBM PC Una partición en la arquitectura IBM PC, es una parte de una unidad de disco duro que puede tener un sistema de archivo independiente. Hay tres tipos de particiones principales: #Partición primaria #Partición extendida, que contiene una o más particiones lógicas #Partición lógica

Estatus actual

Las descripciones en este artículo de ninguna manera constituye el único diseño posible para implementar el particionamiento de la unidad de disco duro en una IBM PC. Sin embargo, este es el esquema de particionamiento principal usado en la arquitectura IBM PC, y la única utilizada por los sistemas operativos de Microsoft. Lo dicho anteriormente no significa que no haya desviaciones posibles para este esquema. Hay varios productos de software, que por modificación de algunas partes de la secuencia de arranque, son capaces de extender este limitado esquema de particionamiento. No obstante, antes de usar cualquier tipo de software, es aconsejable estudiar como opera e interactúa este con los sistemas operativos que se estén ejecutando. Para la próxima aparición de la arquitectura IA-64 (la extensión de 64 bit de la línea x86) Intel tiene preparado un juego de especificaciones conocidas como Extensible Firmware Interface (EFI). Estas incluyen, entre otras cosas, un formato mas avanzado para la tabla de partición (llamada “GUID Partition Table” o GPT) la elegida en discusión en este artículo.

Particiones primarias

En las IBM PCs, las particiones tradicionalmente se han apoyado usando una estructura llamada Tabla de Partición, que es escrita apuntando el final del registro de arranque maestro. La tabla, que puede contener arriba de 4 registros de particiones (que son también llamados partition descriptors), especifica para cada uno su principio, final y tamaño en los diferentes modos de direccionamientos, también como un solo numero llamado partition type, y un marcador que dice si una partición esta activa. Solo una partición puede normalmente estar activa en un momento. El marcador es usado durante el arranque: después el BIOS carga el registro de arranque maestro en la memoria y lo ejecuta, la MBR de DOS checa la tabla de partición a su final, y localiza la partición activa. Entonces procede para cargar el sector de arranque de esta partición en la memoria y la corre. Al contrario del registro de arranque maestro, que es generalmente independiente del sistema operativo, el sector de arranque es instalado junto con el sistema operativo y esa manera puede conocer como exactamente para cargar el sistema particular. Note que mientras la presencia de un marcador activo es estandarizado, este no es normalmente usado por cualquier programa pero el cargador de arranque, y para que el cargador de arranque no este obligado a cargar la partición que fue marcada activa. Algunos cargadores de arranque usan esto para arrancar sistemas operativos desde particiones no activas. Por ejemplo, los cargadores de arranque LILO, GRUB y XOSL no buscan arriba de la tabla de partición en total, pero simplemente carga una segunda etapa (que puede ser contenida en el resto del cilindro 0 o en el sistema de archivo. Después la segunda etapa es cargada, esta puede ser usada o para cargar el sector de arranque desde cualquiera de las particiones del disco (así habilitando al usuario cargar el sistema desde este), o si el cargador de arranque conoce como, localizar el kernel del sistema operativo en una de las particiones y cargarlo (para propósitos de recuperación, puede permitir al usuario especificar opciones de kernel adicionales).

Particiones extendidas y lógicas

El DOS de todas las versiones puede leer sólo una partición FAT primaria en el disco duro. Esta, y la deteriorización de la FAT de la utilización del disco y el desempeño como los tamaños de discos se hizo a Microsoft inventar un esquema mejorado de particionamiento de disco. El esquema fue relativamente simple: una de las entradas de la tabla de partición principal fue llamada una partición extendida, y dada un numero del tipo de partición especial (0x05). Sólo el campo de inicio de partición dentro de este fue usado, para almacenar la ubicación del primer descriptor de la partición extendida; que a su vez tenia un campo similar almacenando la ubicación de la siguiente, en efecto que crea una lista unida de descriptores de partición. Los otros campos de una partición extendida son indefinidos, y desde estos significados ningún espacio esta asignado a la misma partición, esta no puede ser usada para almacenamiento de datos. Las particiones en el inicio de la lista unida con una partición extendida son llamadas las particiones lógicas. Estas son espacio asignados, y puede usarse para almacenar datos. Los sistemas operativos viejos, que no eran consientes de particiones extendidas, particiones simplemente ignoradas con el numero de tipo 0x05, y así la contabilidad fue preservada. Este esquema puede teóricamente reemplazar el viejo, como todas las particiones de un disco duro pueden ser puestas dentro de una sola partición extendida; sin embargo, por alguna razón Microsoft no actualizo su sistema operativo DOS (o de hecho cualquier otro hasta el momento), por lo tanto este arrancaría desde una partición extendida, y debido a que la necesidad para particiones primarias se preservaron. Más encima de, estas todavía habría sólo permitido una partición FAT primaria por unidad, significando todas las otras particiones FAT primarias deben temer sus números de tipo de partición prior cambiando al arranque DOS, para que esta sea capaz de proceder. Esta técnica, usada por varios administradores de arranque populares, se volvió conocidos como ocultación de la partición. Particionamiento esta hecha para varias razones:
- Algunos sistemas de archivos (por ejemplo, versiones viejas de sistemas de archivos FAT de Microsoft) tienen limites de tamaños mas pequeños que una unidad de disco moderna.
- Si una partición se vuelve corrupta, se puede intentar salvar datos encima de otra partición. Este es similar a un RAID, excepto en el mismo disco.
- En algunos sistemas operativos, por ejemplo Linux, los archivos swap tienen que ser sus propias particiones.
- A menudo, dos sistemas operativos no pueden coexistir en la misma partición, o usar diferentes formatos de disco “nativo”. La unidad es particionada en discos lógicos diferentes para diferentes sistemas operativos. Numerosos sistemas de particionamiento han aparecido durante años, para casi todas las arquitecturas de computadoras en existencia. Muchos de estos son relativamente transparentes y permiten manipulación conveniente de las particiones de disco; algunos, sin embargo, son obsoletos. Este esquema es extensamente considerado obsoleto, por permite sólo con discos duros mayor que 8 gigabytes en tamaño. Como la arquitectura IBM PC es extremadamente común, las tablas de partición son probablemente para quedarse durante un tiempo. Sin embargo, un proyecto reciente de Intel y Microsoft llamado Extensible Firmware Initiative (EFI) tiene un componente llamado GUID Partition Table.

Características de un disco duro

Las características que se deben tener en cuenta en un disco duro son: :Tiempo que tarda el disco en girar media vuelta. Una vez que la aguja del disco duro se sitúa en el cilindro. El disco debe girar hasta que el dato se sitúe bajo la cabeza. Este tiempo es de media el tiempo que tarda en dar medio giro. Por este motivo directamente inversa a velocidad de giro. ;Tiempo medio de acceso :Tiempo medio que tarda en situarse la aguja en el cilidro deseado. Suele ser aproximadamente un 1/3 del tiempo que tarda en ir desde el centro al exterior o viceversa. ;Tiempo de acceso máximo :Tiempo que tarda de ir del centro al exterior o viceversa. ;Tiempo pista a pista :Tiempo de saltar de la pista actual a la adyacente. ;Tasa de transferencia :Velocidad a la que puede transferir la información al ordenador. Puede ser velocidad sostenida o de pico. ;Caché de pista :Es una memoria de estado solido, tipo RAM, dentro del disco duro. ;Interfaz :Medio mediante el cual un disco duro se comunica con el ordenador. Puede ser IDE, SCSI, USB o Firewire. Categoría:Almacenamiento informático ja:ハードディスクドライブ ko:하드 디스크 ms:Cakera keras th:ฮาร์ดดิสก์

Láser

El término láser proviene del inglés laser (pronunciado [léiser]), acrónimo de light amplification by stimulated emission of radiation ('Amplificación de Luz por Emisión Estimulada de Radiación'). Es un dispositivo que utiliza un efecto de la Mecánica cuántica (la emisión inducida o estimulante) para generar un haz de luz coherente de un medio adecuado con el tamaño, la forma y la pureza controlados.

Características

Un láser es un haz de luz colimado, monocromático y coherente. También se llama láser al dispositivo que es capaz de generar este haz. Las fuentes de luz comunes (tales como los focos o bombillas de luz eléctrica) emiten fotones en casi todas las direcciones, generalmente en una amplia gama de longitudes de onda. La mayoría de las fuentes de luz son también incoherentes; es decir, no están relacionadas las fases de los fotones emitidos por la fuente de luz. En cambio un láser emite generalmente los fotones en un rayo estrechísimo, perfectamente definido, coherente y a menudo polarizado. Esta luz es prácticamente monocromática (de un solo color), ya que consiste en una sola longitud de onda o color.

Procesos

Los láseres constan de un medio activo consistente en una especie capaz de generar el láser. Hay cuatro procesos básicos que se producen en la generación del láser, denominados bombeo, emisión espontánea de radiación, emisión estimulada de radiación y absorción.

Bombeo

Se provoca mediante una fuente de radiación (una lámpara) o el paso de corriente eléctrica que provoca la excitación de la especie activa, es decir, parte de sus electrones pasan del estado fundamental (de baja energía) a distintos estados de energía más elevados. Estos electrones van a estar poco tiempo en estos estados, y pasarán a un estado intermedio metaestable en donde permanecen un tiempo relativamente largo (en el orden de los milisegundos)..

Emisión espontánea de radiación

Los electrones que vuelven al estado fundamental emiten un fotón; es un proceso aleatorio y la radiación tendrá distintas direcciones y fases, por lo que se genera una radiación monocromática incoherente.

Emisión estimulada de radiación

La emisión estimulada, base de la generación de radiación de un láser, se produce cuando un átomo en estado excitado recibe un estímulo externo que lo lleva a emitir fotones y así retornar a un estado menos excitado. El estimulo en cuestión proviene de la llegada de un fotón con energía similar a la diferencia entre la energía los dos estados. Los fotones así emitidos por el átomo estimulado poseen fase, energía y dirección similares a las del fotón externo que les dio origen. La emisión estimulada descripta es la raíz de muchas de las características de la luz láser. No sólo produce luz coherente y monocroma sino, también, "amplifica" la emisión de luz, ya que, por cada fotón que incide sobre un átomo excitado, se genera otro fotón.4

Absorción

Proceso mediante el cual se absorbe un fotón, donde el sistema atómico se mueve a su estado de energía más alto, pasando un electrón al estado metaestable. Este fenómeno compite con el de la emisión estimulada de radiación.

Usos de láseres

Cuando se inventó en 1960, se denominaron como "una solución buscando un problema a resolver". Desde entonces se han vuelto omnipresentes, se pueden encontrar en miles de aplicaciones muy variadas en cualquier sector del la sociedad moderna. Esto incluye campos como la electrónica de consumo, las tecnologías de la información (informática), ciencia, medicina, el sector industrial y militar. En varias aplicaciones, los beneficios de los láseres se deben a sus propiedades físicas como la coherencia, la alta monocromaticidad y la capacidad de alcanzar potencias extremadamente altas. A modo de ejemplo, un haz láser altamente coherente puede ser enfocada por debajo de su límite de difracción, que a longitudes de onda visibles corresponde solamente a unos poco nanómetros. Esta propiedad permite al láser grabar gigabytes de información en las microscópicas cavidades de un DVD o CD. También permite a un láser de media o baja potencia alcanzar intensidades muy altas y usarlo para cortar, quemar o incluso vaporizar materiales.

Tipos de láseres


- Láseres de estado sólido
- Láseres de gases (transiciones electrónicas; ej: He-Ne)
- Láseres de gases (transiciones vibracionales de los átomos; ej: CO2)
- Láseres de colorantes
- Láseres de diodos semiconductores
- Láseres de electrones libres
- Frecuentemente usados en dermatología para quitar tatuajes, marcas de nacimiento y vello:
  - Argón (488 or 514.5 nm)
  - Rubí (694 nm)
  - Alexandrita (755 nm)
  - Pulsed diode array (810 nm)
  - Nd:YAG (1064 nm)
  - Ho:YAG (2090 nm)
  - Er:YAG (2940 nm) Diodo láser [http://www.um.es/LEQ/laser/index.htm La aventura del Láser (lo explica todo)] Categoría:Óptica Categoría:Diodos Categoría:Recursos de la ciencia ficción ja:レーザー ko:레이저

Fotón

El fotón (del griego φως, luz) es la partícula mediadora de la interacción electromagnética y la expresión cuántica de la luz. En física se suele utilizar el símbolo γ para referirse a un fotón. Los fotones son partículas fundamentales, componente de todas las manifestaciones de radiación electromagnética (es decir que tanto la luz, como las ondas de radio o los rayos X poseen fotones).

Características físicas

#Toda la radiación electromagnética está cuantizada en forma de fotones. #Los fotones son partículas cuánticas y como tal tienen una doble naturaleza corpuscular ondulatoria. #Un fotón se caracteriza por su longitud de onda o frecuencia y su estado de spin. La longitud de onda determina la energía del fotón y su momento lineal. Los fotones son bosones de spin entero +1, 0, -1. #Un fotón es una partícula sin masa pero poseedora de energía. La teoría de la relatividad general predice que los fotones son afectados por la gravedad a través de la curvatura del espacio-tiempo, un hecho confirmado por la observación.

Procesos de producción-destrucción

Los fotones pueden producirse en diversos procesos:
- Saltos de los electrones entre orbitales atómicos
- Transiciones cuánticas entre los modos de rotación o vibración de una molécula.
- Transiciones de modos cuánticos en la red cristalina.
- Cualquier fluctuación de un campo electromagnético que de lugar a radiación electromagnética (por ejemplo la radiación de ciclotrón). La radiación más intensa se produce en procesos de tipo nuclear:
- Transiciones nucleares
- Aniquilación partícula-antipartícula En el vacío los fotones se mueven, por definición, a una velocidad de 299.792.458 m/s. Esta velocidad suele denotarse por la letra c en física. En otros medios su velocidad es inferior, dependiendo, en general la disminución de velocidad, de la frecuencia de la radiación asociada.

Véase también


- Cuanto
- Física de Partículas
- Óptica Categoría:Física nuclear y de partículas Categoría:Óptica ja:光子 ko:광자 simple:Photon

Electrónica

] La electrónica es una