miércoles, 22 de mayo de 2019

A vueltas con el kilogramo

El kilogramo ha sido una unidad de medida aprobada hace 130 años por el Sistema Internacional de unidades de medida. En todo este tiempo su deficinión ha permanecido invariable, hasta ahora. Se ha modificado la manera por la cual calculamos la masa además de otras unidades como el kelvin (temperatura) el amperio (intensidad de corriente eléctrica) y el mol (cantidad de sustancia). Desde el 20 de mayo de 2019, se basarán en constantes universales que son absolutamente invariables. ¿Para qué se hace esto? Pues para que un kilogramo, un kelvin o un amperio tenga el mismo valor de medida en España o en Júpiter.
El motivo de este cambio es que el modelo de referencia de la masa que era un pesa física formada por una aleación de platino e iridio, ha fluctuado su masa en los últimos años aproximadamente 50 microgramos ( 0,000001 gramos). ¿No parece mucho no? Pero pensad que hoy en día nos movemos en campos científicos con medidas en la nanoescala, y una variación ínfima puede generar diferencias abismales. Por ello, es necesario la redefinición de estas medidas, para un uso completo y garantizado de las mismas. Esto también necesitará mejores calibraciones del instrumental ya que no se permiten prácticamente incertidumbres en las medidas.
Pero, ¿nos afecta mucho esto en la vida cotidiana? Pues la verdad es que no, un kilogramo de patatas seguirá pesando lo mismo, pero a nivel técnico estas magnitudes se medirán basándonos en constantes físicas:
  • El Kilogramo se medirá a partir de la constante de Planck
  • El Amperio a partir de la carga del electrón
  • El Kelvin a partir de la constante de Boltzman
  • El Mol según la constate de Avogadro
También se piensa en el futuro redimensionar tanto el segundo, como el metro o la candela (medida de intensidad lumínica). Fijaros por ejemplo en el metro que mide la distancia, una modificación de la medida de unos pocos nanosegundos, puede significar una diferencia de varias decenas de metros en un movimiento a gran velocidad, algo que por ejemplo afecta a las medidas GPS.
También se tendrá que revisar el segundo, hoy medidos por el patrón de ciclos de un átomo de cesio (reloj atómico) y que se piensa, en un futuro no muy lejano, emplear un patrón de reloj óptico, mucho más preciso.

viernes, 3 de mayo de 2019

Lo teoría menos famosa de Einstein





Si hablamos de Einstein, posiblemente os venga a la mente su famosísima teoría de la relatividad. Es una de las teorías más importantes de la física moderna. Pero aunque sea ya una creencia popular, Einstein no ganó un premio Nobel por ella. Lo ganó por algo de lo que vamos a hablar a continuación. El efecto fotoeléctrico.


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Y ganó el Nobel por lo siguiente en 1921. Einstein descubrió que la luz es capaz de interactuar con la materia. Si la luz incide sobre un metal este emite electrones. Si se emiten electrones, se genera energía eléctrica. ¿Cómo? La teoría en sí es sencilla:




Los átomos del metal tienen electrones girando a su alrededor. Los electrones más alejados del núcleo necesitan una cantidad mínima de energía para poder escapar de la órbita atómica. Pues esa energía se la puede dar la luz.

La luz emite energía en diferentes frecuencias y tiene la particularidad de ser a la vez una onda y una partícula. Cuando la luz incide sobre una placa metálica, podrá arrancar electrones si su onda tiene una determinada frecuencia. El número de electrones arrancados  depende de la intensidad de la luz  pero la energía generada depende de la frecuencia de la misma.Esto es un dato muy importante.


Basándose en la teoría de Planck ( Padre de la física cuántica) que proponía que la energía que se suministra  tiene valores concretos y se organiza en cuantos de energía , que dependen de la frecuencia de emisión , Einstein propuso que al metal llegaba luz, la cual le entregaba toda su energía en paquetes de fotones (cuantos) que depende de la frecuencia y podía haber dos resultados: se liberaba energía o no pasaba nada

De esa forma,surgió la teoría del efecto fotoeléctrico:

La cuantización de la energía y de las ondas de luz: se puede pensar que la luz son pequeños paquetes (fotones) que al impactar contra un electrón le ceden o toda su energía o nada. Si esa energía fue suficiente para el electrón escapar del metal, podrá ser detectado, más aún, la energía con la que saldrá es directamente proporcional a la frecuencia de la onda que incidió.

Hoy en día este descubrimiento se utiliza en como procedimiento base de la producción de energía solar fotovoltaica,  en sensores de cámaras fotográficas o  en sistemas de medición de luz.