Neagu gheorghe
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La MATERIA - nudo del infinito?
El modelo atómico y nuclear
-- Hipótesis --
Histórico: El átomo, en su
pequeñez, debe incluir respuestas a muchas preguntas. Después de todo,
qué es la gravedad? Cuál es la naturaleza, la causa de la gravitación? Analizando los
movimientos de la luna alrededor de la Tierra, Newton escribió: "Hasta
ahora, hemos llamado fuerza centrípeta las fuerzas con las cuales el cuerpo
celeste se mantiene en su orbita. Pero, llegamos a la conclusión que
ella es la misma con la gravedad (el cargo) y por eso, a partir de ahora vamos
a nombrarla GRAVEDAD ".
En la fig.1 se
representa la Tierra y su satélite natural, la Luna. Las
explicaciones del funcionamiento de este sistema nos aportan nuevas preguntas:
Cuál es la naturaleza, la causa de la fuerza centrífuga? Y la de los
cuerpos celestes? Estas fuerzas tienen algo en común? Se trata del mismo fenómeno? Hablamos aquí
de movimiento inercial. Cómo se puede explicar el fenómeno "movimiento
inercial"? Probablemente estas preguntas preocupaban Newton también
cuando dijo: "Hasta ahora he presentado los fenómenos de los cielos y de
nuestro mar, pero aun no he encontrado la causa de la gravitación. Esta fuerza
nace de un cierto espíritu, que entra hasta al centro del sol y de las
planetas… Pero hasta ahora no he podido establecer la causa de estas
propiedades y no estoy imaginando hipótesis".
Y siguen las
preguntas… Qué es lo que sabemos acerca de la naturaleza
Eter
El filósofo griego Aristotel (335 a. Ch.) hablando del orden de la natura, reanuda el sistema de los cuatro elementos superpuestos - fuego, aire, agua y tierra, para la esfera sublunar, a la que se añade un quinto, la "quintaesencia", el éter , para
las regiones
superiores. Bajo esta influencia, probablemente, el concepto de éter
ha servido también como intermediario de las interacciones gravitacionales.En 1801, ciento años después de la
disputa de Newton y Huygens sobre la naturaleza corpuscular, respectivamente
undulatoria de la luz, el fisico ingles Thomas Young y el fisico francés
Agustín Fresnel estan obligados por sus estudios a volver a la teoría
undulatoria de la luz, elaborada por Huygens por analogía con la teoría de las ondas
sonoras. Como las ondas sonoras tienen como medio modulado el aire, de
naturaleza material, Huygens supone que las ondas luminosas se propagan también
en el vacío, modula el éter cósmico, también de naturaleza material, existente
dondequiera y entrando en todos los cuerpos. Fresnel aumenta mucho las
investigaciones sobre las propiedades del éter y en este sentido él imaginó y
realizó experimentos que también atraeron otros fisicos en el estudio de este
fluido. Faraday introdujo por primera vez en la física la idea que el campo
eléctrico y el campo magnético son entidades materiales y la energía de estos
campos consiste en la propiedad de deformarse del éter electromagnético.
Referiendose al campo magnético, al campo eléctrico y al éter portador de la
luz con sus propiedades contradichas - la rigidez infinita y la elasticidad
infinita - Maxwell muestra que, de hecho, un éter único, pero aún cubierto en
el misterio, era suficiente en todos los tres casos. Maxwell
aportó su contribución en esta dirección, estableciendo sus famosas ecuaciones
electromagnéticas, que le han revelado al principio teóricamente la existencia
de las ondas electromagnéticas que el fisico alemán H. Hertz ha evidenciado de
manera experimental. Tambien por cálculo, se ha llegado a la conclusión de que
la velocidad de propagación en el vacío de las ondas electrmagneticas es igual
a la velocidad de la luz y las determinaciones ulteriores han mostrado la
naturalez electromagnetica de la luz. Se realiza así la síntesis referida por
Maxwell, de un éter único, sede de los fenómenos eléctricos magnéticos y
luminosos. El éter se queda sin embargo en la escena, pero sigue siendo esta
vez a la sombra del electromagnetismo como un fenómeno catálizador.
Las tentativas de elaborar un modelo único para el éter, con el fin de la revelacion intuitiva del fenómeno electromagnético, se quedaron sin resultado, a pesar de todos los esfuerzos de Maxwell y de otros fisicos. En el año 1880 habia en Europa una disputa entre dos grupos de fisicos, en cuanto al éter siendo conllevado o no por la Tierra en su movimiento orbital, con la idea de establecer un punto fijo en el universo. Para clarificar este fenómeno, se habia imaginado un experimento, por mediciones exactas de las velocidades de propagación del rayo de luz emitido y reflectado en dos direcciones, una en la dirección del movimiento orbital de la Tierra, y la otra perpendicular a esta dirección. Las longitudes de las dos ramas siendo idénticas, las condiciones de propagación a través del éter en las dos direcciones iban a demonstrar o no una diferencia de tiempo al regreso de los dos rayos. Aunque no se entreveia la posibilidad de realizar este experimento con la precisión necesaria, el fue efectuado todavía en el año 1881 por el joven oficial de la marina americana, el fisico A. Michelson. Michelson, encontrandose en un permiso en Europa, teniendo la pasion y una destreza especial para la medición de la velocidad de la luz, hace los esbozos de un interferómetro adecuado para la medición de las eventuales franjas de interferencia y después de la realización y la instalación del dispositivo, se lleva a cabo el experimento con un resultado negativo. Entre los rayos que cruzaron las dos ramas del interferómetro no fueron diferencias significativas. La esperanza de evidenciar un medio donde se pueda medir la velocidad absoluta de la Tierra fue destruida. El fisico Anton Hendrik Lorentz, a pesar del resultado negativo del experimento, sigue convencido de que el éter es perfectamente inmóvil y sobre esta base elabora, durante cinco años, su famosa teoría electrónica, donde se encuentran de nuevo las ecuaciones fundamentales de Maxwell como un caso particular. Las demostraciones matemáticas de Lorente muestran que el experimento de Michelson, cualquiera sea la precision de su ejecución, no podia registrar una diferencia de velocidad entre las dos haces, aunque si ella existiera.
Con respecto
al éter, Lorenz enuncia "El eter es
siempre y en todo lugar inmóvil. El no es un fluido con cualidades materiales
(densidad, elasticidad); es el espacio vacío cuyas propiedades puramente
electromagnéticas estan descritas por las ecuaciones de Maxwell, admitidas como
axiomas". Así, la
hipótesis del éter es prácticamente fuera de las preocupaciones de los fisicos. Volviendo a
los "elementos" de Aristotel (fig.5), vamos a nombrarles medios y
tener en cuenta dos aspectos de estos medios. En primer lugar el aspecto de la
estabilidad o de la inestabilidad de estos medios. Tierra, la tierra firme,
tiene como inestabilidad los movimientos seísmicos que se propagan en forma de
ondas elásticas, el medio modulado siendo la corteza terrestre. El segundo
medio, el agua, tiene como inestabilidad el movimiento de la masa líquida, con
el aspecto característico de superficie, las olas, que tienen también carácter
undulatorio. El siguiente medio, el medio atmosférico, tiene también
una perturbación caracteristica, en la forma de ondas acústicas, el medio
modulado siendo el aire. En fin, dejamos el fuego y observamos
que el éter, el medio cósmico, es infinito y lo conocemos poco o de ninguna
manera. Sin embargo, hay que adjudicarle a el como inestabilidad, el espectro
electromagnético (fig.6.) El otro
aspecto de estos medios es el conocimiento y el uso de sus propiedades, en el
aria de los transportes. Como características generales podemos
observar que cada uno de estos medios ha sido conquistado al inicio con medios
rudimentarios, y pues, después de muchas alternativas, se llega a los aparatos
de performance.
Si en la tierra y
sobre el agua, entre el inicio y el rendimiento de allí pasaron miles de años,
al medio atmosférico que se necesitaba un poco menos de un siglo.
La superficie de
la tierra, el suelo, es el medio ambiente para que se inventó la rueda fig.7. Después de miles
de años, el volante se convirtió en automóvil, con medios de propulsión y el
manejo adecuado para este entorno "el camino". Si el automóvil podría
ser enviada a los tiempos
El medio acuático
probablemente
El primer medio de
transporte en la atmósfera muestran la tendencia de asumir algunos de los
elementos de propulsión, de los medios de los otros ambientes, donde fueron
eficaces.
En realidad,
también algunos tipos de barcos que se utilizan como medio de propulsión de la
rueda de paletas, tomado de la tierra ambientes, de manera que después el balón
se haga cargo de la cesta de la forma de los buques y los remos como medio de
propulsión fig.9.
Si el globo fue la
"canoa"
EL ÁTOMO
El concepto de
átomo - partícula indivisible - viene de la antigüedad, creado por Democrit de
Abdera (420 aC). Probablemente
El modelo statico
Para el final del
siglo XIX, la avalancha de descubrimientos en libertad por los logros teóricos
y prácticos en el campo de la electricidad, lleva a la necesidad de imaginar un
modelo de la atoms'structure.
Desde el estudio
de catodic radios, uno podría llegar a la conclusión de que son cargas
eléctricas negativas y de la unidad fue nombrado encargado de electrones, por
Johnston Stoney en 1894. Luego, este nombre va a la partícula en sí. JJ Thomson (1856 -
1940) concluyendo que los electrones son extraídos de las más diversas
sustancias, que son idénticos y partículas indivisibles, consideran que
proceden de los átomos, siendo por lo tanto, sus mandantes.
1903 Thomson
elabora el modelo statico
El modelo
El modelo
planetario
Con el fin de dar
una respuesta a estas preguntas, se hizo un llamado a la experiencia. Ernest Rutherford
diseña un paralelo haz de radiaciones alfa - átomos de helio con dos cargas
positivas y de la masa de 7000 veces la masa del electrón - más de una película
de oro con el espesor de aproximadamente tres capas atómicas y estudios de la
forma de esta viga, más allá de la Película, haciendo uso de las oscialltions
producido en una pantalla fluorescente, fenómeno llamado más tarde
"Rutherford dispersión" fig.13. Acelerado Como fuente de partículas
alfa que utilizó el horno con un poco de sustancia radiactiva. La información proporcionada
por este experimento permitió a
Su publicación en
1911, lo que se hace rápidamente conocida por los médicos y allí apareció el
primer críticos. El plan teórico, el electrón con su carga negativa, en su movimiento
orbital, de acuerdo con la electrodinámica leyes, en caso de que
permanentemente irradiar energía electromagnética y por fin, su consumo de
energía, a caer en el núcleo.
Esta observación
sigue siendo en la historia de la física, con el nombre de "los átomos"
catástrofe "la fig.15.
La forma en que
puede ser observado en fig.16, el modelo no es una copia exacta del sistema
solar, el modelo atómico planetario permitiendo a cualquier plan de la
electrónica orbitales, mientras que los planetas giran en el plan ecuatorial
del sol, con menos Excepciones.
Los debates y los
experimentos han demostrado dos posibles direcciones: o se equivoca o el modelo
de las leyes
El médico danés
Niels Bohr (1913) resuelve este dilema, haciendo uso de la teoría cuántica de
Planck…
Max Planck, el
estudio de la distribución espectral y las leyes de la radiación de los órganos
con calefacción, (1900) observó que la clásica imagen de algunos osciladores
que continuamente irradiar energía no se ajusta a la realidad y el fenómeno
presentó la idea de la cuantificación de estos osciladores.
Así, los
osciladores que irradian y absorben radiaciones, sólo podría tener energías
especiales, que son multipes de la energía cuántica E=hn.
Bohr, cooperador
1.
Mover los electrones en los átomos sobre establecidos,
estable orbitales, cuyo nivel no puede energética varían continuamente, pero
sólo discontinua, cuantificados, que se entero de múltiples h/2p. El movimiento de los electrones en las órbitas se realiza sin ningún
tipo de radiación und sin la absorción de energía.
2.
La invasión de un electrón desde una órbita estable a
otra se hace con radiación o absorción de energía, la energía radiada de la
cuantía que se absorbe o igual a la diferencia de las energías de los dos
niveles que tuvieron lugar entre los electrones de penetrar.
Según sus
postulados, Bohr análisis de la condición de estabilidad para el átomo de
hidrógeno, después de haber formado el núcleo de un protón con carga positiva y
un electrón que gravita sobre un círculo orbital bajo la coulomb atracción
entre el núcleo positivo y lo negativo de electrones, equilibrado por la La
fuerza centrífuga de los electrones.
Los resultados
obtenidos podrían no ser aplicado a otros átomos, que impone la necesidad de
los modelos de mejora.
El modelo atómico
BOHR-SOMMERFELD
A. Sommerfeld
(1915), basado en la mecánica cuántica, trae noticias como el modelo atómico
planetario, el movimiento de los electrones en elyptical orbitales, los núcleos
de ocupación uno de los temas centrales de la elypse. Este movimiento
impone a la electrónica de la permanente variación de la velocidad y la masa,
sin que el total de la energía está cambiando, fenómeno llamado
"degeneración". Con este nuevo plazo, se añaden también otros
"La
electrónica orbitales"
Estudios e
interpretación
El spectroscopical
análisis, en su exacta de los resultados, muestra la necesidad de mejora para
el modelo atómico. El estudio experimental de la radiación de la luz, se
hace hincapié en el carácter dual de onda-partícula
Las obras de
Schrödinger (1926) establecer los fundamentos de una teoría unificada y de la
radiación de fondo, que deberá dar lugar luego a la teoría que se llama
"la undulatory la mecánica cuántica". En este período de tiempo, se han
realizado gran cantidad de experimentos para la medición directa de algunos
tamaños de característica física de los electrones. Al ser dado el
pequeño tamaño de los electrones, la imposibilidad de identificar a los
electrones entre los estudiados otros que son idénticos, así
Las relaciones de
incertidumbre de Heisenberg (1927) muestra el hecho de que es imposible
establecer con exactitud la posición y el momento cinético de un electrón al
mismo tiempo. Todo esto, debido a las perturbaciones introducidas por los instrumentos
utilizados, en comparación con la sensibilidad y la pequeñez de la partícula. Además, en la
interpretación de la mecánica cuántica esta cosa es imposible, porque las
coordenadas y sus velocidades adecuadas no existen simultáneamente. Undulatory
aplicación de la mecánica cuántica atómica a la modelo, aparecen nuevos
términos "electrónico orbital", la "nube electrónica", etc,
incluso en caso de existencia de un solo electrón, la comprensión por la
mayoría de esta zona por violar el electrón. La incertidumbre de Heisenberg ecuaciones
anular prácticamente las clásicas representaciones intuitivas de electrónica
con radios orbitales y de los períodos de revolución, la de ir a una verdadera
interpretación de los métodos matemáticos.
El modelo
vectorial
El modelo
vectorial
El núcleo atómico
La investigación
realizada por el átomo de Rutherford le permite hacer estimaciones del núcleo,
llegando a la conclusión de que ocupa un espacio muy limitado, en el centro del
átomo, que contiene casi toda la masa del átomo y tiene carga positiva.
Haciendo
referencia al elemento más ligero, el hidrógeno, que ocupa el primer lugar en
la tabla de los elementos, Rutherford propone que sus núcleos que tienen la
misma carga positiva con los electrones, que se consideró como unidad de carga
eléctrica y que los nombres que "protones" . Así, la carga
positiva de un protón, anula la carga negativa de un electrón, convirtiéndose
en neutral desde el punto de vista eléctrico.
No ha habido
infered que el protón tiene la masa 1836 veces mayor que el de electrones. Por lo tanto, se
podría entender, que los núcleos de las otras consecutivo, elementos más
pesados tendrá un adecuado mayor número de protones con cargas positivas. Pero parece
inmediatamente la observación de que el átomo de helio debe tener cuatro cargas
positivas fig. después de la misa número 4. Se sabe, el helio
que tiene dos cargas positivas y dos electrones. La misma situación también fue
concertado en otros elementos. Se ha supuesto que, debajo de protones, el núcleo
contiene también los electrones, para anular una parte de la carga positiva. Esta estructura
electrónica protono-fig. ter se ha
considerado
Los parámetros de
la electrónica y en la primera de su tamaño, comparable a la
Por lo tanto, se
impone para encontrar un modelo de estructura, que debe contener al lado de la
otra de partículas de protones que posea las mismas características con el
protón, pero sin carga eléctrica.
Esta partícula se
ha puesto de relieve en el año 1932 y fue nombrado "neutrones".
La estructura
En la estructura
Entre las
preguntas que se les pidió, también fue uno de los allí cómo pueden coexistir
las cargas positivas en el núcleo, a sabiendas de que las cargas eléctricas
En cuanto a la
masa atómica, se ha demostrado, que el núcleo contiene casi toda la masa
La investigación
en este campo es realizado principalmente por el bombardeo