Sensorica Del Vehiculo

Service Training

Programa autodidáctico Técnica 501

Sensórica del vehículo Fundamentos físicos

Unas exigencias cada vez más altas, planteadas a la seguridad, al manejo y al confort, conducen a sistemas cada vez más complejos en la construcción de vehículos. Según la misión del caso concreto, estos sistemas requieren una gran cantidad de información que se les suministra por medio de sensores. s ensores. Por consecuencia resulta de ahí una multiplicidad casi confusa de los diferentes tipos de sensores y designaciones de éstos. Todos estos sensores y su efecto, sin embargo, se basan en una limitada cantidad de fundamentos y procedimientos de medición físicos. Los Programas autodidácticos relativos a la sensórica del vehículo persiguen el objetivo de d ar a conocer estos diferentes procedimientos de medición y sus fundamentos físicos de un modo sencillo y plástico y asignarlos a los diferentes tipos de sensores. La metodología de estos cuadernos se propone facilitarle la labor de identificar los sensores que se implantan en los sistemas de los vehículos y de calificar la información que suministran al sistema sobre la base de las diferentes leyes de la física. Los Programas autodidácticos relativos a la sensórica del vehículo están pensados con ello como una obra de consulta central, que se propone respaldarle para comprender los complejos sistemas del vehículo y para la localización de averías. Con este Programa autodidáctico sobre los fundamentos físicos de la sensórica del vehículo resulta posible "desempolvar" los conocimientos que habían sido adquiridos en los tiempos de la asistencia escolar. Entre otros, se repiten conceptos sobre teorías centrales de la física, tales como de la mecánica cuántica o de la relatividad, que en la escuela o se habían contemplado solamente poco o no habían sido s ido tenidos en cuenta. Pero aquí no se trata de explicar estas teorías de un modo matemáticamente exacto, porque ello excedería tanto la extensión como el sentido de este cuaderno. De lo que se trata es de dar a conocer que existen estas importantes teorías y los significados centrales que suponen estas estructuras mentales f recuentemente muy abstractas para la técnica que nos rodea.

El Programa autodidáctico informa sobre las bases del diseño y funcionamiento de nuevos desarrollos. No se actualizan los contenidos.

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Para las instrucciones de comprobación, ajuste y reparación de actualidad haga el favor de consultar la documentación del Servicio Posventa prevista para esos efectos.

Atención Nota

Unas exigencias cada vez más altas, planteadas a la seguridad, al manejo y al confort, conducen a sistemas cada vez más complejos en la construcción de vehículos. Según la misión del caso concreto, estos sistemas requieren una gran cantidad de información que se les suministra por medio de sensores. s ensores. Por consecuencia resulta de ahí una multiplicidad casi confusa de los diferentes tipos de sensores y designaciones de éstos. Todos estos sensores y su efecto, sin embargo, se basan en una limitada cantidad de fundamentos y procedimientos de medición físicos. Los Programas autodidácticos relativos a la sensórica del vehículo persiguen el objetivo de d ar a conocer estos diferentes procedimientos de medición y sus fundamentos físicos de un modo sencillo y plástico y asignarlos a los diferentes tipos de sensores. La metodología de estos cuadernos se propone facilitarle la labor de identificar los sensores que se implantan en los sistemas de los vehículos y de calificar la información que suministran al sistema sobre la base de las diferentes leyes de la física. Los Programas autodidácticos relativos a la sensórica del vehículo están pensados con ello como una obra de consulta central, que se propone respaldarle para comprender los complejos sistemas del vehículo y para la localización de averías. Con este Programa autodidáctico sobre los fundamentos físicos de la sensórica del vehículo resulta posible "desempolvar" los conocimientos que habían sido adquiridos en los tiempos de la asistencia escolar. Entre otros, se repiten conceptos sobre teorías centrales de la física, tales como de la mecánica cuántica o de la relatividad, que en la escuela o se habían contemplado solamente poco o no habían sido s ido tenidos en cuenta. Pero aquí no se trata de explicar estas teorías de un modo matemáticamente exacto, porque ello excedería tanto la extensión como el sentido de este cuaderno. De lo que se trata es de dar a conocer que existen estas importantes teorías y los significados centrales que suponen estas estructuras mentales f recuentemente muy abstractas para la técnica que nos rodea.

El Programa autodidáctico informa sobre las bases del diseño y funcionamiento de nuevos desarrollos. No se actualizan los contenidos.

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Para las instrucciones de comprobación, ajuste y reparación de actualidad haga el favor de consultar la documentación del Servicio Posventa prevista para esos efectos.

Atención Nota

Índice Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

¿Qué son los movimientos? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6

¿Qué es la energía? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14

¿Qué es la materia? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20

¿Qué es el magnetismo? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26

¿Qué son las ondas electromagnéticas? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30

¿Qué es el sonido? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .34

¿Qué significan U, I, R y C? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .35

Glosario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41

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Introducción Estructura de la serie dedicada a la sensórica del vehículo Los Programas autodidácticos dedicados a la sensórica del vehículo abarcarán previsiblemente tres cuadernos: - Sensór Sensórica ica del vehícu vehículo lo - Fundam Fundament entos os físi físicos cos - Sensórica Sensórica del vehículo vehículo - Metodo Metodologí logía a de las mediciones mediciones - Sensór Sensórica ica del vehícu vehículo lo - Técnic Técnica a de sens sensore oress Estos tres cuadernos forman una estructura acumulativa y constituyen, en su conjunto, una obra de consulta sobre el tema de la sensórica del vehículo o bien de los sensores en la técnica de automoción. La división en tres cuadernos se llevó a cabo para limitar el número de páginas de cada uno a una cantidad sensata.

Contenidos de la serie dedicada a la sensórica del vehículo

En este primer cuaderno de la serie dedicada a la sensórica del vehículo se tratan los fundamentos físicos que son imprescindibles para comprender el funcionamiento de los diferentes sensores. Se intenta transferir estas bases del modo más plástico posible y se ha renunciado a reproducir aquí las partes p artes matemáticas en que se basa la física. Las ideas modélicas aplicadas describen las conclusiones actuales de la física, en gran parte en una forma bastante simplificada y, por tanto, incompleta. Quienes ya disponen de extensos conocimientos físicos básicos podrán saltarse esta primera parte o bien la podrán utilizar para refrescar sus conocimientos. El cuaderno "Sensórica del vehículo - Metodología de las mediciones" se dedica a los diferentes procedimientos de medición que se aplican con los sensores.

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Las descripciones que figuran en el segundo cuaderno presuponen el conocimiento de las bases proporcionadas en este cuaderno. El cuaderno "Sensórica del vehículo - Técnica de los sensores", por último, proporciona una panorámica general de los diferentes tipos de sensores que q ue se emplean actualmente en la construcción de vehículos y los clasifica en función de los métodos de medición que se presentan en el segundo cuaderno. Para cada sensor se describe la aplicación de su señal, la estructura del propio sensor y su forma de funcionamiento, tomando como referencia el procedimiento de medición.

¿Qué significa la sensórica? Desde el punto de vista técnico, la sensórica se dedica al conocimiento y la aplicación de sensores, para controlar y regular sistemas técnicos. Un sensor es un captador de medida, destinado a registrar determinadas características físicas y transformarlas en una señal electrónicamente utilizable. El sensor constituye con ello la interfaz entre el mundo exterior y el interior del sistema destinado a una determinada magnitud de medida.

Los sentidos del automóvil Para tener un concepto claro acerca de la sensórica técnica en la construcción de automóviles resulta aceptable establecer una comparación con el conjunto psicológico-sensorial de un sistema biológico como el del ser humano. Decimos que tenemos seis sentidos y que para cada uno de ellos poseemos sensores específicos. Para el sentido óptico (la vista) estamos dotados de dos ojos con sensores fotosensibles, que posibilitan la identificación de colores y contrastes claro-oscuro. Los diferentes sensores ya se encuentran interconectados en el ojo de modo que resultan excelentemente adecuados para la identificación del muestreo. Una valoración de los datos ópticos, supeditada a la edad y a la experiencia, por parte del cerebro, nos permite estimar a grosso modo distancias, velocidades y movimientos de objetos en nuestro alrededor. Nuestro sentido acústico (oído) registra ondas sonoras. El sentido del equilibrio nos permite, entre otras cosas, un andar erguido, y como producto accesorio nos permite sentir la aceleración. Con los captadores sensibles a efectos de presión de nuestro tacto palpamos nuestro entorno en el sentido auténtico de la palabra. En nuestro interior y en nuestra piel poseemos sensores térmicos que constituyen nuestro sentido de la temperatura y nos advierten de temperaturas demasiado altas o bajas, que pudieran dañar nuestro organismo.

No tenemos ningún sentido que nos permita captar ondas electromagnéticas fuera de la luz infrarroja o visible y tampoco para la electricidad, radiactividad o la presión atmosférica, por sólo mencionar unas cuantas magnitudes físicas para las cuales nos faltan los sensores necesarios. Muchas impresiones sensoriales de nuestro entorno las recibimos de forma indirecta, como una interpretación de nuestro cerebro, sin poderlas cuantificar de forma concreta. Podemos catalogar las sensaciones como intensas, menos intensas o débiles, pero no disponemos de datos de medición concretos y, por tanto, comparables. Es por ello que la capacidad de expresión de la sensórica fisiológica de un sistema biológico tiene una manifestación muy individual y es difícilmente comparable. Esto es muy diferente en el caso de la sensórica técnica. Un automóvil de vanguardia, con sus múltiples sistemas de regulación y de asistencia para la conducción, dispone de muchos más sentidos de los que hemos sido dotados nosotros mismos. Por medio de sensores técnicos se captan temperaturas, regímenes de revoluciones, distancias, velocidades, pares de giro, presiones, trayectos, cantidades de sustancias y muchos parámetros más, y se transforman en resultados de medición concretos y comparables. Hacen posible que los sistemas valoren magnitudes de medición y deriven de ahí operaciones de regulación.

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¿Qué son los movimientos? Aparte de la pregunta aparentemente simple de ¿qué es el movimiento? resulta sobre todo significante el motivo o la causa de un movimiento. Aquí intervienen los conceptos de la fuerza, aceleración y par de giro.

Movimientos absolutos y relativos En el sentido físico ya no se habla hoy en día de un movimiento absoluto. Se entiende por tal el movimiento de un objeto referido al espacio absoluto que le rodea (universo). Pero de acuerdo con los criterios actuales es éste un movimiento relativo: el de un objeto con relación al universo como sistema de referencia. Sin embargo, el movimiento no sólo puede ser descrito a través de la referencia con respecto al espacio del entorno, sino que también con referencia al observador o con relación a otro objeto. Según cuál sea el sistema de referencia (sistema inercial) que se emplee, resultan de ahí diferentes observaciones del movimiento. Una taza de café situada en la mesa de un ferrocarril en movimiento se encuentra en reposo con referencia al pasajero del ferrocarril, pero para el observador que se encuentra en el andén de la estación, la taza se encuentra en movimiento. A ojos de otro observador situado en el centro de la vía láctea, la taza, el pasajero y el primer observador se encuentran en un movimiento bastante ágil; circulan (a unos 961.200 km/h) por nuestra galaxia. A la pregunta de ¿cuál es la velocidad de la taza? el primero respondería con 0 km/h, el segundo p. ej. con 250 km/h y el tercero con aprox. 961.200 km/h. Son tres afirmaciones diferentes, todas ellas comprobables y ciertas a la vez. Por eso es importante mencionar el sistema de referencia cuando se describe un movimiento.

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Para el observador en el sistema de referencia denominado "ferrocarril" la taza se mantiene en reposo, en relación con el observador y con el sistema de referencia.

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Para el observador que se encuentra en el andén, tanto la taza como el ferrocarril y sus pasajeros se encuentran en movimiento, contemplado en relación con él y un sistema de referencia diferente, llamada "estación".

Fuerza y par de giro

s501_003 El cuerpo se encuentra en reposo y no hay ninguna fuerza (F) actuando sobre él.

s501_004 Con una fuerza lineal (F), que actúe sobre el cuerpo, se lo puede acelerar y/o deformar.

Como causas de un movimiento vienen al caso, entre otras, las fuerzas o los pares de giro. Una fuerza es una magnitud física orientada, capaz de deformar o acelerar un cuerpo. Si la fuerza actúa a través de un brazo de palanca, es decir, con referencia a un punto de giro, se obtiene el par de giro como magnitud física. Si la dirección de la fuerza y el brazo de palanca forman un ángulo recto, el par de giro puede ser descrito, de forma simplificada, como el producto de la fuerza por la longitud del brazo de palanca. La aceleración causada por una fuerza o un par de giro hace variar el estado de movimiento, es decir, la velocidad o la dirección. En términos matemáticos se describe una fuerza como el producto de la masa del cuerpo sobre el que actúa y la aceleración que experimenta éste a raíz de la fuerza (segunda ley de Newton).

s501_005 Si una fuerza (F) actúa a través de un brazo de palanca se produce un par de giro (M).

Hay una serie de fuerzas que se emplean como conceptos definidos e intervienen en la descripción de los sensores. A continuación queremos contemplar brevemente: - la fuerza de gravitación, - la fuerza de inercia, - la fuerza centrífuga, - la fuerza centrípeta y - y la fuerza de Coriolis.

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¿Qué son los movimientos? Fuerza de gravitación Para nosotros, en la tierra, la fuerza de la gravitación es causada predominantemente por la masa de nuestro planeta. La gravitación actúa en dirección al centro de la tierra. Cada objeto que se encuentra en el ámbito de influencia de la tierra se encuentra sometido a esa fuerza. Sin embargo, la gravitación disminuye con el cuadrado de la distancia hacia la tierra.

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Según el concepto gravitacional de Newton, en la tierra actúa una fuerza de gravitación de 9,81 N sobre un cuerpo con 1 kg de masa.

Según la segunda ley de Newton resulta posible derivar matemáticamente, de la fuerza de gravitación, la aceleración que experimenta un cuerpo que cae. Esta aceleración equivale a 9,81 m/s 2. Es decir, que en la caída libre hacia la tierra experimentamos a cada segundo una mayor celeridad de nuestra velocidad, en 9,81 m/s, si dejamos de considerar otras magnitudes condicionantes como la fricción o la fuerza ascensional. Según Newton, sentimos la fuerza de gravitación, al estar parados en la tierra, porque hay una fuerza contraria, de la misma magnitud, que oprime de debajo contra nuestros pies. A esto le dio el nombre "actio = reactio" o bien "lex tertia" (tercera ley de Newton). Con ayuda de la mecánica newtoniana resulta posible describir y derivar matemáticamente la gravitación con una exactitud suficiente, tal y como la experimentamos. Únicamente a la hora de describir el comportamiento de masas muy grandes, como las que intervienen en las estrellas de neutrones o en los agujeros negros, con los criterios de Newton ya no pueden describirse con la suficiente exactitud los fenómenos observados. Newton tampoco podía decir cómo tiene sus orígenes la gravitación y según qué reglas funciona.

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Según la tercera ley de Newton, las fuerzas intervienen siempre por parejas opuestas. En virtud de que (normalmente) no nos sumimos en el suelo ni nos ponemos a flotar sin motivo, debe haber una fuerza de la misma magnitud (flecha roja) que actúa en contra de la fuerza gravitacional (flecha verde).

Tomando como base la teoría general de la relatividad de Albert Einstein, no se contempla la gravitación como una fuerza que actúa sobre un cuerpo en caída libre, sino como una propiedad geométrica del espacio cuadridimensional (espaciotiempo). Esta idea modélica de la estructura fundamental del universo es constituida por las tres direcciones espaciales y el tiempo. Lo nuevo en esta contemplación no consiste en que todos los objetos interactúan en un escenario estático invariable, es decir, en el espacio que los rodea, sino en que los objetos también influyen sobre el escenario, tal y como el escenario influye sobre los objetos. En términos muy simplificados, esto significa que todos los objetos que poseen una masa engendran en el sitio de su localización una perturbación o bien una curvatura en la estructura de este espaciotiempo. Cuanto mayor es la masa, tanto más intensamente se "curva" la estructura del espaciotiempo. Si es muy grande la diferencia entre las masas de dos objetos, la influencia del más ligero apenas si se manifiesta de un modo mensurable en comparación con el objeto más pesado.

Esto significa que, en comparación con la influencia que ejerce la tierra sobre un avión, la influencia del avión sobre la tierra es despreciablemente pequeña. Si otro objeto en movimiento por el universo ingresa en una zona caracterizada por esa curvatura, la curvatura de la estructura espacio-tiempo lo desvía en dirección hacia el objeto que posee masa en abundancia. Si la intensidad y orientación del propio movimiento del objeto son suficientes para recorrer la curvatura el objeto logra abandonar nuevamente la zona curvada. Si la intensidad y la orientación del movimiento propio no son suficientes, entonces el objeto más ligero se desploma hacia el de la masa mayor. A diferencia de la definición newtoniana, en este caso de la caída libre ya no actúan fuerzas sobre el objeto. Carece de gravedad.

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La "curvatura" en la estructura espacio-tiempo causada por un objeto de gran masa hace que otro objeto ligero, en movimiento rectilíneo, se salga de su trayectoria.

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¿Qué son los movimientos? Fuerza de inercia Las fuerzas de inercia también reciben el nombre de fuerzas aparentes. Las fuerzas centrífuga, centrípeta y de Coriolis también pertenecen a las fuerzas de inercia o aparentes. El término de la fuerza aparente se refiere a la particularidad de que la descripción del efecto de la fuerza depende de si el observador y el objeto observado se encuentran en el mismo sistema de referencia. Supongamos el caso de una manzana que se encuentra al lado de usted sobre el asiento del acompañante en su automóvil. Usted circula a velocidad constante y la manzana se encuentra, igual que usted, en reposo con referencia al automóvil. Usted puede ver que la manzana no se mueve en el asiento. Si ahora usted frena de forma repentina, la manzana sale disparada en dirección de marcha, mientras que usted es retenido por el cinturón de seguridad. Desde su punto de vista, es la manzana la que modifica su estado de movimiento, mientras que el de usted no varía.

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Desde el punto de vista del conductor, al frenar el vehículo la manzana experimenta una aceleración debida a su fuerza de inercia.

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Esto significa que debe haber actuado una fuerza que provocó el movimiento de la manzana en el automóvil como sistema de referencia. Esa es la fuerza de inercia. A esto también se le llama simplemente inercia o se define como la tendencia de un cuerpo a conservar su estado de movimiento. Desde el punto de vista de un espectador situado en la calle, ante el que usted pasa frenando, ese fenómeno es diferente: usted experimenta una aceleración negativa provocada por una fuerza, la fuerza de frenado, en virtud de que se encuentra ligado a través de los cinturones de seguridad al automóvil en fase de frenada. Durante esa operación, la manzana sigue adelante a esa velocidad constante, por no actuar ninguna fuerza de frenado contra ella. Desde ese punto de vista, es usted quien experimenta un cambio en su estado de movimiento, mientras que la manzana conserva el suyo. El observador no necesita ninguna fuerza de inercia para explicar el comportamiento de la manzana.

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Para un observador externo, el conductor y el coche son retenidos por la fuerza de frenado (aceleración negativa), mientras que la manzana conserva su estado de movimiento casi exento de la intervención de alguna fuerza.

Fuerza centrífuga

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Desde el punto de vista del conductor, que se encuentra con la manzana en el mismo sistema de referencia, debe haber una fuerza, al recorrer la curva, que se encarga de acelerar a la manzana hacia fuera.

Si se contempla un sistema de referencia en rotación, desde una posición interna de éste, parece haber una fuerza que tira de un objeto situado conjuntamente con el observador en el sistema de referencia, hacia fuera del sistema. Seguimos con el ejemplo de la manzana en el asiento del conductor de su automóvil. En cuanto usted entra en una curva, la manzana se desplaza sobre el asiento, alejándose del centro de la curva, mientras que usted actúa en contra de esa fuga, al ser retenido por los cinturones de seguridad y por su postura corporal. Desde su punto de vista, la manzana es acelerada hacia fuera por la fuerza centrífuga.

Fuerza centrípeta

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Para que, desde el punto de vista de un observador en reposo, la manzana pueda permanecer en reposo al recorrer una curva, debe haber una fuerza centrípeta (roja) de igual magnitud, pero opuesta a la fuerza centrífuga (verde) que tira hacia fuera.

Un principio de la mecánica newtoniana consiste en que un cuerpo se halla en reposo cuando la suma de todas las fuerzas que actúan sobre éste es igual a cero. En este caso significa que para cada fuerza que actúa debe haber una fuerza contraria. Si un cuerpo se encuentra en un sistema de referencia en rotación, una fuerza centrífuga actúa sobre éste y lo acelera hacia fuera, de modo que describa un movimiento relativo con respecto al sistema de referencia. Esta fuerza actúa todo el tiempo que el sistema de referencia ejecute la rotación. Pero si el cuerpo se mantiene en un reposo relativo con respecto al observador, debe haber una fuerza de igual magnitud, pero contraria a la fuerza centrífuga. Esta es la fuerza centrípeta.

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¿Qué son los movimientos? Fuerza de Coriolis También la fuerza de Coriolis pertenece a las fuerzas de inercia o aparentes. En la descripción de los movimientos interviene de forma relativa con respecto a un sistema de referencia en rotación. Actúa por igual en los movimientos verticales como horizontales de un cuerpo dentro de ese sistema de referencia y depende, entre otros factores, del sentido de la rotación que describe el sistema de referencia. Si se toma a la tierra como sistema de referencia, la fuerza de Coriolis actúa sobre todos los objetos que se mueven en la tierra y es causada por la rotación terrestre. A ello se debe que la fuerza de Coriolis desempeñe un papel importante en la gestación de las condiciones meteorológicas.

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Para el observador en la tierra debe haber una fuerza que desvía hacia un lado a la manzana que es lanzada en una dirección recta: es la fuerza de Coriolis.

Con un péndulo oscilante (péndulo de Foucault) puede demostrarse de forma plástica el efecto de la fuerza de Coriolis. En el hemisferio norte, la fuerza de Coriolis desvía los movimientos del péndulo hacia la derecha. El plano de oscilación del péndulo se desplaza así en sentido horario, produciendo el dibujo del movimiento que registra el péndulo de Foucault. En la técnica de los sensores interviene la fuerza de Coriolis p. ej. para la medición de magnitudes de giro o de flujos másicos.    4    1    0 _    1    0    5   s

Con el péndulo de Foucault es posible demostrar el efecto de la fuerza de Coriolis. El plano dentro del cual oscila el péndulo gira una vez por 360° en un lapso de 24 horas. Esto hace que el péndulo produzca un dibujo de elipses concatenadas.

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Movimientos uniformes y disformes Se habla de un movimiento uniforme cuando un cuerpo se mueve a velocidad constante. Si interviene una aceleración adicional, haciendo que varíe la velocidad del cuerpo en cuestión, viene dado con ello un movimiento disforme. Si la aceleración es constante, el movimiento resultante recibe el nombre de movimiento disforme con aceleración uniforme.

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El cohete sigue siendo acelerado todo el tiempo que funciona su propulsor. Su velocidad aumenta. Se trata de un movimiento disforme.

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Después de apagarse el propulsor, el cohete sigue adelante por el espacio sin experimentar ninguna aceleración más. Vuela entonces a velocidad constante con un movimiento uniforme, si se ignoran otros efectos, tales como las influencias gravitacionales.

Para la descripción de todos estos fenómenos en la tierra, tal y como acontecen al nivel de nuestra vida cotidiana, suele resultar adecuada la mecánica newtoniana para obtener resultados suficientemente exactos. Sólo al tratarse de masas muy grandes y muy pequeñas (agujeros negros, partículas elementales) y muy altas velocidades (cercanas a la velocidad de la luz) ya deja de ser suficiente la contemplación newtoniana para obtener resultados que coincidan con los fenómenos observados. Para las grandes masas y altas velocidades se recurre entonces a las teorías general y especial de la relatividad de Einstein, y para las masas muy pequeñas y altas velocidades se recurre a una descripción mecanocuántica.

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¿Qué es energía? Como muy tarde, con la primera prueba de armas atómicas se puso de manifiesto la descomunal cantidad de energía que se encuentra ligada en la materia. Y con la ecuación mundialmente famosa de Einstein E = mc2 se establece visiblemente la equivalencia entre la masa y la energía. En la mecánica clásica se entiende por energía una magnitud física que está en condiciones de rendir un trabajo. Según la rama de las ciencias naturales que se contemple se emplean diferentes definiciones de la energía o bien de formas de la energía.

Formas de la energía Los diferentes conceptos de la energía pueden deberse a que son diferentes los fenómenos que se analizan. La energía cinética, que posee un cuerpo a raíz de una aceleración, requerirá una definición o derivación física diferente que una descripción de la energía que debe aportarse para poder establecer una combinación química o para disociarla. Pero indistintamente de la definición que pueda tener una forma de la energía, en última instancia es posible hacer confluir (al menos desde puntos de vista matemáticos) todas las energías en un consenso específico. Son, por lo tanto, equivalentes como lo son la masa y la energía en la fórmula de Einstein. Sin embargo, el uso práctico de esta equivalencia halla sus límites en virtud de que generalmente intervienen efectos colaterales o interacciones que producen una desvalorización de la energía (pérdidas aparentes de energía) o bien por no ser técnicamente posible o por ser demasiado compleja su transformación en otra forma energética.

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Ejemplos de diferentes formas de la energía: 1. Energía química ligada en el gas del mechero 2. Energía térmica de la llama del mechero 3. Energía cinética y energía de enlace nuclear derivada de la reacción química de ambos reactivos 4. Energía cinética de las moléculas de vapor

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La energía potencial y sus hermanas Aquí se pretende mencionar sólo brevemente algunos conceptos de la energía, que hallan aplicación en la descripción de técnicas de medición o de conceptos básicos de la física en esta serie de cuadernos. Son: -

energía potencial energía cinética energía térmica energía química

Energía potencial    8    1    0 _    1    0    5   s

Energía potencial

E POT

E POT La energía potencial (E POT) del cuerpo es pequeña.

E POT

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E POT

Si se procede a elevar con un estibador de horquilla un cuerpo que se encuentra en reposo sobre el suelo y se lo coloca en un estante, donde vuelve a quedar en reposo, su cantidad de energía potencial ha aumentado a razón del trabajo que fue realizado por el estibador para elevarlo. Esta forma de la energía también recibe el nombre de energía estática y se la describe como la cantidad de energía que se agrega a un cuerpo en virtud de su posición con respecto a un campo de fuerza que le rodea (generalmente campo gravitacional / gravitación terrestre). Si se modifica la posición de ese cuerpo en el sentido de acción de la gravitación, el cuerpo cae y con ello disminuye su energía potencial. Si cobra altura en contra de la fuerza de gravedad, aumenta esa energía. Si se modifica la posición del cuerpo perpendicularmente a la gravitación, es decir, "a la misma altura" sobre la superficie terrestre, se mantiene constante su energía potencial. Si el cuerpo en cuestión cae del estante, su energía potencial se transforma gradualmente durante la caída libre en energía cinética.

Por el trabajo que realiza el estibador al elevar el cuerpo aumenta la energía potencial de este último, a razón de una magnitud equivalente a la del trabajo.

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¿Qué es energía? Energía cinética Es la energía "inherente" a un estado de movimiento. Cuanto más intensamente se acelera un cuerpo, tanto mayor es con ello su velocidad y su energía cinética. Si no actúa ninguna fuerza más sobre el cuerpo y no intervienen pérdidas de energía, p. ej. por fricción, se mantiene constante su energía cinética.

En este caso sigue en movimiento sin alterar su velocidad. Pero si pierde velocidad a raíz de p. ej. fricción, se transforma una parte de su energía cinética en energía térmica.

E POT

E POT

E KIN

E KIN E KIN

E KIN

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E THERM E THERM

s501_020

s501_021

En la medida en que aumenta la energía cinética (EKIN) en la caída libre a raíz de la aceleración gravitacional terrestre, se reduce la energía potencial (EPOT) del cuerpo.

Debido a las fuerzas de deformación que intervienen en una colisión se transforma una parte de la energía cinética (EKIN) en energía térmica (ETHERM).

Energía térmica La energía térmica o energía del calor se basa, por expresarlo de un modo muy simplificado, en el movimiento de los átomos y/o las moléculas de un cuerpo. Cuanto mayor es la cantidad de energía térmica que se transmite hacia el cuerpo, tanto mayor es la cantidad de átomos (moléculas) que empiezan a oscilar en su posición dentro de la estructura reticular del cuerpo en cuestión. Cada cuerpo calentado tiende a volver a "ceder" la energía térmica que le fue aportada, para regresar a un estado energético más pobre y, por tanto, termodinámicamente más estable. Esto sucede, entre otras cosas, a base de que los átomos emitan la energía superflua en forma de radiación electromagnética hacia el entorno. Según las propiedades específicas de la materia en cuestión, ésta puede sentirse como radiación de calor

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El cuerpo tiene la temperatura del entorno cuando no se le agrega energía. Los módulos microestructurales (moléculas/átomos) oscilan sólo levemente en los sitios que ocupan en la microestructura reticular. Sólo cuando la temperatura es de 0 K (–273,15 °C) deja de haber movimiento en los módulos microestructurales.

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El cuerpo es calentado y su temperatura aumenta. Los movimientos de los módulos microestructurales aumentan. El cuerpo empieza a emitir radiación electromagnética en forma de radiación infrarroja (calor) y en caso dado en forma de luz (incandescencia).

y en caso dado apreciarse visualmente como una incandescencia. Si la energía aportada sobrepasa un valor específico para el material de que consta el cuerpo en cuestión, los átomos (las moléculas) se sueltan de su microestructura. El material se funde o evapora. Si a una combinación de átomos (o moléculas), aparte de otras condiciones, se le agrega una cantidad suficientemente elevada de energía térmica, son capaces de combinarse formando moléculas nuevas. La energía térmica es transformada durante esa operación en energía química de enlace.

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A medida que aumentan la energía aportada y el movimiento de los módulos microestructurales también se intensifica la emisión de radiaciones electromagnéticas.

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Después de interrumpirse la aportación de energía, el cuerpo sigue emitiendo radiaciones electromagnéticas hasta que alcanza nuevamente la temperatura del entorno.

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¿Qué es energía? Energía química La energía química o energía de los enlaces nucleares equivale a la cantidad energética que debe aportarse para ligar las materias participantes (átomos o moléculas). Si p. ej. se interrumpen estos enlaces al quemar moléculas de combustible, esta energía de los enlaces vuelve a ser liberada en forma de energía térmica y puede utilizarse para rendir trabajo (p. ej. en un motor de combustión).

Materia combustible, p. ej. butano

Oxígeno

Temperatura de ignición, energía de ignición

Productos de la combustión

Transformación de energías y energía interna Tal y como se ha descrito, las energías pueden ser transformadas más o menos completamente de una de sus formas a otra. A este respecto es importante saber que no puede perderse ninguna energía con motivo de esas transformaciones. Si se contempla el caso de un modo superficial, la transformación de la energía química contenida en el combustible, en energía cinética dentro del motor de combustión, no sucede al 100%. Aparentemente se pierde energía. Pero esto sólo es aparente, porque de la energía química liberada también hay partes que se transforman en energía térmica y en otras formas energéticas. La suma de todas estas energías, sin embargo, tiene que equivaler nuevamente a la cantidad de la energía química.

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Energía de radiación (p. ej. calor y luz)    7    2    0 _    1    0    5   s

Con la combustión (oxidación) de una sustancia combustible se libera una parte de la energía química de los enlaces contenida en esa sustancia, que se transforma en calor.

Básicamente se entiende que en un sistema cerrado, es decir, en un sistema del que no puede escapar energía a causa de interacciones, la suma de todas las energías contenidas es constante. No se pierde energía. Pero tampoco se puede ganar energía (ley de la conservación de la energía).

Ejemplo del impulso de giro La conservación de la energía también puede conducir a que varíe el comportamiento o el movimiento de un cuerpo, aparentemente sin ninguna influencia externa. Como un ejemplo de ello puede contemplarse al patinador sobre hielo que gira una pirueta. El impulso de giro en este ejemplo es considerado como una forma de la energía cinética. Si el patinador inicia la pirueta con los brazos abiertos y luego los retrae hacia el cuerpo aumenta su velocidad de rotación, sin que intervengan otras fuerzas externas con efectos de aceleración.

El patinador sobre hielo genera un determinado impulso de giro al iniciar su pirueta. Este impulso de giro depende de la masa del patinador, la velocidad de giro y la distancia que hay entre la masa en rotación y el eje de giro. Si el patinador reduce el valor de la distancia con respecto al eje de giro, por ejemplo al retraer los brazos, para que esté cumplida la ley de la conservación de la energía o bien la conservación del impulso de giro total, tienen que variar según ello los otros dos parámetros. El peso del patinador se mantiene invariable, por lo cual tiene que aumentar su velocidad de rotación (régimen), para compensar con ello la reducción de la distancia.

Distancia de la masa en rotación con respecto al eje de giro

Distancia de la masa en rotación con respecto al eje de giro

Energía, impulso de giro

Régimen

   8    2    0 _    1    0    5   s

Energía, impulso de giro

Régimen

   9    2    0 _    1    0    5   s

Para que esté cumplida la ley de la conservación de la energía tiene que aumentar el régimen de revoluciones de las piruetas, si se reduce la distancia de la masa en rotación con respecto al eje de giro.

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¿Qué es la materia? Según la ecuación de Einstein E = mc2, la materia puede ser interpretada como energía "solidificada", palpable. Esto, sin embargo, no explica lo que es propiamente la materia. Los filósofos de la antigüedad ya suponían que todos los objetos que nos rodean constan de determinadas sustancias básicas de igual índole. Las dudas y disensiones, por su parte, residían en la definición de esas sustancias fundamentales. Heráclito opinaba que todo había tenido sus orígenes en el fuego, Thales se decidió por el agua como la sustancia fundamental o primitiva, Anaxímenes asoció todo ello con el gas (aire). Empédocles representaba la teoría conciliante de que todas las cosas constaban de fuego, agua, tierra y aire. La concepción de Empédocles se mantuvo hasta muy entrada la Edad Media y condujo en la alquimia, entre otras cosas, al ensayo de querer obtener oro o la piedra filosofal con ayuda de estas sustancias básicas. De acuerdo con nuestro estado de conocimientos actual, fue Demócrito, también filósofo de la antigüedad, el que más cerca estuvo de la solución. Conjuntamente con su maestro Leucipo, opinaba que todo estaba estructurado de átomos de la misma índole, siendo éstos las unidades de materia ya no divisibles. Hasta cierto punto esto coincide con nuestras ideas actuales de la materia.

No obstante, los átomos de Demócrito sí que resultaron ser divisibles, por lo cual las teorías actuales acerca de la estructura de la materia penetran muy profundamente en el átomo y definen nuevas partículas elementales ínfimas. Sin embargo, no se trata de un solo "tipo de átomo" (elemento) del cual está estructurada la materia con ayuda de partículas elementales, sino que son mientras tanto 118 elementos, de los cuales cabe indicar que solamente los primeros 83 son estables. Los demás 35 elementos son radiactivos, lo que significa que se disgregan cediendo radiación y/o partículas elementales subatómicas, para formar otros tipos de átomos. Muchos de estos elementos radiactivos sólo pueden ser generados artificialmente en el laboratorio (acelerador de partículas) por lapsos de tiempos muy breves.

   9    5    0 _    1    0    5   s

Los diferentes filósofos naturalistas de la antigüedad remitían los módulos integrantes de la materia a diversas sustancias básicas, tales como el fuego, el agua o el aire.

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Estructura básica de los elementos    2    3    0 _    1    0    5   s

Electrones con carga negativa en la capa

Neutrones y protones de carga positiva en el núcleo

Estructura del átomo, tomando como ejemplo el del helio

s501_031 Extracto del sistema periódico de los elementos Están representados los elementos de los ocho grupos principales hasta el período 5. Según la versión del sistema periódico se indican en cada casilla, entre otros datos, la abreviatura internacional (p. ej. Be por berilio), el número atómico (aquí en el rincón superior izquierdo de la casilla) y el peso atómico (aquí en la parte inferior central).

Cada átomo consta de los componentes elementales denominados electrones, protones y neutrones, los cuales están compuestos a su vez por partículas elementales aún más pequeñas (quarks, bosones, muones, etc.), que, sin embargo, aquí tienen que omitirse. Los protones y neutrones constituyen el núcleo y, con éste, el diminuto centro de la masa del átomo, si se compara con el diámetro del átomo completo. Los electrones, mucho más pequeños y ligeros, forman la capa o envoltura del átomo. Representa la mayor parte del volumen atómico. Un átomo es, por tanto, un núcleo expresamente diminuto y pesado, con una gran cantidad de "nada" en su alrededor. Los protones poseen una carga elemental positiva y los electrones una negativa. Los neutrones no tienen carga eléctrica. Para que un átomo pueda ser neutro debe tener la misma cantidad de protones y electrones. Los átomos de un elemento que poseen la misma cantidad de protones, pero diferente cantidad de neutrones, reciben el nombre de isótopos, por encontrarse en el mismo sitio del sistema periódico que los elementos en cuestión (iso = igual, topos = lugar). El sistema periódico de los elementos ordena todos los tipos de átomos por la cantidad de protones que llevan en el núcleo (número atómico) y por su comportamiento a los enlaces, el cual viene definido por los electrones periféricos (electrones de valencia) del átomo. Los elementos no pueden ser divididos aún más mediante reacciones químicas, por lo que corresponden en gran parte con la idea de Demócrito, según la cual los átomos constituyen los componentes más pequeños de la materia.

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¿Qué es la materia? Ha habido y sigue habiendo diversos modelos y teorías acerca de la estructura subatómica de los elementos. Muy expresivo es un modelo de capas o planetas, basado en los trabajos de Ernest Rutherford y Niels Bohr. Según ello, se imagina uno los protones y neutrones situados conjuntamente en un núcleo comparable con el sol, circunscrito por los electrones, que recorren órbitas fijas comparables con las de los planetas. No obstante, esta idea no es capaz de explicar un efecto muy específico, o más bien dicho, la ausencia de tal efecto: Según la electrodinámica clásica, un portador de carga que recorre una trayectoria circular emite una radiación electromagnética, lo que significa que pierde energía. Esto, según la ley de la conservación del impulso, tendría que conducir a que el electrón cayera hacia el núcleo, lo que, sin embargo, no sucede, porque en tal caso nada existiría. De ahí que Niels Bohr desarrolló el concepto de que debía haber especiales niveles energéticos o capas orbitales de los electrones, en los que éstos no emiten radiación. Este aspecto no lineal acerca de la estructura de la materia fue confirmado y desarrollado experimentalmente más a fondo por Max Planck, el fundador de la teoría de los cuantos.

La teoría de los cuantos describe las partículas elementales, tales como los electrones, ya no como partículas concretas supeditadas a un lugar y a una velocidad definidos, sino que en forma de funciones de probabilidad muy complejas, en virtud de que el lugar y la velocidad no son determinables al mismo tiempo dentro de esa escala de dimensiones (relación de indeterminación de Heisenberg). El enunciado ya no reza por ello: "Aquí hay un eletrón y tiene tal velocidad", sino que: "Aquí hay quizás un electrón y, si éste es el sitio en que se localiza, no puedo definir la velocidad que tiene allí". Incluso las claras relaciones de nuestros conceptos, tales como las de causa y efecto, pierden su inequivocabilidad a nivel cuántico. Es por ello que esta teoría se sustrae de la comprensión de casi todas las personas. El cofundador de la teoría cuántica Niels Bohr opinaba de ésta: "Quien no sienta sobresalto acerca de la teoría cuántica, tampoco la habrá entendido". E incluso Albert Einstein, quien con su trabajo de investigación sobre el efecto fotoeléctrico hiciera una aportación esencial para el surgimiento de la teoría cuántica, opinaba sobre ciertos aspectos de la mecánica cuántica que: "Dios no juega a los dados".

s501_033 Según el modelo de capas o planetas, los electrones de un átomo orbitan en torno al núcleo como los planetas lo hacen en torno a su estrella central. A manera de ejemplo se ilustra aquí el modelo del átomo de carbono, con 6 protones y 6 neutrones en el núcleo, así como 6 electrones en la capa atómica. Respectivamente una cantidad específica de electrones des criben una trayectoria "estable" (capa orbital de los electrones) en los que los electrones pueden circunvalar el núcleo sin emitir radiación. La capa más cercana al núcleo es la capa K con un máximo de 2 electrones; le sigue la capa L con 8 electrones como máximo (en el caso del carbono posee 4 de 8 posibles electrones). En elementos de períodos superiores (p. ej. el sodio) se agregan otras capas más.

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Y a pesar de ello: una gran cantidad de equipos eléctricos y electrónicos (ordenadores, sensores, tarjetas con chip, etc.) que hoy en día son para nosotros lo más natural y hallan aplicación en automoción, funcionan a nivel subatómico, siguiendo reglas que pueden ser descritas en mejor forma por medio de la teoría cuántica que mediante las teorías clásicas. Por ese motivo, por lo menos habría que saber que existe esa teoría y que es particularmente adecuada para la descripción de procesos del orden subatómico.

Un prometedor punto de partida para una teoría de campos unitaria es, desde el punto de vista actual, la teoría de cuerdas o bien de supercuerdas (teoría M). Con ella quizás de logre integrar la gravitación en una nueva teoría y poner así la mecánica cuántica y la teoría relativista sobre una base matemática en común. Seguirá siendo muy emocionante todo lo relacionado con los conocimientos acerca de la estructura exacta de la materia y sus orígenes.

Desde la época anterior a Einstein, las tendencias en la investigación de los principios físicos apuntaban a querer concentrar todas las magnitudes elementales en una teoría de campo o "teoría del todo" unitaria. Esta tendencia quizá se corresponde con los antiguos sueños de los alquimistas, que buscaban la piedra filosofal, que explicase todo y proporcionase una vida perpetua.

Mecánica clásica (Representante: p. ej. Newton) Descripción de fuerzas y sus principios de acción

Termodinámica (Representante: p. ej. Helmholtz) Descripción de energías y sus interacciones

Magnetismo (Representante: p. ej. Lenz) Descripción de campos magnéticos y sus principios de acción

Electrodinámica (Representante: p. ej. Maxwell) Interacciones de campos eléctricos y magnéticos

Electricidad (Representante: p. ej. Coulomb) Descripción de campos eléctricos y sus principios de acción

Teoría de la relatividad (Representante: p. ej. Einstein) Ampliación radical de la imagen del mundo newtoniano. Descripción de las interacciones de espacio, tiempo y gravitación a grandes escalas (astrofísica)

Mecánica cuántica (Representante: p. ej. Bohr) Descripción de la estructura subatómica de la materia con ayuda de partículas elementales y las interacciones de estas partículas

Teoría de campo unitaria / teoría del todo (Representante: p. ej. Susskind) Unificación todavía pendiente de la mecánica cuántica, electrodinámica y teoría de la relatividad para describir el electromagnetismo, fuerzas nucleares fuertes o débiles y la gravitación

Teoría de campo cuántica (Representante: p. ej. Feynman) Combina la mecánica cuántica y la electrodinámica para describir el electromagnetismo, las fuerzas nucleares fuertes y débiles

   4    3    0 _    1    0    5   s

Sumario muy simplificado de las diferentes teorías físicas.

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¿Qué es la materia? Parámetros subatómicos para la técnica de los sensores Algunos de los procedimientos de medición descritos en esta serie de cuadernos están basados en las propiedades de los módulos subatómicos de la materia, los electrones, protones, quarks, etc. A este respecto también se habla de las propiedades mecanocuánticas de la materia, como sucede por ejemplo con el spin de los electrones. El tratar de plantear y explicar aquí estas propiedades con todas sus facetas excedería el marco previsto para esta serie. Cabe presentar aquí solamente un planteamiento muy simplificado. En condiciones normales, todos los sistemas físicos (p. ej. los átomos y sus integrantes) intentan adoptar un estado pobre de energía, por ser éste más estable desde puntos de vista termodinámicos, en comparación con un estado energético superior. Este comportamiento se utiliza en algunos métodos de medición, p. ej. en la tomografía, agregando artificialmente energía a las partículas para hacerlas pasar a un estado excitado, en condiciones energéticas superiores. Para volver al estado más estable, esas partículas tratan de volver a deshacerse de la energía "superflua" emitiendo p. ej. radiación o modificando sus propiedades cuánticas. Esto puede medirse entonces con ayuda de sensores adecuados.

Ejemplo del electrón: Si seguimos con el esquema de la estructura atómica de capas, los electrones de un átomo se distribuyen sobre determinados niveles energéticos o capas "estables". A esto se refieren los niveles energéticos también llamados "permitidos", en los que, según Bohr, los electrones son capaces de circular sin desplomarse hacia el núcleo. Mediante una alimentación adecuada de energía es posible excitar los electrones de modo que salten a un nivel energético superior, "permitido". En virtud de que este fenómeno, llamado salto cuántico, ha puesto al electrón en un estado más rico en energía y con ello termodinámicamente menos favorable, el electrón excitado intenta "deshacerse" lo antes posible de la energía, emitiendo para ello radiación electromagnética y volver al nivel energético más bajo y, por tanto, más estable. La radiación emitida puede registrarse cualitativa y cuantitativamente por medio de sensores adecuados y los datos obtenidos permiten sacar conclusiones acerca del objeto a medir.

s501_036 Corteza nuclear

Energía Núcleo atómico Electrón

  o   c    i    t    é   g   r   e   n   e    l   e   v    i    N

Mediante un aporte de energía, el electrón es elevado a un nivel energético superior (salto cuántico). s501_037 Corteza nuclear

Energía

Núcleo atómico Electrón

  o   c    i    t    é   g   r   e   n   e    l   e   v    i N

El electrón cede energía para volver al nivel energético inferior.

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Mezcla de sustancias, combinaciones, elementos y iones    8    3    0 _    1    0    5   s

Moléculas de agua en un cristal de hielo

Átomos en una estructura reticular cristalina homogénea

Mezcla de átomos de metal (aleación)

Mezcla de gases

Cristal de sal (electrólito con aniones y cationes ligados en la estructura atómica)

Electrólito

Átomos o elementos pueden estar ligados de diversa manera en la materia. Un trozo de la materia puede ser homogéneo y constar de un solo tipo de átomos, que en condiciones estándar (20 °C, 1 bar), en su condición de sólidos, constituyen una estructura reticular (p. ej. el carbono) o un gas (p. ej. el helio) o un líquido (p. ej. el bromo). Los átomos pueden también participar en combinaciones químicas con otros átomos. Estas combinaciones reciben el nombre de moléculas. Hay moléculas que constan de sólo pocos átomos, como sucede en el caso del agua (H2O) o pueden estar compuestas de un gran número de átomos (p. ej. las moléculas de proteína). Y, finalmente, un trozo de materia también puede ser heterogéneo, es decir, estar compuesto de una mezcla de elementos, una mezcla de elementos y moléculas o una mezcla de diversas moléculas. Si se quiere describir la materia y su comportamiento es importante que no se confundan estos tres conceptos de elemento, combinación y mezcla. Si un átomo o una molécula pierde uno o varios electrones o si acepta éstos de otros átomos, las partículas con carga eléctrica que se engendran por ese motivo reciben el nombre de iones. Si se agregan electrones se produce un ión con carga negativa, llamado anión. Si el átomo o la molécula pierde electrones se produce una partícula con carga positiva, llamada catión. Muchas sales metálicas (electrólitos) pueden disgregarse p. ej. por disolución en agua, en cationes y aniones.

Diversas formas de manifestación de la materia

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¿Qué es el magnetismo? El magnetismo es una rama de la electrodinámica. Describe un efecto de fuerza que puede observarse en cargas eléctricas en movimiento, conductores recorridos por la corriente y entre objetos magnetizados o con efecto magnetizante. El magnetismo se basa en las propiedades magnéticas de las partículas elementales y/o en el movimiento de las cargas eléctricas. La presencia del magnetismo se manifiesta en un campo de fuerza, denominado campo magnético. Según la orientación e intensidad, los campos magnéticos son capaces de intensificarse, debilitarse o anularse por completo mutuamente.

Ferromagnetismo y demás En los sólidos intervienen cinco diversos tipos de magnetismo: -

el diamagnetismo el paramagnetismo el ferromagnetismo el ferrimagnetismo el antiferromagnetismo

Aquí queremos explicar sólo brevemente los primeros tres de ellos, porque las interacciones magnéticas desempeñan un cierto papel en algunos procedimientos de medición con sensores (p. ej. sensor inductivo, sensor Hall).

Diamagnetismo Una materia (elemento, molécula) se califica de diamagnética cuando debilita a un campo magnético que la traspasa. Este efecto se debe a que el campo magnético en las órbitas de los electrones de los átomos de esa materia induce una corriente que engendra a su vez un campo magnético. En virtud de la ley de Lenz, este campo magnético "interior" tiene dirección opuesta al campo magnético exterior. A ello se debe que en el interior de esa materia disminuya la intensidad del campo magnético exterior. El diamagnetismo se manifiesta en todas las materias (átomos, moléculas, iones) que no poseen electrones individuales (no aparejados).

Intensidad del campo magnético exterior

Intensidad de campo en el interior s501_039 Las materias diamagnéticas (1) debilitan en su interior un campo magnético exterior.

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Paramagnetismo Una materia se califica de paramagnética, cuando se intensifica en su interior un campo magnético que la penetra.

Intensidad del campo magnético exterior

Intensidad de campo en el interior s501_040 Las materias paramagnéticas (2) intensifican en su i nterior un campo magnético exterior.

s501_041

Este efecto se basa en la particularidad de que los integrantes de la materia (átomos, moléculas, ...) poseen ellos mismos un par magnético. Sin embargo, no se pone de manifiesto ningún campo magnético interior propio de esa materia, porque los pares magnéticos de los constitutivos se encuentran desordenados y se contrarrestan estadísticamente cuando no actúa un campo magnético exterior. Sólo en virtud del campo magnético exterior es cuando los integrantes se orientan paralelamente al campo magnético exterior. Esto intensifica en el interior de la materia el campo magnético exterior. Si se elimina el campo magnético exterior, el campo interior de la materia paramagnética se vuelve a neutralizar en virtud de que se disuelve la orientación de los integrantes. Debido a que esta orientación pasajera de los integrantes de la materia depende de la temperatura, el paramagnetismo disminuye a medida que aumenta la temperatura. Esto es así, a raíz de que los constitutivos (átomos, moléculas, iones) empiezan a oscilar más intensamente en sus sitios de la estructura reticaular a medida que aumenta la temperatura, y debido a ello no se dejan orientar tan fácilmente por un campo magnético.

Par magnético

El campo magnético exterior hace que se orienten los pares magnéticos de los integrantes de la materia paramagnética.

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¿Qué es el magnetismo? Ferromagnetismo Una materia recibe el calificativo de ferromagnética cuando la orientación magnética de sus integrantes se conserva después de retirar un campo magnético exterior que se había aplicado. Esto significa que la materia queda magnetizada y presenta las propiedades de un imán permanente. Tal y como sucede en el caso del paramagnetismo, las diferentes partículas de la materia poseen un par magnético propio. En las materias ferromagnéticas estas partículas y sus pares magnéticos, sin embargo, ya se han orientado de forma paralela en pequeñas zonas de la materia, llamadas dominios magnéticos de Pierre Weiss.

   2    4    0 _    1    0    5   s

En suma, los pares magnéticos de estos dominios, sin embargo, se contrarrestan de modo que la materia primeramente no parezca ser magnética. Si ahora se aplica un campo magnético exterior, los dominios magnéticos de Weiss se orientan paralelamente al campo exterior, de modo que la materia posee ahora, por su parte, también un campo magnético. Este campo persiste incluso después de eliminar el campo magnético exterior. La materia puede ser desmagnetizada nuevamente si se la calienta o somete a golpes mecánicos.

Dominio magnético (de Weiss)

Antes de la magnetización, los pares de los dominios magnéticos se encuentran desordenados y se contrarrestan mutuamente.

El campo magnético exterior hace que se orienten los pares magnéticos de los dominios magnéticos de Weiss.

La magnetización puede anularse por calentamiento.

La orientación se conserva después de eliminarse el campo magnético exterior. La materia ferromagnética es ahora ella misma in imán.

Las materias ferromagnéticas (3) conservan sus propiedades magnéticas incluso después de eliminarse el campo magnético exterior.

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Campos e intensidades de campo Un campo magnético puede ser engendrado por medio de materiales magnéticos o magnetizados, mediante corrientes eléctricas en conductores o mediante un cambio temporal de un campo eléctrico. Los campos magnéticos pueden visualizarse sobre una superficie con ayuda de l imaduras de hierro. Los puntos de entrada y salida de un campo magnético en una materia magnetizada reciben el nombre de polos y se encuentran en disposición opuesta. Se les designa con polo norte y polo sur, según cuál sea su orientación con respecto al campo magnético terrestre. Esto significa, que los polos con la misma orientación (norte con norte, sur con sur) se repelen y los polos con orientación distinta (norte con sur) se atraen.

Concepto de campo e inducción El campo magnético de un objeto es la zona en la que actúa la fuerza magnética. A media que crece la distancia del objeto que engendra el campo magnético disminuye su intensidad o bien su efecto. La intensidad del campo magnético se describe por medio de dos magnitudes físicas: la intensidad del campo magnético y la densidad del flujo magnético. En virtud de que las cargas en movimiento engendran un campo magnético propio, se produce una interacción con un campo magnético exterior, a raíz de lo cual la carga en movimiento se somete al efecto de una fuerza. Esta fuerza, ejercida por un campo magnético sobre cargas eléctricas en movimiento, recibe el nombre de fuerza de Lorentz. Actúa perpendicularmente a la orientación de las líneas del campo magnético y perpendicularmente al sentido de movimiento de las cargas eléctricas. Si la fuerza de Lorentz actúa sobre las cargas eléctricas en un conductor, ello genera una corriente en éste. Este fenómeno recibe el nombre de inducción y constituye el principio según el cual funcionan los generadores de corriente. La inducción también se emplea en diversas técnicas de sensores.

   3    4    0 _    1    0    5   s

Si se mueve un conductor eléctrico en un campo magnético, la fuerza de Lorentz que actúa sobre los electrones libres del conductor induce una corriente, originando así una tensión eléctrica mensurable.

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¿Qué son las ondas electromagnéticas? Estamos rodeados de ondas o campos electromagnéticos, y ello no sólo desde que se inventaron los teléfonos móviles. Sólo son ahora unas cuantas ondas más. La electrodinámica es la especialidad de la física que se dedica a las ondas e interacciones electromagnéticas. Se basa extensamente en las investigaciones de James Clerk Maxwell del siglo XIX y a mediados del siglo XX se unificó con la mecánica cuántica en la electrodinámica cuántica. En la electrodinámica se analiza y describe la interacción de campos eléctricos y magnéticos. Tanto los campos eléctricos (p. ej. en condensadores o bobinas) como también los campos magnéticos (p. ej. en conductores y bobinas recorridos por la corriente) son estacionarios, lo que significa, que solamente se pueden constatar en el objeto y sólo actúan en el lugar en que se engendran, pero no con independencia de éste. Si los campos eléctricos y magnéticos interactúan se produce en el espacio un fenómeno que se propaga a una velocidad de aprox. 300.000 km por segundo (velocidad de la luz), independiente del objeto que lo engendra. Es la radiación electromagnética, que se propaga por ondulación. Una onda se define por su altura (amplitud) y por la secuencia de las crestas y concavidades (longitud de onda). Si se contempla la secuencia en que se repite la longitud de onda en un intervalo de tiempo, p. ej. en un segundo, se obtiene la frecuencia de una onda.

   4    4    0 _    1    0    5   s

Las ondas se definen por su longitud (1) y amplitud (2).

   6    4    0 _    1    0    5   s

La frecuencia es la cantidad de longitudes de onda que se recorren en un segundo y se expresa en hertzios. La onda representada en la figura tiene una frecuencia de 2 hertzios, es decir, de 2 longitudes de onda (oscilaciones) recorridas por segundo.

Las ondas electromagnéticas se presentan dentro de una gigantesca gama de longitudes. Abarca desde ondas muy cortas, con una longitud de 10-15 m (0,000000000000001 m) hasta ondas muy largas, con una longitud de 107 m (10.000.000 m). Cuanto más corta es la longitud de la onda y, con ello, más alta su frecuencia, tanto mayor es la energía de la onda. Cuanto más larga es la longitud de la onda y, con ello, más baja su frecuencia, tanto menor es la energía de la onda. Todo aquello que se manifiesta con una longitud de onda inferior a 200 nm (0,0000002 m) es nocivo para los organismos biológicos.

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Diferentes y, sin embargo, iguales: calor, luz y radar El calor y la luz los podemos percibir directamente a través de nuestros sentidos. El radar es un sistema de localización electrónico, que mide la velocidad y la distancia de un objeto con respecto a la fuente de radar y que podemos visualizar con los correspondientes medios auxiliares técnicos (sistema de radar con monitor). A pesar de que el calor y la luz constituyen para nosotros unas percepciones completamente diferentes, ambos están basados en las ondas electromagnéticas como su medio de transmisión. También el radar utiliza ondas electromagnéticas, pero dentro de una gama de longitudes de onda tan largas, que no resultan captables por nuestros sentidos "natos". El calor o la radiación infrarroja se halla dentro de una gama de longitudes de onda desde 2,5 μm hasta 1 mm.

A esta gama de longitudes de onda le sigue, en el extremo de las ondas cortas, la gama de la luz visible, que abarca desde 380 nm hasta 780 nm. El radar se encuentra más allá de la gama de las ondas largas de radiación infrarroja, dentro de una gama de longitudes de onda comprendidas entre 1 mm y 10 m. Todo aquello que se encuentra por debajo de una longitud de onda de 380 nm ya no lo podemos captar con nuestros sentidos. Son radiaciones de rayos ultravioleta, rayos X y rayos gamma, que, sin embargo, son tan energéticas que pueden dañar, entre otras cosas, a los sistemas biológicos. Y tampoco somos capaces de percibir directamente todo aquello que se encuentra por encima de una longitud de onda de 1 mm, dentro de las gamas de frecuencias de terahertzios, microondas, radioondas y baja frecuencia.

s501_045 Gamas de longitudes de onda en el espectro electromagnético (no representadas de acuerdo con su participación real en la gama completa): Baja frecuencia (1), radioondas (2), microondas (3), terahertzios (4), infrarrojos (5), luz visible (6), ultravioleta (7), rayos X (8), rayos gamma (9), radiación cósmica espacial (10)

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¿Qué son las ondas electromagnéticas? ¿Qué son las ondas electromagnéticas? Si el fenómeno emitido por una fuente de radiación electromagnética pasa por una doble rendija estrecha, se producen figuras de interferencia por el lado que mira alejándose de la fuente. Son figuras de franjas como las que se manifiestan característicamente al propagarse una onda. Donde la radiación electromagnética incide en una rendija, por el otro lado de la rendija se propaga un nuevo frente de la onda, en disposición circular a partir de la rendija, tal y como cuando se lanza una piedra en un estanque. Debido a que en esta configuración experimental se trata de una doble rendija, se propagan dos frentes de ondas a partir de cada rendija, las cuales se interfieren entre sí. Interferir significa: al incidir dos concavidades o dos crestas de la onda se suman sus amplitudes, es decir, que se intensifican. Donde una cresta indice en una concavidad se anulan mutuamente ambas ondas. De esta forma se producen figuras de franjas sobre la superficie de proyección, parecidas a las ondas de un estanque, la cual se sitúa perpendicularmente al sentido de propagación en la composición del ensayo.

s501_047 Figura de franjas característica (figura de interferencia) (1) sobre una superficie de proyección (2) en el ensayo de doble rendija

Después de que los investigadores repitieron varias veces este ensayo con la radiación electromagnética, surgió el teorema de que la radiación electromagnética se comporta como una onda. En cambio, el fenómeno denominado "efecto fotoeléctrico" no puede ser explicado de forma satisfactoria suponiendo que tiene un carácter de ondulación de la luz. Se trata del fenómeno observado, según el cual una radiación electromagnética con abundante energía (p. ej. la radiación UV) que incide sobre una superficie de metal hace que se expulsen electrones de la superficie metálica. La cantidad de electrones que se expulsan, sin embargo, no depende de la intensidad (amplitud) de la radiación, como sería de suponerse, sino de la frecuencia de la radiación.

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La solución del problema fue aportada por Albert Einstein, basándose en la teoría de la radiación de Max Planck. Einstein define la radiación electromagnética (luz) como una secuencia de paquetes de energía (cuantos de luz o fotones). Cuanto mayor es la frecuencia de la radiación, tanto mayor es la energía contenida en los paquetes. Es más probable que un fotón con energía intensa pueda expulsar a un electrón de la superficie metálica que un fotón con baja energía. Por ese motivo es la frecuencia y no la intensidad de la radiación la que defnine la cantidad de electrones liberados. Einstein explicó con ello el efecto fotoeléctrico, que aquí planteamos sólo de un modo muy simplificado, y la radiación electromagnética poseía con ello un segundo carácter: tal y como ya lo sospechaba Newton antes de Einstein, se la puede interpretar como una corriente de partículas.

s501_048 Dependencia del efecto fotoeléctrico de la frecuencia que tiene la radiación electromagnética: Los fotones de baja energía (1) tienen menos éxito al tratar de expulsar electrones (3) de la superficie metálica (2) que los fotones con altas cargas energéticas (4)

¿Pero cuál de las dos doctrinas es la correcta? ¿Es, por ende, la luz una onda o una partícula? Respuesta: La luz es ambas cosas. El carácter que se manifiesta de la radiación electromagnética en cuestión depende de la composición del ensayo. Sólo en el momento en el que se analiza con los medios adecuados, la luz "decide" cuál es el carácter que manifiesta. Este criterio contradice a nuestro "sentido común": pensamos que no puede haber nada que posea al mismo tiempo dos diferentes formas de manifestación. No es posible configurar la misma pieza de madera al mismo tiempo con la geometría de una esfera y de un cubo. En cambio, en el mundo mecanocuántico de las partículas elementales no es ninguna contradicción este tipo de indeterminación.

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¿Qué es el sonido? También el sonido tiene carácter ondulatorio, parecido al de la luz. Una onda sonora es una secuencia de oscilaciones de presión y densidad en el medio que la rodea y a través del cual se propaga el sonido. Esta característica se pone especialmente de manifiesto cuando se perciben tonos sumamente bajos, que no sólo se escuchan, sino que también se sienten con el cuerpo. Para que un medio sea capaz de transmitir el sonido tiene que disponer de ciertas propiedades elásticas específicas, como p. ej. un gas o un líquido, porque no siendo así resultaría ese medio más adecuado para aislar el sonido. La velocidad de propagación del sonido no es constante como la de la luz. Entre otros factores, depende de las propiedades del medio elástico en el que se mueve el sonido.

s501_049 Las oscilaciones de presión y densidad entre las moléculas del medio elástico (1) pueden representarse como una onda sonora (2).

Cuanto más denso y frío es el medio elástico, tanto mejor transmite el sonido. Cuanto menos denso y más caliente es el medio, tanto peor es su transmisión del sonido. A ello se debe que las ondas sonoras se propaguen más lejos y más rápidamente en el mar que en la atmósfera. Esto significa, que cuanto mayor es el movimiento propio de los constitutivos (p. ej. las moléculas de gas) del medio, tanto más intensamente se "frenan" las ondas sonoras. El sonido no puede propagarse en el vacío, es decir, en ausencia de un medio. Esto significa que, con toda la gigantesca explosión de una supernova, el observador en el espacio sin aire solamente puede apreciarla con la vista. Allí no se la puede escuchar con los oídos. En la atmósfera terrestre, con 1 bar de presión y una temperatura de 20° C, se propaga el sonido a razón de unos 343 metros por segundo. La gama de frecuencias del sonido audible para el ser humano se cifra entre aprox. 16 Hz y 20 kHz, según la edad de la persona y el estado de su capacidad auditiva. Los infrasonidos están constituidos por ondas sonoras con una frecuencia que se halla por debajo de nuestra capacidad auditiva; los ultrasonidos son ondas sonoras con una frecuencia correspondientemente por encima.

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¿Qué significan U, I, R y C? En las descripciones empleadas en la tecnología de los sensores y los procedimientos de medición en que se basan intervienen una y otra vez ciertos términos de la teoría de la electricidad. Éstos serán descritos brevemente a continuación.

El triunvirato de la tensión, corriente y resistencia La tensión (U), intensidad de corriente (I) y la resistencia eléctrica (R) se encuentran relacionadas a través de la ley de Ohm. Esta ley establece que la resistencia eléctrica es proporcional a la tensión e inversamente proporcional a la intensidad de la corriente. ¿Pero qué significan estos conceptos?

Tensión eléctrica La diferencia de potencial entre el ánodo (1) y el cátodo (2) hace que haya un campo eléctrico (3) entre ambos polos. La tensión U (4) de la batería puede ser medida con un voltímetro conectado entre ambos polos.

También recibe el nombre de diferencia de potencial. Una fuente de tensión, p. ej. una batería, posee un polo negativo (ánodo) y un polo positivo (cátodo). Si la batería todavía no está agotada, hay una diferencia de potencial entre ambos polos.

Esto significa, que en el ánodo hay un potencial eléctrico negativo; o bien, expresado en términos más plásticos: hay un "exceso de electrones en espera" de poder ejecutar el trabajo en un consumidor eléctrico. Por su parte, en el cátodo está dado un potencial eléctrico positivo, es decir, que allí "se espera la llegada de electrones". Cuanto mayor es la diferencia de ambos potenciales s501_050 eléctricos, tanto mayor es la tensión que suministra la batería. A raíz de la diferencia de potencial hay un campo eléctrico entre ambos polos de la batería. La magnitud de la tensión expresa cuánto trabajo o cuánta energía se necesita para mover a un portador de carga (p. ej. a un electrón en un conductor eléctrico) dentro de este campo. Es decir, que la tensión también puede ser interpretada como el contenido de energía o el trabajo que una carga eléctrica está en condiciones de entregar a un consumidor o bien de ejecutar. La unidad eléctrica de la tensión es el voltio. La abreviatura habitual de la tensión, a nivel internacional, es "U".

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¿Qué significan U, I, R y C? Corriente e intensidad de corriente Si se conectan (en cortocircuito) ambos polos de una batería por medio de un conductor eléctrico, los portadores de las cargas eléctricas, los electrones, empiezan a fluir del ánodo a través del conductor hacia el cátodo, obedeciendo a la fuerza del campo eléctrico que hay a raíz de la tensión. Por regla general, sin embargo, no se procede a conectar una batería simplemente en cortocircuito, sino que se utiliza la energía eléctrica almacenada en la batería para rendir un trabajo equivalente a la tensión en un consumidor eléctrico, como puede ser un motor eléctrico o una bombilla. Contemplemos para ello más detalladamente el ejemplo de la bombilla: Con ayuda de cables eléctricos se conecta a una batería un interruptor y una bombilla. Al no estar cerrados los contactos del interruptor no fluye corriente, pero sí es posible medir la tensión del circuito, p. ej. en ambos contactos del interruptor.

Si se cierran los contactos del interruptor, los electrones fluyen obedeciendo a la tensión y al campo eléctrico que ésta supone, desde la batería a través del interruptor hasta la bombilla y de allí de vuelta a la batería. Expresado en términos gráficos, la batería trabaja, por lo tanto, como una "bomba de electrones". La intensidad de la corriente, es decir, la cantidad de electrones (portadores de carga) que se ponen en camino por unidad de tiempo hacia el consumidor, se mide en amperios. Cuanto mayor es el número de electrones por unidad de tiempo tanto mayor es la energía eléctrica que se transmite y tanto mayor el trabajo que puede ser ejecutado por la energía en el consumidor. La abreviatura habitual de la intensidad de corriente, a nivel internacional, es "I".

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   1    5    0 _    1    0    5   s

Configuración del ensayo con batería (1), interruptor (2) y bombilla (3) como consumidor eléctrico estando abierto el interruptor

   2    5    0 _    1    0    5   s

Al estar cerrado el interruptor fluye una corriente eléctrica a través del circuito.

La magnitud de la intensidad de corriente depende de la tensión y de las propiedades de los cables eléctricos empleados. Cuanto mayor es la sección transversal y mayor la conductividad del conductor, tanto mayor puede ser la intensidad de corriente para una tensión dada.

s501_053 Debido a la alta resistencia eléctrica que tiene la espiral de incandescencia, la bombilla empieza a lucir.

¿Qué significa esto para nuestra bombilla? Los electrones se ponen en movimiento hacia la bombilla en cuanto se cierran los contactos del interruptor y fluye la corriente eléctrica. La bombilla contiene un alambre muy delgado (espira de incandescencia), con una resistencia eléctrica muy superior a la de los demás conductores que interconectan a los componentes. Una resistencia superior significa, expresado de un modo muy simplificado, que a través del conductor puede pasar una menor cantidad de electrones al mismo tiempo. Esto hace que se caliente el alambre de la espira de la bombilla al ser "bombeados" los electrones a través suyo. Esta energía térmica es entregada por ese delgado alambre en forma de una radiación electromagnética (luz y calor). La bombilla luce. Los electrones, por lo tanto, y expresado aquí nuevamente de un modo simplificado, ejecutan un trabajo en el alambre de la espira de incandescencia, para pasar a través suyo y ceden energía antes de volver al cátodo de la batería.

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¿Qué significan U, I, R y C? Resistencia eléctrica La resistencia eléctrica representa una relación matemática de la tensión con respecto a la intensidad de corriente. Georg Simon Ohm fue quien reconoció este fenómeno y lo pasó a expresar en una fórmula matemática. Se le ha puesto su nombre a la unidad de la resistencia eléctrica. Desde el punto de vista físico, la resistencia representa una magnitud que expresa la tensión necesaria para conseguir una determinada intensidad de corriente en un conductor eléctrico. La resistencia eléctrica es originada por las propiedades eléctricas del conductor a través del cual fluyen las cargas (p. ej. electrones). El valor de la resistencia depende de la temperatura, de la sección transversal del conductor (es decir, el diámetro del conductor) y de una propiedad de la materia denominada "resistencia específica". Esta propiedad puede interpretarse como el recíproco de la conductividad, la cual es a su vez otra propiedad más de la materia. La conductividad expresa la disposición de una materia para "admitir" un transporte de cargas a través de sus electrones. Si por ejemplo, como en el caso de un metal, los electrones en la materia ya se encuentran deslocalizados en sí, es decir, que no se encuentran ligados a núcleos específicos de los átomos, sino que están "distribuidos" sobre toda la estructura reticular del metal, una corriente eléctrica puede fluir fácilmente a través de esa materia, por haber muchos electrones "libres" que experimentan una aceleración a raíz del campo eléctrico que se engendra por la tensión.

   4    5    0 _    1    0    5   s

Midiendo la intensidad de corriente (I) y la tensión (U) puede calcularse la resistencia eléctrica (R) de un componente eléctrico. Si por otra parte se conoce p. ej. la resistencia y la tensión, puede derivarse de ahí la intensidad de la corriente.

Posee una alta conductividad y, por ser el valor recíproco, una baja resistencia específica. En virtud de su dependencia de la temperatura, la resistencia resulta adecuada como magnitud para la medición de la temperatura.

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Pero si los electrones están fijamente ligados a los átomos en forma de enlaces químicos (covalentes) se resisten a prestar sus electrones para un transporte de cargas. Estas materias poseen por ello una reducida conductividad o bien una alta resistencia específica. Se les llama materias poco o no conductivas, si su conductividad es muy baja con relación al entorno. Esto no significa que esas materias no sean capaces de transportar absolutamente ninguna carga; lo que pasa es que se les tiene que aportar bastante energía p. ej. en forma de calor, para ponerlas en condiciones eléctricamente conductivas (plasma ionizado). En numerosas materias es relativamente fácil alcanzar este valor energético (temperatura de ionización, temperatura transitoria), tal y como sucede p. ej. en el caso de la ionización de un gas no conductivo en un elemento luminoso bajo condiciones estándar.

La conductividad y, con ésta, también la resistencia eléctrica de una materia se encuentran supeditadas a la temperatura. Esto puede ilustrarse con facilidad en el caso de los metales: A medida que aumenta la temperatura, los átomos empiezan a oscilar cada vez más intensamente en sus sitios de la microestructura reticular y también los electrones chocan más frecuentemente entre ellos. Estos movimientos frenan cada vez más intensamente, en suma, el transporte de la carga a través del conductor. La resistencia aumenta.

   7    5    0 _    1    0    5   s

Relación de dependencia de la resistencia eléctrica con respecto a la temperatura: Un escaso movimiento de los átomos de metal en los sitios que ocupan en la microestructura reticular conduce a una baja resistencia eléctrica (1). Al aumentar el movimiento de los átomos del metal en función de la temperatura, también aumenta la resistencia (2).

A medida que desciende la temperatura disminuye la resistencia de los metales y semiconductores, porque al reducirse la temperatura también disminuyen los movimientos de los átomos en la microestructura reticular. A partir de un determinado valor umbral puede realizarse el transporte de la carga prácticamente sin pérdida de energía eléctrica. En ese momento se habla de supraconducción. Esto, sin embargo, sólo suele suceder a temperaturas sumamente bajas, muy cercanas al cero absoluto (0 K; –273,15 °C). Las materias no metálicas se comportan de un modo un poco diferente por cuanto a su resistencia eléctrica o bien conductividad, y, respectivamente, justo a la inversa que los metales. La dependencia que manifiesta la resistencia con respecto a la temperatura, por ejemplo, se utiliza en sensores térmicos. Pero en virtud de la ley de Ohm también puede utilizarse para determinar tensión o intensidad de corriente.

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¿Qué significan U, I, R y C? Capacidad y dieléctrico La capacidad es una medida que expresa el poder de un condensador para almacenar una carga eléctrica. La unidad de la capacidad es el faradio; la abreviatura internacional usual es la "C". La capacidad es proporcional a la cantidad de carga e inversamente proporcional a la tensión que se aplica al condensador. La más sencilla de las formas de un capacitor de esa índole es el condensador eléctrico de laminillas. Un condensador de laminillas está estructurado de modo que dos laminillas conductivas se encuentran dispuestas una frente a otra. El almacenamiento de la carga funciona sin tener que poner una materia adicional entre las laminillas, llamada dieléctrico. Sin embargo, eligiendo la materia adecuada para el dieléctrico puede aumentarse o variarse la capacidad del condensador.

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El dieléctrico de un condensador consta de una Representación simplificada de la estructura de un sustancia sólo débilmente conductiva o no condensador de laminillas: Entre las laminillas del conductiva, no metálica. Aparte de depender de las condensador (1) se acumula energía eléctrica en un campo propiedades del dieléctrico, la capacidad del eléctrico al estar cerrado el circuito de la corriente. Con ayuda de un dieléctrico (2) entre las laminillas del condensador también depende de la superficie de las condensador puede tomarse influencia sobre la capacidad laminillas y de la distancia entre las laminillas del de acumulación del condensador. condensador. Si se conecta ambas laminillas a un circuito de corriente, el condensador se carga. Eso significa que se constituye un campo eléctrico entre las laminillas del condensador. A través del condensador no fluye corriente eléctrica en forma de portadores de carga (electrones) pasantes. Detrás del condensador, sin embargo, se reanuda el flujo de la corriente, p. ej. para hacer lucir una bombilla. Este fenómeno se basa en una propiedad física denominada flujo eléctrico. El flujo eléctrico se origina por la variación del campo eléctrico durante la fase de carga del condensador. Si se retira la fuente de tensión, la energía almacenada en el condensador "cargado" hace que la corriente siga fluyendo y la bombilla siga luciendo hasta que el condensador se haya descargado por completo. En la sensórica se miden por ejemplo presiones o la humedad del aire con ayuda de sensores capacitivos especiales.

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Glosario André-Marie Ampère 10.01.1775 - 10.06.1836 Físico y matemático francés A él se debe el nombre de la unidad física para la corriente eléctrica: amperio.

Anaxímenes de Mileto aprox. 585 a. J.C. – aprox. 526 a. J.C. Filósofo naturalista griego

Niels Bohr 07.10.1885 - 18.11.1962 Físico danés 1913 Desarrollo del modelo atómico de Bohr sobre la base de los trabajos de Planck y Einstein 1922 Premio Nobel de física 1922 Explicación de la estructura del sistema periódico de los elementos, con ayuda del modelo atómico ampliado de Sommerfeld

Charles August Coulomb 14.06.1736 - 23.08.1806 Físico francés Fundador de la electrostática y magnetostática

Demócrito aprox. 460 a. J.C. – aprox. 370 a. J.C. Filósofo naturalista griego

Empédocles Siglo V a. J.C. Filósofo naturalista griego, médico, político, sacerdote y poeta

Albert Einstein 04.03.1879 - 18.04.1955 Físico alemán y más tarde estadounidense 1905 Publicación de la teoría de la relatividad especial 1916 Publicación de la teoría de la relatividad general 1921 Premio Nobel de física 1932 Emigración a los EE.UU. (Princeton) Su búsqueda de una teoría de campo unitaria quedó sin éxito hasta su muerte.

Michael Faraday 22.09.1791 - 25.08.1867 Investigador inglés de la naturaleza, químico y físico experimental Faraday fue el primero en descubrir y describir la inducción electromagnética. A él se debe el nombre de la unidad física de la capacidad de los condensadores: faradio

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Glosario Richard Phillip Feynman 11.05.1918 - 15.02.1988 Físico estadounidense 1965 Premio Nobel de física por sus trabajos relativos a la electrodinámica cuántica

Werner Heisenberg 05.12.1901 - 01.02.1976 Físico alemán 1927 Formulación de la relación de indeterminación de Heisenberg 1930 Publicación de los "Principios físicos de la teoría cuántica" 1932 Premio Nobel de física

Hermann Ludwig Helmholtz 31.08.1821 - 08.09.1894 Fisiólogo y físico alemán 1847 Publicación del libro "Sobre la conservación de la fuerza" 1867 Publicación del manual de la óptica fisiológica

Heráclito de Éfeso aprox. 520 a. J.C. – aprox. 460 a. J.C. Filósofo naturalista griego de Éfeso

Heinrich Rudolf Hertz 22.02.1857 - 01.01.1894 Físico alemán 1886 Descubrimiento del efecto fotoeléctrico Las investigaciones de Hertz suministraron la base para el desarrollo de la transmisión inalámbrica de la información (telegrafía, radio). A él se debe el nombre de la unidad física de la frecuencia: hertzio

Heinrich Lenz 12.02.1804 - 10.02.1865 Físico alemán-báltico Lenz investigó en la rama de los fenómenos eléctricos, tales como la inducción y la resistencia.

Leucipo Siglo V a. J.C. Filósofo naturalista griego

 James Clerk Maxwell 13.06.1831 - 05.11.1879 Físico escocés 1860 Formulación de la teoría cinética de los gases 1864 Publicación de las ecuaciones de Maxwell sobre la electricidad y el magnetismo Predicción del valor de la velocidad de la luz

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Isaac Newton 20.03.1643 - 31.03.1727 Matemático inglés, investigador naturalista y alquimista; director de la moneda real en Londres 1687 Publicación de la "Philosophia Naturalis Principia Mathematica", en la que Newton define sus leyes de la mecánica 1704 Publicación de "Opticks", en la que resume los resultados de sus investigaciones en el ámbito de la óptica A él se debe el nombre de la unidad física de la fuerza: newton Newton ya sospechaba, desde antes de Einstein, el carácter de partícula de la luz.

Georg Simon Ohm 16.03.1789 - 06.07. 1854 Físico alemán 1826 Definición de la ley de Ohm A él se debe el nombre de la unidad física de la resistencia eléctrica: ohmio

Max Planck 23.04.1858 - 04.10.1947 Físico alemán 1899 Introducción de la constante de Planck 1918 Premio Nobel de física 1929 Publicación "El concepto del mundo de la nueva física" Director y posteriormente presidente honorífico del instituto "Kaiser-Wilhelm-Institut zur Förderung der Wissenschaft" (más tarde se cambió su nombre por Instituto Max Planck), cofundador de la mecánica cu ántica

Ernest Rutherford 30.08.1871 - 19.10.1937 Físico neozelandés 1902 Hipótesis de la desintegración radiactiva de los elementos 1908 Premio Nobel de química 1911 Derivación del modelo atómico de Rutherford 1918 Descubrimiento del protón

Leonard Susskind 1940 - Físico estadounidense Cofundador de la teoría de cuerdas

Tales de Mileto aprox. 624 a. J.C. – aprox. 546 a. J.C. Matemático griego de Mileto, filósofo naturalista, astrónomo, político e ingeniero

Alessandro Giuseppe Antonio Conde de Volta 18.02.1745 - 03.03.1827 Físico italiano A él se debe el nombre de la unidad física para la tensión eléctrica: voltio

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