Autor:
Ing. Víctor Cires
Gavidia
Octubre, 2003 |
D
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os pasos gigantescos fueron dados en la Ciencia y en
nuestra "comprensión" del mundo, gracias a la Teoría
de la Relatividad de Einstein y a la Mecánica Cuántica
de Heisenberg.
Aunque no podamos realmente imaginarnos ni la una ni
la otra, los resultados prácticos de la aplicación de
sus principios han sido asombrosos.
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Sin la física de los cuantos de Heisenberg, no
tendríamos ni los radios de transistores, ni la
televisión, ni los hornos de microondas, ni los rayos
láser, ni el microscopio electrónico, ni las
computadoras, ni la superconductibilidad, etc.
La Física clásica nos permitió hacer locomotoras,
automóviles, aviones de hélice.
En la electricidad, nos permitió fabricar motores,
generadores, transmitir la energía a grandes
distancias con alta tensión, comunicarnos por medio
del telégrafo y del teléfono, iluminar nuestras
ciudades y casas con lámparas incandescentes, sus
últimos adelantos fueron la radio comunicación y la
radiodifusión por medio de bulbos o lámparas
electrónicas.
Pero gracias a los adelantos conseguidos en la física
por los científicos, se lograron romper barreras, que
nos permitieron nuevos adelantos.
Estos ocurrieron simultáneamente en todos los campos
de la técnica.
En nuestro mundo de la electricidad, si por una parte
se inventaba la lámpara fluorescente, por otra se
había desarrollado el microscopio electrónico, el
cine, se había convertido en "sonoro", hacían
aparición las imágenes de la televisión y se empezaron
a utilizar las primeras computadoras, el mundo se
estremecía con las explosiones atómicas, pero también
ya se empezaba a utilizar la energía atómica para
curar enfermos.
Nuestra niña crecía, pero crecía en todas direcciones,
era más fuerte, más ágil, sus sentidos más
perceptivos, sus palabras más claras, sus pensamientos
más profundos.
Podríamos empezar a describir estos adelantos por
cualquier parte, empezaré por una de mis debilidades:
las lámparas fluorescentes.
Tesla, ¿se acuerdan?, ¿el que tenía su jaula de
ardilla?, quería entre otras cosas: transmitir energía
a distancia sin hilos conductores y producir luz
"Fría".
¿Cómo es posible?, decía, que para producir luz,
¿tengamos que calentar un metal hasta la
incandescencia?
Es como si, para tocar la campana de la iglesia, nos
pongamos a sacudir la iglesia entera para que la
campana toque.
Debe haber alguna forma para que podamos darles
energía a los electrones de los átomos a fin de que
éstos pasen a una órbita de más energía y al regresar
a su órbita estable, de menos energía, nos devuelvan
la diferencia en forma de luz.
En la naturaleza se habían encontrado materiales
fosforescentes (como el fósforo) y fluorescentes (como
el flúor).
El fósforo (y los materiales fosforescentes), tiene la
particularidad de que, si se expone a la luz, sigue
emitiendo luz bastante tiempo después de haberlo
expuesto.
Por eso brillan en la noche huesos de animales
muertos.
Sucede que, al excitar el fósforo, es decir al
iluminarlo, los fotones de los rayos de luz con que se
ilumina, ceden su energía a los electrones orbitales y
los cambian a órbitas de más energía; algunos átomos
tardan más que otros en dejar que dichos electrones
regresen a sus órbitas estables cediendo la energía en
forma de luz.
En las perillas de los interruptores de las lámparas,
se incorpora algún material fosforescente para poder
fácilmente localizarlas en la oscuridad del cuarto.
Los materiales fluorescentes, tienen la particularidad
de poder ser excitados con ondas de mucha energía:
rayos ultravioleta, rayos x, etc. y devolvernos la
energía en forma de luz visible (rango del rojo al
violeta) inmediatamente.
Esta propiedad se utiliza en las lámparas
fluorescentes.
En un tubo de vidrio al vacío, que tiene electrodos en
sus extremos, se dejan en su interior algunas gotas de
mercurio y se pinta el interior de sus paredes con
algún material fluorescente.
Parte del mercurio en el vacío, se evapora en forma de
iones.
Al aplicar un voltaje elevado entre los electrodos, se
produce un "arco", es decir, saltan electrones de un
electrodo al otro, mismos que producen una mayor
ionización del mercurio.
Estos electrones de la corriente eléctrica
establecida, excitan a los átomos de mercurio, cuyos
electrones orbitales ceden la energía en forma de luz
ultravioleta (luz negra, porque no la vemos).
Esta radiación ultravioleta, excita los electrones de
los átomos del material fluorescente de la pared del
tubo, que convierte la radiación ultravioleta en luz
visible.
Así se producen esos espectáculos en los que, con
tubos de mercurio, tubos de luz negra (ultravioleta),
se producen radiaciones ultravioleta, que se vuelven
visibles en las ropas de los artistas del espectáculo
pintadas con algún material fluorescente.
Como la radiación ultravioleta, mata algunas bacterias,
estos tubos de mercurio también se utilizan como
lámparas "germicidas".
Se han encontrado algunos gases: neón, argón, etc. que
pueden ser excitados directamente por los electrones
de la corriente de un tubo al vacío, en que se
introduce una parte de dicho gas y radían luz de
determinado color; produciendo tubos luminosos que se
utilizan para hacer anuncios o figuras.
Los rayos x, radiaciones electromagnéticas de muy alta
frecuencia, se producen al hacer chocar electrones de
alta velocidad (alto voltaje entre los electrodos),
contra alguna placa metálica.
Estos rayos x, salen del tubo o válvula de vidrio, en
cuyo interior están los electrodos que los producen y
pueden atravesar el cuerpo humano, siendo parcialmente
absorbidos por los huesos y partes más densas de
nuestro organismo.
Después de atravesar nuestro cuerpo, podemos
interponerles una pantalla pintada con algún material
fluorescente, que los hace visibles; los átomos del
material fluorescente son excitados por esta radiación
de alta frecuencia y sus electrones orbitales al
regresar a sus órbitas estables, nos la devuelven en
forma de luz (radiación de menos frecuencia), dentro
del espectro visible.
Si en vez de la pantalla fluorescente, ponemos una
placa fotográfica, las sales de plata del material
fotográfico, absorben esta radiación que las ennegrece
(cambia su constitución química) y obtenemos una
radiografía.
Podemos fabricar un cañón de electrones (electrón gun)
o tubo de rayos catódicos.
Este nombre de "tubo de rayos catódicos", lo heredamos
de Guillermo Crookes, quién fue el que lo inventó.
Consiste esencialmente en un tubo de vidrio en uno de
cuyos extremos colocamos un filamento metálico,
generalmente se utiliza tungsteno que alcanza muy alta
temperatura sin fundirse
(como en las lámparas
incandescentes), recubierto con algún material, como
el óxido de bario, que cede fácilmente electrones y
que conectamos a la terminal negativa (cátodo) de una
fuente de alta tensión.
El extremo opuesto del tubo de vidrio, constituye una
pantalla, pintada con un material fluorescente y lo
conectamos a la terminal positiva (ánodo) de nuestra
fuente de alta tensión.
Si hacemos circular una corriente por el filamento, al
alcanzar alta temperatura, electrones libres del metal
son lanzados al espacio que lo rodea, formando
alrededor de éste, una nube de electrones.
Al aplicar alto voltaje entre el filamento y la
pantalla fluorescente, dichos electrones son atraídos
hacia la pantalla volviéndola luminosa.
Podemos concentrar en un punto en el centro de la
pantalla, el chorro de electrones que salen del cátodo
(filamento), si colocamos una bobina alrededor del
chorro de electrones y por ella circulamos una
corriente que produce un campo magnético, de tal forma
que hace que sus trayectorias coincidan en un punto en
el centro de la pantalla.
Si colocamos dos placas horizontales y dos verticales,
de tal forma que el chorro de electrones pase en medio
de ellas, al aplicar voltajes en dichas placas,
podemos hacer que el punto donde coinciden al chocar
contra la pantalla se desplace a donde queramos,
dependiendo de los voltajes que apliquemos a las
placas.
Los electrones son desviados en su trayectoria por los
voltajes aplicados a las placas.
Si la pantalla del tubo de vidrio, que hemos pintado
con un material fluorescente, la hacemos grande y
rectangular, habremos construido un "cinescopio".
Podemos fabricar un circuito oscilador de "diente de
sierra", es decir un circuito que nos produzca un
voltaje que vaya aumentando poco a poco y se haga cero
rápidamente, la gráfica de dicho voltaje con respecto
al tiempo es la forma del diente de sierra.
Si aplicamos el voltaje de nuestro circuito de diente
de sierra a las placas verticales, produciremos un
desplazamiento del punto de la pantalla del centro
hacia la derecha (si así aplicamos el voltaje) y
veremos en la pantalla una línea horizontal de la
mitad de la pantalla.
Le podemos superponer a dicho circuito un voltaje fijo
(bias), que nos desplace el punto hasta el extremo
izquierdo de la pantalla y al aplicar el voltaje del
circuito de diente de sierra, obtendremos una línea
horizontal del ancho de la pantalla.
Este circuito que nos desplaza el punto de la pantalla
a lo largo de una línea horizontal del ancho de la
pantalla, se llama circuito de "barrido", porque nos
desplaza el punto del extremo izquierdo al derecho
lentamente y regresa rápidamente del extremo derecho
al izquierdo.
Si aplicamos cualquier voltaje que varíe con el tiempo
a las placas horizontales, dicho voltaje desplazará a
los electrones hacia arriba o hacia abajo en su
proyección en la pantalla.
Si simultáneamente conectamos el circuito de barrido a
las placas verticales, en la pantalla podremos
observar en forma gráfica el voltaje aplicado a las
placas horizontales.
Un aparato así, se llama osciloscopio y nos sirve para
ver gráficamente y analizar el voltaje de cualquier
circuito.
Si en las placas horizontales aplicamos también un
circuito de barrido, podemos desplazar los electrones
de arriba abajo de la pantalla.
Podemos interconectar ambos circuitos de barrido:
horizontal y vertical, ajustar sus frecuencias y
sincronizarlos, de manera que el punto en la pantalla
empiece en el extremo superior izquierdo de la misma,
se desplace hacia la derecha, regrese un poco más
abajo (debido al desplazamiento del barrido vertical)
y vuelva a desplazarse a la derecha y así
sucesivamente hasta llegar al extremo inferior derecho
de la pantalla, en cuyo momento el barrido vertical lo
desplaza nuevamente hasta arriba.
En esta forma desplazaremos el punto en la pantalla en
la misma forma en que leemos la página de un libro.
Si colocamos otro electrodo en forma de anillo
alrededor del chorro de electrones y aplicamos un
voltaje entre este electrodo y el cátodo, los
electrones serán impulsados con mayor o menor
velocidad hacia la pantalla, debido al voltaje de este
electrodo y producirán un punto más o menos brillante
en la misma.
En esta forma vemos las imágenes en la pantalla de un
televisor.
Quizás debemos explicar un poco más en detalle la
habilidad de la bobina magnética para "enfocar" el
chorro de electrones en un punto.
Nuestra bobina se comporta como una "lente"
electrónica.
Sabemos que una "lupa" es una lente que nos sirve para
amplificar la imagen de un objeto y muchos la hemos
utilizado para concentrar los rayos del sol en un
punto, por ejemplo en una hoja de papel, que se pone
muy brillante y acaba por quemarse.
¿Por qué amplifica la imagen una lupa?
Si colocamos un objeto iluminado a cierta distancia de
la lente (lupa), un rayo de luz que parta del objeto y
pase por el centro de la lente, no es desviado por
ésta; pero otro rayo de luz que no vaya por el eje, es
decir, que llegue a la lente fuera del eje con cierto
ángulo, la lente en esa parte, tiene forma de prisma y
refracta (desvía) el rayo de luz, que va a coincidir
(llegar) al eje a cierta distancia atrás de la lente.
El punto en que coinciden estos rayos de luz, que
llegan a la lente, procedentes del objeto iluminado y
que son desviados por ella hacia el eje, se llama
"foco".
La distancia desde el centro de la lente hasta el foco
es la distancia focal.
Si desde un punto, cátodo, enviamos electrones hacia
una bobina por la que hacemos circular una corriente
continua, los electrones que viajen por la línea del
eje de la bobina, no son desviados por el campo
magnético de ésta; pero los que lleguen a la bobina
con cierto ángulo, son desviados por el campo
magnético de la bobina "difractados", de forma que al
salir de ella, van a coincidir en un punto (foco), en
forma similar a los de luz de la lente óptica.
Por lo tanto nuestra bobina se comporta como una lente
electrónica.
Con lentes electrónicas así construidas, se fabrican
los microscopios electrónicos.
Podemos hacer una comparación entre el microscopio
óptico y el electrónico:
En el microscopio óptico, tenemos básicamente tres
lentes:
La primera es el condensador, que recoge la luz de un
foco y la envía hacia el objetivo, que se coloca sobre
una plaquita de vidrio, la imagen del objetivo la
amplifica la lente del amplificador, dicha imagen la
proyecta hacia una placa fotográfica el proyector.
En el microscopio electrónico de transmisión, existen
también las mismas tres "lentes" básicas:
La primera, o bobina del condensador, recoge los
electrones procedentes del filamento emisor y los
envía hacia el objetivo que se coloca sobre una
película de colodión de 10 milimicrones de espesor, la
imagen del objetivo la amplifica la bobina del
amplificador, dicha imagen la proyecta hacia una placa
fotográfica el proyector.
La placa fotográfica en el microscopio óptico, la
podemos substituir por una pantalla y en el
microscopio electrónico por una pantalla fluorescente.
La diferencia básica estriba en que un microscopio
óptico nos puede amplificar una imagen 50,000 veces y
un microscopio electrónico nos la puede amplificar
20'000,000 de veces.
En la figura adjunta se puede observar como hemos
podido observar cosas cada vez más chiquitas con ayuda
de los diferentes microscopios:
¿Es éste el límite?, no lo creo, pienso que en el
futuro nuestros niños podrán hacer microscopios aún
más potentes y televisiones no sólo a colores sino en
relieve.
¿No les parecen interesantes nuestras "lámparas"
fluorescentes? |
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