martes, 26 de abril de 2011

Superconductores, Fibra Óptica

Superconductores
Un superconductor tiene dos características esenciales. Por debajo de una temperatura crítica característica (Tc), dependiente de la naturaleza y estructura del material, los superconductores exhiben resistencia cero al flujo de electricidad y pueden expulsar el flujo magnético de su interior, dando lugar al fenómeno de levitación magnética.
El primer superconductor, mercurio, descubierto en 1911 por G. Holst y K. Onnes, sólo lo era a temperaturas inferiores a 4.2 K (-268 °C) y a principios de 1986 el récord de temperatura crítica estaba en 23 K correspondiente al compuesto Nb3Ge. La rata de crecimiento había sido de 0.3 grados por año y los superconductores a temperatura ambiente parecían inalcanzables.
... La Tc podía seguir subiendo lo que llevó al descubrimiento de nuevos materiales superconductores, con Tc por encima del punto de ebullición del nitrógeno líquido (-77 K).
Se despertaron entonces atrevidas esperanzas que fueron sofocadas relativamente pronto por varias dificultades tanto en el plano teórico, donde los conocimientos acumulados sobre el estado superconductor hasta 1986 fueron incapaces de describir la superconductividad de alta Tc, como en lo referente a las aplicaciones, puesto que el estado superconductor se destruye al ser sometido a un campo magnético, cosa que debe hacerse en muchas de las aplicaciones concebibles.
Diez años después, cuando la euforia inicial ha cedido y las noticias de éxitos sensacionalistas se han vuelto escasas, muchas ideas novedosas relativas a las características de los nuevos cupratos superconductores se han decantado elevando significativamente el nivel del conocimiento, y a pesar de las dificultades anotadas anteriormente estos cupratos se utilizan ya en la microelectrónica, por ejemplo como sensores de campo magnético (SQUID: interferómetro cuántico superconductor), filtros, resonadores etc.




Fibra óptica
La Fibra Óptica es una varilla delgada y flexible de vidrio u otro material transparente con un índice de refracción alto, constituido de material dieléctrico (material que no tiene conductividad como vidrio o plástico), es capaz de concentrar, guiar y transmitir la luz con muy pocas pérdidas incluso cuando esté curvada. Está formada por dos cilindros concéntricos, el interior llamado núcleo (se construye de elevadísima pureza con el propósito de obtener una mínima atenuación) y el exterior llamado revestimiento que cubre el contorno (se construye con requisitos menos rigurosos), ambos tienen diferente índice de refracción ( n2 del revestimiento es de 0.2 a 0.3 % inferior al del núcleo n1 ).
El diámetro exterior del revestimiento es de 0.1 mm . Aproximadamente y el diámetro del núcleo que transmite la luz es próximo a 10 ó 50 micrómetros. Adicionalmente incluye una cubierta externa adecuada para cada uso llamado recubrimiento.



Bibliografía:
http://html.rincondelvago.com/superconductores_1.html

Nuevas tecnologías y nuevos materiales: Láseres




Una de las aplicaciones más curiosas de los láseres es el corte del tallo de ajos, al cauterizar el corte, impidiendo así la pérdida de sabia y su secado… 
Física del Láser

La palabra láser designa a todos aquellos dispositivos que generan un haz de luz coherente como consecuencia de una emisión inducida o estimulada, descubierto dicho comportamiento en 1916 por Einstein. Su nombre se debe a un acrónimo del inglés laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation - "Amplificación de Luz por Emisión Estimulada de Radiación").

La radiación láser se caracteriza por una serie de propiedades, diferentes de cualquier otra fuente de radiación electromagnética, como son:

Monocromaticidad: emite una radiación electromagnética de una sola longitud de onda, en oposición a las fuentes convencionales como las lámparas incandescentes (bombillas comunes) que emiten en un rango más amplio, entre el visible y el infrarrojo, de ahí que desprendan calor. La longitud de onda, en el rango del espectro electromagnético de la luz visible, se identifica por los diferentes colores (rojo, naranja, amarillo, verde, azul, violeta), estando la luz blanca compuesta por todos ellos. Esto se observa fácilmente al hacer pasar un haz de luz blanca a través de un prisma.

Coherencia espacial o direccionabilidad: la radiación láser tiene una divergencia muy pequeña, es decir, puede ser proyectado a largas distancias sin que el haz se abra o disemine la misma cantidad de energía en un área mayor. Esta propiedad se utilizó para calcular la longitud entre la Tierra y la Luna, al enviar un haz láser hacia la Luna, donde rebotó sobre un pequeño espejo situado en su superficie, y éste fue medido en la Tierra por un telescopio.

Coherencia temporal: La luz láser se transmite de modo paralelo en una única dirección debido a su naturaleza de radiación estimulada, al estar constituido el haz láser con rayos de la misma fase, frecuencia y amplitud.

Tipos de Láseres

Existen numerosos tipos de láseres que se pueden clasificar de muy diversas formas siendo la más común la que se refiere a su medio activo o conjunto de átomos o moléculas que pueden excitarse de manera que se crea una situación de inversión de población obteniéndose radiación electromagnética mediante emisión estimulada. Este medio puede encontrarse en cualquier estado de la materia: sólido, líquido, gas o plasma.

El primer láser fue desarrollado por Maiman en 1960 utilizando como medio activo un cristal cilíndrico de rubí. El láser de gas de CO2, que emite en el rango del infrarrojo, es capaz de proporcionar grandes potencias y presenta un gran rendimiento, por ello es el más usado. Éste tipo de láser es utilizado en numerosas y diversas aplicaciones, como por ejemplo en la manufactura industrial, comunicaciones, soldadura y cortado de acero, entre otras.


Los láseres de Ión Argon y Krypton son utilizados en las discotecas ya que emiten en el rango del espectro visible…

El láser Nd:YAG pertenece al grupo de los láseres de estado sólido y emite también en el rango del infrarrojo, siendo ampliamente empleado como en el tratamiento oftalmológico de las cataratas, en medicina estética o en procesos industriales, como tratamientos de superficie y mecanizados.

Los láseres de diodo están construidos con materiales semiconductores son cada vez más utilizados debido a sus ventajosas características, como un menor tamaño y elevadas potencias de trabajo. Sin embargo la calidad de salida del haz es menor que con láseres.

Aplicaciones

Debido a las propiedades tan particulares del haz láser, el rango de aplicaciones es amplísimo. El láser en la medicina es cada vez más usado al actuar muy selectivamente sobre la lesión, dañando mínimamente los tejidos adyacentes. Por eso produce muy pocos efectos secundarios en cuanto a destrucción de otro tejido sano de su entorno e inflamación, así como presentar una esterilización completa al no ser necesario instrumental quirúrjico. En la dermatología, éstos pueden eliminar casi todos los defectos de la piel bajo anestesia local. En oftalmología son utilizados los láseres de excímero, que eliminan capas submicrométricas de la córnea, modificando su curvatura.


Los láseres de diodo tienen un tamaño microscópico, y pueden hacer marcas del tamaño de un pelo humano...          
La medición de distancias con alta velocidad y precisión fue una aplicación militar inmediata después deque se inventara el láser, para el lanzamiento de artillería o para el cáculo de la distancia entre la Luna y la tierra (384.403 km.), con una exactitud de tan sólo 1 milímetro. También es utilizado en el seguimiento de un blanco en movimiento al viajar el haz a la velocidad de la luz.

Aplicaciones más cotidianas de los sistemas láser son, por ejemplo, el lector del código de barras, el almacenamiento óptico y la lectura de información digital en discos compactos (CD) o en discos versátiles digitales (DVD), que se diferencia en que éstos últimos utilizan una longitud de onda más corta (emplean láser azul en vez de rojo). Otra de las aplicaciones son las fotocopiadoras e impresoras láser, o las comunicaciones mediante fibra óptica.

Las aplicaciones para un fututo próximo son los ordenadores cuánticos u ópticos que serán capaces de procesar la información a la velocidad de la luz al ir los impulsos eléctricos por pulsos de luz proporcionados por sistemas láser. La fusión por confinamiento inercial es la aplicación más deseada ya que permitiría el desarrollo de la fusión nuclear del hidrógeno de una forma controlada, permitiendo la obtención de una elevadísima cantidad de energía. Dicho proceso se produce en el Sol y se obtuvo, aunque no de una forma controlada, en 1952, con la bomba atómica de hidrógeno.

En la holografía, las ondas se solapan en el espacio o se combinan para anularse (interferencia destructiva) o para sumarse (interferencia constructiva) según la relación entre sus fases. Debido a la relación especial entre los fotones del haz del láser, los láseres son considerados el mejor ejemplo conocido de efectos de interferencia representados en los interferómetros y hologramas. La holografía es utilizada para proporcionar imágenes en tres dimensiones. También es utilizada como sistema de seguridad en las tarjetas de crédito.

Dentro del procesado de materiales, el láser es utilizado en todas las ramas (corte, soldadura, marcado microscópico, etc.) al poder ser empleados en casi todos los materiales y tener una muy buena respuesta en el mecanizado…




Webliografía:
http://www.um.es/LEQ/laser/index.htm
http://html.rincondelvago.com/rayo-laser.html
http://www.efisioterapia.net/articulos/accesible.php?id=179

Recapitulación de la semana 14

El martes terminaron de exponer acerca de la Fibra óptica y los Láseres.
El jueves escribimos acerca de los isótopos en México, dónde se usan y sus principales usos aquí. También realizamos un experimento sobre cuánta radiación emitían tres diferentes tipos de piedras.

Semana 14, Jueves: Gráficas.

Material
Piedra
Mediciones
Cuentas
por
minuto

Promedio
De Rio
21
22
21
20
22
21.2
Volcánica
29
36
30
25
32
30.4
mármol
17
28
25
19
18
21.4








PROMEDIOS


Semana 14, Jueves.

Semana 14 jueves:
Discusión previa en equipo, sobre las preguntas para procesar su información, sintetizar y  aplicar el texto indagado.
Exposición al grupo y discusión mediada por el profesor, en relación a las respuestas obtenidas en los diversos equipos. Utilizando el programa de cómputo: procesador de palabras.
Equipo
¿Qué son los Isotopos radiactivos?

¿Cómo se generan los isotopos radiactivos artificiales?

¿Cuáles son los isotopos radiactivos más usados en México?

¿Cuáles son las aplicaciones principales de los isotopos radiactivos?

1
son isótopos inestables de algunos elementos. Se transforman en otros elementos mediante la emisión de partículas o de radiaciones gamma.
Se produce la radiactividad inducida cuando se bombardean ciertos núcleos estables con partículas apropiadas.
Si la energía de estas partículas tiene un valor adecuado penetran dentro del núcleo bombardeado y forman un nuevo núcleo que, en caso de ser inestable, se desintegra después radiactivamente. 


Su uso es amplio, alguno de ellos es para saber, por ejemplo en una reacción química, que camino siguen los elementos al romperse una molécula y emigrar a otra.

Otro uso es en medicina, ya que proporcionan la energía para obtener las placas ideográficas o cardiografías. Otro uso es para obtener las radiaciones utilizadas en tratamientos como el cancér.

A nivel industrial se utilizan para obtener energía eléctrica a partir de la descomposición de un isótopo, por ejemplo, se utiliza comúnmente, un isótopo de uranio. Así mismo, se utilizan en barcos, submarinos, aviones, para no utilizar grandes cantidades de combustible de origen petrolífero.

Algunos científicos los han utilizado para saber que zonas del cerebro se usan cuando la gente se dedica a aprender cosas nuevas, mediante un isótopo de carbono (totalmente sin peligro) en el azúcar.

Asimismo para determinar la edad de la materia orgánica, como restos humanos, de ropa, utencilios, etc, mediante la medición del carbono catorce, un isótopo del carbono, el cual a medida que pasa el tiempo empieza a disminuir, convirtiéndose en carbono doce, el carbono normal.
    •  
Existen numerosas aplicaciones que utilizan las diferentes propiedades entre los isótopos de un mismo elemento;
Utilización de las propiedades químicas
Utilización de las propiedades nucleares

2
Los radioisótopos son isótopos radiactivos ya que tienen un núcleo atómico inestable (por el balance entre neutrones y protones) y emiten energía y partículas cuando cambia de esta forma a una más estable.
Cada radioisótopo tiene un periodo de desintegración o semivida características. La energía puede ser liberada, principalmente, en forma de rayos alfa(núcleos de helio),beta (electrones opositrones) ogamma (energía electromagnética).
Varios isótopos radiactivos inestables y artificiales tienen usos en medicina

Radiactividad artificial o inducida: Es la que ha sido provocada por transformaciones nucleares artificiales
cuando se bombardean ciertos núcleos estables con partículas apropiadas
La determinación de la razones de isotopos de plomo puede ser una herramienta eficiente para la identificación de las fuentes principales de exposición a plomo y para apoyar la implantación de medidas de salud públicas para prevención y control
Tiempo de vida
Intervalo útil
Aplicaciones de
Isótopo
media ( años )
(años)
datado

Carbono-14
5 730
500 a 50 000
Carbón, materia orgánica
Hidrógeno-3
12.3
1 a 100
Vinos añejados
( o tritio )



Potasio-40
1.3 x 109
10 000 a miles de
Rocas, corteza terrestre


millones de años

Renio-187
4.3 x 1010
40 millones a la edad
Meteoritos


del Universo


3
Se llama radioisótopo a aquel isotopo que es radiactivo. La palabra isótopo, del griego "en mismo sitio", se usa para indicar que todos los tipos de átomos de un mismo elemento se encuentran en el mismo sitio de la tabla periódica. Los átomos que son isótopos entre sí, son los que tienen igual número atómico (número de protones en el núcleo), pero diferente número másico (suma del número de neutrones y el de protones en el núcleo). Los distintos isótopos de un elemento, difieren pues en el número de neutrones. Hay varios tipos de isotopos los cuales aun no tienen un nombre fijo ya que cambian constantemente.

Radiactividad es la propiedad que poseen los núcleos de ciertos elementos de emitir rayos a, bg.  . Los rayosa y b son partículas portadoras de una carga eléctrica, mientras que los rayos g  son denaturalezaelectromagnética. Hasta 1934 solo se conocía la radiactividad natural, pero durante aquel año, los físicos Joliot y Curie produjeron por primera vez una sustancia radiactiva artificial.
Los diferentes isótopos de un elemento tienen las mismas propiedades químicas. El reemplazo de uno por otro en una molécula no modifica, por consiguiente, lafunción de la misma. Sin embargo, la radiación emitida permite detectarla, localizarla, seguir sumovimiento e, incluso, dosificarla a distancia. El trazado isotópico ha permitido estudiar así, sin perturbarlo, el funcionamiento de todo lo que tiene vida, de la célula al organismo entero. En biología, numerosos adelantos realizados en el transcurso de la segunda mitad del siglo XX están vinculados a la utilización de la radioactividad: funcionamiento del genoma (soporte de laherencia), metabolismode la célula,fotosíntesis, transmisión de mensajes químicos (hormonas, neurotransmisores) en el organismo.
Los isótopos radioactivos se utilizan en la medicina nuclear, principalmente en lasimágenes médicas, para estudiar el modo de acción de los medicamentos, entender el funcionamiento delcerebro, detectar una anomalía cardiaca, descubrir las metástasis cancerosas.

Existen numerosas aplicaciones que utilizan las diferentes propiedades entre los isótopos de un mismo elemento;
 Utilización de las propiedades químicas
Utilización de las

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Los Isótopos radiactivos o radioisótopos son isótopos inestables de algunos elementos. Se transforman en otros elementos mediante la emisión de partículas o de radiaciones gamma.

Es la que ha sido provocada por transformaciones nucleares.
artificiales
Cuando se bombardean ciertos núcleos estables con partículas apropiadas.
Actualmente se usa el cobalto-60 para el tratamiento del cáncer porque emite una radiación con más energía que la que emite el radio .
Ciertos tipos de cáncer se pueden tratar internamente con isótopos radiactivos, como el cáncer de tiroides, como el yodo se va a la glándula tiroides, se trata con yoduro de sodio (NaI) que contenga iones de yoduros radiactivos provenientes del yodo-131 o del yodo-123. Allí la radiación destruye a las células cancerosas sin afectar al resto del cuerpo.
Para el estudio de los desórdenes cerebrales se utiliza una tomografía de emisión de protones conocida como PET. Se le administra al paciente una dosis de glucosa (C6H12O6) que contenga una pequeña cantidad de carbono-11 (11C), que es radiactivo.

Las aplicaciones de los isótopos radiactivos son múltiples y abarcan distintos campos como:
Actividades médicas
En las instalaciones médicas y hospitalarias, el uso de isótopos radiactivos para el diagnóstico y tratamiento de enfermedades ha ido creciendo progresivamente en los últimos cuarenta años.

Es común la utilización de elementos radiactivos no encapsulados, normalmente en estado líquido, como trazadores para el estudio del corazón, hígado, glándula tiroides, etc. En estas actividades se generan materiales de desecho contaminados con los elementos radiactivos empleados como son las jeringuillas, agujas, viales contenedores de líquidos radiactivos, guantes, papel, tejidos y material médico diverso.

En el tratamiento de tumores se emplean fuentes encapsuladas que deben ser sustituidas regularmente debido al decaimiento natural de su actividad

Los ensayos de ciertos fármacos con animales, dan lugar a los residuos biológicos a los que hay que proporcionar también un tratamiento similar a cualquier tipo de residuo radiactivo
Actividades de Investigación:
También se producen residuos radiactivos en aquellas actividades de investigación que emplean fuentes encapsuladas o elementos trazadores con isótopos radiactivos.
En los centros de investigación nuclear (laboratorios, universidades, reactores de enseñanza e investigación) se producen a su vez residuos radiactivos de naturaleza física y química muy variable, que requieren también una gestión segura y eficaz.
Actividades Industriales:
Description: Isótopos radiactivos
Es frecuente y especialmente extendida la utilización de isótopos radiactivos en procesos industriales, generalmente fuentes encapsuladas de baja actividad.
Ejemplos típicos de estas aplicaciones industriales son las medidas de nivel, humedad, densidad o espesor en procesos continuos o de difícil acceso, la utilización de grammagrafias para la realización de ensayos no destructivos, su aplicación en instalaciones de esterilización, etc.

5
Se llamaradioisótopos a aquel isótopo que es radiactivo. La palabra isótopo, del griego "en mismo sitio", se usa para indicar que todos los tipos de átomos de un mismoelemento se encuentran en el mismo sitio de latabla periódica. Los átomos que son isótopos entre sí, son los que tienen igual número atómico (número deprotones en el núcleo), pero diferente número másico (suma del número deneutrones y el de protones en el núcleo).
Todos los isótopos naturales situados por encima del bismuto en la tabla periódica son radiactivos. los núcleos de nitrógeno capturaban estas partículas y emitían protones muy rápidamente, con lo que formaban un isótopo estable del oxígeno, el oxígeno 17. Esta reacción puede escribirse en notación simbólica como 
ðN + ðHe ð ðO + ðH

Las mediciones de la radiactividad se usan para determinar la edad de los minerales y de restos fósiles (datación). Por ejemplo, la existencia de núclidos radiactivos naturales sobre la superficie de la Tierra sugiere que sus vidas medias son comparables con las edades de los minerales en los cuales se encuentran, y estos proporcionan una estimación de la edad de la Tierra.
La radiación de la radiactividad viene de tres tipos de rayos, que se llaman Rayos 
Alfa, Beta y Gamma. Los rayos Alfa se componen de pequeños paquetes en cada 
uno de los cuales hay dos neutrones y dos protones. Los rayos Beta, se componen de 
electrones. Los Gamma, no son partículas, sino ondas de energía, que se liberan 
cuando se desintegra un átomo.

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Se denominanisótopos a los átomos de un mismo elemento, cuyos núcleos tienen cantidad diferente de neutrones, y por tanto, difieren en masa
La energía liberada al cambiar de forma puede detectarse con un contador Geiger o con una película fotográfica. Cada radioisótopo tiene un periodo de desintegración o semivida características. La energía puede ser liberada, principalmente, en forma de rayos alfa (núcleos de helio), beta (electrones o positrones) o gamma (energía electromagnética).

Radio 226, Cobalto 60, Carbono (C12. C13 y C14) , Nitrógeno,(N14, N15) Oxígeno (O16 Y O18), Yodo (-123 e I-131)
* Cobalto-60 usado en tele terapia para tratamiento del cáncer.
*Oro-198 se aplica en inyecciones, para zonas cancerosas
*Tantalio-182 se aplica en inyecciones, los médicos los usan para llegar hasta los tumores cancerosos de formas raras, como los que se producen en la vejiga. 
*Yodo-131 Usado contra enfermedades de la glándula Tiroides.
*Fósforo-30 Usado contra tratamientos de leucemias crónicas.
*Fósforo-32 Usado en diagnostico de enfermedades relacionadas con los huesos o médula ósea.


FASE DE DESARROLLO
Material: Monitor de radiación nuclear, piedra de rio, volvanica, de mármol,
Se les planteara la Actividad siguiente:

- Realizar las mediciones correspondientes -cuentas/minuto-, con el monitor de radiación nuclear (contador Geiger), de cada una de los tres materiales, piedra volcánica, de rio y mármol. 
-Cada equipo obtendrá cinco datos  y los tabulara.
- Calcularan el promedio de los cinco datos obtenidos
- Tabularan y graficaran los datos promedio, utilizando un programa graficador.(Excel)

Material
Piedra
Mediciones
Cuentas
por
minuto

Promedio
De Rio
21
22

20


Volcanica
29
36

25


marmol
17
28

19



         - Analizaran las gráficas obtenidas  de las relaciones; obtenidas por el grupo
        -  Por equipo, escribirán sus observaciones y elaboraran sus conclusiones
        - Cada equipo presenta el resultado sobre la actividad, utilizando un procesador   de palabras o presentador.

FASE DE CIERRE     
-           Después discuten y sintetizan el contenido mediada por el Profesor.
-          Al final de las presentaciones el Profesor conduce una discusión extensa, en la clase, de lo que se aprendió, para generar una conclusión consensada.
-          La sesión concluye aclarando dudas.                        

Actividad Extra clase:
-          Los alumnos llevaran la información  a su casa y los que tengan computadora y acceso a Internet, leerán el artículo tratamiento del cáncer con radioisótopos y harán una reseña del artículo, depositaran los resultados de la actividad en su Blog personal.
-           
-          En Internet, los alumnos indagaran; de acuerdo al cronograma; los temas siguientes.
Los integrantes de cada equipo discutirán sus indagaciones, en forma colaborativa utilizando Googledocs.