Ciclotrón didáctico (de macropartículas)

El ciclotrón es un acelerador de partículas que presenta la ventaja de conseguir buenas aceleraciones sin la necesidad de altas tensiones, se trata de dos semicírculos huecos enfrentados de sus partes planas, estos semicírculos se les llama Ds, perpendicular a estas hay un campo magnético uniforme.

Ambas D, están conectadas a un generador de radiofrecuencia (una corriente alternada) de modo que la partícula cargada que se encuentre ambas D será atraída en un momento hacia la D que tenga polaridad opuesta y hacia allí se acelerará, a su vez el campo magnético hará que su trayectoria se curve, como la corriente que alimenta es alterna (radiofrecuencia) en el momento que la partícula quede dentro de la D ésta cambiará su polaridad y así la partícula se verá repelida a la vez que es atraída por la otra, siempre girando en forma de espiral debido al campo magnético, así se repite el ciclo hasta que por el tamaño físico del ciclotrón la partícula sale por un canal acelerada (no esta dibujado en el diagrama adjunto), cuantos mas giros consiga hacerle dar a la partícula mayor será la aceleración alcanzada.

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http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Cyclotron_patent.png

Hacer un ciclotrón no es sencillo se deben manejar unos electroimanes muy potentes y no esta al alcance de un laboratorio de aficionado, aunque algunos lo han conseguido.

Como forma demostrativa  de este dispositivo que les presento este arreglo que servirá muy bien.

Necesitaremos una tulipa de iluminación o una ensaladera plástica con esta forma

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IMG_0123 Nótese que las tiras de aluminio están unidas en forma alternada, quedará una positiva seguida de una negativa, las que no llegan al centro están unidas por afuera

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Como fuente de alta tensión puede usarse un Van Der Graaff , una fuente hecha con un flyback o una máquina de Winshurst.

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El dispositivo armado, conectado a la fuente de alta tensión

La partícula a utilizar será una pelota de ping pong pintada con tinta china para hacerla conductora. Las cintas son de foil de aluminio de tipo usado para horno de cocina, van pegadas a la tulipa con cemento de contacto.

Antes de poner en marcha el dispositivo, conviene colocar en el centro (en el cruce de las dos cintas) un cilindro aislante, en este caso usé un acople rápido de manguera de jardín, pero puede usarse un tubo de pvc o un frasco plástico cualquiera.

IMG_0125 La pelota de ping pong debe estar pintada con tinta china, de otro modo no funcionará, también puede verse el cilindro aislante que ayudará a que arranque en forma inmediata

Cuando le demos la tensión inmediatamente la pelota comenzará a girar cada vez con mayor aceleración, (tratar de no darle mucha tensión para que no salten arcos entre las cintas).

Si bien el funcionamiento se basa en atracción y repulsión de la partícula cargada y el giro no lo da un campo magnético sino la misma forma del recipiente, es muy demostrativo de lo que ocurre en el ciclotrón.

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La dualidad onda partícula

 

La teoría de la dualidad onda partícula

Hay dos experimentos que fundamentan el comportamiento dual de la luz, en estos dos ensayos la luz y otras radiaciones, como los electrones, se comportan como onda en el caso del experimento de la doble rendija marcando claros signos de interferencia, mientras que en el experimento del efecto fotoeléctrico existen detalles que la teoría ondulatoria no puede explicar y solo puede considerarse que actúan como si fueran corpúsculos.

El experimento de Young

Esta práctica es muy fácil de realizar y se puede hacer de diversas formas, elegí hacerla con encoder de impresora, es una cinta de un plástico transparente que lleva impresas líneas

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El encoder de una impresora de chorro de tinta.

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En esta imagen puede verse aumentada con una lupa la trama que tiene impresa.

También si no se dispone de esta cinta puede usarse un cartón al que se le realiza una pequeña rendija en la que se pega con cinta justo en el medio un cabello, de esa manera quedan dos ventanas a cada lado del mismo

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Acá puede verse el pelo pegado con cinta.

El dispositivo es asi

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Láser

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La cinta encoder en el soporte

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La interferencia que es propia de las ondas.

En este video tomado de youtube puede verse la animación de ondas que se interfieren tal y como ocurre en este experimento.

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Estos son los “figureti” de mis chicos del “Instituto los Sagrados Corazones” como se ve muy preocupados por cómo iban a salir en la foto.

El efecto fotoeléctrico

Si un rayo de luz incide sobre un metal con suficiente intensidad, es capaz de sacar un electrón del metal y expulsarlo del mismo. Según la teoría ondulatoria de la luz si se aumenta más la intensidad del rayo, el electrón emitido debería llevar mas energía, sin embargo esto no ocurre, la energía del expulsado solo depende de la longitud de onda de la luz, del color de la misma. Einstein con una explicación que le valió el premio Novel, demostró que la luz estría formada por paquetes cuantizados llamados fotones, cuya energía depende solo de su longitud de onda, Millikan pasó 10 años tratando de corroborar que Einstein se equivocaba, pero termino recibiendo el premio Novel también porque lo que consiguió con su investigación fue confirmar la explicación de Einstein.

Actualmente la luz es considerada como una radiación compleja de comportamiento dual, en este caso del efecto fotoeléctrico se comporta como una lluvia de proyectiles (teoría corpuscular)

Para reproducir el efecto fotoeléctrico he utilizado una celda fotoeléctrica, la misma esta formada por un metal alcalino y un ánodo metálico todo al vacío.

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Estas celdas son sensibles a la luz y colocándolas en una caja oscura podemos excitarla con luz de distintos colores, en este caso uso led´s de distintos colores.

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Lectura de mV de la luz del led rojo (650 nm)

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Lectura del led verde (500 nm)

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Lectura del led UV (390 nm)

Los leds fueron alimentados con dos pilas de 1.5v, puede verse como varía el efecto fotoeléctrico con el color de la luz con el que se ilumina la lámina de metal alcalino, la frecuencia mas baja sabemos corresponde al rojo en 660 nm luego sigue la del verde en 560 nm y la mas corta de todas la luz negra o UV que en este caso ronda los 370 nm.

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Científicos del futuro, Cómo saben!!!! no se si entendieron, pero si se que se divirtieron