Temperatura

La asombrosa Temperatura

Termómetro de mercurio

Un termómetro de mercurio está formado por un capilar de vidrio que se comunica con una ampolla llena de mercurio. Al aumentar la temperatura el mercurio se dilata y asciende por el capilar; una escala graduada permite leer directamente el valor de la temperatura.

Temperatura, propiedad de los sistemas que determina si están en equilibrio térmico (véase Termodinámica). El concepto de temperatura se deriva de la idea de medir el calor o frialdad relativos y de la observación de que el suministro de calor a un cuerpo conlleva un aumento de su temperatura mientras no se produzca la fusión o ebullición. En el caso de dos cuerpos con temperaturas diferentes, el calor fluye del más caliente al más frío hasta que sus temperaturas sean idénticas y se alcance el equilibrio térmico (véase Transferencia de calor). Por tanto, los términos de temperatura y calor, aunque relacionados entre sí, se refieren a conceptos diferentes: la temperatura es una propiedad de un cuerpo y el calor es un flujo de energía entre dos cuerpos a diferentes temperaturas.

Los cambios de temperatura tienen que medirse a partir de otros cambios en las propiedades de una sustancia. Por ejemplo, el termómetro de mercurio convencional mide la dilatación de una columna de mercurio en un capilar de vidrio, ya que el cambio de longitud de la columna está relacionado con el cambio de temperatura. Si se suministra calor a un gas ideal contenido en un recipiente de volumen constante, la presión aumenta, y el cambio de temperatura puede determinarse a partir del cambio en la presión según la ley de Gay-Lussac, siempre que la temperatura se exprese en la escala absoluta.

2

ESCALAS DE TEMPERATURA

Escalas de temperatura

Comparación de las escalas de temperatura Kelvin, Celsius y Fahrenheit.

Una de las primeras escalas de temperatura, todavía empleada en los países anglosajones, fue diseñada por el físico alemán Gabriel Daniel Fahrenheit. Según esta escala, a la presión atmosférica normal, el punto de solidificación del agua (y de fusión del hielo) es de 32 °F, y su punto de ebullición es de 212 °F. La escala centígrada o Celsius, ideada por el astrónomo sueco Anders Celsius y utilizada en casi todo el mundo, asigna un valor de 0 °C al punto de congelación del agua y de 100 °C a su punto de ebullición. En ciencia, la escala más empleada es la escala absoluta o Kelvin, inventada por el matemático y físico británico William Thomson , lord Kelvin. En esta escala, el cero absoluto, que está situado en -273,15 °C, corresponde a 0 K, y una diferencia de un kelvin equivale a una diferencia de un grado en la escala centígrada.

3

EFECTOS DE LA TEMPERATURA

La temperatura desempeña un papel importante para determinar las condiciones de supervivencia de los seres vivos. Así, las aves y los mamíferos necesitan un rango muy limitado de temperatura corporal para poder sobrevivir, y tienen que estar protegidos de temperaturas extremas. Las especies acuáticas sólo pueden existir dentro de un estrecho rango de temperaturas del agua, diferente según las especies. Por ejemplo, un aumento de sólo unos grados en la temperatura de un río como resultado del calor desprendido por una central eléctrica puede provocar la contaminación del agua y matar a la mayoría de los peces originarios.

Los cambios de temperatura también afectan de forma importante a las propiedades de todos los materiales. A temperaturas árticas, por ejemplo, el acero se vuelve quebradizo y se rompe fácilmente, y los líquidos se solidifican o se hacen muy viscosos, ofreciendo una elevada resistencia por rozamiento al flujo. A temperaturas próximas al cero absoluto, muchos materiales presentan características sorprendentemente diferentes (véase Criogenia). A temperaturas elevadas, los materiales sólidos se licúan o se convierten en gases; los compuestos químicos se separan en sus componentes.

La temperatura de la atmósfera se ve muy influida tanto por las zonas de tierra como de mar. En enero, por ejemplo, las grandes masas de tierra del hemisferio norte están mucho más frías que los océanos de la misma latitud, y en julio la situación es la contraria. A bajas alturas, la temperatura del aire está determinada en gran medida por la temperatura de la superficie terrestre. Los cambios periódicos de temperatura se deben básicamente al calentamiento por la radiación del Sol de las zonas terrestres del planeta, que a su vez calientan el aire situado por encima. Como resultado de este fenómeno, la temperatura disminuye con la altura, desde un nivel de referencia de 15 °C en el nivel del mar (en latitudes templadas) hasta unos -55 °C a 11.000 m aproximadamente. Por encima de esta altura, la temperatura permanece casi constante hasta unos 34.000 m. (En cuanto al índice de temperatura-humedad, véase Humedad).

Organización de Telecomunicaciones Iberoamericanas

Organización de Telecomunicaciones Iberoamericanas (OTI)

Organización de Telecomunicaciones Iberoamericanas (OTI), organización fundada en la ciudad de México el 19 de marzo de 1971, que reúne a las instituciones televisivas de distintos países, cuya producción se realiza en lengua española o portuguesa. Sus funciones son estimular y reforzar los vínculos entre organizaciones y empresas de televisión que operan en dichas lenguas. En este sentido, pone en juego todos los medios legales y técnicos que sirvan al intercambio de las distintas áreas que la televisión afecta: información, cultura, política internacional y deportes.

Su estructura está compuesta por una Asamblea General y un Consejo Ejecutivo, en los que están representados todos los países que emiten televisión en español y portugués, proporcionalmente a la cantidad de televisores por hogar que cada uno tenga. Entre las actividades públicas de la OTI, la más conocida es el festival de la canción popular que celebra cada año desde 1973, cuando fue inaugurado en la ciudad brasileña de Belo Horizonte.

SS organización nacionalsocialista alemana

El invento de la SS

SS, siglas de Schutz-Staffel (‘escuadras de protección’), organización nacionalsocialista alemana encargada, desde 1925, del servicio de seguridad y, además, desde 1941, de los programas de ejecuciones masivas que pusieron en marcha la denominada ‘solución final’, que dejó de existir poco antes de la derrota final de la Alemania nazi, en 1945.

2

LA CREACIÓN DE LAS SS

Las SS fueron fundadas por Julius Schreck en abril de 1925 como una guardia personal de Adolf Hitler. Joseph Berchtold, el sucesor de Schreck, amplió el sistema de seguridad de las SS a todo el Partido Nacionalsocialista Alemán del Trabajo durante 1926. En 1927, Berchtold fue reemplazado por Erhard Heiden como reichsführer SS (máximo dirigente nacional de las SS), quien dejó su puesto en 1929 a Heinrich Himmler. Éste organizó en 1932 una unidad de inteligencia, la SD (Sicherheitsdienst RFSS, Servicio de Seguridad de las SS), y entregó su mando a Reinhard Heydrich.

3

EL HOLOCAUSTO

Cuando los nazis llegaron al poder en enero de 1933, las SS contaban con 50.000 miembros, entre los que se encontraban los componentes de una nueva unidad de seguridad, la Leibstandarte-SS Adolf Hitler, y el personal del campo de concentración de Dachau, el primero de los veinte que más tarde se crearon. En abril de 1934, las SS se hicieron cargo de todas las organizaciones policiales alemanas, así como de la Gestapo (Geheime Staatspolizei, policía secreta); en el mes de julio, tras haber asesinado a Ernst Röhm, el principal dirigente de las SA (durante la llamada Noche de los cuchillos largos), se les concedió total independencia respecto de las demás instituciones estatales y del partido, y recibieron sus propias unidades militares, las VT (Verfügungstruppe). En 1936, los guardias de los campos de concentración pasaron a formar los TV (Totenkopfverbände, escuadrones de inteligencia) y la Lebensborn (‘Primavera de la vida’) puso en práctica el plan de Himmler para la creación de una ‘raza superior’ mediante técnicas de reproducción selectiva y adopciones forzosas.

Las SD empezaron a organizar la deportación de judíos en enero de 1939. Las SS colaboraron con el dirigente nacionalista eslovaco Jozef Tiso para derrocar al gobierno de Checoslovaquia en el mes de marzo, inmediatamente antes de que los alemanes invadieran los Sudetes. En mayo, sus tropas se reestructuraron en las Waffen-SS, y en septiembre, los miembros de las SD, vestidos con uniformes de soldados polacos, pretendieron hacer creer que tropas de esta nación invadían el territorio alemán, proporcionando así un pretexto para iniciar la invasión de Polonia. Otras unidades de las SS se encargaron de asesinar a nobles, sacerdotes y miembros destacados de la vida política y cultural polaca e internaron en guetos a 2,3 millones de judíos de esa nacionalidad. Asimismo, el oficial de las SS Christian Wirth preparó la ejecución de 100.000 personas, a las que se atribuía incapacidad mental o física en 1939. En esos momentos, las SS contaban con 258.000 hombres, la mayoría de los cuales pertenecía a la RSHA (Reichssicherheitshauptamt, Oficina Central de Seguridad del Estado), un organismo secreto dirigido por Heydrich, con autoridad sobre todos los dominios del partido con excepción de sus miembros.

En octubre de 1939, ya iniciada la II Guerra Mundial, la SS RuSHA (Rass- und Siedlungshauptamt, Oficina Central para la Raza y Repoblación) comenzó la deportación de aproximadamente un millón de polacos, a los que reemplazó por población de habla alemana procedente de los Países Bálticos y de Europa oriental. En mayo de 1940, Himmler, que había enviado a Hitler un memorial en el que solicitaba la deportación de los judíos, el sometimiento a la esclavitud de los pueblos eslavos, y la reubicación de los alemanes en Europa oriental, fue nombrado Reichskommissar für die Festigung Deutschen Volkstums (comisionado del Estado para el fortalecimiento de la ‘raza’ o RKF), y en enero de 1941 las SS se arrogaron el derecho a ejecutar a los ‘enemigos del Estado’ sin previo juicio. Entre marzo y julio de 1941, Hitler puso en marcha la ‘solución final de la cuestión judía en Europa’ —cuya consecuencia fue el denominado Holocausto—, es decir, el genocidio de 6 millones de personas a quienes se consideró judíos en virtud de las leyes nazis de Nuremberg de 1935.

Desde junio de 1941, cuando las tropas alemanas iniciaron la invasión de la Unión Soviética, hasta diciembre de ese año, las SS Einsatzgruppen (destacamentos especiales) asesinaron a unos 300.000 judíos soviéticos; otras unidades de las SS, en las que se encontraban reclutas de Ucrania y de los Países Bálticos, eliminaron a otros 200.000 judíos, y el Ejército ejecutó al menos a 19.000. Hacia 1943, las SS habían asesinado a 400.000 judíos más en el territorio soviético. Después de la Conferencia de Wannsee, organizada por Adolf Eichmann en enero de 1942, Wirth puso en funcionamiento campos de exterminio en Kulmhof (Chelmno), Belzec, Sobibor, Treblinka, Lublin-Majdanek y Auschwitz-Birkenau, en los que murieron al menos 3 millones de judíos. Las SS y otras unidades nazis también ejecutaron a miles de eslavos, activistas de izquierdas, homosexuales y gitanos.

4

EL FINAL DEL NAZISMO

Este cuerpo continuó ampliando su esfera de poder sobre otros sectores claves de la economía y la sociedad alemanas. En abril de 1942, la SS WHVA (Wirtschafts-und Verwaltungshauptamt, Oficina Central para la Economía y la Administración), creada en 1940, tomó el control de las Waffen-SS, de los campos de concentración y de los 165 campos de trabajo en los que unos 600.000 prisioneros trabajaban para la empresa de las SS, la Ostindustrie GmbH, así como para numerosas compañías —gracias a acuerdos secretos— que producían material de construcción, armas, tejidos, objetos de piel y artículos de alimentación. Ernst Kaltenbrunner pasó a ser el jefe de la RSHA en 1942, al ser asesinado Heydrich por la resistencia checa. Las SS alcanzaron el punto culminante de su poder cuando Himmler fue nombrado ministro del Interior en agosto de 1943. Durante 1944, mientras las 40 divisiones de las Waffen-SS, compuestas por 910.000 soldados, participaban en las derrotas del Ejército alemán, los dirigentes nazis luchaban entre ellos por la sucesión. Hitler, informado de que Himmler había intentado negociar con los países aliados contra las potencias del Eje, abolió las SS y le expulsó del partido. El 30 de abril de 1945, el Führer se suicidó.

Armada Invencible

Armada Invencible

Armada Invencible, escuadra española formada por Felipe II para la invasión de Inglaterra. La reina británica Isabel I mantuvo siempre una postura contraria a España y de apoyo a los focos conflictivos que surgían en Europa. En 1585, la reina, que había favorecido a los rebeldes de los Países Bajos, firmó con ellos un tratado en el que se comprometía a prestarles ayuda militar a cambio de la presencia de sus tropas en Brill y Flesinga. En ese mismo año el corso se recrudeció y, en mayo, Felipe II ordenó la captura de todas las naves inglesas ancladas en puertos españoles. En septiembre, Francis Drake inició una campaña de ataque sistemático a las colonias del área del Caribe, poniendo en entredicho el sistema defensivo español en el Atlántico.

2

CREACIÓN DE LA ARMADA

Conflictos durante el reinado de Felipe II

El reinado de Felipe II (1556-1598) estuvo marcado por una serie de claves de carácter global, pero con unos referentes concretos ineludibles. Por un lado, el enfrentamiento con el Imperio otomano en el mar Mediterráneo, al cual pueden ser adscritos, de forma general, los ataques piráticos lanzados sobre las costas hispánicas desde el norte de África, así como el episodio local de la sublevación de los moriscos de Las Alpujarras (1568-1571). El punto álgido de este frente se alcanzó en 1571 con la batalla de Lepanto. Por otra parte, el enfrentamiento con Inglaterra, con el dominio del océano Atlántico como trasfondo subyacente, cuyo hito crucial se produjo en 1588 con la fracasada acción de la Armada Invencible. Con anterioridad, en 1566, había surgido otro foco que terminaría por convertirse en escenario de conflicto permanente para el Rey Prudente: los Países Bajos, rebelados contra la Corona por cuestiones políticas (búsqueda de la independencia), económicas (la zona era un eje básico del comercio de la época) y religiosas (abrazo del calvinismo frente al catolicismo que representaba la Monarquía Hispánica). Los principales enemigos de Felipe II fueron pues, musulmanes y protestantes (anglicanos ingleses y calvinistas flamencos), un reflejo, no casual, del papel de máximo defensor del catolicismo en que el soberano se erigió. En el plano teológico, este aspecto tuvo su máxima expresión en el Concilio de Trento.

Para entonces el rey de España había recibido ya la propuesta de Álvaro de Bazán, primer marqués de Santa Cruz, de preparar una expedición naval contra Inglaterra, que solventase, a la vez, el problema del control del océano y la revuelta de los Países Bajos. Había consultado también a Alejandro Farnesio, que se había mostrado, aunque cauto, de acuerdo con el proyecto.

En los meses siguientes, la idea de la invasión de la isla tomó cuerpo. Santa Cruz y Farnesio enviaron al monarca sus planes respectivos para la campaña, que resaltaban, sobre todo el del segundo, la necesidad de una gran armada que neutralizara el poder de la inglesa y asegurara el traslado de los tercios de Flandes a Inglaterra. La falta de un puerto con calado suficiente para que atracaran los galeones inclinó a Felipe II hacía la posibilidad de que éstos realizaran la travesía del canal de la Mancha en barcazas, escoltados por la escuadra.

En la década de 1580 los ingresos de la Corona procedentes de las Indias fueron ingentes; estos recursos, junto con los que provenían de la Iglesia y de la fiscalidad castellana, hicieron posible la construcción de algunas embarcaciones y el avituallamiento de una poderosa flota.

Farnesio había fijado la fecha de la invasión para octubre de 1586, pero entonces, los 130 buques y los cerca de 30.000 hombres que compusieron 'La Invencible' no estaban listos, a pesar de que los astilleros aceleraron su actividad y se hicieron toda clase de esfuerzos, económicos y políticos para activar el aprovisionamiento. La ejecución de María Estuardo, en febrero de 1587, precipitó el plan de invasión.

3

DERROTA

Derrota de la Armada Invencible

La Armada Invencible es el nombre que recibió una flota española de guerra creada para invadir Inglaterra en 1588. Los ingleses derrotaron a la Armada gracias a ocho pequeñas naves incendiadas que navegaron entre las españolas cuando éstas estaban ancladas frente a las costas francesas cercanas a Calais. Los españoles se vieron obligados a cortar los cables, perdieron las anclas y se sumieron en el caos. Cuando los ingleses atacaron, obtuvieron una victoria decisiva y las naves españolas tuvieron que huir hacia el norte, rodeando el cabo de Escocia.

La Gran Armada debía haber sido mandada por Santa Cruz, un ilustre marino, cuya carrera se había consolidado desde Lepanto hasta el combate de las Azores; pero murió y fue sustituido por Alonso Pérez de Guzmán, séptimo duque de Medinasidonia, capitán general de Andalucía y experto administrador en temas militares y navales, pero sin conocimiento alguno del mar y mucho menos de la guerra naval. El 20 de mayo de 1588 la Armada Invencible salió de Lisboa, bordeando con dificultades la costa hasta La Coruña, donde se pertrechó de agua y alimentos. Hasta el 21 de julio no abandonó este puerto, para entrar, una semana después, en el canal de la Mancha.

El primer enfrentamiento serio con los ingleses ocurrió a la altura de Calais. Poco más tarde, frente a Gravelinas, la flota británica dispersó a las naves españolas. Los vientos impulsaron hacia el Norte a los restos de la escuadra, que, ante la imposibilidad de volver al Canal y acudir al encuentro de Farnesio, optó por un largo y duro regreso rodeando las islas Británicas. Nuevas tormentas, a la altura de Irlanda, remataron el desastre. Aún así algo más del 50% de las embarcaciones (67) logró llegar al puerto de Santander.

La derrota de la Invencible se debió a una serie de factores. Indudablemente, Felipe II calculó mal las posibilidades de invasión de Inglaterra y el apoyo de los católicos ingleses; hubo además una falta de coordinación con la infantería flamenca pero, en lo fundamental, se trató de dos conceptos diferentes de guerra naval. España optó por enviar poderosos galeones equipados con artillería pesada de corto alcance, con la intención de dañar la capacidad marinera de los barcos ingleses y abrir la posibilidad de abordaje. Inglaterra apostó por artillería de largo alcance, con lo que sus buques pudieron mantenerse a distancia de los españoles; su mayor movilidad les permitió huir del enfrentamiento.

España no tuvo pérdidas materiales importantes. En pocos años reconstruyó su potencia naval. Las consecuencias políticas y psicológicas fueron más amplias: la Europa protestante consideró, desde entonces, que el poder español había sido doblegado.

Efecto fotoeléctrico

Efecto fotoeléctrico

Célula fotoeléctrica

Una célula fotoeléctrica se compone, en esencia, de un ánodo y un cátodo recubierto de un material fotosensible. La luz que incide sobre el cátodo libera electrones que son atraídos hacia el ánodo originando un flujo de corriente proporcional a la intensidad de la radiación.

Efecto fotoeléctrico, formación y liberación de partículas eléctricamente cargadas que se produce en la materia cuando es irradiada con luz u otra radiación electromagnética. El término efecto fotoeléctrico designa varios tipos de interacciones similares. En el efecto fotoeléctrico externo se liberan electrones en la superficie de un conductor metálico al absorber energía de la luz que incide sobre dicha superficie. Este efecto se emplea en la célula fotoeléctrica, donde los electrones liberados por un polo de la célula, el fotocátodo, se mueven hacia el otro polo, el ánodo, bajo la influencia de un campo eléctrico.

El estudio del efecto fotoeléctrico externo desempeñó un papel importante en el desarrollo de la física moderna. Una serie de experimentos iniciados en 1887 demostró que el efecto fotoeléctrico externo tenía determinadas características que no podían explicarse por las teorías de aquella época, que consideraban que la luz y todas las demás clases de radiación electromagnética se comportaban como ondas. Por ejemplo, a medida que la luz que incide sobre un metal se hace más intensa, la teoría ondulatoria de la luz sugiere que en el metal se liberarán electrones con una energía cada vez mayor. Sin embargo, los experimentos mostraron que la máxima energía posible de los electrones emitidos sólo depende de la frecuencia de la luz incidente, y no de su intensidad.

En 1905, para tratar de explicar el mecanismo del efecto fotoeléctrico externo, Albert Einstein sugirió que podría considerarse que la luz se comporta en determinados casos como una partícula, y que la energía de cada partícula luminosa, o fotón, sólo depende de la frecuencia de la luz. Para explicar el efecto fotoeléctrico externo, Einstein consideró la luz como un conjunto de 'proyectiles' que chocan contra el metal. Cuando un electrón libre del metal es golpeado por un fotón, absorbe la energía del mismo. Si el fotón tiene la suficiente energía, el electrón es expulsado del metal. La teoría de Einstein explicaba muchas características del efecto fotoeléctrico externo, como por ejemplo el hecho de que la energía máxima de los electrones expulsados sea independiente de la intensidad de la luz. Según la teoría de Einstein, esta energía máxima sólo depende de la energía del fotón que lo expulsa, que a su vez sólo depende de la frecuencia de la luz. La teoría de Einstein se verificó por experimentos posteriores. Su explicación del efecto fotoeléctrico, con la demostración de que la radiación electromagnética puede comportarse en algunos casos como un conjunto de partículas, contribuyó al desarrollo de la teoría cuántica.

El término efecto fotoeléctrico también puede referirse a otros tres procesos: la fotoionización, la fotoconducción y el efecto fotovoltaico. La fotoionización es la ionización de un gas por la luz u otra radiación electromagnética. Para ello, los fotones tienen que poseer la suficiente energía para separar uno o más electrones externos de los átomos de gas. En la fotoconducción, los electrones de materiales cristalinos absorben energía de los fotones y llegan así a la gama de niveles de energía en la que pueden desplazarse libremente y conducir electricidad. En el efecto fotovoltaico, los fotones crean pares electrón-hueco en materiales semiconductores (véase Semiconductor). En un transistor, este efecto provoca la creación de un potencial eléctrico en la unión entre dos semiconductores diferentes.

Efecto Compton

Efecto Compton

Arthur Holly Compton

El físico estadounidense Arthur Holly Compton fue galardonado con el Premio Nobel de Física en 1927 por su descubrimiento del efecto físico que lleva su nombre. El efecto Compton permitió confirmar que la radiación electromagnética tiene propiedades tanto de onda como de partícula.

Efecto Compton, difusión de fotones debida a las interacciones entre la radiación electromagnética y la materia. Este efecto fue descubierto por el físico estadounidense Arthur Holly Compton en 1922, durante su estudio de la difusión de los rayos X por el grafito. Como reconocimiento a sus trabajos, Compton recibió el Premio Nobel en 1927.

2

DESCRIPCIÓN

En el efecto Compton, un fotón de rayos X o rayos gamma, de longitud de onda λ, colisiona con un electrón libre de la materia provocando la emisión de un electrón llamado “de retroceso” y de un fotón de longitud de onda λ′, superior a la longitud de onda λ. El fotón difundido pasa a propagarse en una dirección que forma un ángulo φ con la dirección de propagación del fotón inicial. Al ser la longitud de onda λ′ superior a la longitud de onda λ, la energía del fotón difundido es inferior a la del fotón incidente.

Se cumple la relación λ′-λ = λ_c(1-cos φ), donde λ_c es igual a la constante de Planck dividida por la masa del electrón y la velocidad de la luz. Su valor numérico es de 0,2426 nanómetros.

3

CONSECUENCIAS Y APLICACIONES

El efecto Compton, que no se podía explicar mediante la teoría ondulatoria clásica de la radiación electromagnética, constituyó en la época de su descubrimiento una prueba experimental de la existencia de los fotones. Intuitivamente, el fenómeno puede compararse con la trayectoria de una bola de billar que golpea a otra bola inmóvil. El efecto conlleva una disminución de energía (aumento de la longitud de onda) y un ensanchamiento de la radiación (que corresponde a la distribución de los ángulos de salida). También provoca una agitación anómala de los electrones de la materia atravesada.

El efecto Compton permite medir la intensidad de los rayos gamma, lo que resulta de gran utilidad en física de partículas. Otra consecuencia práctica del efecto Compton, esta vez negativa, es que provoca en las radiografías un ensombrecimiento de la imagen debido a la degradación de los rayos X y a la emisión de electrones parásitos.

Tubo de rayos catódicos

Tubo de rayos catódicos

Tubos de rayos catódicos

En la ilustración puede verse (arriba) el tubo de rayos catódicos construido por el físico alemán Ferdinand Braun en 1897; tiene una fuente de electrones a la izquierda y dos placas metálicas empleadas para desviar el haz de electrones. El primer tubo de televisión en color (abajo) fue construido en 1953. Cuenta con tres fuentes de haces de electrones, una para cada color: azul, verde y rojo.

Tubo de rayos catódicos, tubo electrónico o contenedor de vidrio al vacío, que en un extremo tiene un cátodo o electrodo negativo y un dispositivo de cañón (o disparador) de electrones que proyecta un haz de electrones contra una pantalla luminiscente situada en el extremo opuesto del tubo. Cada vez que los electrones golpean la pantalla, aparece una mancha brillante de luz. Los tubos de rayos catódicos se utilizan como tubos de imagen en los receptores de televisión y como pantallas de presentación visual en equipos de radar, instalaciones informáticas y osciloscopios.

Los electrones son emitidos por un cátodo de caldeo indirecto situado en el cañón de electrones. Una serie de rejillas de potencial positivo con respecto al cátodo aceleran los electrones a medida que éstos pasan a través de ellas. A continuación, los electrones atraviesan una serie de ánodos en forma de rosquilla que dirigen la corriente de electrones para que golpeen sobre la pantalla luminiscente como finas punzadas. Entre el cañón de electrones y la pantalla existen dos conjuntos de placas deflectoras eléctricas, o bien dos conjuntos de bobinas deflectoras magnéticas. Las placas deflectoras eléctricas se utilizan en los tubos catódicos pequeños, mientras que las bobinas deflectoras magnéticas se emplean en los tubos catódicos grandes, ya que en éstos se requiere una deflexión amplia, por ejemplo en los tubos de televisión.

En los tubos catódicos que contienen placas deflectoras eléctricas, un par horizontal de placas controla el movimiento del haz de electrones hacia arriba y hacia abajo, mientras que un par vertical controla el movimiento del haz de izquierda a derecha. En cada par de placas, una de ellas tiene una carga de electricidad negativa y la otra una carga positiva. Si las cargas son de idéntico valor, el haz golpeará el centro de la pantalla luminiscente. Si las cargas no son iguales, el haz de electrones será desviado. El grado de deflexión dependerá de la tensión aplicada a las placas. A medida que varíe la señal aplicada a las placas horizontales, variará la mancha de luz sobre la superficie del tubo, que se moverá hacia arriba o hacia abajo, según los cambios de tensión. Si varía la tensión de las placas verticales, el haz de electrones se moverá horizontalmente en la superficie del tubo.

Las bobinas deflectoras magnéticas funcionan de manera similar, con la diferencia de que el haz de electrones es desviado por las variaciones en la potencia de los campos magnéticos que atraviesa.

Rayos catódicos

Rayos catódicos

Tubo de Crookes

El químico y físico británico sir William Crookes construyó en la década de 1870 el llamado tubo de Crookes, antecesor del tubo de imágenes de la moderna televisión, para investigar las propiedades de los rayos catódicos. Al hacer el vacío en el tubo y aplicarle una tensión alta, uno de los extremos del tubo se pone incandescente debido a los rayos catódicos que golpean contra el cristal. Crookes colocó dentro de este dispositivo pequeños objetos, y descubrió que proyectaban sombras en el resplandor del extremo del tubo. De ahí pudo inferir que los rayos catódicos, que hoy se sabe que son electrones, viajan en línea recta.

Rayos catódicos, electrones de alta velocidad emitidos por el electrodo negativo de un tubo de vacío al ser atravesado por una corriente eléctrica. Los rayos catódicos se generaron por primera vez utilizando el tubo de Crookes, invento del físico británico William Crookes. En 1895, mientras trabajaba en investigación, el físico alemán Wilhelm Roentgen descubrió casualmente que los rayos catódicos que golpeaban una placa metálica generaban rayos X. Los rayos catódicos pueden ser desviados y enfocados por campos magnéticos o eléctricos. Estas propiedades se utilizan en el microscopio electrónico, en el osciloscopio de rayos catódicos y en el tubo de imagen de los receptores de televisión.

Los aislantes

Aislante

Aislante, cualquier material que conduce mal el calor o la electricidad y que se emplea para suprimir su flujo.

2

AISLANTES ELÉCTRICOS

El aislante perfecto para las aplicaciones eléctricas sería un material absolutamente no conductor, pero ese material no existe. Los materiales empleados como aislantes siempre conducen algo la electricidad, pero presentan una resistencia al paso de corriente eléctrica hasta 2,5 × 1024 veces mayor que la de los buenos conductores eléctricos como la plata o el cobre. Estos materiales conductores tienen un gran número de electrones libres (electrones no estrechamente ligados a los núcleos) que pueden transportar la corriente; los buenos aislantes apenas poseen estos electrones. Algunos materiales, como el silicio o el germanio, que tienen un número limitado de electrones libres, se comportan como semiconductores, y son la materia básica de los transistores.

En los circuitos eléctricos normales suelen usarse plásticos como revestimiento aislante para los cables. Los cables muy finos, como los empleados en las bobinas (por ejemplo, en un transformador), pueden aislarse con una capa delgada de barniz. El aislamiento interno de los equipos eléctricos puede efectuarse con mica o mediante fibras de vidrio con un aglutinador plástico. En los equipos electrónicos y transformadores se emplea en ocasiones un papel especial para aplicaciones eléctricas. Las líneas de alta tensión se aíslan con vidrio, porcelana u otro material cerámico.

La elección del material aislante suele venir determinada por la aplicación. El polietileno y poliestireno se emplean en instalaciones de alta frecuencia, y el mylar se emplea en condensadores eléctricos. También hay que seleccionar los aislantes según la temperatura máxima que deban resistir. El teflón se emplea para temperaturas altas, entre 175 y 230 ºC. Las condiciones mecánicas o químicas adversas pueden exigir otros materiales. El nylon tiene una excelente resistencia a la abrasión, y el neopreno, la goma de silicona, los poliésteres de epoxy y los poliuretanos pueden proteger contra los productos químicos y la humedad.

3

AISLANTES TÉRMICOS

Aislante

Aislamiento térmico

El aislante instalado en este edificio está lleno de minúsculas burbujas de aire que impiden el paso de calor. Una capa exterior metálica que refleja la radiación electromagnética, aísla aún más el edificio.

Los materiales de aislamiento térmico se emplean para reducir el flujo de calor entre zonas calientes y frías. Por ejemplo, el revestimiento que se coloca frecuentemente alrededor de las tuberías de vapor o de agua caliente reduce las pérdidas de calor, y el aislamiento de las paredes de una nevera o refrigerador reduce el flujo de calor hacia el aparato y permite que se mantenga frío.

El aislamiento térmico puede cumplir una o más de estas tres funciones: reducir la conducción térmica en el material, que corresponde a la transferencia de calor mediante electrones; reducir las corrientes de convección térmica que pueden establecerse en espacios llenos de aire o de líquido, y reducir la transferencia de calor por radiación, que corresponde al transporte de energía térmica por ondas electromagnéticas. La conducción y la convección no tienen lugar en el vacío, donde el único método de transferir calor es la radiación. Si se emplean superficies de alta reflectividad, también se puede reducir la radiación. Por ejemplo, puede emplearse papel de aluminio en las paredes de los edificios. Igualmente, el uso de metal reflectante en los tejados reduce el calentamiento por el sol. Los termos o frascos Dewar (véase Criogenia) impiden el paso de calor al tener dos paredes separadas por un vacío y recubiertas por una capa reflectante de plata o aluminio. Véase también Transferencia de calor.

El aire presenta unas 15.000 veces más resistencia al flujo de calor que un buen conductor térmico como la plata, y unas 30 veces más que el vidrio. Por eso, los materiales aislantes típicos suelen fabricarse con materiales no metálicos y están llenos de pequeños espacios de aire. Algunos de estos materiales son el carbonato de magnesio, el corcho, el fieltro, la guata, la fibra mineral o de vidrio y la arena de diatomeas. El amianto se empleó mucho como aislante en el pasado, pero se ha comprobado que es peligroso para la salud y ha sido prohibido en los edificios de nueva construcción de muchos países.

En los materiales de construcción, los espacios de aire proporcionan un aislamiento adicional; así ocurre en los ladrillos de vidrio huecos, las ventanas con doble vidrio (formadas por dos o tres paneles de vidrio con una pequeña cámara de aire entre los mismos) y las tejas de hormigón (concreto) parcialmente huecas. Las propiedades aislantes empeoran si el espacio de aire es suficientemente grande para permitir la convección térmica, o si penetra humedad en ellas, ya que las partículas de agua actúan como conductores. Por ejemplo, la propiedad aislante de la ropa seca es el resultado del aire atrapado entre las fibras; esta capacidad aislante puede reducirse significativamente con la humedad.

Los costes de calefacción y aire acondicionado en las viviendas pueden reducirse con un buen aislamiento del edificio. En los climas fríos se recomiendan unos 8 cm de aislamiento en las paredes y entre 15 y 20 cm de aislamiento en el techo.

Recientemente se han desarrollado los llamados superaislantes, sobre todo para su empleo en el espacio, donde se necesita protección frente a unas temperaturas externas cercanas al cero absoluto. Los tejidos superaislantes están formados por capas múltiples de mylar aluminizado, cada una de unos 0,005 cm de espesor, separadas por pequeños espaciadores, de forma que haya entre 20 y 40 capas por centímetro.