Física Atómica y Física de Partículas

Física Atómica y Física de Partículas

Los átomos y las minúsculas partículas de las que están hechos, influencian en gran medida a la naturaleza de muchos fenómenos que juegan diferentes roles a escalas astronómicas. El campo de la física atómica y de la física de partículas, proporciona gran cantidad de valiosa información sobre los ciclos de vida de estrellas, las formas de radiación proveniente del espacio, la forma en que podemos hacer uso de espectros para estudiar objetos distantes, y muchos otros temas de la ciencia espacial.

La disciplina de la física atómica estudia los átomos, las partículas que forman los átomos, y los diferentes estados de energía que los átomos pueden tomar. El minúsculo y denso núcleo de un átomo se compone de protones y neutrones. Nubes de electrones, más pequeñas que un milésimo del tamaño de los nucleones, zumban alrededor del núcleo en diversos estados de energía. El comportamiento de objetos en estas diminutas escalas desafían nuestra experiencia, de manera que se han diseñado diversos modelos de átomos para ayudarnos comprender estos componentes fundamentales de los elementos que forman la materia.

La física de partículas ahonda en escalas aún más pequeñas que el átomo, iluminando el mundo de la física subatómica. Cuando los átomos son divididos, generalmente en presencia de grandes cantidades de energía, las partículas subatómicas salen y juegan su papel. Algunas son familiares, como los protones, neutrones, y electrones; otras son más exóticas y llevan nombres extraños como muón, neutrino, el baritrón, el mivón, y el evasivo, quark. Los plasmas, como la "sopa" de electrones y protones que forma el viento solar, y muchas de las formas más peligrosas de radiación, como rayos cósmicos, son colecciones de partículas subatómicas de las partículas que estudian los físicos.

Los "leyes" de la física en las escalas atómicas y subatómicas son tan diferentes de las que observamos en nuestras experiencias cotidianas "normales", que los físicos tuvieron que crear un nuevo campo para describirlas. La disciplina de la mecánica cuántica, nacida a principios del siglo 20, predice los extraños comportamientos en los mundos diminutos. En los reinos de la física cuántica, las diferencias entre partículas y ondas desaparecen, perdemos nuestra capacidad de definir dónde se encuentran los objetos, en favor de descripciones probabilísticas de donde es posible que se encuentren las partículas, y el simple acto de observación de un fenómeno puede alterar fundamentalmente su comportamiento. ¡Aunque el tamaño de las escalas son pequeñas, los impactos de eventos en los mundos de átomos y las partículas subatómicas, y el dominio de la mecánica cuántica, ¡son enormes!

Electrón

Electrón

Los electrones son uno de los tipos más importantes de partículas subatómicas. Los electrones se combinan con protones y (generalmente) con neutrones para crear átomos.

Los electrones son mucho más pequeños que los neutrones y protones. La masa de un simple neutrón o protón es más de 1 800 veces mayor que la masa de un electrón. El tiene tiene una masa de 9.11 x 10-28 gramos.

Los electrones tienen una carga eléctrica negativa, con una magnitud llamada algunas veces carga elemental o carga fundamental. Por esto se dice que un electrón tiene una carga de -1. Los protones tienen una carga del mismo valor, pero con polaridad opuesta, es decir +1. La carga fundamental tiene un valor de 1.602 x 10-19 coulombio.

Un átomo neutro tiene igual número de electrones y protones. Los electrones forman una nube alrededor del pequeño y denso núcleo, compuesto de neutrones y protones. Los electrones cargados negativamente son atraídos hacia el núcleo por los protones cargados positivamente. Algunas veces, los electrones se pueden liberar del átomo, llevando consigo su carga negativa y siguiendo a un ion con una carga neta positiva.

Los electrones pueden encontrarse en diferentes niveles de energía dentro de un átomo. Cuando los electrones se mueven de un nivel de energía a otro, absorben o emiten un fotón. Los electrones de diferentes átomos tienen diversas energías asociadas con la transición entre sus niveles de energía. Las diversas energías de los fotones emitidos o absorbidos por diversos elementos, sirven como "huellas digitales" que los científicos puede usar para identificar elementos específicos. Estas "huellas digitales", en forma de espectro de luz, o de fotones de otras longitudes de onda , nos permiten determinar, por ejemplo, que estrellas distantes están compuestas fundamentalmente de hidrógeno.

Los protones son una especie de leptión, un tipo de partícula subatómica que también incluye mesones y tauones.

Los electrones se desprenden con frecuencia de sus átomos. Debido a la carga del electrón, estos "electrones libres" pueden ser acelerados a velocidades muy altas por campos eléctricos y magnéticos. Estos electrones libres energéticos son una forma de radiación de partículas.

Gran cantidad de electrones pueden fluir cuando son expuestos a un campo eléctrico o magnético. A un flujo de electrones se le conoce como una corriente eléctrica. Todos estamos familiarizados con el flujo de electricidad en el cableado en nuestras viviendas. Las corrientes eléctricas también pueden fluir fuera de los cables, por ejemplo, en la capa de la atmósfera de la Tierra rica en iones y electrones conocida como ionosfera.

LOS VERTEBRADOS

LOS VERTEBRADOS

Características generales

Son aquellos animales que tienen esqueleto interno con columna vertebral (hace las veces de eje de simetría) y cráneo. Algunos tienen esqueleto externo (la tortuga, La piel de los cocodrilos y las escamas de los peces también se consideran esqueleto externo) y sangre roja. Se dividen en cinco clases: Mamíferos, Aves, Reptiles, Anfibios y Peces.

Otras características

Son de fecundación interna los mamíferos, las aves y los reptiles. Los peces y los anfibios son de fecundación externa (la hembra pone los huevos y el macho los fecunda en el agua). La fecundación es la unión del óvulo con el espermatozoide. El Embrión comienza cuando el núcleo del espermatozoide entra en el óvulo (empieza un nuevo ser)

Los mamíferos son vivíparos, porque se forma la cría viva dentro de la madre; y los demás son ovíparos, es decir, ponen huevos.

El embrión se desarrolla en al agua en los peces y en los anfibios. Los reptiles y las aves se desarrollan en el medio terrestre y en el interior del huevo. Los mamíferos desarrollan el embrión en el interior del útero.

Son de sangre caliente los mamíferos y las aves; ellos mantienen su cuerpo a una temperatura constante. Son de sangre fría los reptiles, los anfibios y los peces. Toman la temperatura del entorno y es variable.

Todos los vertebrados tienen respiración pulmonar, excepto los peces y los anfibios en su fase de larvas que es branquial (en fase adulta pulmonar).En la respiración branquial, el aire entra por la boca, pasa por las branquias (laminillas rojas) en las que deja el oxígeno que va mezclado con ella expulsa el agua por el opérculo (lamina que cubre las branquias).Ver figura página 189.

Cloaca: orificio donde desemboca el aparato genital y urinario. Todos los vertebrados tienen cloaca excepto los mamíferos (aparato genital y urinario separado).

En negrita pondremos las características que solo poseen ese tipo de vertebrado.

Mamíferos: se llaman así por que las hembras presentan glándulas mamarias, productoras de leche, con las que alimentan a sus crías, piel cubierta de pelo, sudor, función masticadora, extremidades adaptadas al medio en el que viven (ejemplo el topo para excavar, el canguro para saltar, etc).

Aves: a estos animales los distinguimos fácilmente porque son los que tienen una piel cubierta de plumas que les mantiene caliente y contribuye al vuelo, alas y pico.

Reptiles: esta denominación hace referencia a que reptan (se arrastran por el suelo). La piel de los reptiles es con escamas, seca, gruesa e impermeable y protege al cuerpo de la desecación, aun en climas muy cálidos y secos. Los reptiles se han adaptado completamente a la vida terrestre.

Anfibios: se llaman así por que viven la mitad de su vida en la tierra y la otra mitad en el agua. Los anfibios se distinguen por sufrir una transformación total durante su desarrollo. A este cambio de forma se le llama metamorfosis. Tienen la piel desnuda y húmeda.

Peces: son animales acuáticos (viven el agua). Cuerpo recubierto por escamas y aletas para desplazarse. Otra características fácil de observa es la ausencia de párpados en los ojos (siempre están abiertos). Carecen de oídos externos, pero son capaces de percibir ruidos, ya que presentan oídos internos.