PROYECTO PRESENTADO EN
LA FERIA DE FÍSICA Y MATEMÁTICA APLICADA 2016
UNIVERSIDAD FEDERÍCO SANTA MARÍA
INSTITUTO DE HUMANIDADES CONCEPCIÓN
Alumnos: Emilio Utama - Daniel Jiménez
Profesores asesores: Ariel Araneda - Álvaro Oñate.
Introducción:
¿Que es una cámara de niebla?
La cámara de niebla o cámara de Wilson es un dispositivo que se usa para detectar diversos tipos de partículas subatómicas, la primera versión de esta fue creada en 1911 por el científico escocés Charles Thomson Rees Wilson
Resumen.
El
presente trabajo de investigación aborda la construcción de una cámara de
niebla de bajo costo con el fin de evidenciar la existencia de partículas
subatómicas en el contexto del estudio de la física moderna a nivel escolar, a
partir de una experiencia de observación directa y de enfoque cualitativo. Para
esto se realizó una revisión bibliográfica que dio origen a un diseño
experimental mediante el cual fue posible determinar que, en presencia de
condiciones de superenfriamiento y de saturación de alcohol en un ambiente
controlado, es posible conseguir una fina niebla donde se pueden identificar
trazas representativas de las trayectorias que siguen distintas partículas
subatómicas, que en nuestro caso corresponden a partículas alfa. Para nuestro
experimento se buscó una fuente de baja emisión radiactiva y de uso comercial
como son los electrodos de tungsteno con 2% de torio utilizados para soldadura
de arco eléctrico. El torio presente en baja proporción emite partículas alfa
que pueden ser observadas y su manipulación es segura. Se espera finalmente con
esta propuesta práctica poder contribuir y complementar al aprendizaje de esta
área del conocimiento científico que usualmente es teórico, mediante la
distribución de un manual que aborda el proceso constructivo y detalles sobre
la experiencia realizada.
Objetivo General.
Construir
una cámara de niebla que permita evidenciar la existencia partículas
subatómicas en condiciones de un ambiente escolar.
El proyecto nace por la necesidad de comprender los fenómenos complejos
del mundo atómico. Comúnmente este campo
es abordado por el currículo educativo desde un aspecto teórico, pues su análisis
desde el punto de vista práctico es dificultoso dada la necesidad de contar con
equipamiento especifico y de alto valor económico, lo que en consecuencia sitúa
el plano de estudio a nivel hipotético y abstracto, dejando elementos
esenciales a la imaginación, dando espacio a distintas interpretaciones
personales de los fenómenos, que eventualmente pueden conducir a un error
conceptual.
En este contexto se realizó una investigación que llevó a conocer la
existencia de un instrumento que permite detectar la presencia de partículas
subatómicas, este artefacto recibe el nombre de “Cámara de Niebla” y consiste
en un recipiente cerrado que en su interior tiene vapor de alcohol
superenfriado y supersaturado el que se condensa en torno a los iones
generados al paso de una partícula radiactiva, permitiendo observar trazas de
distinta forma, por lo que será posible reconocer la naturaleza de la radiación
emitida en función de las características de la traza que deja a su paso la
partícula subatómica que cruza al interior de la cámara.
Entonces
se espera comprobar estos planteamientos
a partir de la generación de un experimento sencillo, que involucre materiales
de bajo costo y que contribuya potencialmente a mejorar el aprendizaje de
Física relacionada con el estudio de las partículas, al incorporar la
participación de los estudiantes y la observación de un fenómeno in situ.
Materiales:
1
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Pecera de vidrio
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10.000
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2
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Alcohol isopropílico
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3
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Plumavit
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reciclado
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4
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Hielo seco
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Donacion
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5
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Placa metálica
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reciclado
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6
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Madera (diversos grosores)
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reciclado
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7
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Láser verde
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15.000
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8
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Espejos
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1.000
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9
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Electrodos de tungsteno con Torio
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10.000
| |
10
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Motor 3V.
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Reciclado
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11
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12
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Metodología.
fig 1: Cámara de Niebla.
Luego de que se han conseguido todos los materiales necesarios procedemos a la construcción de nuestra cámara de niebla:
Paso 1: cortamos un agujero en el centro de una placa de plumavit de forma que la tapa metálica quedara sobrepuesta, pero sin mucho margen, luego la pegamos con otra pieza de plumavit.
Paso 2: Se construye una caja que permita montar sobre ella una pecera invertida, este ambiente aislado es esencial para el funcionamiento adecuado de la cámara.
Paso 3:Cortamos trozos de plumavit y les cortamos en el centro un espacio suficiente para que una esponja enrrollada quepa dentro, estas esponjas se ubicarán dentro de la pecera en lo mas alto, y serán previamente humedecidas en alcohol isopropílico.
Paso 4: Armado de un sistema de reflexión. Este consiste en una rueda de espejos, que es construida con una base de cartón en forma de hexágono y palos de maqueta, una vez construido el sistema se montan espejos en cada arista de la figura, a eso le fue añadido el motor de 3V. y conectado al interruptor con las baterías, el objetivo de este montaje es poder conseguir multiples rayos láser con un solo dispositivo, aumentando con eso la posibilidad de ver trazas.
Paso 5: Se procede al armado de la base para el láser, medimos el alto de la caja hasta llegar a su superficie de la pecera invertida y se fabrican los pilares, para luego poner una tabla pequeña, poco mas larga que la cámara, que mantuviera el láser, el interruptor, la rueda de espejos y su respectiva fuente de poder a la misma altura del piso de la caja.
* Al interior de la caja y sobre la placa metálica se deben ubicar electrodos de tungsteno con un 2% de Torio, estas varillas son la fuente radioactiva mas segura que existe y es posible acceder a ellas en el mercado de electrodos para soldadura.
Paso 6: haciendo girar la rueda probamos distintos ángulos para que el láser impactara en toda la parte de atrás de la caja, de esta forma se podían ver lineas de luz.
Paso 7: Al tener el angulo correcto comenzamos a emplear materiales como madera y cartón para que el láser pudiera dar en en el punto preciso de la rueda sin necesidad de que alguien lo sostenga y este encontrando siempre la posición adecuada.
Paso 8: Una vez dispuestos todos los materiales procedimos a mojar las esponjas con alcohol isopropílico y a poner el hielo seco entre el plumavit y la placa metálica.
Paso 9: Con el ambiente ideal presente dentro de la pecera, dado por la presencia del alcohol y el hielo seco, se formará una fina niebla, que surge producto del enfriamiento del alcohol. Esta niebla es la que permite observar las trazas (líneas) que corresponden a las trayectorias de las partículas alfa emitidas por los electrodos de tungsteno.
Cámara de niebla terminada.
Resultados:
Es posible construir una cámara de niebla que permite demostrar, en
condiciones de aula, la presencia de partículas radiactivas y su
comportamiento.
Dicho experimento reporta resultados similares a los descritos por la
bibliografía, es decir es posible reconocer la existencia de partículas
subatómicas que transitan dentro de la cámara y que son emitidas principalmente
por el electrodo dispuesto al interior de esta.
La mayoría de las trazas son atribuibles a la emisión radioactiva del
pequeño porcentaje de torio que contiene el electrodo, pero además fue posible
identificar líneas rectas y espirales aleatorias sobre la base metálica de la
cámara que posiblemente corresponden a rayos cósmicos, según lo que describen
registros similares.
Finalmente en
base al análisis de los resultados obtenidos, se concluye que fue posible
alcanzar el objetivo establecido al inicio de la investigación y que la
propuesta desarrollada podría contribuir al aprendizaje de la física moderna al
complementar el estudio teórico con la observación directa de distintos
fenómenos producto de la experimentación con el artefacto.
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