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vapor

maquina a vapor La energía del vapor

Es asombroso que toda la revolución industrial tuvo su comienzo en la necesidad de contar con carbón para obtener calor en un país cuyo clima es frío en todo el año, Inglaterra.
El problema era que a principios del siglo XVIII la madera era escasa y era reservada para los astilleros (la poderosa flota naval inglesa).

Lo único que quedaba era la explotación de la minas subterráneas de hulla ( carbón mineral).
El problema a que se enfrentaba dicha explotación es que el agua se filtraba en los túneles dificultando la extracción del carbón a ciertas profundidades.

La solución vino de la mano de un tal marqués de Worcester quien ideó una bomba que utilizaba la presión del aire para bombear al exterior el agua de las minas. La máquina que dominaba el agua estaba compuesta por dos depósitos que actúan en forma alternativa condensando el aire al enfriar , aspirando el agua , mientras el otro llevaba vapor.

Más adelante otro pionero llamado Thomas Newcomen diseñó otro dispositivo más eficaz introduciendo el pistón dentro de un cilindro hueco que se deslizaba hacia arriba y hacia abajo en su interior.
De esta manera la presión ejercida por el vapor y por el agua condensada movía el pistón y podía trabajar la máquina extrayendo el agua de las profundidades.

En 1765 se dio un salto con James Watt perfeccionado la máquina de Newcomen que consumía demasiado combustible.
Proveyó de dos piezas separadas: un pistón accionado a vapor y un condensador aparte, que transforma este vapor en agua.
De este modo el cilindro se mantenía siempre caliente y el condensador siempre frío.
Este principio sirvió inicialmente para resolver un problema con las minas , pero insospechadamente dio inicio a inventos que cambiaron el mundo para siempre.

El movimiento ascendente y descendente del émbolo se convirtió en movimiento de rotación , mediante el empleo de un cigueñal y un vástago de conexión usado para impulsar las locomotoras de vapor, Patentado por James Pickard.
El carro de vapor de Nicolás Cugnot considerado el primer vehículo del mundo desplazado a vapor , parecida a una cafetera fue modelo para los automóviles que más adelante usarían combustible líquido pero siempre manteniendo el émbolo que se mueve a base de vapor de combustible líquido dentro de una cámara cerrada ( motor de combustión interna).

La tecnología progresa a través de caminos insospechados,quien podría imaginar que a principios del siglo XVIII que la máquina de James Watt podría convertirse en un Ferrari hoy día?
Todas las máquinas que impulsaron el progreso tomaron como modelo la máquina a vapor de James Watt y su mecanismo de automatización que hizo posible que se autorregulara sin la intervencion del hombre.

Pero como todo progreso tiene su otra cara, la contaminación, la revolución industrial, hija del invento de James Watt ,  ha generado tanta contaminación que nuestro  aire se ha vuelto irrespirable.

Es responsabilidad de los técnicos de encontrar alternativas  para que haya progreso sin destruir la naturaleza.

El mundo de hoy es el mundo de las máquinas y las comunicaciones , es un mundo que se reduce cada vez más debido a las rápidas comunicaciones. Este mundo es el resultado de la investigación , de los inventos y de la producción abundante.
Hasta hace aproximadamente 200 años, la vida se movía despacio , en la misma forma que lo hacían los primeros hombres que aprendieron a cultivar y domesticar animales hace milenios.

Después en el año 1760 , se inventó la máquina a vapor , instante en que comenzaron a girar las ruedas de la Revolución Industrial.

Se construyeron locales para alojar la nueva maquinaria . Los hombres abandonaron sus casas para trabajar en las fábricas y se tendieron ferrocarriles para transportar los productos que se fabricaban en las nuevas factorías.

Este cambio de métodos para hacer las cosas , fue seguido de una verdadera revolución social.
Surgieron ciudades alrededor de las fábricas . Los niños que desde hacía tanto tiempo trabajaban excesivamente , como unos obreros más, fueron protegidos después por las leyes , y se les proporcionó enseñanza .Innumerables mujeres comenzaron a trabajar fuera de su hogar , al mismo tiempo que las máquinas penetraban en sus casas para hacerse cargo de muchas de las faenas domésticas.

Es fácil ver imaginar que nuestra vida difiere notablemente de la que se vivía en el siglo XVIII.
Pero que es lo que proporcionan todas esa máquinas que no tenían los hombres que vivieron en el siglo XVIII, la respuesta es la energía.

Que es la energía ?

La energía es la capacidad de producir trabajo y es necesaria para transportar , transformar cosas para que sean adecuadas para el uso

Todo comenzó de manera gradual :

energia humana naturaleza viva 150x150 Naturaleza transformada   La conquista de la energía

1. La energía humana: Hace 10.000 años los hombres vivían de la caza , la pesca y la recolección. Mataban mamíferos, pájaros y pescaban para alimentarse , mientras que las mujeres se ocupaban en recolectar frutos y raíces comestibles. Empleaban la fuerza de sus músculos para matar, arrastrar la caza hasta sus viviendas, para dar forma a sus herramientas, y para transportar su equipo de un campamento a otro.

La única energía que empleaban, aparte de sus músculos era la que le proporcionaba sus hogueras de leña. Más tarde con la invención de herramientas y armas , el hombre pudo dar mayor alcance a sus músculos para poder construir ciudades y forjar herramientas más sofisticadas.

2. La energía animal:

energia animal naturaleza viva 150x150 Naturaleza transformada   La conquista de la energía

El primer animal domesticado fue el perro , y durante largo tiempo fue considerado como el único animal doméstico.
Después fue domesticado la oveja , la cabra , el cerdo y el buey. Al principio solamente para que la carne de los mismos sirvieran para alimento.
A nadie se les había ocurrido hacerles trabajar.
Los campesinos del antiguo Irak sembraron trigo y cebada. Para lograr que el trigo y la cebada crecieran en abundancia , es preciso arar la tierra antes de sembrarla , lo hacían con pico y azada, a algunos de ellos se les ocurrió usar los bueyes para usar su energía y surgió la energía animal.
Con el tiempo fueron domesticados los caballos para ser usados como animales de tiro.
La unidad de medida de la fuerza denominada HP ( horse power) o caballo de fuerza, toma como parámetro la fuerza de un caballo para elevar una carga de a un metro de altura.

3. La energía del viento:

energia eolica naturaleza viva 150x150 Naturaleza transformada   La conquista de la energía

Desde tiempos muy remotos fue usado la energía del viento para impulsar naves y aspas de molinos. Hacia el año 600 antes de Cristo, buques de velas cuadradas, manejados por tripulaciones fenicias, emprendieron el viaje más grande e importante de los tiempos antiguos.
Los viajes a tierras lejanas y aún el descubrimiento de América , fue posible merced a la energía obtenida del viento con las velas de las carabelas.

4. La energía del agua :

energia del agua naturaleza viva1 150x150 Naturaleza transformada   La conquista de la energía

Para aprovechar la energía del agua en movimiento, alguien tuvo la idea de combinar una rueda de palas , que la corriente del río hacia girar, esta rueda se llama noria y era utilizada para la irrigación de sembrados. Más adelante este principio fue perfeccionado hasta llegar a las represas que permiten obtener energía eléctrica.
Los inventos van desde la noria, el tornillo de Arquímedes, la turbina de Fourneyron, Francis, Kaplan y rueda de Pelton.

5. La energía del vapor:

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El pionero en este terreno fue Herón de Elejandría , quien inventó la bola giratoria o eolipyle, movida a vapor que funcionada según el principio de aspersión rotativa.
Más adelante James Watt perfeccionó la máquina a vapor de Newcomen para el secado de las minas y así fue que fue posible la invención de la locomotora a vapor de George Stephenson , el carro de vapor de Nicolás Cugnot , inventos que propiciaron la revolución industrial.

6. La energía de combustión interna :

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Las máquinas a vapor son de combustión externa, el combustible arde para hervir el agua , cuyo vapor ha de mover el motor. estás máquinas funcionan con combustible sólido y líquido.
El motor de combustión interna en cambio arde dentro de la maquinaria de tal modo que los gases calientes de la combustión actúan directamente sobre las piezas móviles del motor.sólo puede ser utilizado combústible líquido.
El primer motor de combustión interna fue el de Etienne Lenoir en 1860 .
El otro fue el de Nikolaus Otto en 1876, es el famoso motor de cuatro tiempos.
Entre 1890 y 1900 Rudolf Diesel inventó el motor que lleva su nombre , modificó el motor Otto, a fin de que funcionara con hidrocarburo más denso, más espeso y menos caro.

7. La energía quimica :

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Otra fuente de energía es de la reacción química, la reacción convierte a los cuerpos sólidos o líquidos en gaseosos. El gas se dilataba con violencia, apartando todo obstáculo del camino, durante mucho tiempo se ha usado este tipo de energia para fines militares.
Los chinos descubrieron la pólvora hacia 1200, para fines lúdicos. y en ocasiones para combatir a los enemigos.
En la modernidad tenemos a tres principales químicos Shonbein , quien descubrió el algodón pólvora, Sobrero que descubrió la nitroglicerina y Alfred Nóbel que encontró la manera de manipularla sin peligro mediante la invención de la dinamita.
Robert H. Goddard en 1926 fue precursor de los cohetes que permitió más tarde la conquista del espacio.

8. La energía eléctrica:

Energía eléctrica naturaleza viva 150x150 Naturaleza transformada   La conquista de la energía

En el siglo XVI , Willian Gilbert , científico inglés pensó que la razón que impulsaba a la aguja a indicar el norte y al sur era que toda la tierra era un gigantesco imán, este concepto dió pie a todo tipo de descubrimientos y experimentos.
Joseph Henry y Michael Faraday experimentaron con la inducción electromagnética.
Luis Alva Edison hizo posible la iluminación eléctrica. y fue defensor de la corriente contínua.
Tesla trabajó con la corriente alterna que es el modelo vigente en nuestros hogares.

9. La energía nuclear:

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En cuanto el hombre pudo desentrañar los secretos del átomo, buscó maneras para aprovechar su inmenso poder para producir energía. El primer uso que se le ha dado ha sido bélico y carga con esa ignonimia.
No obstante sus detractores , es una alternativa válida el uso de la energía nuclear para generar electricidad por tiempo ilimitado siempre que se extreme cuidados.

Depende del hombre el encontrar nuevas fuentes menos contaminantes e ilimitadas de energía para satisfacer las necesidades de una población cada vez más densa.

Ya hemos hablado anteriormente acerca de lo que es un paradigma, en esta ocasión agregamos que un paradigma es un conjunto de supuestos implícitos que no se someten a evaluación , de hecho, son inconscientes . Son parte de nuestra manera de pensar y sentir la realidad.
El paradigma es como un zapato, nadie piensa en él , hasta que nos aprieta o nos incomoda. Son como cristales a través de los cuales percibimos la realidad.
Cuando todos creían que la tierra era plana, nadie se atrevía a cuestionar su lógica hasta que las preguntas surgieron y fue superado por otro paradigma.
Cuando se creía que las pestes eran un castigo divino, nadie pensaba en otras causas, hasta que algunos descubrieron los gérmenes y surgió otro paradigma.
Entonces, el paradigma es un sistema de creencias de una cultura determinada.
Algunos elementos:
1. Son provisionales: Un paradigma es una visión parcial de la realidad, como dijimos de una cultura determinada.Cuando existen contradicciones internas son superadas por otras.
2. Pueden coexistir dos o más paradigmas en una cultura determinada, por ejemplo una persona puede estar al día con la tecnología de la información ( paradigma cuántico), al tiempo que consulta vía celular su horóscopo ( paradigma astrológico)

Los grandes paradigmas o modelos de creencias que dominaron el mundo :

1. Mentalidad mágica:

– Creencia en seres caprichosos que rigen los fenómenos atmosféricos
– Temor a infringir ciertos tabúes que podrían acarrear desgracias
– El hombre no es libre sino regido por astros.
– La enfermedad como castigo divino.
– El hombre no debe cambiar las cosas

2. Mentalidad Ciéntifica:

– Revolución Newtoniana :

Isaak Newton (1642-1727) ,Dio inicio a un nuevo paradigma con leyes naturales que rigen para todo y para todos, con ello pudo darse inicio a la revolución industrial y el modelo democrático que hoy está vigente.
. Uso de las matemáticas para explicar los fenómenos de la naturaleza.
. El modelo newtoniano permitió la invención de máquinas que hicieron
posible la industrialización y el progreso.
. Pudo dar explicación incluso a fenómenos planetarios que fueron vigentes hasta
la llegada de Albert Eistein.
El modelo mecanicista newtoniano se tradujo en casi todo:
– Invención de la máquina vapor , para secar minas al principio y luego el ferrocarril, más tarde el automóvil ( conserva el mismo principio mecánico).
– Se cimentaron las bases de la termodinámica con sus dos leyes:
* Conservación de la energía ( Hermann Von Helmholtz) 1821-1894
* Entropía (Rudolf Clasius 1822-1888) quien denominó 1ra. ley a la anterior y 2da. a ésta.)

– Las leyes de Newton hicieron posible la ingeniería a escala.
Su libro “Principios matemáticos de la filosofía natural ” ( Principia..)
fue el único tratado filosófíco que pudo explicar mediante las matemáticas , todas las leyes de la naturaleza, estuvo vigente hasta que se hallaron contradicciones que dieron inicio a la revolución llamada más tarde, cuántica.

– Revolución cuántica:

Es muy difícil explicar la teoría cuántica sino se tiene preparación en matemáticas avanzadas, pero haré el intento de explicar los fenómenos que dieron inicio a esta revolución y cambio de paradigma.

. Te haz preguntado porque el equipo de sonido de tus abuelos era una caja grande, y en cambio hoy día es apenas un equipo de bolsillo ?
. Los relojes de péndulo antiguas eran grandes y llenas de engranajes, y los relojes de hoy prácticamente se resumen de chips.
Hace apenas veinte años las máquinas de escribir eran mecánicas y pesadas, en cambio hoy día prácticamente ha sido reemplazada por las computadoras.

Factor común ? Disminución en tamaño y cambio de soporte

La mayoría de los televidentes seguro que se acuerdan de la famosa serie Jim West de los años 60 , o la última versión del cine protagonizado por Will Smith
en el que encarnan a un personaje tipo James Bond con científico incluído pero ambientado en el lejano Oeste futurista.
Te has fijado que toda la tecnología que rodea a la historia es la revolución newtoniana pero mejorada al punto de ficción ? ( pero movido todo a vapor ).

Hoy día todo es más reducido y electrónico, pero cuales son los principios que rigen esta nueva tecnología ?

Vamos a hablar porque se dice C U A N T I C A !

Cuántica, proviene de cuanto o cantidad , los paquetes de energía que constituye la mínima fracción de toda realidad.
Antes se creía que la energía podía ser dividida en infinitas partes, pero a partir de Max Planck (1858-1947) , quien descubrió matemáticamente una constante que más adelante se llamará constante de Planck , podrá dar explicación a fenómenos que la física Newtoniana no podía dar acerca de la radiación del cuerpo negro.

Dijimos que un paradigma es vigente hasta que tambalea en algo y se producen cambios que llevan a otro esquema mental.
Bueno, los problemas comenzaron cuando no se pudo dar explicaciones a tres fenómenos principales con los conocimientos de entonces:

1. Radiación del cuerpo negro : explicado por Max Planck con los cuantos
2. El efecto fotoeléctrico : explicado por Albert Eintein con las partículas de luz
3. Los espectros ópticos : explicado por Niels Bohr con su modelo de átomo

Radiación del cuerpo negro ?

Cuerpo negro es una caja de laboratorio para experimentar con el calor , el cual tiene la cualidad de absorber todo el calor que llega a el.

Los cuantos o partes de energía se creían que eran todas iguales y esto trajo problemas cuando se quería explicar el calor de un horno.
Matemáticamente conforme a las teorías vigentes hasta entonces, con el tiempo si aumentaba la temperatura de un horno, también aumentaba la frecuencia de la energía de cada cuanto y podría ser mortal para cualquiera que estuviere cerca. ( la energía total podía ser infinita y quemar todo !!!).
Pero los experimentos no mostraban eso. por consiguiente la teoría falla.
Planck descubrió que si la energía era discontinua, era posible explicar porque tal incendio no ocurría , su ecuación es esta E = hf ( Energía es igual a la constante que el descubrió multiplicado la frecuencia).

En pocas palabras , Max Plank fue el que inició todo eso de la revolución cuántica.
pero falta mucho tiempo y muchos aportes para llegar a lo que hoy conocemos

Hasta la próxima !!!!!