Manchas Solares, ciclo 24

Articulo leido en el Programa Colombiano para Radioaficionados el domingo 19 de Marzo 2017.

 

En el año 1610 Galileo Galilei invento el telescopio, lo dirigió al cielo y descubrió eventos que transformaron la forma de pesar sobre el universo. Confirmo la valides de las teorías heliocéntricas, es decir que los planetas giran alrededor del Sol y no de la tierra.

Uno de los descubrimientos al usar el telescopio fue que el Sol presentaba manchas negras sobre su superficie brillante. Esto choco con el pensamiento, imperante en la época, de que todos los cuerpos celestes eran perfectos e inmaculados. Las manchas en el Sol no son permanentes sino que aparecen y desaparecen en un periodo de unos 10 días y aparentemente están sobre la superficie del Sol y por lo tanto se podía deducir una rotación del Sol sobre su eje de aproximadamente 27 días terrestres.

Hay muchas referencias sobre observación de las manchas en el Sol con anterioridad a Galileo, pero después que se dispuso del telescopio, en 1610, se han hecho observaciones continuadas y detalladas.

La aparición de manchas en el Sol es muy variable, hay periodos de mucha actividad seguidos por periodos de nula o casi nula aparición de manchas. A finales del siglo 18 (1700s) había suficiente datos estadísticos sobre aparición de manchas que los astrónomos dedujeron que las manchas solares siguen un ciclo casi constante de 11 años entre máximos y mínimos de actividad.

Como hemos comentado el sol es una esfera que gira sobre sí mismo teniendo un eje que en perpendicular a al eclíptica lo que significa un ángulo de unos 23 grados de inclinación con respecto al eje de la tierra. Entonces podemos considerar al Sol tiene polos,  donde está el eje y el ecuador solar seria la línea equidistante a los polos y podemos medir la latitud para diferentes lugares de la superficie.

Las manchas aparecen en ambos hemisferios en latitudes que van de lo 5º a los 40º, nunca en la línea ecuatorial ni en lo polos. Cuando el número de manchas alcanza su máximo se llama “máximo solar” y el punto de baja actividad será “mínimo solar”. Al principio del ciclo las manchas solares tienden a aparecer en latitudes altas (40º) y a medida que se aproxima al máximo solar aparecen manchas con mayor frecuencia y a latitudes más bajas hasta que se alcanza el máximo, continuando con aparición de manchas en bajas latitudes hasta llegar al mínimo con casi nula aparición de manchas. Poco tiempo después del máximo solar empiezan a aparecer esporádicas manchas en latitudes altas (40º) atribuidas a la iniciación del siguiente ciclo.

Como hemos dicho anteriormente un ciclo solar es de aproximadamente 11 años, no es un número exacto pero 11 años es el promedio, tampoco los ciclos son iguales, ha habido ciclos con máximos (número de manchas en un mes) con valores muy dispares.  Un ciclo solar se cuenta como el periodo entre dos mínimos solares.

Las manchas solares han sido motivo de estudio para encontrarle una explicaion y aun hay mucho por conocer.  Sin embargo sabemos que son producidas en zonas de la superficie que tienen una temperatura menor que su entorno. Al ser zonas más frías, emiten menos luz y parecen como zonas oscuras. No son negras si no que lucen negras en comparación que la zona aledaña mucho más brillante.

También sabemos que las manchas son originadas por la aparición de un fuerte campo magnético  en el sitio de la mancha, que provocan remolinos en los gases de la superficie del sol. Algunas manchas son tan activas que pueden provocar el lanzamiento de chorros de materia desde la superficie del sol (plasma) que debido a la velocidad con que son lanzados pueden abandonar la abrasión del sol y lanzarse al espacio.

El material arrojado por la mancha solar no es otra cosa sino átomos de hidrogeno muy caliente y a mucha velocidad.  Parte de estas emisiones pueden llegar a la Tierra y son tan energéticos que podrían acabar con la vida en la Tierra pero, para nuestra seguridad, la tierra tiene un campo magnético exterior que actúa como un escudo he impide la llegada a la superficie de la tierra de esas partículas. Sin embargo, en los polos de la tierra, donde el campo magnético es más débil, muchas de estas partícula pueden penetrar y causan un espectáculo llamados auroras boreales.

En general, en periodos de máxima actividad solar (muchas manchas) significa que el sol radia muchas partículas al espacio que puede llegar a la tierra causando que las capas altas de la atmosferas se ionicen. Cuando una capa de la atmosfera está fuertemente ionizada actúa como un reflector para las frecuencias de radio entre 1 y 30 MHz.  Esto tiene vital importancia para las comunicaciones de radio y muy especial para los radioaficionados que utilizan habitualmente esta frecuencias conocidas como Ondas Cortas o HF.

En máximos solares, cuando hay muchas manchas, la ionización de la atmosfera es alta, las ondas de radio son reflejadas y es posible lograr comunicaciones a muy largas distancias. En cambio en mínimos solares, la ionización de la atmosfera desaparece y no es posible hacer comunicaciones a larga distancias.

Como hemos comentado las observaciones sistemáticas de las manchas se ha venido realizando desde 1610, posterior a la invención del telescopio, pero aparentemente el Sol entró en un periodo de casi nula actividad desde 1650 hasta el año 1700 (conocido como el mínimo de Maunder). Después de 1700 el sol entro periodo de continuos ciclos con una frecuencia  de 11 años bastante regular. A partir de 1755 se ha llevado anotaciones de los diferentes ciclos y en la actualidad estamos en el ciclo 24.

El ciclo 24 ha resultado muy singular. El anterior ciclo 23 se inició en el año 1996 y termino en 2007 con un máximo en el año 2000 de más de 150 manchas por mes. El ciclo 24 fue pronosticado para empezar en el año 2008 con un máximo para el 2012 pero sorprendentemente el sol permaneció casi quieto hasta el año 2010 cuando empezó su actividad del ciclo y aumento hasta el año 2012 cuando se obtuvo un máximo de 80 manchas por mes pero empezó a decrecer y luego hizo un pequeño aumento para 2015 llegando a un pico de 60 manchas por mes y a partir de ahí ha iniciado un descenso significativo y en la actualidad, marzo 2017 el sol está casi quieto con escasísimas aparición de manchas. Se estima que este ciclo (24) debe terminar en el 2019 para luego espesar el ciclo 25 hacia el 2019 o 2020.

Lo cierto es que el ciclo 24 ha resultado ser uno de los ciclos más débiles en cuanto actividad solar. El mayor en los últimos tiempos fue el ciclo 22 entre 1986 a 1997 con un máximo en 1990 con más de 170 manchas por mes. El anterior ciclo 21 (1976-1986) fue un poco más débil que el 22 pero después del ciclo 22 la intensidad ha estado en franca reducción.

Los estudios actuales han tratado de asociar los ciclos de actividad solar con el clima en la tierra. Parece ser que si la actividad solar se reduce la temperatura media de la tierra se baja y lo contrario, en periodos de alta actividad solar, la tierra se calienta.  La poca actividad solar entre 1650 y 1700 conocido como el mínimo de Maunden está asociado con una bajada de la temperatura que se reporto por esa época. Hay cuadros de pintura representando escenas de nieve en ciudades del Mediterráneo lo cual no es usual actualmente.

Los ciclos 8 y 9 a principio del siglo 19 fuero también muy débiles correspondiendo con un periodo de enfriamiento de la tierra. El año 1816 es conocido como el año sin verano, ya que este fue muy frio en Europa.

 

 

 

 

 

 

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Mi Electronica – parte 1 –

Thoma Alba Edison (1847-1931) invento la lámpara eléctrica (o incandescente) en 1879 y en su afán por mejórala realizo un experimento agregándole una placa metálica dentro de la ampolla de vidrio y colocándola cerca del filamento.

Edison noto que si la placa se polarizaba positivamente con relación al filamento  había circulación de corriente en el circuito y en cambio si la polarizaba negativamente la corriente era nula. Edison patento el dispositivo en 1883 y desde entonces se conoce como “efecto Edison”. Como el invento no aportaba aplicación práctica en el funcionamiento de las lámparas incandescentes, Edison abandono el tema y en su momento no se hicieron aportes en el sentido de explicar el porqué del fenómeno.

En 1904, un británico John Fleming (1849-1945) le encontró un uso práctico al efecto Edison. Como la placa detecta la polaridad de un circuito entonces podía usarcé como un rectificador de corrientes alternas donde la polaridad está cambiando continuamente.  Fleming patento un dispositivo consistente de un tubo al vacío rodeado de una placa, al cual se le llamo “Diodo” y podía usarcé para rectificar la corriente alterna. El tema era de moda ya que estaba la controversia si el suministro de electricidad debía hacerse con corriente continua (como defendía el mismo Edison o usar corriente alterna como era las ideas de Tesla. Un rectificador resolvía el problema de convertir corriente alterna a corriente continua.

Para la época, 1904, ya se habían desarrollado las teorías atómicas que consideraban que la materia está constituida de átomos y que los átomos estaban constituidos de un núcleo con cargas positivas y en la periferia pequeñas partículas de carga negativa llamados electrones.

El filamento de una lámpara es un alambre metálico sometido a una alta temperatura que lo vuelve incandescente. Pero la alta temperatura produce que muchos electrones queden libre de sus átomos presentados como una nube de electrones alrededor del filamento. Esta producción de electrones libres por efecto de la temperatura se conoce como emisión “termoeléctrica”. Ahora bien, si una placa en las cercanías del filamento tiene una polarización positiva, los electrones libres serán atraído hacia la polarización positiva, en cambio si la placa esta polarizada negativamente, por el contrario los electrones serán rechazados.

Entonces el “efecto Edison” es una consecuencia del  “efecto termoeléctrico” y su mecanismo de acción puede ser explicado por las teorías atómicas.

Entendiéndose el funcionamiento del diodo de Fleming, un ingeniero norteamericano Lee De Forest (1873-1961) se le ocurrió la idea de introducir unos alambres en forma de grilla o rejilla entre el filamento y la placa de un diodo de Fleming.  De Forest polarizo la rejilla  ligeramente negativa con relación al filamento y con una placa polarizada positivamente.  La rejilla que estaba polarizada negativamente era un obstáculo para los electrones que eran atraído por la placa. La oposición dependía de cuanto más polarizada negativamente se encontraba la rejilla, incluso si la polarización de reja era muy negativa podría llegar a bloquear el paso de corriente entre filamento y placa.

Si la placa es polarizada positivamente atravesó de una resistencia, se puede observar que un pequeño cambio en el voltaje de rejilla produce un gran cambio del voltaje de placa. Esto significa que el dispositivo “amplifica” el voltaje que se aplica a la rejilla. Lee De Forest en 1907 patento el invento con el nombre de ”Audion”. La razón del nombre se debe a que una de sus primeras aplicaciones fue para amplificar las pequeñas señales de un micrófono.  Su característica de amplificar señales permitió en desarrollo de múltiples aplicaciones de lo que paso a ser desde entonces la Electrónica.

Con el tiempo, el nuevo dispositivo pasó a llamarse “triodo” como continuación del diodo de dos elementos y tríodo como el dispositivo con tres elementos.

Los tríodos empezaron a usarse para amplificar la débil señal captada por la antena lo que lo convirtió en un eficiente detector de ondas electromagnéticas permitiendo el desarrollo de receptores de radio.

Antes del tríodo la generación de radiofrecuencia se hacía por producción de “chispas” las cuales producían oscilaciones que se amortiguaban rápidamente  y que no permitían mantener una onda continuamente. Se intentó generar corrientes alternas de alta frecuencia usando motores eléctricos, los cuales si generaban ondas continuas pero su máxima frecuencia estaba limitada por la inercia mecánica de los motores usados.

La aparición del tríodo permitió hacer osciladores de onda continua originado por un circuito oscilante (circuito LC) el cual era real imitado por el tubo que debido a su factor de amplificación permitía auto sostener la oscilación.

La producción de ondas continuas, es decir de amplitud constante, permitió modularlas con señales de audio dando inicio a la Amplitud Modulada que transmite voz y sonido a través de las ondas electromagnéticas.

 

 

 

 

 

 

Transistor 70 años

Articulo leido en el Programa Colombianos para Radioaficionados en 7145 kHz el 12 de Marzo 2017. 

 

En diciembre de 1947 un grupo de científicos de los Laboratorios Bell en Estados Unidos lograron operar un dispositivo basado en un cristal de Germanio trabajara como un pequeño amplificador de voltaje similar a la función de un tubo electrónico.  El nuevo dispositivo recibió el nombre de TRANSISTOR y de eso hace 70 años.

Por este motivo, en el presente año del 2017 habrá muchas celebraciones y homenajes al “transistor” ya que ha sido uno de los inventos que más ha influido el  desarrollo del mundo actual.

La primera demostración práctica del transistor fue realizada el 23 de diciembre de 1947 en una presentación al interior de los Laboratorios Bell y se considera esa fecha como el nacimiento del transistor, pero solo hasta 1948 Bell patento el invento y el 30 de Junio de 1948 la Bell hizo una conferencia de prensa para hacer público el descubrimiento. También adoptaron una política abierta en que los nuevos conocimientos se comparten con otras instituciones. Al hacerlo evitaron la clasificación de la obra como secreto militar e hicieron posible que la investigación y desarrollo del transistor se generalizara.

Finalizada la segunda guerra mundial los Laboratorios Bell encargaron al físico Willian Shockley de un grupo de investigación sobre materiales semiconductores para lograr un dispositivo que realizara las mismas funciones de los tubos electrónicos.  Shockley llamo al grupo a otros dos físicos expertos en semiconductores: John Budeen y Walter Brattain.  El trabajo coordinado de estos tres científicos dio sus resultados en la invención del transistor en 1947.  En 1956, Shockly, Burdeen y Brattain fueron honrados con el premio Nobel de Física.

Aunque hay una foto muy conocida en que se muestra a los tres físico muy juntos y amigables y los esfuerzos de la Bell para mostrar que el transistor había salido de la estrecha colaboración de los tres, la realidad ha sido que aunque la colaboración fue muy intensa en el primer año, las rivalidades y egos los hicieron irreconciliables. Quizás la foto fue el primer y única oportunidad que los tres y el nuevo invento estuvieron juntos.

El líder del grupo era Willian Shockly, un personaje muy egocéntrico, controvertido y conflictivo toda su vida. Ya para finales de 1947 se había disgustado con Burdeen y Brattain y fueron estos dos los que construyeron el modelo de transistor que finalmente funciono y fue presentado.  La primera patente del transistor figura a nombre de Burdeen y Brattain lo que enfureció a Shockley, quien reclamo que el invento era solo idea suya.

Shockly continúo sus trabajos sobre semiconductores y en 1950 patento un nuevo tipo de transistor,  conceptualmente diferente del primer diseño y conocido como Transistores de Efecto de Campo o FET por sus abreviaturas en inglés (Field Effect Transistor). Los primeros transistores se conocen como transistores de contacto.

Aunque los transistores FET son teóricamente superiores a los de contacto, al principio la industrialización y comercialización se hizo con los transistores de contacto y una mejora de ellos llamados transistores de Juntura. Más tarde, hacia los años 70 los FET se volvieron famosos y son muy usados junto con los de junturas dependiendo de las aplicaciones.

Shockley abandono los laboratorios Bell en 1952 después de muchos conflictos con sus subalternos. Trato de crear algunas empresas y continúo su vida como profesor universitario.  En la vida pública fue un personaje también muy controvertido.

Shockley era acérrimo defensor de la Eugenesia y daba conferencias sobre la superioridad de las razas. Sostenía públicamente que el coeficiente intelectual de los Caucásicos sobre los Afrodescendientes se debía a diferencias genéticas. Que los negros al reproducirse mas disminuían su coeficiente intelectual.  Lógicamente el sostener estas ideas no lo hiceron una persona muy querida y receptor de fuertes críticas que opacaron su mérito como inventor del transistor.

 

A diferencia de Shockley, John Burdeen  se retiró de la Bell y continuo en el campo académico y de investigación sobre la física de los semiconductores por lo cual le entregaron un segundo premio Nobel de Física en 1972. Hay 5 personas que han ganado dos premios Nobeles pero Burdeen es el único que lo ha ganado en el mismo campo de física.

Walter Brattain, después que se retiró de la Bell se dedicó a negocios particulares.

La política abierta sobre el transistor de los Laboratorios Bell permitió en 1955 que una pequeña empresa japonesa comprara los derechos de producción de transistores y se dedicara a la fabricación y popularización de receptores de radio hechos con transistores.  El nombre de la compañía es SONY y su historia es bien conocida por su liderazgo en la producción de dispositivos de uso popular miniaturizados debido al uso de los transistores.

Fotografía del primer transistor. En la parte inferior hay un cristal de Germanio que actúa como la “base” del transistor. El pendiente en forma de triangulo tenia en sus caras cubiertas de laminas de oro aisladas entre si pero muy próximas. Las puntas del triangulo hace contacto con la superficie de la base. El experimento consiste en polarizar las dos caras del triangulo, el contacto con polaridad positiva se llamo “colector” y al otro “emisor”. La corriente que circula por este circuito resulto proporcional a la corriente que se se hacia circular entre emisor y base.  La corriente entre “emisor” – “colector” era el doble que la de emisor base por lo cual en dispositivo era un amplificador con ganancia de 2.  Una ganacia de 2 nos puede parecer ridículamente baja pero para este primer transistor significaba un exito.

 

Fotografia muy popular de los inventores del transistor. De izquierda a derecha John Burdeen, Willian Schockly y Walter Battain. Premio Nobel de física 1956.