RESUMEN
En un mundo al cual consideramos caótico es en realidad gobernado gobernado por una serie de conceptos, reglas y principios que estamos desvelando poco a poco como si se tratara de una sinfonía cósmica, claro está que es caótica pero lleva un compás que todos los físicos tratan de interpretar dándonos como resultado una una serie de normas normas y relaciones que conoceremos a continuación.
CONTENIDO.
1.
LEY DE CONSERVACION
Las leyes de conservación se refieren refier en a las leyes le yes [físicas] que postulan que durante la evolución temporal de un [sistema aislado], ciertas magnitudes tienen un valor constante. Puesto que el universo entero constituye un sistema aislado, pueden aplicársele diversas leyes de conservación [8].
Leyes de Conservación en Física Clásica. Las leyes de conservación más importantes en mecánica en mecánica y electromagnetismo clásicos son:
Conservación de la energía. Conservación del momento lineal. Conservación del momento angular. Conservación de la carga eléctrica.
En mecánica En mecánica clásica la conservación de una magnitud una magnitud física requiere en virtud del teorema del teorema de Noether que exista una simetría una simetría del lagrangiano, del lagrangiano, o equivalentemente que el corchete de Poisson de dicha magnitud se anule (siempre y cuando el hamiltoniano el hamiltoniano no dependa del tiempo) del tiempo) [2]. [2].
Leyes de Conservación en Física Cuántica. En mecánica En mecánica cuántica y física nuclear a las anteriores se les añaden estas otras:
Conservación del número leptónico. Conservación de la carga de color. Conservación de la probabilidad. Simetría CPT.
En sistemas conservativos puede conservativos puede probarse que una magnitud se conserva si y sólo sí conmuta con el hamiltoniano el hamiltoniano [2].
Leyes de Conservación Aproximadas.
Además de las anteriores tanto en mecánica clásica (MC) como en mecánica cuántica (MQ) se usan en ciertos contextos leyes de conservación aproximadas, es decir, que no son universales para todos los procesos aunque sí una buena parte de los procesos físicos conocidos:
Conservación de la masa o cantidad de materia (MC). Conservación de sabor, violada en algunas interacciones débiles (MQ). Conservación del número bariónico. (MQ) Conservación del isospín. (MQ) Conservación de paridad (MC y MQ). Simetría CP (MQ).
Leyes de Conservación Teorema de Noether.
En las teorías físicas que admiten un formalismo lagrangiano puede probarse que las leyes de conservación están ligadas a simetrías del sistema físico. Más concretamente el teorema de Noether para las teorías clásicas establece que si existe una simetría abstracta del lagrangiano asociada a un grupo uniparamétrico existe una magnitud que permanece constante a lo largo de la evolución del sistema, es decir, existe una ley de conservación asociada a esa simetría. Más aún la magnitud observada funcionalmente puede construirse a partir de los momentos conjugados del lagrangiano y del elemento del álgebra de Lie del grupo uniparamétrico de la simetría. [4]
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2.
LEY DE LOMONOSOV-LAVOISIER O CONSERVACION DE LA MATERIA
Como hecho científico la idea de que la masa se conserva se remonta al químico Lavoisier, el científico francés considerado padre de la Química moderna que midió cuidadosamente la masa de las sustancias antes y después de intervenir en una reacción química, y llegó a la conclusión de que la materia, medida por la masa, no se crea ni destruye, sino que sólo se transforma en el curso de las reacciones como el caso de la combustión (Fig.1). Sus conclusiones se resumen en el siguiente enunciado: “En una reacción química, la materia no se crea ni se destruye, solo se transforma.”(Lavoisier, 1785) [7].
F ig. 1.- C ombustión del Metano: Se observa la reacción del metano con el oxígeno dando como productos al dióxido de carbono y agua, con emisión de luz y calor (Tomado de [5]).
El mismo principio fue descubierto antes por Mijaíl Lomonosov, de manera que es a veces citado como ley de Lomonosov-Lavoisier, más o menos en los siguientes términos: La masa de un sistema de sustancias es constante, con independencia de los procesos internos que puedan afectarle, es decir, "La suma de los productos, es igual a la suma de los reactivos, manteniéndose constante la masa"(Lomonosov, 1748) [5]. Sin embargo, tanto las telas modernas como el mejoramiento de la precisión de las medidas han permitido establecer que la ley de Lomonosov-Lavoisier, se cumple sólo aproximadamente. La equivalencia entre masa y energía descubierta por Einstein obliga a rechazar la afirmación de que la masa convencional se conserva, porque masa y energía son mutuamente c onvertibles. De esta manera se puede afirmar que la masa relativista equivalente (el total de masa material y energía) se conserva, pero la masa en reposo puede cambiar, como ocurre en aquellos procesos relativisticos en que una parte de la materia se convierte en fotones. La conversión en reacciones nucleares de una parte de la materia en energía radiante, con disminución de la masa en reposo; se observa por ejemplo en procesos de fisión como la explosión de una bomba atómica, o en procesos de fusión como la emisión constante de energía que realizan las estrellas [5].
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3. LEY DE CONSERVACION DE LA CARGA
Siempre que un cuerpo es cargado eléctricamente, el mismo número de cargas del signo opuesto aparece en el otro cuerpo. En concordancia con los resultados experimentales, el principio de conservación de la carga establece que no hay destrucción ni creación neta de carga eléctrica, y afirma que en todo proceso electromagnético la carga total de un sistema aislado se conserva [1]. En un proceso de electrización, el número total de protones y electrones no se altera, sólo existe una separación de las cargas eléctricas (fig.2). Por tanto, no hay destrucción ni creación de carga eléctrica, es decir, la carga total se conserva. Pueden aparecer cargas eléctricas donde antes no había, pero siempre lo harán de modo que la carga total del sistema permanezca constante. Además esta conservación es local, ocurre en cualquier región del espacio por pequeña que sea.
F ig. 2.- C arg a de una Vari lla: Carga de una varilla por acción de la fricción sobre una pieza de tela, separando las cargas en positivo (varilla) y negativo (pañuelo)-(Tomado de [1]).
Al igual que las otras leyes de conservación, la conservación de la carga eléctrica está asociada a una simetría del lagrangiano, llamada en física cuántica invariancia gauge. Así por el teorema de Noether a cada simetría del lagrangiano asociada a un grupo uniparamétrico de transformaciones que dejan el lagrangiano invariante le corresponde una magnitud conservada. La conservación de la carga implica, al igual que la conservación de la masa, que en cada punto del espacio se satisface una ecuación de continuidad que relaciona la derivada de la densidad de carga eléctrica con la divergencia del vector densidad de corriente eléctrica, dicha ecuación expresa que el cambio neto en la densidad de carga ρ dentro de un volumen prefijado V es igual a la integral de la densidad de corriente eléctrica J sobre la superficie S que encierra el volumen, que a su vez es igual a la intensidad de corriente eléctrica I (fig.3) [4]:
F ig. 3.- Formula de la conservación de Carga (Tomado de [4]) 4
Esta propiedad se conoce como cuantización de la carga y el valor fundamental corresponde al valor de carga eléctrica que posee el electrón y al cual se lo representa como e. Cualquier carga q que exista físicamente, puede escribirse como siendo N un número entero, positivo o negativo. Por convención se representa a la carga del electrón como -e, para el protón +e y para el neutrón, 0. La física de partículas postula que la carga de los quarks, partículas que componen a protones y neutrones toman valores fraccionarios de esta carga elemental. Sin embargo, nunca se han observado quarks libres y el valor de su carga en conjunto, en el caso del protón suma +e y en el neutrón suma 0.8 [6]. Aunque no tenemos una explicación suficientemente completa de porqué la carga es una magnitud cuantizada, que sólo puede aparecer en múltiplos de la carga elemental, se han propuestos diversas ideas: Paul Dirac mostró que si existe un monopolo magnético la carga eléctrica debe estar cuantizada. En el contexto de la teoría de Kaluza-Klein, Oskar Klein encontró que si se interpretaba el campo electromagnético como un efecto secundario de la curvatura de un espacio tiempo de topología , entonces la compacidad de comportaría que el momento lineal según la quinta dimensión estaría cuantizado y de ahí se seguía la cuantización de la carga. La existencia de cargas fraccionarias en el modelo de quarks, complica el panorama, ya que el modelo estándar no aclara porqué las cargas fraccionarias no pueden ser libres. Y sólo pueden ser libres cargas que son múltiplos enteros de la carga elemental [6].
Aplicación a un Electrodo.
En el caso particular de un electrodo perfectamente conductor, sumergido en un material por el cual puede fluir una corriente , pero además alimentado por un cable (que lo une a un generador, por ejemplo), la ley de conservación de la car ga puede desglosarse, separando la corriente que fluye por el medio, de la que entra hacia el electrodo por el cable de alimentación. Si denominamos I a esta última, la ley de conservación en forma integral queda (fig.4).
F ig. 4.- Ley de la conservación de carga aplicada a un electrodo (Tomado de [4])
Donde Q es la carga almacenada en el electrodo y el flujo de se calcula a través del material que rodea al electrodo, excluyendo el cable. En esta forma, la ecuación se interpret a como que la corriente que llega al electrodo, parte se emplea en aumentar la carga almacenada y parte se escapa a través del medio circundante (lo que se denominan pérdidas). Nótese que sólo para esta clase de sistemas, y exclusivamente en el caso de que no haya pérdidas, se verificará la relación I = dQ / dt, que en ningún caso puede considerarse una definición de intensidad de corriente, sino sólo como un caso muy particular de la ley de conservación de la carga [4]. 5
CONCLUSIONES
En primer lugar la ley conservación de la masa al principio considerada exacta para luego ser considerada aproximada, se puede inferir que nuestro universo al cual consideramos caótico muestra señales de un orden natural tras el escenario, que existe un cierto orden que no alcanzamos a ver del todo ya sea en la forma de la conservación de la masa y energía con sus diversas relaciones entre ambas o en el mantenimiento de cargas eléctricas y eso nos demuestra lo extraño que es mundo que nos rodea al demostrarnos que algo que considerábamos ya conocido aún mantiene algo oculto para asombrarnos y algo que consideramos como procesos a nuestra vista simples ocultan grandes y complejos relaciones, principios y conceptos que aún no entendemos del todo, claro está que el intelecto humano expresado de manera sustancial por los que consideramos genios, seguirá intentando comprender con gran afán simplemente lo que está frente a nuestros ojos o tal vez no lleguemos a vislumbrar la verdadera forma del mundo que nos rodea. Por lo que esto nos plantea una pequeña pero muy importante interrogante, ¿Nuestro conocimiento acerca del mundo es correcto?, quien sabe tal vez pasamos al lado de los más grandes secretos del universo sin darnos cuenta, pero la luz de la ciencia terminara sacándolas a la luz tarde o temprano ya que bien se sabe que el ser humano es una criatura por naturaleza de lo más curiosa, siempre buscando algo aunque la mayoría de los casos no sabe que es.
BIBLIOGRAFIA Y WEBGRAFIA
Joseph A. Babor, Jose Ibarz. (1978) Química General Moderna. Tomo I. Madrid, España. Raymond Chan (2004) ,10ma edición Química Madrid, España. Raymond A. Serway, John W. Jewett (2008), Jr., 7ma edición Física para Ciencias y Ingenierías. Chicago, EEUU. Morcillo, Jesús (1989). Temas básicos de química (2ª edición). Alhambra Universidad. P.11-12 Itzykson, Claude,Zuber,Jean-bernard (1980), Quantum Field Teory, New York: McGrawHill [1] Eric W. Weisstein (2007), Cargas Eléctricas. Berlín, Alemania. [2] Maria Lourdes Domingez (2005), Simetría de Leyes de Conservación, Moscu, Rusia. [3] Graham.G(2005)- The Materi recuperado de http:/Books.edu/Cience/Universe. [4] Ley de Conservación de la carga recuperada de http://www.monografias.com/ [5] Conservación de la Materia recuperado de http://www.quimicafacil.com/ [6] Carga eléctrica recuperado de http://www.laboratorio-de-fisica.com/ [7] Ley de la Conservación de la Materia recuperado de http://www.i-cpan.es.com/ [8] Leyes de Conservación recuperado de http://www.etitudela.com/ 6
Ω
Ѱ
Š Σ
7
Ψ
