domingo, 3 de junio de 2012

Tema 8

La Fibra óptica




  En casa hemos contratado recientemente la fibra óptica. Todo el mundo habla actualmente de este tema y en la “urba” muchos también la han contratado. Yo de momento sólo se que es más cara, llegó la primera factura, pero también que es más eficaz y ahorra muchas discusiones en casa. Ya podemos usar internet mi hermano y yo sin interferencias. Creo que nada más que por eso merece un estudio más a fondo este tema.

  La fibra óptica es un medio de transmisión empleado habitualmente en redes de datos; un hilo muy fino de material transparente, vidrio o materiales plásticos, por el que se envían pulsos de luz que representan los datos a transmitir.



El uso de la luz para enviar señales no es nuevo, los antiguos griegos usaban espejos para transmitir información, de modo rudimentario, usando luz solar. Desde entonces y hasta ahora han sido muchos los estudios realizados para llegar a conseguir desarrollar este gran invento que fue merecedor en el 2009 del premio Nobel de Física a Charles K. Kao.





  La luz se mueve a la velocidad de la luz en el vacío, sin embargo, cuando se propaga por cualquier otro medio, la velocidad es menor. Cuando la luz pasa de propagarse por un cierto medio a propagarse por otro, su velocidad cambia, sufriendo los llamados efectos de reflexión (la luz rebota en el cambio de medio) y de refracción (la luz, además de cambiar su velocidad, cambia de dirección de propagación).

¿Te has fijado como se ve doblado un lápiz cuando está en un vaso de agua? Esto es debido a que la dirección de donde nos viene la luz en la parte que está al aire no es la misma que la que está metida en el agua.

  Los efectos de reflexión y refracción que se dan en la frontera entre dos medios dependen de sus Índices de Refracción.


 ¿Y esto que relación tiene con la fibra óptica? Los físicos han aprovechado esta propiedad de la luz. Dados dos medios con índices de refracción n y n', si el haz de luz incide con un ángulo mayor que un cierto ángulo límite el haz siempre se reflejará en la superficie de separación entre ambos medios. Asi se consigue guiar la luz de forma controlada tal y como se ve en el dibujo de abajo (que representaría de forma esquemática como es la fibra óptica).




 Como se ve en el dibujo, tenemos un material envolvente con índice n y un material interior con índice n'. De forma que se consigue guiar la luz por el cable.
 La Fibra Óptica consiste por tanto, en un cable de este tipo en el que los materiales son más económicos que los convencionales de cobre, mucho más ligeros y mucho más finos, de modo que pueden ir muchos más cables en el espacio donde antes solo iba un cable.

 A esto le podemos añadir que en la fibra óptica la señal no se atenúa tanto ya que en las fibras no se pierde información por refracción o dispersión de luz consiguiéndose así buenos rendimientos.

 Además, se pueden emitir a la vez por el cable varias señales diferentes con distintas frecuencias para distinguirlas, asi mi hermano y yo podemos trabajar simultáneamente sin interferencias.

Ejercicio 2 (Tema7, Ej.2)


1 Indica algunos de los materiales más empleados en los siguientes campos: envases y envoltorios, construcción, transporte, vestido, deporte

MATERIALES PARA LA ELABORACIÓN DE LOS ENVASES Y ENVOLTORIOS.



· Papel. Fue el primer material utilizado pero, lasnuevas técnicas de fabricación y la creciente necesidad de transmitir una imagen de calidad artesanal y de mayor respeto al entorno, han revalorizado su utilización desbancando la anterior utilización del plástico.


· Plástico. Como material de envase es ligero, manejable, moldeable, resistente al calor, económico, impermeable al agua y al aire. Pero, aunque es posible su reciclado, no lo es su reutilización.


· Cartón. Se ha afianzado como envase más adecuado en el sector farmacéutico, en algunos sectores de la alimentación y como envase secundario, facilitando una comunicación gráfica de gran calidad.


· Vidrio. Puede ser reutilizado, a través de los envases “retornables” y responde a un reciclado directo, sin apenas costes. A través de los envases “no retornables”, recogidos en los contenedores, también se puede reciclar tras convertirlo en calcín o chatarra de vidrio (materia prima). Es resistente, aunque frágil al impacto, y constituye una barrera aislante frente a la contaminación exterior. Además, comunica calidad aunque su coste sea elevado.
 · Hojalata. Utilizada de forma generalizada en el campo de la alimentación. Como envase se le ha disminuido la cantidad de estaño (elemento muy contaminante). El peso ha incrementado su resistencia a la corrosión y se han mejorado sus sistemas de apertura fácil y las condiciones para su litografiado. Es un material muy fácil de recuperar pero de los más complejos de reciclar.


· Aluminio. Se emplea en tapones corona para botellas, tapas para envases, envoltorios protectores, envoltorios flexibles, tetrabricks y latas de refrescos. Es fácil de reciclar.


MATERIALES PARA LA CONSTRUCCIÓN


 


* Arena. Se emplea arena como parte de morteros y hormigones


El principal componente de la arena es el sílice. De este compuesto químico se obtiene:

· Vidrio, material transparente obtenido del fundido de sílice.


· Fibra de vidrio, utilizada como aislante térmico o como componente estructural (GRC, GRP)


· Vidrio celular, un vidrio con burbujas utilizado como aislante.


La arcilla es químicamente similar a la arena: contiene, además óxidos de aluminio y


agua. La arcilla mezclada con polvo y otros elementos del propio suelo forma:

 · Barro, compactado “in situ” produce tapial.


· Cob, mezcla de barro, arena y paja que se aplica a mano para construir muros.


· Adobe, ladrillos de barro, o barro y paja, secados al sol.

 Cuando la arcilla se calienta a elevadas temperaturas ésta se endurece, creando los materiales cerámicos:

 · Ladrillo, que conforma la mayoría de paredes y muros.


· Teja, pieza destinada a canalizar el agua de lluvia.


· Gres, de gran dureza, empleado en pavimentos y revestimientos de paredes.


· Azulejo, cerámica esmaltada, de múltiples aplicaciones como revestimiento.


* Piedra



La piedra se puede usar directamente sin tratar, o como materia prima para crear otros materiales.


Granito, actualmente usado en suelos, aplacados y encimeras.




· Mármol, se emplea en revestimientos.




· Pizarra, alternativa a la teja. También usada en suelos.
 La piedra en forma de guijarros redondeados se utiliza como acabado protector en algunas cubiertas planas, y como pavimento en exteriores. También es parte constitutiva del hormigón





                                             · Grava, normalmente canto rodado.







   Mediante pulverización y tratamiento de la piedra se obtiene materia prima para fabricar la totalidad de conglomerantes usados en construcción: 

· Cal, Óxido de calcio (CaO) utilizado como conglomerante en morteros, o como acabado protector.


· Yeso, sulfato de calcio semihidratado (CaSO4 · 1/2H2O), forma los guarnecidos y enlucidos.







 Escayola, yeso de gran pureza utilizado en falsos techos y molduras.








· Cemento, calcinación de piedra caliza y otros óxidos. Se usa como conglomerante de diversos materiales:


· Terrazo, normalmente en forma de baldosas, utiliza piedras de mármol como árido.




· Piedra artificial, piezas prefabricadas con cemento y diversos tipos de piedra.





· Fibrocemento, lámina formada por cemento y fibras prensadas. Antiguamente de amianto, actualmente de fibra de vidrio.


  El cemento mezclado con arena forma el mortero: una pasta que fija todo tipo de materiales (ladrillos, baldosas, etc), y material de revestimiento en exteriores cuando se precisa una elevada resistencia o dureza.
  El cemento mezclado con arena y grava forma el hormigón, que puede usarse solo o armado.


- Hormigón, empleado sólo como relleno.

hormigón armado
 - Hormigón armado, el sistema más utilizado para erigir estructuras
- GRC, un hormigón de árido fino armado con fibra de vidrio
- Bloque de hormigón, similar a un ladrillo grande, pero fabricado con hormigón.


  El yeso se combina con el cartón para formar cartón yeso, denominado Pladur.


* Metálicos


Los más usados son hierro y aluminio. El primero se alea con carbono para formar:


 · Acero, para estructuras, por sí solo o con hormigón, formando entonces el hormigón armado.

· Aluminio, en carpinteria

.
· Zinc, en cubiertas.


· Titanio, revestimiento inoxidable de reciente aparición.


· Cobre, en instalaciones de electricidad y fontanería.






* Orgánicos


 Madera y derivados, también se paja, bambú, corcho, lino, elementos textiles o pieles animales.


· Madera


· Contrachapado
 · Tablero aglomerado


· Madera cemento


· Linóleo suelo laminar con aceite de lino y harinas de madera o corcho sobre una base de tela.


* Sintéticos


  Plásticos derivados del petróleo. Muy empleados por su inalterabilidad, lo que los convierte en materiales muy poco ecológicos difíciles de reciclar.


 También se usan alquitranes y otros polímeros o productos sintéticos. Los materiales obtenidos se usan en casi todas las formas imaginables: aglomerantes, sellantes, impermeabilizantes, aislantes, o también en forma de pinturas, esmaltes, barnices:

 · Polietileno, es muy usado como barrera de vapor.


· PVC , carpinterías y redes de saneamiento.


· Poliestireno empleado como aislante térmico.


· Polipropileno como sellante, en canalizaciones diversas.


· Poliuretano, en forma de espuma se emplea como aislante térmico.


· Poliéster, con él se fabrican algunos geotextiles


· ETFE, como alternativa al vidrio en cerramientos, entre otros.


· EPDM, como lámina impermeabilizante y en juntas estancas.


· Neopreno, como junta estanca, y como “alma” de algunos paneles sandwich.


· Resina epoxi, en pinturas, y como aglomerante en terrazos y productos de madera.


· Acrílicos, derivados del propileno:


      - Metacrilato, plástico que en forma trasparente puede sustituir al vidrio.
      - Pintura acrílica.


· Silicona, polímero del silicio, usado como sellante e impermeabilizante.


· Asfalto en carreteras.



MATERIALES PARA EL VESTIDO


  Hay muchos materiales con los cuales se pueden confeccionar prendas de ropa. Se distingue entre materiales de origen natural y materiales sintéticos, como el poliéster. Entre los naturales se distinguen los de origen animal, como la seda, la lana o el cuero y los de origen vegetal como el algodón y el lino.


cuero

seda





lino

algodón



lana


MATERIALES PARA EL DEPORTE


 El nylon es una fibra textil elástica y resistente por lo que es un material muy común en la elaboración de la ropa de deporte. Es un polímero sintético derivado del petróleo. Las medias, la ropa deportiva, los paraguas y los bañadores entre otras ropas y objetos, son habitualmente de este material debido a que sus cualidades físicas las hacen ideales para esa función.


 El nylon fue destinado en un principio a usos militares, como la fabricación de paracaídas.
 El velcro fue inventado en 1941, desde entonces el velcro se ha convertido en un sistema cada vez más común de cierre que sustituye a cordones, botones y cremaleras.


El GORE-TEX es un tejido compuesto por varias capas, una de ellas de nylon que facilita la transpiración corporal al mismo tiempo que protege del agua y el frío exteriores. Resulta ideal para la ropa deportiva, especialmente para la ropa y el calzado de montaña.


  El neopreno es una goma sintética muy empleada especialmente en los trajes de submarinismo y en las botas de pesca por su gran impermeabilidad y por su capacidad para retener el calor.


Los LZR Racer, que cuentan con costuras fijadas por ultrasonido para adaptarse mejor al cuerpo, un tipo de poliuretano que repele el agua y facilita la flotabilidad




2º Explica qué son los composites y cuáles son sus principales usos.



  Son materiales sintéticos que están mezclados heterogéneamente y que forman un compuesto. Sus componentes pueden ser de dos tipos: de cohesión y de refuerzo.


  Los componentes de cohesión envuelven y unen los componentes de refuerzo manteniendo la rigidez y la posición de éstos. Los de refuerzo aportan unas propiedades físicas al conjunto que mejoran las propiedades de cohesión y rigidez. Así, esta combinación de materiales le da al compuesto unas propiedades mecánicas superiores a las de las materias primas de las que procede, por este motivo se utilizan en variados campos: aeronáutica, fabricación de prótesis, astro y cosmonáutica, ingeniería naval, ingeniería civil, artículos de campismo, etc


El adobe, formado por arcilla y paja, es el composite más antiguo que conocemos y aún hoy se sigue utilizando en la construcción de viviendas.

El hormigón reforzado con una matriz de acero.


Cimientos de goma y muelles de Japón para amortiguar los terremotos (aislamiento sísmico).

Los composites se utilizan en la industria aeroespacial y aeronáutica para aligerar el peso de la estructura y para el revestimiento de satélites, transbordadores y aviones.


3º Mira en tu libro e indica qué son y para qué se utilizan cada uno de los siguientes polímeros: nailon, acrílicos, poliestireno, poliuretano, acetato, policarbonato.


Nailón

 El nailon es un polímero artificial que pertenece al grupo de las poliamidas. Se genera por condensación de un diácido con una diamina. La cantidad de átomos de carbono en las cadenas de la amina y del ácido se puede indicar detrás de los iniciales de poliamida. El más conocido, el PA6.6.


 El descubridor fue Wallace Hume Carothers. A la muerte de éste, la empresa DuPont conservó la patente. Los Laboratorios DuPont, en 1938, produjeron esta fibra sintética fuerte y elástica, que reemplazaría en parte a la seda y el rayón.


 El nailon es una fibra textil elástica y resistente, no la ataca la polilla, no precisa planchado y se usa en la confección de medias, tejidos y telas de punto, también cerdas y sedales. El nailón moldeado se utiliza como material duro en la fabricación de diversos utensilios, como mangos de cepillos, peines, cuerdas, paracaídas, etc.


Acrílicos


 Los acrílicos se obtiene de la polimerización del metacrilato de metilo y se encuentra en la industria en forma de gránulos o láminas. Los gránulos son para inyección o extrusión y las láminas para termoformado.


 Compite con otros plásticos como el policarbonato (PC) o el poliestireno (PS), pero el acrílico se destaca por su resistencia a la intemperie, rayado y transparencia.

Se usa en la industria del automóvil, iluminación, cosméticos, espectáculos, construcción y óptica. En medicina se usa para la fabricación de prótesis óseas y dentales y como aditivo en polvo de muchas de las pastillas, como retardante de la acción del medicamento para que esta sea progresiva.




Poliestireno



 El poliestireno es un polímero termoplástico que se obtiene de la polimerización del estireno.

 Existen cuatro tipos principales:


- el poliestireno cristal que es transparente, rígido y quebradizo


- el poliestireno de alto impacto, resistente y opaco,


- el poliestireno expandido, muy ligero


- el poliestireno extrusionado similar al expandido pero más denso e impermeable.


  Las aplicaciones principales del PS choque y el PS cristal son la fabricación de envases.


  Las formas expandida y extruida se emplean principalmente como aislantes térmicos en construcción.


  Las ventajas del poliestireno son su facilidad de uso y su costo bajo. Sus principales desventajas son su baja resistencia a la alta temperatura y su resistencia mecánica modesta. Estas ventajas y desventajas determinan las aplicaciones de los distintos tipos de poliestireno.


· El poliestireno choque se utiliza: carcasas de televisores, impresoras, puertas e interiores de frigoríficos, maquinillas de afeitar desechables, juguetes.


· El poliestireno cristal se utiliza: cajas de CD, perchas, cajas para huevos. Otra aplicación es en la producción de espumas rígidas que se usan para las bandejas de carne de los supermercados y en la construcción.


· Elaboración de envases desechables de productos lácteos mediante extrusión-termoformado. En estos casos se suele utilizar una mezcla de choque y de cristal, en proporción variable según se desee privilegiar la resistencia mecánica o la transparencia.


· La forma expandida se usa como aislante térmico y acústico (Poliexpan, Telgopor, Emmedue, Icopor, etc.).


· La forma extruida se emplea como aislamiento térmico en cubiertas invertidas, donde el aislamiento térmico se coloca encima del impermeabilizante.


· Otras aplicaciones: indumentaria deportiva, por tener la propiedad de flotar en agua, se usa en la fabricación de chalecos salvavidas y otros artículos para los deportes acuáticos; o por sus propiedades ligeras y amortiguadoras, se usa en la fabricación de cascos de ciclismo.


Poliuretano


  El poliuretano es un polímero que se obtiene mediante condensación de dibases hidroxílicas combinadas con disocianatos. Los poliuretanos se clasifican en dos grupos: termoestables o termoplásticos


  Los poliuretanos termoestables son espumas, muy usadas como aislantes térmicos y como espumas resilientes.


  Los poliuretanos termoplásticos se emplean en elastómeros, adhesivos selladores de alto rendimiento, pinturas, fibras textiles, sellantes, embalajes, juntas, preservativos, componentes de automóvil, en la industria de la construcción, del mueble y múltiples aplicaciones más.


Acetato


  Tiene su origen en el latín acētum, vocablo que hace referencia al “vinagre”. Consiste en un material transparente que se emplea en la industria gráfica y se usa en la fabricación de películas fotográficas. En química, el acetato constituye la sal que se forma al mezclar el ácido acético con alguna base.
   El acetato de vinilo es un líquido transparente de aroma dulzón muy inflamable. Se usa para elaborar pinturas, adhesivos, telas y papel. También puede ser usado para envasar ciertos alimentos, como revestimiento y para modificar el almidón.


  El acetato de celulosa es un termoplástico incoloro y amorfo. Presenta buena estabilidad frente a los rayos UV y es higroscópico. Se usa en los pinceles, las monturas de gafas y las películas.


  El acetato de sodio se usa en los procesos de neutralización o desasidulación para quitar la acidez.


  El acetato férrico se usa como saborizante en chicles y como barniz en ornamentos.




Policarbonato


  El policarbonato es un grupo de termoplásticos fácil de trabajar, moldear y termoformar, son muy usados. Son polímeros que tienen grupos funcionales unidos por grupos carbonato en una larga cadena molecular.


  El policarbonato es muy común en hogares, laboratorios e industria debido a sus cualidades: gran resistencia a impactos y temperatura así como a sus propiedades ópticas. El policarbonato es usado:

 
· Electrónica: CD, DVD y algunos componentes de los ordenadores.


· Seguridad: cristales antibalas y escudos anti-disturbios de la policía.


· Diseño y arquitectura: cubrimiento de espacios y aplicaciones de diseño.


· Moldes de Pastelería: para la elaboración de bombones y figuras de chocolate.


· Óptica: lentes para todo tipo de gafas


 
4º Aclara suficientemente por qué se llama “chips” a los circuitos integrado de silicio.


  Los circuitos integrados, también conocidos como chips o microchips, son unas pastillas pequeñas de material semiconductor, de algunos milímetros cuadrados de área, sobre las que se fabrican circuitos electrónicos generalmente mediante fotolitografía y que están protegidas dentro de un encapsulado de plástico o cerámica.




  Desde 1947, fecha en la que se inventó el primer transistor, se han venido produciendo nuevos avances tendentes a reducir su tamaño. Los chips se obtienen a partir de un cilindro de silicio cortado en laminas de 0,25 mm de espesor. Es por ello que se les denomina chips por el aspecto de una patata frita que en inglés se denomina chips.

 Se utilizan circuitos integrados en más aparatos de los que creemos: electrodomésticos (lavadoras, frigoríficos, hornos programables…), dispositivos para grabar o reproducir imágenes y sonidos (videocámaras, televisores, equipos de música) etc.


5º Explica de forma clara en qué consiste la nanotecnología y cuáles son sus principales aplicaciones.


  La palabra “nanotecnología” es usada para definir las ciencias y técnicas que se aplican a un nivel de nanoescala, esto es unas medidas extremadamente pequeñas “nanos” (10-9 = 0,000 000 001), que permiten trabajar y manipular las estructuras moleculares y sus átomos.




  Su propósito es crear nuevas estructuras y productos que tendrían un gran impacto en la industria, la medicina, etc..


  El padre de la “nanociencia”, es Richard Feynman, premio Nóbel de Física, quién en 1959 propuso fabricar productos en base a un reordenamiento de átomos y moléculas. En 1959, el gran físico escribió un artículo que analizaba cómo los ordenadores trabajando con átomos individuales podrían consumir poquísima energía y conseguir velocidades asombrosas.


  Supondrá avances para muchas industrias y nuevos materiales con propiedades extraordinarias nuevas aplicaciones informáticas con componentes increíblemente más rápidos o sensores moleculares capaces de detectar y destruir células cancerígenas en las partes más delicadas del cuerpo humano como el cerebro, entre otras muchas aplicaciones.

Aplicaciones





Técnicas de entrega de farmacéuticos:


  Los dendrímeros son un tipo de nanoestructura que puede ser diseñada con gran precisión para una amplia variedad de aplicaciones incluyendo el tratamiento del cáncer y otras enfermedades.


Técnicas de filtración de agua:


  Los nanotubos de carbono pueden desalinizar el agua y sensores nanométricos pueden identificar contaminantes en sistemas de agua. Otros materiales nanométricos que tienen gran potencial para filtrar y purificar agua incluyen nanopartículas de dióxido de titanio, usado en pantallas solares y que ha sido efectivo en la neutralización de bacterias en el agua, incluyendo la bacteria E. Coli


Nanopelículas:


  Pueden ser usadas en películas delgadas para hacerlas repelentes al agua, antirreflectivas, autolimpiables, resistentes a la luz ultravioleta o infrarroja, antimicrobianas, resistentes a rasguños o conductoras de electricidad.


  Las nanopelículas son usadas en gafas, visualizadores de computadoras y cámaras para proteger o tratar las superficies.


Nanotubos:


  Los nanotubos de carbono (CNT) son usados en bates de béisbol y raquetas de tenis debido a su gran fuerza mecánica y menor peso por unidad de volumen que los materiales convencionales.


  Las propiedades electrónicas de los CNT los hacen candidatos para pantallas planas de televisores, baterías y otros electrónicos.

Transistores nanométricos:


  Los transistores son interruptores electrónicos en los que una pequeña cantidad de electricidad se usa como puerta para controlar el flujo de gran cantidadde electricidad. La industria ha sido capaz de producir chips de computadora con transistores de 65 nanómetros.


Plásticos solares:

  Son rollos de plástico delgados y flexibles que contienen materiales nanométricos. Podrían reemplazar las tecnologías tradicionales de energía solar. Absorven la luz solar, y en algunos casos la artificial para convertirla en energía eléctrica. Esta tecnología se masificará cuando los investigadores aprendan a captar energía solar de manera más eficiente.