James Prescott Joule

Físico británico, a quien se le debe la teoría mecánica del calor, y en cuyo honor la unidad de la energía en el sistema internacional recibe el nombre de Julio.

James Prescott Joule nació en el seno de una familia dedicada a la fabricación de cervezas. De carácter tímido y humilde, recibió clases particulares en su propio de hogar de física y matemáticas, siendo su profesor el químico británico John Dalton; compaginaba estas clases con su actividad profesional, trabajando junto a su padre en la destilería, la cual llegó a dirigir. Dalton le alentó hacia la investigación científica y realizó sus primeros experimentos en un laboratorio cercano a la fabrica de cervezas, formándose a la vez en la Universidad de Manchester.

Joule estudió aspectos relativos al magnetismo, especialmente los relativos a la imantación del hierro por la acción de corrientes eléctricas, que le llevaron a la invención del motor eléctrico. Descubrió también el fenómeno de magnetostricción, que aparece en los materiales ferromagnéticos, en los que su longitud depende de su estado de magnetización.


James Prescott Joule

Pero el área de investigación más fructífera de Joule es la relativa a las distintas formas de energía: con sus experimentos verifica que al fluir una corriente eléctrica a través de un conductor, éste experimenta un incremento de temperatura; a partir de ahí dedujo que si la fuente de energía eléctrica es una pila electroquímica, la energía habría de proceder de la transformación llevada a cabo por las reacciones químicas, que la convertirían en energía eléctrica y de esta se transformaría en calor. Si en el circuito se introduce un nuevo elemento, el motor eléctrico, se origina energía mecánica. Ello le lleva a la enunciación del principio de conservación de la energía, y aunque hubo otros físicos de renombre que contribuyeron al establecimiento de este principio como Meyer, Thomson y Helmholtz, fue Joule quien le proporcionó una mayor solidez.

En 1840 Joule publicó Producción de calor por la electricidad voltaica, en la que estableció la ley que lleva su nombre y que afirma que el calor originado en un conductor por el paso de la corriente eléctrica es proporcional al producto de la resistencia del conductor por el cuadrado de la intensidad de corriente. En 1843, después de numerosos experimentos, obtuvo el valor numérico del equivalente mecánico del calor, que concluyó que era de 0,424 igual a una caloría, lo que permitía la conversión de las unidades mecánicas y térmicas; este es un valor muy similar al considerado actualmente como de 0,427. De ese modo quedaba firmemente establecida la relación entre calor y trabajo, ya avanzada por Rumford, que sirvió de piedra angular para el posterior desarrollo de la termodinámica estadística. En estos trabajos Joule se basaba en la ley de conservación de la energía, descubierta en 1842.

A pesar de que en 1848 ya había publicado un articulo refrene a la teoría cinética de los gases, donde por primera vez se estimaba la velocidad de las moléculas gaseosas, abandonó su linea de investigación y prefirió convertirse en ayudante de William Thomson (Lord Kelvin), y, como fruto de esta colaboración, se llegó al descubrimiento del efecto Joule-Thomson, según el cual es posible enfriar un gas en expansión si se lleva a cabo el trabajo necesario para separar las moléculas del gas. Ello posibilitó posteriormente la licuefacción de los gases y llevó a la ley de la energía interna de un gas perfecto, según la cual la energía interna de un gas perfecto es independiente de su volumen y dependiente de la temperatura.

DIVISIÓN DE LA QUÍMICA

Debido a la gran amplitud y desarrollo, la quimica se divide en:

1. Química General:
Estudia los fundamentos o principios básicos comunes a todas las ramas de la ciencia química.

2. Química Descriptiva:
Estudia las propiedades y obtención de cada sustancia químicamente pura en forma particular. Podemos subdividirla en:

2.1. Química Inorgánica: Estudia todas las sustancias del reino mineral

2.2. Química Orgánica: Estudia todas las sustancias que contienen carbono

3. Química Analítica:
Estudia las técnicas para identificar, separar y cuantificar las sustancias orgánicas e inorgánicas de elementos presentes en un compuesto químico. Se subdivide en:

3.1. Cualitativa
3.2. Cuantitativa

4. Química Aplicada:
Por su relación con otras ciencias y su aplicación practica, se subdividen en:

4.1. Bioquímica: La bioquímica es la ciencia que estudia los componentes químicos de los seres vivos
4.2. Fisicoquímica: La fisicoquímica representa una rama donde ocurre una combinación de diversas ciencias

4.3. Química Industrial: Estudia la aplicación de procesos químicos

4.4. Petroquímica: La petroquímica es la industria dedicada a obtener derivados químicos del petróleo

4.5. Geoquímica: La geoquímica estudia la composición y dinámica de los elementos químicos en la Tierra

4.6. Astroquímica: La astroquímica es la ciencia que se ocupa del estudio de la composición química de los astros

4.7 Farmoquímica: Estudia las propiedades de las sustancias químicas y su acción nociva o benéfica en los seres vivos.

CAMBIO DE FÍSICA CLÁSICA A FÍSICA MODERNA

Física: es una de las ciencias naturales que estudia la materia, la energía y las relaciones entre ambas.

Física clásica: es una expresión que normalmente se refiere a estudios realizados hasta finales del siglo XIX, acerca de la mecánica, la luz, el calor, el sonido, la electricidad y el magnetismo.

Física moderna: esta derivación de la física se considera a partir de la teoría de la relatividad y de la teoría cuantica en la descripción de sistemas microscópicos como los átomos, moléculas, etc.; y una compresión de tallada de los sólidos, líquidos y gases.

*En el desarrollo histórico de la física se contemplan tres ideas primordiales

•la idea de orden, desarrollada por Aristóteles, predomino hasta el siglo XVI, es decir, en la antigüedad la ciencia consistía en ordenar las cosas.

•la ideas de una causa mecánica surge a partir de Galileo y Newton; aquí la ciencia paso a ser la búsqueda de la causa mecánica de los fenómenos observables. Esta idea predomino en los siglos XVII, XVIII y XIX, ala física basada en ella se le conoce como física clásica.

•la idea de un comportamiento probabilístico, se desarrollo a partir del inicio de este siglo y señala como concepto primordial la probabilidad de que la materia, a nivel microscópico, tiene cierto comportamiento. Junto a esta idea se consideran las variaciones de algunas cantidades, cuando las partículas se mueven a velocidades cercanas a la luz. Estas cantidades (longitud, masa, tiempo, etc.) eran invariables en la física clásica.

Modelo Aristotélico

◦Aristóteles, trato de dar alguna explicación a cada uno de los aspectos importantes de la naturaleza y de la vida. Por ello, recopilo y ordeno toda la información necesaria disponible.

◦Aristóteles planteo su concepción del mundo, la cual consta de cuatro elementos superpuestos, dentro de la esfera sublunar, a saber: tierra, agua, aire y fuego, y agrega un quinto elemento, el éter para las regiones superiores en donde, se encontraban los planetas y las estrella.

◦Aristóteles llamaba movimiento natural al que realizaba un objeto para regresara su estado natural (el reposo).

◦La teoría aristotélica empezó a tener contradicciones al explicar algunos problemas típicos de la época.

El Modelo Clásico (Mecanista o Newtoniano)

•En el Renacimiento se genero un gran desafió total a la concepción que los aristotélicos daban al universo (teoría geocéntrica), encontrándose su máxima expresión en Nicolás Copernico (1473-1543), quien estableció su teoría heliocéntrica (el Sol en el centro del universo), en la cual al Tierra, junto con los otros planetas, gira alrededor del Sol.

•Galileo, sentó las bases de esta “revolución científica” al proponer que todo conocimiento de la naturaleza debería establecerse por la experimentación, reproduciendo el fenómeno de manera controlada (midiéndola y cuantificándola).

•Johannes Kepler (1571-1630) demostró que los planetas giran describiendo una elipse y que el sol se encuentra en uno de los focos. A su vez Galileo Galilei (1564-1642) mostró argumentos, con base en las observaciones hechas del Sol, a favor del movimiento de la Tierra.

•En este proceso participaron los más grandes talentos de la época, la cual culmina con la formulación de los “Principios Matemáticos de la Filosofía Natural” de Isaac Newton. En esta obra es considerada como un tratado mecánico-matemático, que represento la base para el desarrollo de la estructura de la física y de la ciencia en general. La contemplación Aristotélica cedió su lugar a las causas mecánicas de Newton.

•En los trabajos de Newton se llega pro inducción, de los casos particulares a las leyes generales, y de estas, por deducción, a casos particulares. Mediante este procedimiento logro establecer la Ley de la Gravitación Universal.

Modelo De La Física Moderna

•A finales del siglo XIX era una creencia común que todos los fenómenos naturales podían describirse mediante las leyes de Newton, los principios de la Termodinámica y las leyes del electromagnetismo, las cuales de basaban en una concepción mecanista del Universo.

•El desarrollo de la Física Moderna se da a partir del inicio del Siglo XX demostrando que la Mecánica Clásica no es siempre aplicable.

•El estudio del movimiento de partículas, a velocidades comparables a la de la luz, y la investigación del mundo microscópico de los átomos, electrones, protones, y otras partículas, impulso el desarrollo de algunos campos de al Física Moderna, como son la Relatividad y la Mecánica Cuantica.


•La teoría de la Relatividad fue desarrollada por Albert Einstein (1879-1955). A partir de la cual llego a establecer algunas proposiciones teóricas, que fueron demostradas experimentalmente tiempo después.


•Una tercera aportación de la teoría de la Relatividad es que la luz se desvía de su trayectoria al pasar junto a cuerpos de gran masa.

ISAAC NEWTON: MÉTODO CIENTÍFICO

Isaac Newton (inglés, 1642-1727)

Es considerado por algunos como el más grande científico de todos los tiempos. Sus ideas acerca del método científico, constituyen la antítesis de las de Descartes, quien postulaba que las leyes físicas se derivan de principios metafísicos, mientras que para Newton las leyes físicas deben ser el producto del análisis detallado y cuidadoso de la realidad.

Newton se refirió a la inducción-deducción aristotélica en términos de análisis y síntesis. Canceló el carácter excesivamente imaginativo con el que se estructuraba a las hipótesis al derivarlas de lo que podría ser cierto. Propuso cuatro reglas para el razonamiento:

• No admitir más causas de cosas naturales que las que son suficientes y verdaderas para explicar sus apariencias.

• Asignar las mismas causas a los mismos efectos naturales.

• Considerar como propiedades universales de la totalidad de los cuerpos a aquellas que, existiendo en todos ellos, no puedan aumentarse o disminuirse gradualmente.

• Aceptar como exactas o muy probablemente ciertas las proposiciones acerca de los fenómenos, y que han sido derivadas por inducción general, en tanto no ocurran otros fenómenos que puedan hacer más exactas dichas proposiciones.

Newton invento un método científico universal, estableció cuatro reglas que fueron indicadas en el Principia y tenían como fin el razonamiento científico las cuales son:


Debemos admitir que no mas causas de cosas naturales, por ejemplo, no sean verdad y suficiente para explicar sus aspectos.
Los mismos efectos naturales se deben asignar a las mismas causas.
Las calidades de cuerpos deben ser estimadas como universal
Los asuntos que son deducidos por la observación de fenómenos deben ser considerados exactos, hasta que otros fenómenos los contradigan.
El utilizo estas cuatro reglas para resolver problemas de día a día, pero siempre veía a futuro sus reglas para el razonamiento, por lo que describió realmente como pueden ser aplicadas a la solución de un problema dado. Este método analítico que el invento va mucho mas allá de los acercamientos filosóficos que tuvo Aristóteles y Aquinas. Este refino el método experimental de Galileo, creando el método compositivo de experimentación que todavía hoy se utiliza. El análisis del método de la composición consiste en hacer experimentos y observaciones, y en el dibujo de conclusiones generales de ellos por la inducción, por esto nosotros observamos que en el análisis podemos encontrar compuestos a los ingredientes, y los movimientos de fuerza que la producen, así como también, efectos y sus causas, y de causas particulares a las mas generales. Este es el método de análisis y la Síntesis consiste en que si se asume que las causas descubiertas van a establecer los principios y los fenómenos que preceden de ellas, prueban las explicaciones.
El método que sigue Newton es el método galileano de análisis y síntesis, en el que hay que distinguir el momento de la observación, el experimento y la inducción o generalización de lo observado (análisis), mediante el cual se llega a los principios, esto es, a las causas y a las fuerzas a que se atribuyen los fenómenos, y el momento en que se explican desde los principios y causas los fenómenos observados. Él mismo afirma, en su Reglas del filosofar, con las que inicia el libro III de los Principia, que las hipótesis no pueden «debilitar» los razonamientos fundados en la inducción

LA MATERIA MAPA CONCEPTUAL

LA MATERIA

A través de los sentidos (vista, oido, tacto, gusto y olfato) recibimos y percibimos información sobre todo lo que nos rodea. Percibimos objetos de diversas clases, formas, tamaños, gustos y olores. Todos estos objetos que nos presenta la naturaleza están formados por materia, ocupando un lugar en el espacio.

La naturaleza nos presenta la materia bajo tres estados: sólido, líquido y gaseoso. Aqui abajo podemos ver los materiales anteriormente expuestos ordenalos según el estado en que se encuentran.
Sólidos Líquidos Gases

Biberón Coca-cola Humo
Libro Leche Gas butano
Limón
Camiseta


La materia está formada por pequeñas partículas. Según sea la fuerza de la unión de estas partículas se encontrará en estado sólido, líquido o gaseoso.

PROPIEDADES DE LA MATERIA
Todos los cuerpos tienen masa ya que están compuestos por materia. También tienen peso, ya que son atraídos por la fuerza de gravedad. Por lo tanto, la masa y el peso son dos propiedades diferentes y no deben confundirse. Otra propiedad de la materia es el volumen, porque todo cuerpo ocupa un lugar en el espacio. A partir de las propiedades anteriores surgen, entre otras, propiedades como la impenetrabilidad y la dilatabilidad.

La materia está en constante cambio. Las transformaciones que pueden producirse son de dos tipos:
- Físicas: son aquellas en las que se mantienen las propiedades originales de la sustancia ya que sus moléculas no se modifican.
- Químicas: son aquellas en las que las sustancias se transforman en otras, debido a que los átomos que componen las moléculas se separan formando nuevas moléculas.

ETAPAS DE LA BIOLOGÍA

BIOLOGÍA ANTIGUA

La Biología como un conjunto de conocimientos organizados se inicia hacia el año 500 A.C. en Grecia; muchos de los resultados obtenidos en esta época se fundamentaban en la observación y en el pensamiento lógico, el método científico como herramienta para la investigación aun no se conocía.

Una de las creencias de la época, era que el comportamiento de la naturaleza estaba regido por los designios de uno o varios dioses; el estado de ánimo de estos, determinaban las enfermedades, las tormentas, las pestes, etc. El hombre, como simple mortal, no tenía capacidad para explicar los diferentes fenómenos que ocurrían a su alrededor.

Hacia el año 500 antes de nuestra era, surgen los Filósofos naturalistas, ellos establecieron que el comportamiento de la naturaleza no dependía del estado de ánimo de un o varios dioses; consideraban que los fenómenos naturales podían ser comprendidos por el hombre si los observaba cuidadosamente, esta observación sistemática permitiría, además, predecir la ocurrencia de dichos fenómenos.

Uno de los filósofos naturalistas más destacados fue Aristóteles (384 - 322 A.C.) quien estableció el primer método de investigación y aportó las primeras ideas sobre el origen de la vida. El método de investigación de Aristóteles consideraba los siguientes tres puntos:

1). Observar cuidadosamente.

2). Describir claramente.

3). Sujetar la observación al sistema riguroso del pensamiento lógico.

De acuerdo con el tercer punto de este método, si el resultado observado era lógico, entonces era verdadero.

La observación y orden lógico de las ideas se empleó durante mucho tiempo como método de investigación. Una de las desventajas de éste método es que no menciona ningún mecanismo de control sobre la experimentación, por lo tanto, algunos de los resultados obtenidos pudieron haber sido producto de la imaginación del investigador.

Una de las aportaciones más importantes que Aristóteles hizo a la Biología, fue su teoría sobre el origen de la vida o “teoría de la generación espontánea”. De acuerdo a esta, “la vida surge espontáneamente a partir de materia inerte, debido a que esta posee un principio activo capaz de generar vida”. A esta teoría también se le conoce como “teoría abiogenética”.

Algunos otros investigadores de la época se interesaron por la anatomía y la fisiología, entre ellos podemos mencionar a:

Galeno (130 - 200 años D.C.): Es considerado el primer anatomista griego y aún cuando en su época no se permitían las disecciones humanas, describió nuestra anatomía. Para hacerlo, practicó disecciones a un tipo de mono muy similar al hombre, el mono bárbaro, y por comparación con este mono, hizo una descripción de nuestra anatomía.

Andreas Vesalius (1514 –1565): Este médico originario de Bruselas, Bélgica, practicó disecciones humanas y describió de una mejor manera la anatomía humana. Sus resultados se encuentran en un libro llamado “Corpori Humani Fabrica”.

Hieronimus Fabricius (1537 – 1619): Contribuyó a explicar la circulación sanguínea, al demostrar que las venas presentan una serie de “puertas” o “válvulas” que impiden que la sangre se regrese por un mismo vaso.

William Harvey (1578 – 1657): Médico y científico inglés, descubrió que el corazón era el encargado de bombear la sangre y además, descubrió el sentido de la circulación sanguínea.

Exploradores y colonizadores del siglo XVI: A principios del siglo XVI, la exploración y colonización europea se dio rápidamente, aumentando significativamente las colecciones de plantas y animales. Los investigadores tuvieron que especializarse en campos más limitados, los primeros fueron la Botánica, que es la rama de la Biología que se encarga del estudio de las plantas, la Zoología, que es la encargada de estudiar a los animales. Por necesidades específicas, nacieron otras ramas derivadas de ellas, como la Taxonomía, que estudia la forma de clasificar a los seres vivos.
Para concluir con este período de poco más de 2000 años, podemos decir que durante la etapa de Biología antigua surgieron las primeras ideas sobre el origen de la vida, se empieza a describir la anatomía y fisiología humana, así mismo, surgen la botánica, la zoología y la taxonomía.

BIOLOGÍA MODERNA

Esta etapa de la Biología se inicia a mediados del siglo XVII y se extiende hasta poco antes del año 1920. Uno de los inventos más importantes de esta época, es sin lugar a dudas el microscopio, ya que con su ayuda se empezaron a observar estructuras biológicas que a simple vista no era posible hacerlo.

Invención del microscopio: La historia no establece claramente quien inventó el microscopio; algunos historiadores piensan que Giovanni Farber lo inventó en el año 1550; otros opinan que la paternidad de este invento le corresponde a Zaccharias Jannsen quien lo inventó hacia el año de 1590.

Microscopistas destacados: Entre los primeros microscopistas podemos citar a los siguientes:

Marcello Malpighi (1628 – 1694)

Jan Swammerdam (1637 – 1680)

Anton van Leeuwenhoek (1632 – 1723)

Dentro de esta época, destacan algunos investigadores que establecieron la importancia de la célula en la estructura de los organismos, entre ellos tenemos a los siguientes:

Robert Hooke (1635 – 1703): Este investigador fue el primero en utilizar la palabra “célula”.

Marie Francois Bichat (1771 – 1802): Este médico estableció que los órganos estaban formados por subunidades a las que llamó tejidos; también estableció que dentro de los tejidos existía un nivel más bajo de organización, posteriormente se descubre que este nivel inferior estaba formado por células.

René Dutrochet

Robert Brown: En 1831 estableció que todos los tipos de célula tienen núcleo.

Theodor Schwann y Mathias Schleiden: En 1838, estos dos biólogos alemanes establecieron que la célula era la unidad anatómica y estructural de los seres vivos. Estos son dos de los postulados de la Teoría Celular.

Rudolf Virchow: En 1858 propone el tercer postulado de la teoría celular al puntualizar que la célula es la unidad de origen.

Otros investigadores de la época, destacaron al explicar la historia evolutiva de las especies, el origen de la vida y los mecanismos de la herencia; entre ellos:

Charles Darwin (1809 – 1882)

Luis Pasteur (1822 – 1895)

Gregor Johann Mendel (1822 – 1884)

Como conclusión a este período de unos 300 años, podemos anotar lo siguiente: es una etapa caracterizada por un método de trabajo experimental y por la tentativa de relacionar a las estructuras celulares con su función, surgen nuevos campos de la biología como la microbiología, citología, genética y evolución entre otras.


BIOLOGÍA MOLECULAR

Es el momento actual de la Biología, se inicia aproximadamente en 1920 y se caracteriza por el estudio de la estructura celular y sus funciones, tanto a nivel fisiológico como a nivel molecular.

La invención del microscopio electrónico, los avances tecnológicos hicieron y han hecho posible grandes logros en los distintos campos de la Biología, destacando sobre manera lo alcanzado a nivel de investigación genética; actualmente ya no solo se habla de mejoramiento genético de especies animales y vegetales; hoy se habla sobre terapias génicas, clonación, conocimiento total del genoma humano, posibilidad de teñir la fibra del DNA y relacionar la forma que presenta con alguna enfermedad, etc.

Otro hecho importante dentro de esta época, es el estudio de la estructura y fisiología celular a nivel molecular, aquí no solo se establece que tipo de sustancias químicas intervienen en la estructura de la célula, también se explica cual es la función que desempeña cada una de estas sustancias dentro de la misma.