3.25 Estructura y generación del tubo de Coolidge.

Estructura y generación del tubo de Coolidge

El tubo de coolidge, también conocido como «tubo de cátodocaliente», ha estado en uso desde entonces con algunas modificaciones sobre el diseño básico. Funciona en un alto vacío, de unos 10−4 pa, o 10−6 torr y los electrones son generados por emisión termoiónica en un filamento de wolframio —el cátodo— calentado por una corriente eléctrica. El haz de electrones emitido por el cátodo es acelerado aplicando una diferencia de potencial entre el cátodo y el ánodo; al colisionar con el ánodo, los electrones producen rayos x por los mismos procesos que en el tubo de crookes.TiposEsquema de un tubo de ánodo rotatorio. A: ánodo; R: rotor; T: área donde incide el haz de electrones; C: cátodo; E: superficie del tubo en vacío; S: estátor; O: volumen ocupado por el aceite refrigerador; B: fuelle que permite la expansión termal del aceite; W: ventana de salida de los rayos XÁnodo rotatorioEl tubo de ánodo rotatorio es un tubo de Coolidge en el que se hace girar el ánodo mediante inducción electromagnéticagenerada por estátores situados alrededor del tubo. Al girar, el calor generado por el impacto del haz de electrones se distribuye sobre una mayor superficie, lo que permite aumentar la intensidad del haz de electrones en aplicaciones que requieran una alta dosis de rayos X.Tubos de microfocoCiertas técnicas, como la microtomografía, precisan de imágenes de muy alta resolución que pueden conseguirse usando un haz de rayos X de sección reducida. Los tubos de microfoco producen haces con un diámetro típico menor de 50 µm in diameter. Los tubos de microfoco de ánodo sólido son similares a un tubo de Coolidge convencional, pero con el haz de electrones incide sobre una área muy pequeña del ánodo, normalmente entre 5 y 20 µm; la densidad de potencia del haz de electrones está limitada a un valor máximo de 0.4-0.8 W/µm para no derretir el ánodo, por lo que estas fuentes son poco potentes, por ejemplo, 4-8 W para un haz de electrones de 10 µm de diámetro.Cátodo de nanotubos de carbonoEl cátodo empleado en los tubos convencionales se puede reemplazar por una serie de nanotubos de carbono que emiten electrones al aplicárseles un voltaje, en vez de por calentamiento, como el filamento de wolframio, por lo que pueden funcionar a temperatura ambiente. Este diseño fue concebido por un grupo de científicos de la Universidad de Carolina del Norte y patentado en el año 2000. Además de mejorar el consumo de energía, este diseño presenta ventajas en aplicaciones que requieran imágenes de objetos en movimiento: los haces de electrones provenientes de distintos nanotubos emiten rayos X en direcciones distintas, por lo que no es necesario mover el aparato, como ocurre con los tubos con un único filamento, lo que resultaría en imágenes más nítidas.

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3.24 Radioactividad. Los rayos X .

Radioactividad

La radiactividad fue descubierta por el científico francés Antoine Henri Becquerel en 1896 de forma casi ocasional al realizar investigaciones sobre la fluorescencia del sulfato doble de uranio y potasio. Descubrió que el uranio emitía espontáneamente una radiación misteriosa. Esta propiedad del uranio, después se vería que hay otros elementos que la poseen, de emitir radiaciones, sin ser excitado previamente, recibió el nombre de radiactividad. El descubrimiento dio lugar a un gran número de investigaciones sobre el tema. Quizás las más importantes en lo referente a la caracterización de otras sustancias radiactivas fueron las realizadas por el matrimonio, también francés, Pierre y Marie Curie, quienes descubrieron el polonio y el radio, ambos en 1898

La naturaleza de la radiación emitida y el fenómeno de la radiactividad fueron estudiados en Inglaterra por Ernest Rutherford, principalmente, y por Frederick Soddy. Como resultado pronto se supo que la radiación emitida podía ser de tres clases distintas, a las que se llamó alfa, beta y gamma, y que al final del proceso el átomo radiactivo original se había transformado en un átomo de naturaleza distinta, es decir, había tenido lugar una transmutación de una especie atómica en otra distinta. También se dice (y esta es la terminología actual) que el átomo radiactivo ha experimentado una desintegración. La radiactividad es una reacción nuclear de "descomposición espontánea", es decir, un nucleido inestable se descompone en otro más estable que él, a la vez que emite una "radiación". El nucleido hijo (el que resulta de la desintegración) puede no ser estable, y entonces se desintegra en un tercero, el cual puede continuar el proceso, hasta que finalmente se llega a un nucleido estable. Se dice que los sucesivos nucleidos de un conjunto de desintegraciones forman una serie radiactiva o familia radiactiva.

https://www.foronuclear.org/es/el-experto-te-cuenta/119402-que-es-la-radiactividad

Los rayos X

Los Rayos X fueron descubiertos en 1895 por Roëntgen, y fueron el primer ejemplo conocido de radiación ionizante de naturaleza electromagnética. Los Rayos X se producen por el choque contra la materia de electrones acelerados a gran velocidad. En cualquier aparato de Rayos X existe un cátodo emisor de electrones y un ánodo conectado a un potencial fuertemente positivo respecto al cátodo, que atrae a los electrones y que les sirve de blanco contra el que éstos chocan. En general, en los tubos de rayos X actuales, se emplea tungsteno como cátodo, y se ha conseguido una modulación muy fina de la energía de las radiaciones emitidas, y por tanto, de su penetración, a fin de conseguir imágenes más definidas.

Los rayos X son radiaciones electromagnéticas de longitud de onda corta, que se propagan en línea recta y a la velocidad de la luz. Tiene gran capacidad de penetración, por lo que se utilizan para obtener imágenes para el diagnóstico. Su poder ionizante es débil, aunque esto no quiere decir que en determinadas circunstancias no puedan causar lesiones.

Los Rayos X constituyen el Principal riesgo de irradiación por vía externa, produciéndose en los generadores de radiodiagnóstico (aparatos de Rayos X), en los microscopios electrónicos, en los tubos catódicos de los televisores, etc. Los rayos X no se huelen, no se oyen y no se sienten. Al colisionar con la materia producen distintos tipos de efectos; entre los principales están:

  Ionización: producen pares iónicos de dos formas, primaria (por la propia ionización) y secundaria (por las radiaciones emergentes) 8  Fluorescencia: si inciden los rayos X con materiales capaces de emitir luz, dicho efecto se aplica en imagen para el diagnóstico

 Fotoquímico: cuando incide sobre materiales fotográficos produce un efecto en las emulsiones fotográficas que da lugar a un ennegrecimiento tras el revelado. Esta propiedad se emplea en diagnóstico por la imagen (con rayos X) y en dosimetría (dosímetro de película)

 Biológicos: si interactúan con seres vivos se manifiestan como daños.

https://rpop.iaea.org/RPOP/RPoP/Content-es/InformationFor/Patients/patient-information-x-rays/index.htm

3.23 Elementos básicos de la física nuclear. Radiación y Radiobiología. Radiaciones: naturaleza y propiedades..

Elementos básicos de la física nuclear

Es una pequeña región central del átomo donde se encuentran distribuidos los neutrones y protones, partículas fundamentales del núcleo, que reciben el nombre de nucleones.La estabilidad del núcleo no puede explicarse por su acción eléctrica. Es más, la repulsión existente entre los protones produciría su desintegración. El hecho de que en el núcleo existan protones y neutrones es un indicador de que debe existir otra interacción más fuerte que la electromagnética que no está directamente relacionada con cargas eléctricas y que es mucho más intensa. Esta interacción se llama nuclear y es la que predomina en el núcleo.

Radiación y Radiobiología

La radiación propagada en forma de ondas electromagnéticas (rayos UV, rayos gamma, rayos X, etc.) se llama radiación electromagnética, mientras que la llamada radiación corpuscular es la radiación transmitida en forma de partículas subatómicas (partículas α, partículas β, neutrones, etc.) que se mueven a gran velocidad, con apreciable transporte de energía. Si la radiación transporta energía suficiente como para provocar ionización en el medio que atraviesa, se dice que es una radiación ionizante. En caso contrario se habla de radiación no ionizante. El carácter ionizante o no ionizante de la radiación es independiente de su naturaleza corpuscular u ondulatoria. Son radiaciones ionizantes los rayos X, rayos γ, partículas α y parte del espectro de la radiación UV entre otros. Por otro lado, radiaciones como los rayos UV y las ondas de radio, TV o de telefonía móvil, son algunos ejemplos de radiaciones no ionizantes.

La radiobiología es el estudio de la acción biológica de las radiaciones sobre la materia, lo que impulsa el conocimiento y desarrollo de una disciplina tan importante en nuestros dias como es la Radiología y la Medicina fïsica. Conocer los mecanismos biológicos de lo que ocurre cuando el individuo se expone a radiaciones tanto ionizantes como no ionizantes, junto con avances físicos, ha impulsado el perfeccionamiento y avance de especialidades del campo de la Radiología, como son la Radioterapia, la Medicina Nuclear, la Protección Radiológica y la Medicina Física.

http://www.encuentros.uma.es/encuentros72/radiobiologia.htm

Radiaciones: naturaleza y propiedades.

Las radiaciones tienen su origen en la propia naturaleza que nos rodea; la radiación cósmica procede del sol y del resto del universo. También hay radiaciones como consecuencia de los materiales radiactivos que existen en al Tierra, en el suelo, el agua, los alimentos, e incluso nosotros mismos somos algo radiactivos. La vida en la Tierra se ha desarrollado en un entorno cruzado incesantemente por radiaciones. De forma continua, todos los seres vivos, incluido el hombre, reciben radiaciones, que pueden ser inocuas, o por el contrario, francamente nocivas. La forma de radiación más ubicua es la procedente del sol, sin embargo, un exceso de ella puede causar lesiones importantes. Aunque se sospecha que prácticamente todas las formas de radiaciones pueden ser nocivas en una situación concreta, la mayor parte de la atención acerca de los efectos nocivos de las radiaciones ha sido atraída por un tipo especial de radiaciones de elevada energía que es capaz de originar partículas cargadas –iones- a partir de los átomos en que incide, y que recibe por ello el nombre de radiación ionizante.

https://www.gestiopolis.com/la-ciencia-y-el-desarrollo-del-metodo-cientifico/

3.22 Sistema visual humano. Ionización de los fluidos. Radiaciones no ionizantes y no ionizantes

Sistema visual humano

Aunque suele decirse que el ojo humano es el órgano de la visión, en realidad es más correcto decir que es el órgano en el que comienza la visión, la primera etapa de lo que suele denominarse el “sistema visual humano”.. La visión humana es un proceso complejo y apasionante, del que en la actualidad probablemente desconocemos mucho más de lo que conocemos. Son numerosas las disciplinas científicas (óptica, fisiología, neurología, psicología, etc.) que investigan sobre distintos aspectos del sistema visual humano. Todas ellas intentan dar explicaciones a las distintas etapas del complicado proceso que hace que, a partir de la luz emitida por las fuentes o reflejada por los objetos, mediante su absorción en los fotopigmentos retinianos y la transmisión de una serie de impulsos eléctricos a través de nuestro sistema nervioso, se forme finalmente en nuestro cerebro una determinada imagen del mundo exterior

https://www.lucescei.com/estudios-y-eficiencia/extractos-libro-blanco-de-iluminacion/el-sistema-visual-humano/

Ionización de los fluidos

La ionización es el fenómeno químico o físico mediante el cual se producen iones, estos son átomos o moléculas cargadas eléctricamente debido al exceso o falta de electrones respecto a un átomo o molécula neutra. A la especie química con más electrones que el átomo  o molécula neutros se le llama anión, y posee una carga neta negativa, y a la que tiene menos electrones catión, teniendo una carga neta positiva. Hay varias maneras por las que se pueden formar iones de átomos o moléculas. La energía ionizante se puede originar a partir de tres fuentes distintas: rayos gamma, una máquina generadora de electrones y rayos X. La fuente más común de los rayos gamma es el cobalto-60.

La energía ionizante es factible de ser aplicada a una gran variedad de productos, con el fin de esterilización o reducción de carga microbiana, eliminando patógenos que pueden ser dañinos para la salud. Entre los productos tratados se encuentran: Alimentos, cosméticos, productos médicos, hierbas medicinales, productos de laboratorio y farmacéutico, alimento animal y embalajes.

http://ugbiofisicauno.blogspot.com/2015/09/adhesion-y-cohesion.html

Radiaciones no ionizantes y no ionizantes

Existen dos tipos de radiación ionizante, una de naturaleza (rayos X, rayos gamma) y otra, constituida por partículas (alfa, beta, neutrones, etc). Las radiaciones electromagnéticas de menor frecuencia que la necesaria para producir ionización, como lo son, la radiación ultravioleta (UV), visible, infrarroja (IR), microondas y radiofrecuencias, hasta los campos de frecuencia extremadamente baja (ELF), comprenden la región del espectro conocida como radiación no ionizante.  La radiación ionizante puede transferir su energía a las moléculas que constituyen el cuerpo humano, esto puede traducirse en un daño significativo si la interacción es con las moléculas de ADN. Los daños pueden ser agudos e inmediatos como quemaduras, hemorragias, diarreas, infecciones o hasta la muerte; también existen efectos tardíos como el cáncer o efectos hereditarios. La existencia de posibles efectos crónicos de las radiaciones no ionizantes es aún objeto de fuertes debates y de una amplia investigación científica, dicha incertidumbre genera bastante inquietud frente a las exposiciones tanto de tipo laboral como ambiental. Ya son bastante conocidos los efectos agudos de estas radiaciones, los que pueden ir desde pequeñas descargas eléctricas hasta quemaduras, también pueden producirse calentamiento de los tejidos tanto superficiales como profundos, lo que dependiendo del tejido del cual se trate puede traducirse en un serio daño.

http://separatasdebiofisica2015.blogspot.com/2015/08/accion-capilar-y-capilaridad.html

3.21 La luz y el espectro electromagnético. Espectro electromagnético. Cualidades de la luz

 La luz y el espectro electromagnético

La luz es forma de energía que nos permite ver lo que nos rodea. Es toda radiación electromagnética que se propaga en formas de ondas en cualquier espacio, ésta es capaz de viajar a través del vacío a una velocidad de aproximadamente 300.000 kilómetros por segundo. La luz también se conocida como energía luminosa. Existen diferentes fuentes de luz que las podemos clasificar en naturales y artificiales. El Sol es la principal fuente natural e importante de luz sobre la Tierra. En cuanto a las fuentes artificiales se estaría hablando de la luz eléctrica de una bombilla, la luz de una vela, de las lámparas de aceite, entre otras

https://conceptodefinicion.de/luz/

Espectro electromagnético

Ondas electromagnéticas, espectro visible, rayos X, luz ultravioleta, infrarrojos

Se denomina espectro electromagnético a la distribución energética del conjunto de las ondas electromagnéticas.   Referido a un objeto, el espectro electromagnético o simplemente espectro es la radiación electromagnética que emite (espectro de emisión) o absorbe (espectro de absorción) una sustancia cualquiera, ya sea en la Tierra o en el espacio estelar.     En este sentido, el espectro sirve para identificar cualquier sustancia. Es como una huella dactilar de un cuerpo cualquiera. Los espectros se pueden observar mediante espectroscopios, con los cuales, además, se pueden medir la longitud de onda, la frecuencia y la intensidad de la radiación.

Cualidades de la luz 

Calidad

Describe la relación existente entre el tamaño de la fuente que emite la luz y el del objeto que estamos fotografiando. De ella depende que las sombras aparezcan suavizadas o adquieran una presencia marcada. Nos interesa conocer dos tipos de luz: la dura y la suave.

Color

Nosotros no vemos los objetos de nuestro entorno del color que realmente tienen. De hecho, el color no es una característica intrínseca de los objetos, sino que está determinado, por un lado, por la forma en que el objeto interacciona con la luz blanca, y, por otra parte, por la manera en que nuestros ojos y nuestro cerebro interpretan la información que reciben.

Dirección

Esta propiedad está asociada a las rectas imaginarias que, de alguna forma, nos indican la trayectoria que sigue la luz. Pero lo realmente importante es que la dirección de la luz nos permite reforzar o suavizar el volumen, el color y la forma del objeto que estamos fotografiando. A la hora de iluminar un objeto o una escena tenemos cinco opciones.

Intensidad

Nos indica qué cantidad de luz está presente en la escena que queremos fotografiar, y es necesario identificarla correctamente si queremos que nuestra fotografía quede bien expuesta. La subexposición se produce cuando la cantidad de luz es deficiente, y provoca una pérdida importante de información en la zona de tonos claros.

https://www.xatakafoto.com/trucos-y-consejos/las-cuatro-propiedades-de-la-luz-que-tenemos-que-dominar-con-todo-detalle

3.20 Biofísica de la percepción auditiva. Audímetro

Biofísica de la percepción auditiva

La audición es una parte importante en la vida del ser humano, hablaremos del factor fisiológico, el cual se debe tener en cuenta ya que incide en la percepción final del sonido. Este factor es el hecho de que disponemos de un sistema periférico: el aparato auditivo. El oído es el órgano receptor en donde comienza el estímulo acústico, el cual se convierte en sensación sonora. El odio nos permite captar una gran diversidad de sonidos, es por esto que la audición no solo es importante para captar sonidos sino también para comunicarnos. Las orejas o pabellones auriculares tienen una serie de pliegues que favorecen la captación de las ondas sonoras. El sonido captado por la oreja entra por el conducto auditivo externo, donde existen una serie de pelos y cera para la protección de este. Cuando se produce un sonido, el aire vibra creando una onda sonora, el pabellón auditivo capta la onda sonora y la dirige hacia el canal auditivo. Al final de conducto auditivo se encuentra el tímpano que empieza a vibrar, en el odio medio, el tímpano esta comunicado con la cadena de huesecillos: matillo, yunque y estribo. Que transmiten las vibraciones y las amplifican hasta la ventana oval del oído interno. En el oído interno, un líquido estimula las terminaciones nerviosas, llamadas las celular ciliadas, estas envían impulsos eléctricos a través del nervio auditivo hasta el cerebro. El cerebro decodifica estos impulsos, produciéndose el fenómeno de la audición

https://www.redalyc.org/pdf/849/84912053008.pdf

Audímetro

Es un aparato que se conecta a algunos televisores y mide la audiencia de manera permanente y automática; sus datos se utilizan para generar datos estadísticos.

Los audímetros originales para televisión tan sólo eran capaces de medir el número de hogares que se conectaban a un canal de televisión, lo cual ha sido superado con el «audímetro individual», capaz de contar el número de espectadores. Este modelo posee un mando a distancia en el que cada miembro de la familia tiene asignado un número, el cual pulsa cuando va a ver la televisión, de manera que el audímetro conoce en cada momento los miembros de la familia que están ante el televisor. Los botones sobrantes del mando pueden ser utilizados por visitas que no tengan asignado ningún otro. 

https://planificacionmedios.com/2013/03/27/audimetro-que-es-un-audimetro/

3.19 Cualidades del sonido, La voz humana

Cualidades del sonido

Hay sonidos de todas clases: largos y cortos, fuertes y débiles, agudos y graves, agradables y desagradables. El sonido ha estado siempre presente en la vida cotidiana del hombre. A lo largo de la historia el ser humano ha inventado una serie de reglas para ordenarlo hasta construir un lenguaje musical.

Las cualidades músicales y físicas del sonido son: la altura o tono, la duración, la intensidad y el timbre.

La altura

 Es la afinación de un sonido; está determinada por la frecuencia fundamental de las ondas sonoras (es lo que permite distinguir entre sonidos graves, agudos o medios) medida en ciclos por segundo o hercios (Hz).Para que los humanos podamos percibir un sonido, éste debe estar comprendido entre el rango de audición de 20 y 20.000 Hz. Por debajo de este rango tenemos los infrasonidos y por encima los ultrasonidos. A esto se le denomina rango de frecuencia audible. Cuanta más edad se tiene, este rango va reduciéndose tanto en graves como en agudos.

Al hablar de este tema con mis estudiantes siempre hago la siguiente relación, los sonidos agudos se parecen a la voz de la mujer y los sonidos graves a la voz del hombre, en cuanto a los sonidos intermedios o medios estos se irán identificando a medida que se ejercita y se desarrolla la capacidad auditiva.

La duración

 Es el tiempo durante el cual se mantiene un sonido, está determinada por la longitud, que indica el tamaño de una onda, que es la distancia entre el principio y el final de una onda completa (ciclo); según esto podemos decir que por duración los sonidos puieden ser largos o cortos. Los únicos instrumentos acústicos que pueden mantener los sonidos el tiempo que quieran, son los de cuerda con arco, como el violín por ejemplo; los de viento dependen de la capacidad pulmonar, y los de percusión, de los golpes. La guitarra necesita, al igual que el piano, de un martilleo que golpee las cuerdas, y solo se escucha el sonido hasta que la cuerda deja de vibrar.

La intensidad

Equivale a hablar de volumen: un sonido puede ser fuerte o débil. Es la cantidad de energía acústica que contiene un sonido. La intensidad viene determinada por la potencia, que a su vez está determinada por la amplitud y nos permite distinguir si el sonido es fuerte o débil.

Los sonidos que percibimos deben superar el umbral auditivo (0 dB) y no llegar al umbral de dolor (140 dB). Esta cualidad la medimos con el sonómetro y los resultados se expresan en decibelios (dB) en honor al científico e inventor Alexander Graham Bell.

En este tema el referente al que hago alución, es la perilla o control de volumen del equipo o reproductor de sonido, a mayor volumen mayor intesidad, a menor volumen menor intensidad.

El timbre

Es la cualidad que permite reconocer la fuente emisora del sonido, por ejemplo, entre la misma nota (tono) con igual intensidad producida por dos instrumentos musicales distintos. Se define como la calidad del sonido. Cada cuerpo sonoro vibra de una forma distinta. Las diferencias se dan no solamente por la naturaleza del cuerpo sonoro (madera, metal, piel tensada, etc.), sino también por la manera de hacerlo sonar (golpear, frotar, rascar)

Una misma nota suena distinta si la toca una flauta, un violín, una trompeta… cada instrumento tiene un timbre que lo identifica o lo diferencia de los demás. Con la voz sucede lo mismo. El sonido dado por un hombre, una mujer, un/a niño/a tienen distinto timbre. El timbre nos permitirá distinguir si la voz es áspera, dulce, ronca o aterciopelada. También influye en la variación del timbre la calidad del material que se utilice. Así pues, el sonido será claro, sordo, agradable o molesto. 

https://oscrove.wordpress.com/teoria-musical/el-sonido/las-cualidades-del-sonido/

La voz humana

La voz humana se produce por la vibración de las cuerdas vocales, lo cual genera una onda sonora que es combinación de varias frecuencias y sus correspondientes armónicos. La cavidad buco-nasal sirve para crear ondas cuasiestacionarias por lo que ciertas frecuencias denominadas formantes. Cada segmento de sonido del habla viene caracterizado por un cierto espectro de frecuencias o distribución de la energía sonora en las diferentes frecuencias. El oído humano es capaz de identificar diferentes formantes de dicho sonido y percibir cada sonido con formantes diferentes como cualitativamente diferentes, eso es lo que permite por ejemplo distinguir dos vocales. Típicamente el primer formante, el de frecuencia más baja está relacionado con la abertura de la vocal que en última instancia está relacionada con la frecuencia de las ondas estacionarias que vibran verticalmente en la cavidad. El segundo formante está relacionado con la vibración en la dirección horizontal y está relacionado con si la vocal es anterior, central o posterior.

La voz masculina tiene un tono fundamental de entre 100 y 200 Hz, mientras que la voz femenina es más aguda, típicamente está entre 150 y 300 Hz. Las voces infantiles son aún más agudas. Sin el filtrado por resonancia que produce la cavidad buco nasal nuestras emisiones sonoras no tendrían la claridad necesaria para ser audibles. Ese proceso de filtrado es precisamente lo que permite generar los diversos formantes de cada unidad segmental del habla. 

http://www.ehu.eus/acustica/espanol/musica/vohues/vohues.html