Interacciones de la materia

Lecciones de materia

Materia e Interacciones es un libro de texto de Ruth Chabay y Bruce Sherwood (John Wiley & Sons, 4ª edición, 2015; véase también un sitio de Wiley que incluye un capítulo de muestra) que hace hincapié en una perspectiva moderna del plan de estudios de introducción a la física basado en el cálculo que cursan los estudiantes de ciencias e ingeniería. Hace participar a los estudiantes en:
M&I se utiliza en grandes cursos de ingeniería y ciencias en universidades grandes y medianas, como la Universidad de Purdue, Georgia Tech, Cal State Long Beach, la Universidad Estatal de Carolina del Norte, la Universidad de Mississippi, Carnegie Mellon, la Universidad Estatal de Minnesota Moorhead, Villanova, la Universidad de High Point y la Universidad de Florida Occidental.    Varias universidades, entre ellas la Universidad de Michigan, lo utilizan en cursos para estudiantes de honor o de física.
El plan de estudios también se utiliza fuera de Estados Unidos, como en la Universidad de Columbia Británica, la Universidad de Ciudad del Cabo (Sudáfrica), la Universidad Nacional de Australia, la Universidad Macquarie (Australia), la Universidad de Gotemburgo (Suecia) y la Universidad de Helsinki.

La materia y sus interacciones

Cuando se pone un tronco en el fuego, éste arde y libera energía en forma de calor y luz, dejando sólo una pequeña cantidad de ceniza. Un tubo de acero, en cambio, se calienta pero no sufre ningún otro cambio en el fuego. Si mezclamos un poco de bicarbonato de sodio en agua no pasa nada, pero cuando añadimos un poco de zumo de limón a la mezcla, se forman burbujas y sale espuma del recipiente.
Cada sustancia tiene diferentes propiedades que se definen por sus interacciones con otras sustancias y con la energía. Estas interacciones se producen a nivel atómico. Los átomos de un elemento reaccionan con los átomos de otro elemento para formar enlaces químicos. Los átomos absorben y liberan energía en diversas formas, como la luz, el calor o la corriente eléctrica. Todos los cambios que vemos, oímos, probamos o sentimos implican una interacción de los átomos con la materia o la energía.
La luz es una forma de energía que puede producirse por conversión de otras formas de energía. Solemos asociar la luz con el calor, la corriente eléctrica o ambos. Sin embargo, hay algunas luces que parpadean sin ninguna de estas fuentes de energía. ¿Cómo producen las luciérnagas sus brillantes destellos de luz amarillo-verde en una noche de verano?

Ejemplo de interacción de la materia y la energía

ResumenLas interacciones entre la luz y la materia desempeñan un papel fundamental en la espectroscopia, la detección, el procesamiento de la información cuántica y los láseres. En la mayoría de estas aplicaciones, la luz se considera en términos de ondas planas electromagnéticas que se propagan a la velocidad de la luz en el vacío. En consecuencia, las interacciones entre la luz y la materia suelen tratarse como muy débiles y captarse en el orden más bajo de la electrodinámica cuántica. Sin embargo, los avances en la comprensión del acoplamiento de los fotones a las cuasipartículas materiales (plasmones, fonones y excitones) hacen necesaria una visión generalizada del fotón en el centro de toda interacción luz-materia. En esta nueva imagen, el fotón puede tener una polarización y una dispersión muy diferentes y estar confinado en la escala de unos pocos nanómetros. Estas cuasipartículas fotónicas permiten una gran cantidad de fenómenos de interacción luz-materia que de otro modo serían inobservables, en interacciones tanto con electrones ligados como libres. Esta revisión se centra en los avances teóricos y experimentales en la realización de nuevas interacciones luz-materia con cuasipartículas fotónicas. Entre los ejemplos se encuentran el acoplamiento fuerte a temperatura ambiente, el ‘forbidde

Experimento sobre las propiedades físicas de la materia

[Declaración de aclaración: Los ejemplos de propiedades que podrían predecirse a partir de los patrones podrían incluir la reactividad de los metales, los tipos de enlaces formados, el número de enlaces formados y las reacciones con el oxígeno]. [Límite de la evaluación: La evaluación se limita a los elementos del grupo principal. La evaluación no incluye la comprensión cuantitativa de la energía de ionización más allá de las tendencias relativas].
[Declaración de aclaración: Los ejemplos de reacciones químicas podrían incluir la reacción de sodio y cloro, de carbono y oxígeno, o de carbono e hidrógeno]. [Límite de evaluación: La evaluación se limita a las reacciones químicas que implican elementos del grupo principal y a las reacciones de combustión].
[Declaración de aclaración: Se hace hincapié en la comprensión de las fuerzas entre partículas, no en nombrar fuerzas intermoleculares específicas (como dipolo-dipolo). Los ejemplos de partículas podrían incluir iones, átomos, moléculas y materiales en red (como el grafito). Los ejemplos de propiedades de las sustancias en masa podrían incluir el punto de fusión y el punto de ebullición, la presión de vapor y la tensión superficial]. [Límite de evaluación: la evaluación no incluye los cálculos de la ley de Raoult sobre la presión de vapor].

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