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 Ernesto Marín Moares |
S10 – Video de la sesión (Primera Parte) |
200 años de física de ondas térmicas: espectroscopía, calorimetría e imágenes con ondas térmicas
Las técnicas fototérmicas (FT) son métodos experimentales basados en el principio común de cambiar el estado termodinámico de un material mediante calentamiento pulsado o modulado, y medir los cambios de temperatura producidos. Normalmente para calentar se utiliza luz modulada periódicamente en intensidad que induce variaciones en la temperatura a la misma frecuencia de la modulación denominadas ondas térmicas (OT). Estas ondas pueden ser detectadas directa o indirectamente, en el segundo caso midiéndose los cambios generados en otras propiedades del material o del medio que lo rodea dependientes de la temperatura. El nombre de cada técnica particular depende de la manera en la que las OT son generadas y/o detectadas. Las principales características de las OT, es decir su amplitud y fase, dependen de las propiedades térmicas y ópticas del material, y de aquellas involucradas en la conversión de energía luminosa en calor. Eso hace posible la existencia de métodos versátiles en los cuales no solamente pueden determinarse esas propiedades variando la frecuencia de modulación en un rango de valores determinado, sino que también puede hacerse espectroscopía cambiando la longitud de onda de la luz, entre otras aplicaciones. Usando la dependencia de la frecuencia de la longitud de onda de las OT, puede hacerse un tipo de microscopía para obtener imágenes con resolución tanto lateral como en profundidad. Aunque las aplicaciones prácticas de la Física de OTs han sido desarrolladas principalmente durante los últimos 40 años, sus principios básicos y evidencias físicas pueden encontrarse en los trabajos pioneros de Fourier, Angstrom y Bell, entre otros científicos del siglo XIX. Por ello actualmente estamos asistiendo a un redescubrimiento de la Física de ese siglo por la ciencia moderna. En esta presentación, partiendo de una descripción breve y fenomenológica de los fundamentos de la Física de OT y de algunos antecedentes históricos, describiremos algunos resultados de las investigaciones que se llevan a cabo en el grupo de investigación sobre técnicas y fenómenos FT en CICATA-Legaria, IPN, en el campo de la espectroscopía FT, la medición de propiedades térmicas y obtención de imágenes.
Atentamente:
Arturo Queb, Alfredo García, María de la Luz Huerta, Daniel Sánchez y Víctor Hugo Luna
Seminario Repensar la Física IPN 
Pingback: 200 años de física de ondas térmicas: espectroscopía, calorimetría e imágenes con ondas térmicas | Seminario Repensar la Física
Luego de una primera lectura a los documentos que hiciste favor de darnos como referencia una cosa en la que pensé de inmediato es que trata acerca de una cuestión muy especializada de la física, a pesar de que tiene que ver con fenómenos con los que convivimos diariamente como el calor y la temperatura, ¿es así, tu labor de investigación es muy particular o se relaciona con otras áreas de la física?
Ismael Sandoval González
CECyT 11
Mi trabajo de investigación se relaciona con otras áreas no solamente de la Física, sino de otras disciplinas. Por una parte las técnicas con las que trabajo fundamentalmente (llamadas fototérmicas) involucran fenómenos relacionados con varias partes de la Física como la Termodinámica, la Óptica y la Acústica. La implementación de estas técnicas requiere además del uso de instrumentación electrónica para la detección de señales en ambientes muy contaminados por ruido, de la automatización de las mediciones, del procesamiento de los datos experimentales utilizando en algunas ocasiones complicados algoritmos de cálculo computacional, etc. Eso hace que se involucre un equipo de trabajo multidisciplinario. Estas técnicas pueden usarse para estudiar fenómenos que en algunos casos van más allá de la frontera con la Física.
En ese mismo sentido, a partir de la lectura de tu documento de referencia, da la impresión que tu área de trabajo tiene mucho que ver con la física de materiales. ¿Qué nos puedes decir al respecto?
José Jorge Hernández Santiago
Escuela Superior de Física y Matemáticas
Efectivamente, las técnicas con las que trabajo se usan para caracterizar materiales: Por una parte las técnicas fototérmicas permiten hacer un tipo particular de espectroscopía óptica de absorción, y un espectro óptico es como una huella dactilar de cualquier material. Por otra parte con ellas se pueden medir las propiedades térmicas de un material, que son aquellas que describen cómo se transmite el calor, y cuyo conocimiento es importante por ejemplo para evaluar la forma en que se disipa el calor en un dispositivo electrónico como un transistor, cuán buen aislante térmico es determinado material, o cuán buen refrigerante resulta determinado fluido. Por último, estas técnicas permiten medir aquellas propiedades de un material relacionadas con los mecanismos de conversión de energía luminosa en calor, por lo que resultan útiles para evaluar, por ejemplo, la eficiencia de materiales usados para obtención de energía mediante conversión fototérmica (calentadores solares), entre otras.
En su presentación platicaba que se podían obtener imágenes con ondas térmicas. ¿Qué diferencia tienen estas imágenes con una obtenida, por ejemplo, con microscopia óptica convencional?
Ismael Sandoval González
CECyT 11
Cualquier tipo de microscopía utiliza el fenómeno de la difracción para observar un objeto, pudiendo observarse objetos de tamaño aproximadamente igual al de la longitud de onda. En la microscopía óptica se usan ondas electromagnéticas en la región visible del espectro, dentro de una región de algunas décimas de micrómetro (aproximadamente entre 0.3 y 0.7 micrómetros), es decir luz (un micrómetro es la millonésima parte de un metro). La resolución de un microscopio óptico no supera entonces unos 0.2 micrómetros. Por su parte en un microscopio de ondas térmicas la longitud de onda depende de la frecuencia de modulación de la radiación que se usa para producirlas. Esta frecuencia, y por tanto la resolución, puede fijarse en cualquier valor que se desee (al menos en teoría, pueden estar presentes las dificultades técnicas).
Por otra parte, la distancia a la cual se puede observar dentro de un objeto está limitada por la longitud de penetración de la onda en el mismo. Por eso no podemos observar, por ejemplo, el interior del cuerpo humano que es opaco a la luz. Pero las ondas térmicas tienen una propiedad única: Su distancia de penetración, al igual que la longitud de onda, se puede cambiar a voluntad con la frecuencia de modulación.
¿Qué ventaja puede tener la espectroscopia usando ondas térmicas respecto de la espectroscopia óptica convencional?
José Jorge Hernández Santiago
Escuela Superior de Física y Matemáticas
La espectroscopía óptica convencional, por ejemplo en la región visible del espectro electromagnético en la configuración de transmisión, se basa en hacer incidir luz de cierta intensidad sobre un objeto y medir la intensidad de la luz transmitida. Ella tiene limitaciones cuando se trata de un objeto muy opaco, que no deja pasar la luz, que la absorbe. Ahora, parte de la energía luminosa que es absorbida se transforma en calor, que es lo que se mide en la espectroscopía basada en ondas térmicas. Entonces una ventaja es que permite caracterizar materiales muy opacos.
Por otra parte, supongamos que se va a caracterizar un material que dispersa mucho la luz, como es el caso de un medio turbio como la leche. Las espectroscopias basadas en ondas térmicas son insensibles a la luz difusa.
Supongo que la instrumentación requerida para realizar un experimento como los que nos ha descrito sería demasiado costosa, lo que limitaría la posibilidad de implementación de un ejercicio de laboratorio. ¿Es eso cierto?
Ismael Sandoval González
CECyT 11
En algunos casos es cierto. Sin embargo se pueden diseñar experimentos de bajo costo con pocos recursos. Hay experimentos como uno que mostré en mi presentación que básicamente se puede reproducir con dos apuntadores laser, una cámara web y un poco de ingenio. Con 4 termómetros se puede hacer un experimento sencillo para medir ondas térmicas [1]. Con un foco incandescente y un estetoscopio se puede reproducir el experimento de Bell con el que descubrió el efecto fotoacústico [2].
El corazón de estas técnicas es el amplificador sincrónico, LIA (Lock-in amplifier) que permite extraer la señal útil de un ambiente muy contaminado por ruido. Es quizás la parte más costosa de un experimento, porque fuentes de luz y sensores se pueden adquirir a bajo costo en el mercado. Un LIA comercial puede resultar costoso para un laboratorio docente. Pero se puede desarrollar uno digitalmente, ya sea computacionalmente, o usando algún elemento de hardware asequible a bajo costo, como puede ser un arreglo de compuertas programable en tiempo (FPGA) [3] o incluso la tarjeta de video de una computadora.
[1] E Marín, E Jean-Baptiste y M Hernández, Teaching thermal waves with soils, Revista Mexicana de Física E52 (1) 21-27, 2006
[2] E. Marín, Escuchando la luz: Breve historia y aplicaciones del efecto fotoacústico, Latin American Journal of Physics Education, 2, 2, 130-136 (2008)
[3] A. Cifuentes, E. Marín, Implementation of a Field Programmable Gate Array-based Lock-in Amplifier.
Measurement, 69 (2015) 31–41, doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.measurement.2015.02.037
Comentas que estos fenómenos ya los estudiaron en su momento, científicos de la talla de Fourier, Angstrom o Bell, es decir, que como el nombre de tu ponencia lo indica, estamos hablando de cuestiones con al menos 2 siglos de antigüedad. ¿Se dejó en el camino ese conocimiento, se está redescubriendo, o simplemente se está siguiendo un paso secuencial natural y hasta ahora es el momento que le correspondía?
José Jorge Hernández Santiago
Escuela Superior de Física y Matemáticas
La historia ha demostrado en muchas ocasiones cómo un descubrimiento aparentemente sin aplicaciones en determinado momento histórico puede ser re-descubierto muchos años después y dar lugar a aplicaciones excitantes. El origen histórico de las técnicas basadas en ondas térmicas se remonta al descubrimiento hecho por Bell del Efecto Fotoacústico alrededor del 1880.
Fue un descubrimiento serendipitoso, es decir casual, ya que ocurrió mientras Bell investigaba cómo enviar información a través de la atmósfera utilizando la luz del sol y un aparato que él patentó como El Fotófono. Científicos de la talla de Roentgen y Rayleigh se interesaron en el fenómeno. Sin embargo las primeras aplicaciones solamente pudieron ser posibles cerca de un siglo después debido a la aparición de fuentes de luz y sistemas de detección apropiados, como los láseres, los micrófonos, los detectores sincrónicos o sensibles a fase, etc, que sustituyeron la luz del sol, el tubo de escucha y los oídos en el experimento original. Así mismo la aparición de la computadora hizo posible la interpretación de los datos experimentales con ayuda de complejos modelos físico-matemáticos. Roentgen descubrió que el fenómeno también ocurre en gases. Casi dos siglos después la espectroscopía fotoacústica en gases es una técnica bien reconocida para la detección de trazas de contaminantes en aire atmosférico. Hoy denominamos ondas térmicas a las soluciones matemáticas que describía Fourier en su obra Maestra La Teoría Analítica del Calor, desarrollada en 1807 y publicada por primera vez en 1822.
De repente se tiene la idea de que la labor de investigación queda incompleta si no tiene una parte de aplicación, de vinculación con la industria, por ejemplo. ¿Qué piensas de esto y, en tu caso, tú y tu equipo de trabajo colaboran fuera del ámbito de la educación y la investigación?
Ismael Sandoval González
CECyT 11
El tema de esta pregunta merece un debate más amplio. Yo no pienso que la labor de investigación quede incompleta cuando no se aplica. Un ejemplo lo vimos en la respuesta a la pregunta anterior. Puede pasar tiempo antes de que se aplique un descubrimiento. Otro ejemplo son las investigaciones básicas dirigidas a responder preguntas del tipo de qué estamos hechos, cuál fue el origen y cuál puede ser el futuro de nuestro universo, etc. No dejan de ser muy importantes aunque no se vinculen con un problema práctico. Soy un convencido de la importancia de la llamada investigación científica básica. Pero también estoy convencido de que no hay que dejar de la mano la investigación aplicada. En lugares de gran tradición científica como los EU y algunos países europeos, un gran porcentaje de los ingresos de los investigadores, de los recursos de los laboratorios, de las becas para estudiantes, etc, proceden de proyectos de vinculación con la industria. En México siento que lamentablemente no existe todavía, de manera general, una cultura al respecto. El industrial no tiene la cultura de buscar respuestas a sus problemas en las universidades, y los investigadores no hemos aprendido a brindar nuestros servicios a la industria. Afortunadamente se comienza a tener conciencia sobre esto y se comienzan a establecer políticas al respecto. En particular, en nuestro Centro de Investigación, sin dejar de la mano la investigación científica básica, los investigadores también hemos ganado conciencia y vamos dando pasos crecientes hacia nuestra vinculación con el sector industrial.
Un tópico común que ha surgido en este seminario es que, puesto que muchos de los docentes que participan trabajan en instituciones y con alumnos de nivel medio superior, de repente no parece tan natural la vinculación, es decir, ¿es posible tratar con alumnos de bachillerato un tema como el hoy nos presentas, las ondas térmicas, sin prescindir de formalismo y rigor científico?
José Jorge Hernández Santiago
Escuela Superior de Física y Matemáticas
Yo creo que estos temas pueden tratarse con alumnos de bachillerato, e incluso de secundaria. Por supuesto hay que hacer las adecuaciones necesarias para hacerlos comprensibles. Para ello efectivamente se puede omitir determinado formalismo matemático o instrumental, pero en cualquier acercamiento a la ciencia hay que enseñar al estudiante a que no debe prescindirse del rigor científico inherente a la misma.
En el mismo sentido, teniendo presente que uno de los propósitos de estos seminarios es vincular el trabajo de ustedes, los investigadores, con la labor de nosotros, los docentes, ¿qué vías consideras adecuadas para esa vinculación? Es decir, ¿cómo emplear (si es posible) los resultados de tus investigaciones en la práctica cotidiana?
Ismael Sandoval González
CECyT 11
Hay varias maneras de vincular el trabajo de investigadores y docentes. Juntos, por ejemplo, podemos buscar y encontrar temas actuales de investigación que puedan ser tratados en el currículo de estudio y diseñar cómo hacerlos asequibles a los estudiantes. Los estudiantes, como parte de su formación vocacional, deberían visitar junto a sus docentes los centros de investigación y platicar con los investigadores. Los investigadores deberíamos involucrarnos en la enseñanza media impartiendo charlas, algún curso. Los docentes podrían matricular algún programa de posgrado donde además de superarse conozcan del quehacer científico. En nuestro centro de Investigación ofertamos no solamente un Posgrado en Tecnología Avanzada. También ofrecemos sendos posgrados en Física y Matemática Educativa.
Sobre el mismo tenor, una cuestión que se ha planteado a los investigadores en sesiones previas: desde tu conocimiento, ¿consideras que los programas de estudio de Física actuales, facilitan el que los estudiantes tengan interés en la ciencia en general y en la Física en particular?
José Jorge Hernández Santiago
Escuela Superior de Física y Matemáticas
José Jorge, permiteme responder a tu comentario, pero creo que no son los programas los que van a facilitar el que un alumno se interese por la ciencia, en este caso la Física, sino son los docentes los que deben de buscar estrategias para logar éste objetivo.
Saludos
Toda obra puede mejorarse, los programas de estudio también. No es una tarea nada sencilla elaborar un programa de estudios, siempre va a ser propenso a la crítica y a repensarlo. Pero yo creo que independientemente de cómo estén diseñados estos programas la principal fuente de motivación en la ciencia que puede tener un estudiante es su maestro, como dice Maricela en el comentario anterior. Un maestro que sepa impartir una buena clase, que sea capaz de transmitir la belleza de la ciencia y del quehacer científico, que logre que el alumno sea capaz de divertirse pensando en un problema matemático, leyendo un libro de ciencias, viendo un documental científico, debatiendo un problema de ciencias con sus colegas,…, sin duda va a facilitar el camino del estudiante hacia interesarse, entender y disfrutar la ciencia.
Dr. Ernesto Marín, primeramente gracias por darnos a conocer la página iopscience.iop.org la cual nos puede mostrar gran información de ciencias, pero me gustaría aclarar, ¿si al registrarnos ya podemos ver bien los artículos completos?.
Mi labor docente es a nivel bachillerato, y con respecto al documento 2 (Método de mediciones de la absorción y dispersión de la luz blanca con lentes fototérmicos).
Con relación a estos temas, estos se puede ver en sexto semestre aunque nada más con un grupo, ¿qué prácticas o algunos otros experimentos nos aconsejaría utilizar a este nivel?, ya que el que usted nos muestra en el documento es muy interesante pero algo avanzado para este nivel.
En cuanto al siguiente documento, la transferencia de calor por conductividad, por radiación y convección,
estos temas los vemos en cuarto semestre con todos los alumnos y grupos, ¿que experimentos nos recomendaría para que el alumno se adentre en estos temas? ya que estos temas son importantes para cuando ingresen a la universidad.
Maricela Vega Valdes
Pl17 Cobach SLP
Hola Maricela. Gracias por tu interés en nuestro trabajo. Desconozco si puedes acceder a los textos completos de los artículos a través de este sitio, pero probablemente no por el asunto de la protección intelectual. Pero si me mandas tu dirección de correo con mucho gusto te hago llegar el artículo que necesites. Me puedes escribir a emarin63@yahoo.es
Para experimentos sobre transferencia de calor el que describo en [1] es interesante y muy accesible.
Para hacer uno sobre espectroscopía fototérmica necesitas de un Lock-in. Es un instrumento caro. Pero se puede implementar uno digitalmente usando el algoritmo que describo en [2]. Una FPGA (Arreglo de compuertas programable en campo) puede adquirirse con menos de 2000 pesos y en él se puede tambien implementar un lock-in como se describe en [3]
[1] E Marín, E Jean-Baptiste y M Hernández, Teaching thermal waves with soils, Revista Mexicana de Física E52 (1) 21-27, 2006
[2] E. Marín y R. Ivanov
“LIA in a Nut Shell: How can trigonometry help to understand Lock-In Amplifier Operation”, Latin American Journal of Physics Education 3, 3, 544-546 (2009) (ISSN 1870-9095)
[3] A. Cifuentes, E. Marín Implementation of a Field Programmable Gate Array-based Lock-in Amplifier.
Measurement, 69 (2015) 31–41, doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.measurement.2015.02.037
Conocimientos previos
Muchas felicidades, me da gusto ver que este Seminario sigue avanzando. Entiendo que los contenidos manejados en el documento se trabajan más bien en Educación Superior. Yo soy profesora de matemáticas de Educación Media, y el tema de las hondas me parece un buen punto para trabajar con interdisciplinariedad, en particular para relacionarlo con las funciones de seno y coseno, pero en las ecuaciones que se manejan en el artículo no entran estas funciones. ¿Estas funciones son realmente un conocimiento previo necesario? ¿Qué conocimientos previos se requieren? ¿En qué temas debo apoyar a mis estudiantes, a manera de conocimientos previos?
Adriana Gómez Reyes
CECyT 13 IPN
CCH Sur, UNAM
Hola Adriana:
Te recomiento consultar los siguientes artículos:
1- E. Marín y R. Ivanov “LIA in a Nut Shell: How can trigonometry help to understand Lock-In Amplifier Operation”, Latin American Journal of Physics Education 3, 3, 544-546 (2009) (ISSN 1870-9095)
2- E Marín, E Jean-Baptiste y M Hernández, Teaching thermal waves with soils, Revista Mexicana de Física E52 (1) 21-27, 2006
En el primero se de describe cómo funciona un instrumento avanzado usando trigonometría básica. En el segundo se miden ondas térmicas, y se trabaja con ellas para obtener información sobre propiedades térmicas del suelo.
Estimado doctor Ernesto.
Agradecemos nos comparta el desarrollo y resultados de sus investigaciones que ayudan a actualizar el conocimiento en física y sus aplicaciones en este importante campo con diferentes aplicaciones, dándonos la oportunidad de vincularos con nuestro quehacer docente…
Esta tarea es difícil sin embargo la divulgación de la ciencia es necesaria para motivar e incentivar a los estudiantes para integrarse al nivel de posgrado ¿Qué aplicaciones prácticas han surgido de los resultados de tus investigaciones con mayor impacto social, empresarial o de salud?
Víctor Hugo Luna
ENCB
Estimado Victor. Gracias por sus comentarios. Concuerdo con Ud. sobre la importancia de divulgar la ciencia entre los estudiantes. En mi trabajo de investigación hemos propuesto varias metodologías experimentales que pueden ser útiles para caracterizar materiales y estudiar diferentes tipos de fenómenos. Entre otras aplicaciones, ellas están a la disposición no solo de la comunidad científica del país, sino también de todo aquel que pueda verse beneficiado de ellas, para medir propiedades térmicas de materiales, detectar trazas (contaminantes, dopantes, etc) de elementos químicos en agua u otros fluídos, detectar defectos subsuperficiales en materiales, etc. Contamos en nuestro centro con un laboratorio de técnicas fototérmicas con las variantes experimentales más usadas en el mundo, como son la espectroscopía fotoacústica y de lente térmica, las calorimetrías fotoacústica, fotopiroeléctrica, de lente térmica y por radiometría infrarroja (incluyendo termografía activa Lock-in) y microscopía fototérmica con detección acústica, piroeléctrica e infrarroja. Como decía antes, todas esas técnicas están al servicio de la comunidad. Entre otros aportes, recientemente hemos demostrado cómo estas técnicas pueden contribuír al fortalecimiento de lo que se denomina una agricultura limpia proponiendo, por ejemplo, métodos para discriminar productos orgánicos como el café, identificando bacterias promotoras del crecimiento de plantes mediante la técnica fotoacústica, etc. Mi colega Dr. A. Calderón dirige en nuestro grupo de CICATA un proyecto que puede tener un alto impacto ambiental al estar dirigido a controlar el crecimiento indiscriminado del Lirio acuático usando ultrasonido, donde hace el monitoreo de su actividad fotosintética usando también la espectroscopía fotoacústica.
Estoy de acuerdo con usted profesor víctor Hugo,sobre el interés de la ciencia que puedan tener los alumnos pero falta ese plus de intención de seguir en el medio superior y adentrarse a la investigación científica.
Muy buenas tardes Doctores encargados de seguir con las sesiones del segundo siclo 2015 de Física, en relación con este articulo sobre técnicas fototermicas, espectroscopia y calorimetria son de gran importancia en los niveles medio y superior, en nuestro caso abordamos algunos en contenidos temáticos como calorimetria, calor, temperatura, mecanismos de transferencia de calor en cuarto semestre de la capacitación de laboratorista químico, las ondas, sus características y aplicaciones en sexto semestre en temas selectos de física II , la desventaja lo abordamos en forma teórica y nos falta la parte experimental el espacio la tenemos pero la mayor de las veces no contamos con aparatos e instrumentos adecuados para llevarlas acabo ¿Que actividades experimentales me sugiere para interiorizarlos en el laboratorio multidisciplinario y abonar un poco mas a los cocimientos significativos adquiridos en el aula y desarrollar las competencias en su contexto.
Estimado Pedro: Efectivamente, como hemos mencionado en respuestas a otras preguntas, sería interesante introducir algunas experiencias practicas en la enseñanza. Sugiero por ejemplo realizar con los estudiantes el experimento que describimos en este artículo: E Marín, E Jean-Baptiste y M Hernández, Teaching thermal waves with soils, Revista Mexicana de Física E52 (1) 21-27, 2006
En él se involucran aspectos tanto de termodinámica como de ondas.
Creo que el tema es por de más interesante. Y se aprecia hasta de facil puesta en práctica. ¿como propondria se integre a los progamas de estudio de nivel medio?, ya que podria decir que no esta considerado
Estimado Arturo. Como comenté en el diálogo, es una tarea muy difícil diseñar un plan de estudios. Yo propondría que en la medidad de las posibilidades los docentes trataran de introducir discusiones en clases, demostraciones y/o ejercicios de laboratorio docente que involucren el tema que hemos discutido en aquellas partes de sus cursos donde sean útiles para reforzar algún conocimiento, o para motivar la orientación vocacional del estudiante. Ej., la física de las ondas térmicas describe muy bien un fenómeno palpable como son las oscilaciones periódicas diarias, mensuales, anuales, .., de la temperatura en la superficie terrestre (incluyendo los oceanos). Su medición involucra solamente termómetros y relojes, y su descripción matemática puede hacerse mediante cálculo simple. Otra vez recomiendo leer este trabajo: E Marín, E Jean-Baptiste y M Hernández, Teaching thermal waves with soils, Revista Mexicana de Física E52 (1) 21-27, 2006
Dr. E. Marín Muchas gracias por vincular su investigación con los profesores de educación media superior
y ayudarnos a lograr que el alumno se interese por la ciencia, los experimentos que recomienda son muy interesantes, sobre todo el del subsuelo. Es un honor para nosotros aprender de usted para poder enseñar a aprender al alumno.
Saludos
Estimada Maricela: Muchas gracias por sus palabras. Este tipo de intercambio nos enseña a todos, nosotros tambien aprendemos de sus comentarios y preguntas. Gracias.
Dr. Marín,
Le agradezco y lo felicito por haberse tomado el tiempo para contestar todas las inquietudes externadas en el foro, ya que, en la mayoría de las ocasiones, las dudas que externamos en el foro quedan sin el enriquecimiento de la retroalimentación por parte del ponente.
Muchas gracias por su entusiamo y compromiso.
Atte. Claudia Moctezuma Salgado
ESIME Culhuacan, IPN
Academia de Física
De acuerdo al artículo de referencia, las ondas térmicas se generan en un sólido como consecuencia de la calefacción periódica proporcionada por una fuente. Me podría decir por favor ¿Qué técnicas existen para detectar las ondas térmicas en un material?
Felicidades por su trabajo de investigación. Es muy interesante.
Isaura García Maldonado
Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas (ESIQIE-IPN).
Hola Isaura: Una disculpa por no responder hasta ahora, por diversas razones no había vuelto a acceder a este foro. Hay diferentes técnicas para detectar ondas térmicas. Algunas lo hacen directamente, midiendo las oscilaciones de temperatura con un sensor apropiado. Otras miden los cambios producidos por el calentamiento periódico en otras propiedades del material o el medio circundante. La denominación de cada técnica tiene que ver con la forma en que se detecta. Algunas técnicas son: Fotoacústica, fotopiroeléctrica, lente térmica, deflexión de haz, termografía infrarroja activa, radiometría infrarroja, y fotoreflectancia modulada. Con respecto a su otra pregunta, con estas técnicas se pueden medir propiedades ópticas como el coeficiente de absorción (como este depende de la longitud de onda de la luz se puede hacer espectroscopía), propiedades térmicas como conductividad, difusividad, efusividad y coeficiente de expansión térmico, propiedades involucradas en la conversión de energía luminosa en calor como la eficiencia de este proceso, entre otras. Tambien se pueden obtener imágenes de orígen óptico y térmico, superficiales como subsuperficiales. Si deseas visitar nuestro laboratorio y ver algunas de esas técnicas podemos coordinar una cita si me escribes a: emarin63@yahoo.es
Cordial saludo, E
Dr. Marín:
¿Qué tipo de propiedades de los materiales, se pueden obtener a partir de una caracterización fototérmica y una caracterización fotoacústica?
Isaura García Maldonado
Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas (ESIQIE-IPN).
La técnica fotoacústica es una de las técnicas fototérmicas. En principio estas técnicas pueden utilizarse para caracterizar materiales en cualquier estado de agregación y en diferentes formas: sólidos, líquidos, gases, geles, polvos, películas etc. Se pueden medir propiedades térmicas, ópticas y aquellas involucradas en la conversión foto-térmica. También puede hacerse un tipo de espectroscopía óptica que tiene ventajas sobre la convencional cuando se trata de muestras muy opacas o muy transparentes, y de aquellas que interaccionan con la luz de manera compleja, manifestando, además de absorción y transmisión, fenómenos como esparcimiento, fluorescencia, etc.
Me parece muy interesante cómo el autor explica en su documento de referencia la importancia de la efusividad térmica de los materiales.
En este documento se expone como ejemplo, como al tocar con la manos dos materiales diferentes: metal y madera, los cuales se encuentran a la misma temperatura, la sensación de la mano es que la madera está más caliente y el metal está más frío, lo mismo ocurre cuando se ponen en contacto las plantas de los pies con diferentes materiales del piso. ¿Cómo es que la sensación de la piel humana es que los cuerpos son más calientes o más fríos, si se supone que están a la misma temperatura?
La explicación se atribuye a la efusividad térmica, también llamada admitancia térmica o coeficiente de contacto, concepto que ha sido subvalorado e inclusive en algunos libros sobre transporte de calor ni siquiera se hace uso del concepto.
La efusividad térmica es un parámetro termofísico relevante para procesos de calentamiento o de enfriamiento de superficies , y para el reciente campo de la física térmica desarrollada sobre interferencia de ondas, donde se determina el valor de los coeficientes de reflexión y transmisión para las ondas térmicas que se propagan en la interface entre dos medios.
Sería interesante utilizar este mismo ejemplo en clases, para explicar a los alumnos el concepto y la relevancia de la efusividad térmica.
Gracias Dr, Marín
Isaura García Maldonado
Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas (ESIQIE-IPN).