Experimentos con microondas en el colegio

Como se informa en este número de Science in School (Stanley, 2009), científicos israelíes han estado utilizando microondas para taladrar agujeros sobre cristal y cerámica, y para producir bolas de plasma. Los hornos microondas son un útil recurso tanto para profesores como para científicos. Aquí hay un conjunto de divertidos experimentos con microondas adecuados para realizar en clase.

Bolas de plasma

Usando un horno microondas, puedes crear bolas de plasmaw1 en el colegio a partir de nanopartículas de hollín. El Doctor Chris Schrempp, profesor de un instituto californiano, ha estado haciendo esto en clase durante algún tiempo, y nos cuenta su experiencia: “Esta es una estupenda demostración que es siempre un éxito seguro con los estudiantes de cualquier nivel. Aunque el dueño del microondas empleado, si lo presencia, estará absolutamente convencido de que el electrodoméstico estará inservible tras la prueba, sorprendentemente el aparato debería permanecer sin daños”.

Materiales

• Un pequeño cuenco de cristal resistente al calor.
• Una pequeña tablilla de madera o un mondadientes (3-5 cm de longitud).
• Corcho.
• Un vaso de precipitados de 50 ml (u otro objeto apto para microondas de un tamaño similar).

Procedimiento

1. Quitar el plato giratorio del microondas y cubrir o quitar la luz.
2. Pegar la tablilla de madera o el palillo al corcho.
3. Sostener un pequeño cuenco de cristal resistente al calor boca abajo en el centro del microondas utilizando un círculo de vasos. El cuenco debería ser elevado lo suficientemente alto para que el palillo pegado al corcho pudiera colocarse por debajo de él.
4. Preprogramar el microondas durante 30 segundos a la máxima potencia y apagar las luces de la habitación.
5. Prender la tablilla y meterla en el microondas bajo el cuenco de cristal.
6. Cerrar la puerta y encender el microondas.

El plasma normalmente se forma en unos 10 segundos. Según Schrempp: “Hará un ruido horroroso, sonando como si el microondas se estuviera friendo por dentro”. Si la bola de plasma no se forma en este tiempo, para el microondas, vuelve a prender la tablilla y empieza de nuevo.

El cuenco de cristal del revés sirve para contener el plasma de manera que pueda ser visto a través de la ventana fácilmente. La demostración puede realizarse sin el cuenco, pero entonces la bola de fuego alcanzará la parte alta del microondas, de manera que te tienes que agachar y mirar por la ventana para verlo.

El único efecto negativo de la experiencia es el olor a quemado en el microondas. Schrempp afirma que nunca ha dañado el horno, sólo algunas marcas negras, pero sugiere que en ese caso se use un microondas más antiguo.

La demostración de Schrempp de éste y muchos otros espectaculares experimentos pueden verse en la Web de Exploscience^w2.

Las bolas de plasma también pueden ser creadas usando uvas, como se detalla en el libro electrónico de Schrempp: “Bangs, Flashes, and Explosions – An Illustrated Guide of Chemistry Demonstrations^w3:

1. Corta una uva prácticamente del todo por la mitad, dejando una pequeña parte de la piel sobre un lado para mantener las dos mitades unidas.
2. Coloca la uva sobre un plato, córtala en pedazos y métela en el microondas.
3. Cuando el horno esté encendido el plasma será emitido desde la parte de piel que une las dos mitades.

En Internet puede encontrarse un vídeo del plasma de uva^w4.

Escultura de jabón

Cuando el microondas está encendido con la máxima potencia durante un minuto aproximadamente, una pastilla de jabón se convierte en una extraña lava volcánica, o una sustancia que parecen horribles hongos. La deformación es causada por diminutas bolsas de agua en el jabón, o por el aire que se expande en el jabón al calentarlo.

La escultura de jabón puede dejar en el horno microondas (y en la clase) un olor bastante fuerte, así que intenta encontrar un jabón que no esté perfumado y evita hacerlo en un microondas que se use para cocinar.

Esta demostración tiene el beneficio añadido de que el profesor puede dejar el falso jabón resultante por la zona de preparación del laboratorio de ciencia en el colegio para “preocupar” a sus compañeros, o los estudiantes pueden llevárselo a casa para inquietar a los miembros de su familia.

Este y otros experimentos pueden encontrarse en la página web physics.org^w5.

Eggy explosions

Si las demostraciones son buenas, las explosiones son inolvidables. Mis hijos nunca me dejarán olvidar la noche en la que el huevo hervido tenía la clara poco hecha y dije, “unos segundos en el microondas lo terminarán bien”. Un huevo de gallina, incluso sin la parte de arriba, explotará espectacularmente cuando se caliente en un microondas. Puedes probarlo en una clase, ¡pero solamente si estás preparado para limpiar el interior del microondas después!

Un programa de televisión norteamericano, Brainiac Science Abuse, ha llevado este experimento al límite lógico calentando en el microondas un huevo de avestruz. Este probablemente no es un experimento que querrás (o podrás) hacer por ti mismo, pero hay muchas versiones de él en Youtube^w6. Claramente sospecho que el experimento fue manipulado de algún modo (ellos lo llaman abuso de la ciencia), pero podrías usar el vídeo para despertar a cualquier clase.

Bombillas

Otro experimento clásico es colocar una bombilla en un horno microondas. Una bombilla incandescente (no importa si funciona o no) se encenderá cuando se irradie con microondas, con tal de que el cristal esté intacto. Dependiendo del tipo de bombilla, puedes conseguir colores diferentes. Recuerda que la bombilla se calentará muy rápido; probablemente 10 segundos sean suficientes antes de permitir que se enfríe de nuevo.

Los tubos fluorescentes también se encenderán, y el efecto puede usarse para comprobar fugas de microondas a través de los hornos. Enciende el microondas y sujeta un tubo fluorescente contra las aristas de la puerta del horno. Si el microondas tiene fugas, hará que la bombilla brille. (Apaga las luces de la habitación de forma que puedas ver el brillo.) Esto funciona mucho mejor si el horno está vacío, pero si estás probando un horno más antiguo (anterior a 1980), puedes incluir un vaso de agua. Ten en cuenta que ese método sólo muestra las fugas más grandes.

Este y otros hechos, mitos y experimentos sobre o con microondas se recogen en la página web de William Beaty^w7.

Medir la velocidad de la luz con pan y margarina.

Los “científicos al desnudo” Chris Smith y Dave Ansell describen un experimento muy bueno usando ondas permanentes para calcular la velocidad de la luz en su libro Crisp Packet Fireworks y en su página web^w8, donde además también podrás encontrar microondas y otros experimentos.

Tras haberles enseñado todo acerca de los experimentos realmente complicados, realizados a lo largo de la historia para medir la velocidad de la luz, los estudiantes creen que usar este fácil método es estupendo. El único inconveniente de esta demostración es un poco de olor a tostadas. Este experimento también puede usarse para reforzar la idea de que todas las ondas en el espectro electromagnético viajan a la velocidad de la luz.

Materiales

• Un plato (y posiblemente un cuenco)
• Cuatro rebanadas de pan tostado
• Margarina
• Un cuchillo para mantequilla
• Una regla

Procedimiento

1. Quitar el plato giratorio del microondas.
2. Colocar cuatro tostadas en forma de cuadrado en un plato.
3. Cubrirlas completamente con margarina, asegurándote de incluir los bordes de las rebanadas que están en contacto.
4. Necesitas asegurarte de que el plato no girará cuando enciendas el microondas. Si hay un soporte en el centro para sujetar el plato giratorio, puedes cubrirlo con un cuenco colocado del revés y mantén equilibrado el plato sobre él.
5. Enciende el microondas con la máxima potencia durante 15-20 segundos hasta que la margarina se derrita. Según la potencia del microondas puede necesitar menos tiempo, así que compruébalo cada 5 segundos. Ten mucho cuidado de no dejarlo encendido durante demasiado tiempo.
6. Deberías ver una serie de zonas derretidas en paralelo o líneas separadas de zonas sin fundir. Saca el plato.
7. Mide la distancia en centímetros entre dos de esas zonas con una regla. Multiplica por dos y anota el valor: ésta es la longitud de onda de las microondas producidas por tu horno – debería ser alrededor de 12-12,5cm.
8. Ahora necesitas averiguar la frecuencia de las microondas. Deberías poder encontrarlo en una pegatina, situada normalmente por detrás o en el borde de la puerta del microondas. Si no puedes encontrar el valor concreto de tu microondas, usa 2450 MHz (2.45 GHz) como valor estándar.
9. Multiplica la longitud de onda (unos 12 cm) por la frecuencia. Si estás usando MHz, necesitarás multiplicar el resultado por un millón, si son GHz por mil millones.
10. El resultado será la velocidad de la luz en centímetros por segundo. Divídelo entre 100 para convertirlo en metros por segundo. Tu resultado debería ser aproximadamente 300 millones de metros por segundo.

La luz, incluyendo las microondas, es una onda compuesta por una serie de picos máximos y mínimos. La longitud de onda es la distancia desde un punto mínimo o máximo al siguiente. La frecuencia es el número de ondas por segundo. Para conocer la velocidad a la que viaja la onda, necesitas ambos valores.

Un horno microondas produce ondas en un lado del horno, que se reflejan en el lado contrario y vuelven a donde habían empezado. Las ondas reflejadas se encuentran con las ondas originales, cancelándose unas con otras en algunos lugares, mientras que se suman en otros: las ondas rebotadas en las interferencias que se crean al chocar unas con otras, crea una onda permanente con posiciones de máxima amplitud (antinodos) donde habrá fuertes calentamientos, y posiciones donde la amplitud es cercana a cero (nodos) en los cuales habrá un pequeño calentamiento. La distancia entre dos puntos calientes es la mitad de una longitud de onda – la distancia desde un antinodo al siguiente. En estos lugares calientes, la margarina se derretirá primero.