Tiempo Geológico y Evolución Biológica

El tiempo geológico de la Tierra se encuentra organizado en cuatro eones importantes: Hádico, Arcaico, Proterozoico (más conocido como Precámbrico) y Fanerozoico. El eón Fanerozoico es el tiempo geológico en el que actualmente nos encontramos, debido a que significa “vida visible” y se caracteriza por la presencia de restos fósiles en abundancia y complejidad. Cada eón se divide en unidades de tiempo, denominadas eras, que son las segundas unidades de tiempo más largas. Las eras que presenta el eón Fanerozoico son: Paleozoica, Mesozoica y Cenozoica.

Teorías de la Evolución

Son aquellas teorías que pretenden explicar el proceso de transformación de los seres vivos con el paso del tiempo. Entre las más importantes se encuentran el lamarckismo y el darwinismo.

Lamarckismo

Propuesta por el naturalista francés Jean-Baptiste Pierre Antoine de Monet, Chevalier de Lamarck, más conocido como Lamarck. Es la primera teoría coherente que propone la evolución, también conocida como teoría de la transformación. El Lamarckismo plantea sustancialmente que si el ambiente cambia, toda forma de vida luchará por adaptarse permanentemente a las nuevas exigencias de su hábitat. Esta teoría defiende cuatro premisas fundamentales:

• Los organismos se ven obligados a adaptarse a las condiciones que existen en el medio que habitan.
• Las exigencias del medio ambiente obligaron a los seres vivos a desarrollar ciertos órganos y a prescindir de otros.
• La función crea el órgano.
• Los caracteres adquiridos son heredables.

Darwinismo

Propuesta por el naturalista británico Charles Darwin, se encuentra explicada en su obra El origen de las especies. El darwinismo admite la existencia de múltiples mecanismos evolutivos, mientras que el neodarwinismo defiende que la selección natural es el único mecanismo del cambio orgánico. Por tanto, a medida que han ido evolucionando estas ideas, se plantea lo siguiente:

• Darwinismo: Define la evolución como «descendencia con modificación», es decir, que las especies cambian a lo largo del tiempo, dan origen a nuevas especies y comparten un ancestro común.
• Neodarwinismo: También conocido como la Teoría Sintética de la Evolución, el neodarwinismo defiende que las variaciones genéticas individuales son debidas a mutaciones y recombinación durante la reproducción sexual. Estas variaciones genéticas son heredables, mientras que los caracteres adquiridos no se heredan.

Teoría Sintética de la Evolución

Conocida al principio como la Síntesis Evolutiva, fue construida entre los años 1930 y 1950 gracias a los aportes de la genética, sistemática y paleontología. Impulsada por Theodosius Dobzhansky, Julian Huxley, Ernst Mayr y George Simpson, nos plantea que las variaciones que se manifiestan en la evolución de las especies se heredan de acuerdo a las leyes de Mendel. La teoría sintética de la evolución se basa en:

• Las variaciones genéticas se deben a dos factores: mutación y recombinación genética durante la reproducción sexual.
• Los caracteres adquiridos no son hereditarios.
• La selección natural promueve la evolución de una especie al seleccionar las variaciones genéticas que mejor se adaptan a condiciones ambientales concretas, las cuales serán conservadas.

El proceso evolutivo es lento y gradual (Mejía González, 2021).

Mecanismos de la Evolución: Especiación

La especiación es una forma de diversificación de los organismos vivos; es el proceso mediante el cual se forman nuevas especies a partir de una misma población. Esto ocurre debido a que las poblaciones se encuentran aisladas geográficamente y no tienen contacto reproductivo. Este desarrollo aislado, con entornos diferentes, genera que los grupos poblacionales vayan creando diferencias en sus individuos, originando la formación de especies diferenciadas. Existen varios tipos de especiación como:

• Alopátrica: Consiste en generar especies por una separación geográfica.
• Peripátrica: Consiste en generar especies en cercanías de una población principal.
• Simpátrica: Consiste en generar nuevas especies en un mismo espacio geográfico.
• Parapátrica: Consiste en generar especies dentro de una misma población, pero con un flujo genético limitado.

Evolución de los Homínidos

La línea evolutiva humana ha pasado por diversas etapas, marcadas por la aparición de diferentes especies de homínidos con características distintivas:

• Australopithecus: Vivió hace aproximadamente 4 millones de años en el continente africano y es el que está más cerca de nuestro ancestro común. Se caracterizaba por ser bípedo, de piernas cortas y brazos largos. Este género presenta varias especies, como el Australopithecus anamensis y aferensis; a este último perteneció Lucy.
• Homo Habilis: El primer homínido con la capacidad de crear herramientas de piedra, lo cual marcó un hito importante en el proceso evolutivo, ya que le permitió mejorar su alimentación. Habilis era de baja estatura y carnívoro, pero no cazador.
• Homo Erectus: Fue el homínido que abandonó África. Se caracterizaba por ser totalmente erguido, su gran capacidad de recorrer grandes distancias y utilizar el fuego para calentarse y preparar sus alimentos.
• Homo Neanderthal: Habitaron en Europa y Asia. Se caracterizaban por lo fornido y robusto de su cuerpo; eran cazadores y vivían en grupos. Se considera que ya presentaban un lenguaje comunicativo y que tenían rituales porque enterraban a sus muertos.
• Homo Sapiens: Hace referencia al ser humano actual y moderno que surgió hace unos 200 mil años atrás. Se caracteriza por desarrollar un pensamiento lógico y abstracto, lenguaje oral y escrito, capacidad creativa y organización social.

Electromagnetismo: Capacitancia y Circuitos

Capacitancia

En el capítulo de campo eléctrico, se ha visto que un campo eléctrico constante se obtiene cuando dos placas paralelas están cargadas con igual valor numérico de carga, pero de signo contrario. Este dispositivo es el capacitor, y la definición de capacitancia es la relación entre la magnitud de la carga en cualquiera de los conductores y la magnitud de la diferencia de potencial entre dichos conductores, es decir:

Q = C * ΔV

Por definición, todas las cantidades como la carga (Q) y la diferencia de potencial (ΔV) son positivas; por tanto, la capacitancia (C) también es una cantidad positiva. La unidad de la capacitancia en el Sistema Internacional es el faradio (F), que es igual a:

1 F = C / V (Coulomb por Voltio)

Ejemplo 1: Cálculo de Carga Almacenada

Problema: Calcular la carga almacenada en un capacitor de cerámica de 100 μF (microfaradios) cuando se le aplica una diferencia de potencial de 12 V.

Solución: Despejando la carga de la definición de capacitancia:

Q = C * ΔV = 100 × 10^-6 F * 12 V = 1.2 × 10^-3 C

La carga almacenada es igual a: Q = 1.2 × 10^-3 C.

Capacitor de Placas Paralelas

Un arreglo común encontrado en los capacitores consiste en dos placas planas. Si la separación entre ambas es pequeña, se pueden ignorar los efectos de borde del campo y suponer que el campo es uniforme. Las placas se cargan con cargas opuestas y de la misma magnitud Q; además, cada una de ellas tiene un área A y están separadas por una distancia d. Por tanto, la capacitancia será:

C = (ε₀ * A) / d

Donde, ε₀ = permitividad del vacío, igual a 8.85 × 10^-12 F/m.

Ejemplo 2: Cálculo de Capacitancia y Área

Problema: Un capacitor de placas paralelas cuyas placas miden 2 cm por 4 cm y están separadas por un hueco de aire de 1 mm de espesor.

1. ¿Cuál es la capacitancia?
2. ¿Cuál es la carga si se conecta una batería de 10 V a través de las dos placas?
3. Estime el área requerida de las placas para conseguir una capacitancia de 10 F, dada la misma separación de aire d.

Solución:

1. Reemplazando valores para el área (A = 0.02 m * 0.04 m = 0.0008 m²) y posterior cálculo de la capacitancia (d = 0.001 m):

   C = (8.85 × 10^-12 F/m * 0.0008 m²) / 0.001 m = 7.08 × 10^-12 F ≈ 7.1 pF

   La capacitancia es C = 7.1 pF.

2. Despejando la carga de la definición de capacitancia y reemplazando valores:

   Q = C * ΔV = 7.1 × 10^-12 F * 10 V = 7.1 × 10^-11 C

   La carga es igual a: Q = 7.1 × 10^-11 C.

3. Despejando el área de la relación del capacitor de placas paralelas y reemplazando valores (C = 10 F, d = 0.001 m):

   A = (C * d) / ε₀ = (10 F * 0.001 m) / 8.85 × 10^-12 F/m = 1.129 × 10^9 m²

   Convirtiendo a km²:

   A = 1.129 × 10^9 m² * (1 km / 1000 m)² = 1.129 × 10^9 m² * (1 km² / 10^6 m²) = 1129 km²

   El área es A ≈ 1100 km², que es comparable con la isla de Martinica cuya área es 1128 km²; por tanto, el faradio es una unidad muy grande.

Tipos de Capacitores

Existen diversos tipos de capacitores, cada uno con características y aplicaciones específicas:

• Capacitores de Cerámica

  Características: Pequeños, económicos, amplio rango de valores de capacitancia, alta estabilidad, baja tolerancia.

  Aplicaciones: Electrónica de baja frecuencia, acoplamiento de señales.

• Capacitores de Películas

  Materiales: Película de poliéster, polipropileno, teflón, etc.

  Características: Alta precisión, baja tolerancia, excelente estabilidad a lo largo del tiempo y en diferentes temperaturas.

  Aplicaciones: Alta calidad de audio, circuitos de temporización.

• Capacitores Electrolíticos

  Materiales: Óxido de aluminio o tantalio (para capacitores electrolíticos de aluminio y tantalio, respectivamente).

  Características: Alta capacidad en relación con su tamaño, polarizados (tienen un lado positivo y un lado negativo), pueden ser de tipo electrolítico o de aluminio sólido.

  Aplicaciones: Filtrado de energía, almacenamiento de energía en fuentes de alimentación y amplificadores.

• Capacitores de Tantalio de Tamaño SMD

  Materiales: Óxido de tantalio.

  Características: Alta capacitancia en relación con su tamaño, ideales para aplicaciones en circuitos integrados y dispositivos electrónicos de montaje superficial.

  Aplicaciones: Electrónica portátil, dispositivos compactos.

• Capacitores de Poliéster Metalizado

  Materiales: Película de poliéster metalizado.

  Características: Económicos, adecuados para aplicaciones generales de acoplamiento y desacoplamiento de señales.

  Aplicaciones: Circuitos electrónicos de baja y media frecuencia.

Asociación de Capacitores

En los circuitos eléctricos es frecuente combinar dos o más capacitores, por lo que se requiere calcular la capacitancia equivalente de estas combinaciones utilizando los métodos pertinentes al caso, donde se supondrá que los capacitores a combinar están inicialmente descargados. Los símbolos que se utilizan en estos circuitos se presentan en el gráfico del recuadro (gráfico no incluido en el texto original); donde es importante no confundir los símbolos de los capacitores con los de las baterías o fuentes de energía eléctrica. Los cables de conexión se representan por líneas.

Asociación en Serie

En una conexión en serie, dos elementos de un circuito se conectan uno después del otro. Cuando los capacitores se conectan a la fuente de energía, todos se cargan y cada placa tiene la misma magnitud de carga, lo que resulta en una capacitancia equivalente inversamente proporcional a la suma de los inversos de las capacitancias individuales. La fórmula que describe el inverso de la capacitancia equivalente en una asociación de n capacitores en serie es:

1/C_eq = 1/C₁ + 1/C₂ + ... + 1/C_n

Electrodinámica: Corriente y Magnetismo

¿Qué es la Electrodinámica?

La electrodinámica estudia cómo se desplazan las cargas eléctricas a través de los materiales conductores, lo que da lugar a fenómenos como la corriente eléctrica y el magnetismo. Se identifican tres maneras fundamentales en que las cargas pueden moverse, aunque existen otras:

• Campo Eléctrico: Las cargas eléctricas se mueven cuando están en un campo eléctrico. La fuerza que sienten depende del signo de la carga: las cargas positivas se desplazan en la dirección del campo, mientras que las negativas lo hacen en sentido contrario.
• Campo Magnético: Una carga en movimiento dentro de un campo magnético experimenta una fuerza perpendicular a su velocidad y al campo magnético, conocida como fuerza de Lorentz, lo que puede causar que sigan una trayectoria curva.
• Diferencia de Potencial (Voltaje): Para que las cargas se desplacen a través de un conductor, debe existir una diferencia de potencial entre los extremos del conductor, proporcionando la energía necesaria para mover las cargas.

Corriente Eléctrica

La corriente eléctrica es el fenómeno del movimiento de las cargas en los materiales conductores.

Clases de Corriente Eléctrica

Existen dos clases principales de corriente eléctrica:

• La corriente eléctrica continua (CC o DC).
• La corriente eléctrica alterna (CA o AC).

Fundadores de la Teoría Electromagnética

Entre los pioneros que sentaron las bases de la teoría electromagnética se encuentran:

• Alessandro Volta: Inventó la pila voltaica, permitiendo el estudio de corrientes continuas.
• Hans Christian Ørsted: Descubrió la relación entre la corriente eléctrica y el magnetismo.
• James Clerk Maxwell: Unificó las leyes del electromagnetismo en una teoría coherente.
• André-Marie Ampère: Ayudó a unificar los conceptos de electricidad y magnetismo, sentando las bases del electromagnetismo moderno.

Fuente: Human Frequencies 289 EDUCACIÓN SECUNDARIA