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link: Para todos los taringueros este es un trabajo escolar para feria de ciencias Sean comprensivos...Gracias RESUMEN: Este proyecto de investigación y experimentación se realizó para comprobar si la planta pelargonium hortorum, malvón, puede sobrevivir con luz de LEDs ultravioletas (LEDs UV) sustituyéndole completamente la luz solar natural, sin afectar el proceso de fotosíntesis. Para poder realizar este experimento se averiguó todo sobre el proceso de la fotosíntesis, los tipos de rayos que emana el sol a la tierra y las características de los LEDs. El experimento fue llevado acabo en una caja o cámara de madera donde se colocó una planta de pelargonium hortorum – malvón, iluminados por LEDs y esto, al mismo tiempo, tapado con una tela negra (sobre la parte superior y unos de los laterales de la caja) para que no entre luz solar y que filtre aire a la misma vez. La duración de esta luz (LED) era, en general, de 12 horas diarias, la misma duración que el sol da su luz en un día común. Se sacaron fotos para comprobar que la planta creció y se llevo a cabo en el transcurso de 19 días aproximadamente. La planta no tuvo ningún tipo de problemas durante el proceso del experimento, que de hecho, creció, y se supone que puede seguir desarrollándose de forma natural con luz solar. INTRODUCCIÓN: Como es bien sabido, las plantas necesitan luz solar para realizar la fotosíntesis, proceso que se define como el “proceso de captación y transformación de dicha energía en compuestos biológicamente aprovechables”. La luz solar emite rayos ultravioleta que pueden causar daños en los organismos vivos, por ejemplo, las plantas sobreexpuestas a luz ultravioleta tienen un menor crecimiento y están más expuestas a ciertas enfermedades que aquellas que tienen una exposición considerada como normal. Como sabemos, la luz solar es una composición de diferentes longitudes de onda o colores. De acuerdo a algunos estudios, cada uno de estos colores tiene un impacto especial en las plantas. Las plantas reaccionan a la luz azul más que a cualquier otra longitud de onda, radiaciones en cualquier otra parte del espectro no tendrán tanta importancia para el crecimiento de las plantas como este segmento. La luz roja e infrarroja, tienen repercusiones directas en la altura y en el ancho, respectivamente. Cabe señalar que las reacciones de las plantas a estos colores no se dan de forma lineal. Otro segmento del espectro que tiene especial relevancia para el crecimiento de las plantas es el de la luz ultravioleta. El sol emite tres tipos diferentes de rayos ultravioleta, clasificados de acuerdo a la longitud de onda de los rayos emitidos: UV-A (380-315 nm), UV-B (315-280 nm) y UV-C (280-10 nm). El 99% de la luz ultravioleta que llega a la tierra es del tipo UV-A. Este tipo de rayos es el menos dañino para los organismos vivos. Hipótesis: Las plantas pelargonium hortorum (malvón) tendrán un crecimiento natural expuestas exclusivamente a rayos de luz UV-A proveniente de los LEDs, Situación problemática: ¿Los LEDs utilizados como sustitutos de luz natural promueven el crecimiento de las plantas pelargonium hortorum (malvón)? Objetivo de este estudio: La finalidad de nuestra investigación es comprobar el crecimiento de las plantas (pelargonium hortorum - malvón) controlando la energía lumínica proveniente de diodos emisores de luz (LEDs). DESARROLLO Diodo emisor de luz (LED) Gustavo Martin Ing. menciona que los leds son lámparas en estado sólido, o sea sin filamento ni gas inerte que lo rodee, ni cápsula de vidrio que lo recubra. El led es un semiconductor unido a dos terminales cátodo y ánodo (negativo y positivo respectivamente) recubierto por una resina epoxi o poli epóxido (polímero termoestable que se endurece cuando se mezcla con un agente catalizador o “endurecedor”) transparente. Cuando una corriente circula por el led se produce un efecto llamado electroluminiscencia o sea el led emite luz monocromática en frecuencia que van desde el infrarrojo pasando por todo el espectro de luz visible y llega hasta el ultravioleta. El primer led práctico se dio a conocer en 1962 por el inventor ruso Oleg Losev (http://www.obup.com.ar/faqs.htm). Según la Nichia Unveils White el Diodo emisor de luz, es un dispositivo semiconductor (diodo) que emite luz incoherente de espectro reducido cuando se polariza de forma directa la unión PN del mismo y circula por él una corriente eléctrica. Este fenómeno es una forma de electroluminiscencia. El color (longitud de onda), depende del material semiconductor empleado en la construcción del diodo y puede variar desde el ultravioleta, pasando por el visible, hasta el infrarrojo. Los diodos emisores de luz que emiten luz ultravioleta también reciben el nombre de UV LED (UltraViolet Light-Emitting Diode) y los que emiten luz infrarroja suelen recibir la denominación de IRED (Infra-Red Emitting Diode). Fueron inventados por Oleg Lósev. El funcionamiento físico consiste en que, en los materiales semiconductores, un electrón al pasar de la banda de conducción a la de valencia, pierde energía; esta energía perdida se puede manifestar en forma de un fotón desprendido, con una amplitud, una dirección y una fase aleatoria. El que esa energía perdida cuando pasa un electrón de la banda de conducción a la de valencia se manifieste como un fotón desprendido o como otra forma de energía (calor por ejemplo) va a depender principalmente del tipo de material semiconductor. Cuando un diodo semiconductor se polariza directamente, los huecos de la zona p se mueven hacia la zona n y los electrones de la zona n hacia la zona p; ambos desplazamientos de cargas constituyen la corriente que circula por el diodo. Si los electrones y huecos están en la misma región, pueden recombinarse, es decir, los electrones pueden pasar a "ocupar" los huecos, "cayendo" desde un nivel energético superior a otro inferior más estable. Este proceso emite con frecuencia un fotón en semiconductores de banda prohibida directa o "direct bandgap" con la energía correspondiente a su banda prohibida (véase semiconductor). Esto no quiere decir que en los demás semiconductores (semiconductores de banda prohibida indirecta o "indirect bandgap" no se produzcan emisiones en forma de fotones; sin embargo, estas emisiones son mucho más probables en los semiconductores de banda prohibida directa (como el Nitruro de Galio) que en los semiconductores de banda prohibida indirecta (como el Silicio). La emisión espontánea, por tanto, no se produce de forma notable en todos los diodos y sólo es visible en diodos como los LEDs de luz visible, que tienen una disposición constructiva especial con el propósito de evitar que la radiación sea reabsorbida por el material circundante, y una energía de la banda prohibida coincidente con la correspondiente al espectro visible. En otros diodos, la energía se libera principalmente en forma de calor, radiación infrarroja o radiación ultravioleta. En el caso de que el diodo libere la energía en forma de radiación ultravioleta, se puede conseguir aprovechar esta radiación para producir radiación visible, mediante sustancias fluorescentes o fosforescentes que absorban la radiación ultravioleta emitida por el diodo y posteriormente emitan luz visible. El dispositivo semiconductor está comúnmente encapsulado en una cubierta de plástico de mayor resistencia que las de vidrio que usualmente se emplean en las lámparas incandescentes. Aunque el plástico puede estar coloreado, es sólo por razones estéticas, ya que ello no influye en el color de la luz emitida. Usualmente un LED es una fuente de luz compuesta con diferentes partes, razón por la cual el patrón de intensidad de la luz emitida puede ser bastante complejo. Para obtener una buena intensidad luminosa debe escogerse bien la corriente que atraviesa el LED; para ello, hay que tener en cuenta que el voltaje de operación va desde 1,8 hasta 3,8 voltios aproximadamente (lo que está relacionado con el material de fabricación y el color de la luz que emite) y la gama de intensidades que debe circular por él varía según su aplicación. Valores típicos de corriente directa de polarización de un LED corriente están comprendidos entre los 10 y los 40 mA. En general, los LEDs suelen tener mejor eficiencia cuanto menor es la corriente que circula por ellos, con lo cual, en su operación de forma optimizada, se suele buscar un compromiso entre la intensidad luminosa que producen (mayor cuanto más grande es la intensidad que circula por ellos) y la eficiencia (mayor cuanto menor es la intensidad que circula por ellos). Fotosíntesis José Tola menciona que la fotosíntesis es uno de los procesos bioquímicos más importante de nuestro planeta, sin el cual no seria posible la existencia de la vida tal como la conocemos. Consiste en la producción de hidratos de carbono a partir del anhídrido carbónico y el agua con ayuda de la luz solar. La mayor parte del proceso se realiza en el mar, en las algas y el resto (un 10%) corre a cargo de las plantas terrestres verdes. La fotosíntesis es un conjunto de reacciones químicas. En ella pueden distinguirse dos fases principales: la luminosa (fotoquímica) y la oscura (fijación reductora) Durante la fase luminosa, la luz que penetra en los cloroplastos se transforma en energía química en forma de ATP. En la fase oscura, se fija el anhídrido carbono del aire, es decir, es convertido en una sustancia utilizable por la planta: hidratos de carbono Para que los cloroplastos puedan absorber la luz es necesario que dispongan de varios pigmentos, el principal es la clorofila. Los cloroplastos solo son capaces de absorber la radiación luminosa cuya longitud de onda se halla entre 300 y 800 mm. La fotosíntesis es el proceso que mantiene la vida en nuestro planeta. Las plantas terrestres, las algas de aguas dulces, marinas o las que habitan en los océanos realizan este proceso de transformación de la materia inorgánica en materia orgánica y al mismo tiempo convierten la energía solar en energía química. Todos los organismos heterótrofos dependen de estas conversiones energéticas y de materia para su subsistencia. Y esto no es todo, los organismos fotosintéticos eliminan oxígeno al ambiente, del cual también depende la mayoría de los seres vivos de este planeta. (www.ecogenesis.com.ar,sandra.cavallaro.9-7-2009) Etapa fotodependiente Sandra Cavallaro describe las etapas de la fotosíntesis de la siguiente manera: La fotosíntesis ocurre en organelas específicas llamadas cloroplastos, que se encuentran en células fotosintéticas, es decir, en células de productores expuestas al sol. En plantas terrestres estas células están en hojas y tallos verdes (los tallos leñosos tienen células muertas que forman la corteza). Existen también algas fotosintéticas que no poseen cloroplastos, pues son organismos unicelulares procariontes (sin núcleo verdadero ni compartimientos celulares) y también realizan la fotosíntesis. Estas células, llamadas cianofitas o algas verde azules, son seguramente muy similares a los primeros organismos fotosintéticos que habitaron nuestro planeta y realizan la fotosíntesis en prolongaciones de su membrana plasmática y en su citoplasma. El proceso de fotosíntesis ocurre en 2 etapas, la primera, llamada etapa fotodependiente, ocurre sólo en presencia de luz y la segunda, llamada etapa bioquímica o ciclo de Calvin, ocurre de manera independiente de la luz. Pero antes de comenzar a estudiar ambas etapas es conveniente ver algunas características de los cloroplastos que permiten la realización de la captación de energía lumínica. En principio, los cloroplastos tienen pigmentos que son moléculas capaces de "capturar" ciertas cantidades de energía lumínica. Dentro de los pigmentos más comunes se encuentra la clorofila a y la clorofila b, típica de plantas terrestres, los carotenos, las xantóficas, fucoeritrinas y fucocianinas, cada uno de estos últimos característico de ciertas especies. Cada uno de estos pigmentos se "especializa" en captar cierto tipo de luz. Como sabemos el espectro lumínico que proviene del sol se puede descomponer en diferentes colores a través de un prisma, cada color corresponde a una cierta intensidad de luz, que puede medirse en longitudes de onda. Cada pigmento puede capturar un tipo distinto de longitud de onda ß. En el esquema se muestran los espectros de absorción de la clorofila (a y b), carotenos, ficoeritrina y ficocianina. Como puede observarse cada pigmento tiene un pico de absorción característico. Pero para hacer más eficiente la absorción de luz las plantas utilizan sistemas "trampa" o fotosistemas, con un pigmento principal como la clorofila a o b y diferentes pigmentos accesorios. A través de estos sistemas los autótrofos pueden aprovechar mejor la energía lumínica Así, los fotosistemas cuentan con un centro de reacción ocupado generalmente por clorofila (a o b) en las plantas terrestres, hacia donde es dirigida la energía lumínica, como se verá a continuación. El Sol María Isabel Mas describe al sol como la estrella de nuestro sistema. Es una estrella normal, es decir, no es muy diferente de los miles de estrellas que conforman la Vía Láctea. La enorme fuerza de gravedad que ejerce sobre los planetas y otros astros del sistema los mantiene en sus obritas El sol, es además, la única estrella que esta tan cerca de la tierra que nos transmite calor. La luz del sol tarda solamente 8,3 minutos en llegar a nuestro planeta, mientras que la luz de la segunda estrella más cercana, Próxima Centauro, tarda 4,3 años. Los rayos del sol La radiación emitida por el sol en todas direcciones, además de luz visible, y particular, contiene onda de radio y radiación infrarroja, así como radiaciones ultravioletas y rayos x. (http://www.sma.df.gob.mx/simat/pnradiacion.htm, 12/08/09, 18.30). Los rayos ultravioletas (UV) La radiación ultravioleta es una parte de la energía radiante del sol, se transmite en forma de ondas electromagnéticas en cantidad casi constantes, su longitud de onda fluctúa entre 100 y 400 mm y constituye la porción más energética del espectro electromagnético que incide sobre la superficie terrestre. La radiación UV desempeña un papel importante en la determinación de las condiciones climáticas, el balance energético y el equilibrio natural del planeta. La medición continua de este parámetro permite estudiar su comportamiento y relación con el estado de la biosfera y la salud humana. Los rayos X Los rayos x son un tipo de radiación electromagnética (EM) de alta energía, la radiación de los rayos x tiene longitud de ondas machos. Mas costas que la luz visible, por lo que los fotones de rayos x tienen mucho mayor energía que los fotones de luz. Los rayos X se encuentran entre la “luz” ultravioleta y los rayos gamma del espectro electromagnético. Los rayos X tienen longitudes de ondas entre 10 nanómetros y 10 picometros. La radiación de rayos X oscila entre 30 petahertz hasta 30 exahertz. Los rayos X se encuentran subdivididos en rayos X duros y rayos X blandos. La baja energía de los rayos X blandos tienen longitud de onda mas larga, mientras que los rayos X duros de elevada energía tienen longitud de onda más corta. (http://www.windows.ucar.edu/tour/link=/physisal_science/magnetism/em_xray.sp.html, Randy Russell 12/08/09 , 18:45) Este proyecto de investigación y experimentación se realizó para comprobar si la planta pelargonium hortorum, malvón, puede sobrevivir con luz de LEDs ultravioletas (LEDs UV) sustituyéndole completamente la luz solar natural, sin afectar el proceso de fotosíntesis. Para poder realizar este experimento se averiguó todo sobre el proceso de la fotosíntesis, los tipos de rayos que emana el sol a la tierra y las características de los LEDs. El experimento fue llevado acabo en una caja o cámara de madera donde se colocó una planta de pelargonium hortorum – malvón, iluminados por LEDs y esto, al mismo tiempo, tapado con una tela negra (sobre la parte superior y unos de los laterales de la caja) para que no entre luz solar y que filtre aire a la misma vez. La duración de esta luz (LED) era, en general, de 12 horas diarias, la misma duración que el sol da su luz en un día común. Se sacaron fotos para comprobar que la planta creció y se llevo a cabo en el transcurso de 19 días aproximadamente. La planta no tuvo ningún tipo de problemas durante el proceso del experimento, que de hecho, creció, y se supone que puede seguir desarrollándose de forma natural con luz solar. INTRODUCCIÓN: Como es bien sabido, las plantas necesitan luz solar para realizar la fotosíntesis, proceso que se define como el “proceso de captación y transformación de dicha energía en compuestos biológicamente aprovechables”. La luz solar emite rayos ultravioleta que pueden causar daños en los organismos vivos, por ejemplo, las plantas sobreexpuestas a luz ultravioleta tienen un menor crecimiento y están más expuestas a ciertas enfermedades que aquellas que tienen una exposición considerada como normal. Como sabemos, la luz solar es una composición de diferentes longitudes de onda o colores. De acuerdo a algunos estudios, cada uno de estos colores tiene un impacto especial en las plantas. Las plantas reaccionan a la luz azul más que a cualquier otra longitud de onda, radiaciones en cualquier otra parte del espectro no tendrán tanta importancia para el crecimiento de las plantas como este segmento. La luz roja e infrarroja, tienen repercusiones directas en la altura y en el ancho, respectivamente. Cabe señalar que las reacciones de las plantas a estos colores no se dan de forma lineal. Otro segmento del espectro que tiene especial relevancia para el crecimiento de las plantas es el de la luz ultravioleta. El sol emite tres tipos diferentes de rayos ultravioleta, clasificados de acuerdo a la longitud de onda de los rayos emitidos: UV-A (380-315 nm), UV-B (315-280 nm) y UV-C (280-10 nm). El 99% de la luz ultravioleta que llega a la tierra es del tipo UV-A. Este tipo de rayos es el menos dañino para los organismos vivos. A continuacion le mostraremos fotos y su respectivo crecimiento: 19,7cm aproximadamente Hasta aquí creció 1,6cm. Su estatura total es de 21,1cm aproximadamente. La planta continua creciendo, las hojas y tallos se ven mas grandes. En cuanto al color sigue igual. Hasta la fecha creció 2cm. Su estatura total es de 21, 5cm aproximadamente. Se puede ver que en la zona superior de la planta los tallos crecieron más que en la zona inferior de la misma. El color de la planta continúa siendo normal y el tamaño es de 23,8cm. Hasta la fecha creció 4,3cm aprox Prácticamente, se observa el color de la planta sigue siendo normal. En cuanto al tamaño creció, hasta la fecha 6,5cm y tiene una medida de 26cm aproximadamente. Fotos al terminar proyecto Saludos espero que les alla gustado. El equipo de luaych 3.