Fisica y Quimica Modulo 2

2011

Mdulo:2Autor: Prof. Escobar Luis

Se prohbe el uso y reproduccin del material sin la autorizacin de CEDSa.

FFFsssiiicccaaaQQQuuummmiiicccaaa

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CEDSa. Educacin Secundaria. Fsica Qumica MDULO 2

2

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3

Iconografa Te recuerdo los conos que te van a orientar a lo largo del desarrollo del mdulo:

Idea Clave

Acotaciones del Profesor

Resumen

Dato Curioso

I

R

MS Material Subsidiario

Foro Sitio Web recomendado

Actividades de Reflexin o Profundizacin

Video Tutorial

Evaluacin

Integradora

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CEDSa. Educacin Secundaria FSICA-QUMICA MDULO 2

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Temporalizacin

Debes destinar de 4 a 5 semanas para estudiar cada mdulo.

Recuerda que el cursado de la materia debe ser de un

cuatrimestre, por lo tanto, te propongo la siguiente temporalizacin

para que te resulte ms sencillo organizarte:

Semana Actividad Sugerencias

Primera

Lectura y estudio de la Unidad N 4

Realiza la actividad de Profundizacin N

1.

Te recomiendo que realices

todas las actividades de

profundizacin, integracin,

autoevaluacin y participacin

en foro de manera reflexiva y

crtica.

Revisa qu dificultades se te

presentan al momento de

estudiar.

Recuerda que nuestra tarea es

acompaarte en tu aprendizaje,

despejar dudas y prepararte

para rendir un examen final de

manera exitosa.

Consulta todo lo que necesites.

Las actividades a resolver se

hallas en Material subsidiario.

Segunda Estudia la unidad N 5 del mdulo.

Realiza la actividad de profundizacin

N 2 3.

Tercera Estudia la Unidad N 6 Realiza la actividad de Profundizacin N 4.

Cuarta

Quinta

Realiza la lectura de la unidad N 7 y

desarrolla la actividad de profundizacin

N 5.

Resuelve el Trabajo Final Integrador.

Participa en el Foro.

Realiza la autoevaluacin N2

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5

Mdulo II: Energa, Transformacin y Propagacin - Introduccin a la

Qumica: La Materia

Unidad 4: Conservacin de la energa. Trabajo. Energa Cintica y

Potencial. Energa Mecnica.

Unidad 5: Ondas. Caractersticas de las ondas. Propagacin.

Unidad 6: Introduccin a la termodinmica. Temperatura. Calor.

Transmisin del calor. Primer principio de la termodinmica. Segundo

principio de la termodinmica.

Unidad 7: Caractersticas de la materia: por estado fsico (estados de

agregacin y cambios de estado), por composicin (elemento,

compuesto o mezcla). Cambios fsicos y qumicos. Sistemas

homogneos y heterogneos. Mtodos de separacin de fases.

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INTRODUCCIN

Este mdulo comprende el estudio de la energa, su transformacin y propagacin.

Caractersticas y propagacin de las ondas. Termodinmica: temperatura y calor.

Propiedades de los materiales, estado de agregacin de la materia, cambios de estado,

sistemas homogneos y heterogneos. Mtodos de separacin de fases y de

fraccionamiento.

El estudio de la energa es importante, ya que se produce y se emplea por todos los seres

vivos, difcil de definir pero aseguramos que es la capacidad de realizar algn trabajo. El

estudio de las ondas constituye un tema muy importante para la fsica, ya que permite

explicar fenmenos cotidianos como el sonido o la luz. Los conceptos de calor y

temperatura estn presentes cada da en nuestras actividades cotidianas, como por

ejemplo cuando decimos: el agua para el caf est demasiado caliente, en este caso lo que

queremos expresar es que la temperatura del agua es muy alta para preparar el caf. La

ltima unidad de este mdulo comprende el estudio de las caractersticas de la materia

sus diferentes estados de agregacin, y cambios de estado, dejando la base para el estudio

del tomo en el mdulo 3.

Espero que terminen este mdulo con mucho xito. Saludos.

Lic. Soledad Ocampos

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UNIDAD 4: CONSERVACIN DE LA ENERGA.

En la fsica existen algunas magnitudes que, en ciertas

condiciones, mantienen su valor, se conservan, a pesar de las

transformaciones.

La idea de conservacin ha sido una de las ms simples y poderosas de

la fsica. Siempre que un sistema fsico posee una caracterstica que

permanece constante, su estructura resulta ms sencilla.

TRABAJO Y ENERGA CINTICA:

Si empujamos un coche a lo largo de 30 metros, nos cansamos ms que

si slo lo empujamos 1 metro, pero el coche adquiere mayor velocidad. En el

primer caso, hacemos un mayor trabajo y, en cuanto al coche, adquiere mayor

energa de movimiento.

Supongamos que sobre un cuerpo de masa m que est inicialmente en

reposo, acta una nica fuerza de mdulo, direccin y sentido constante.

Ejemplos de leyes de conservacin en Fsica son:

Ley de conservacin de la energa, de la masa,

de la cantidad de movimiento y de la carga elctrica, entre muchas otras.

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2

2

1mvEc

Al cabo de un tiempo t , el cuerpo habr avanzado un trecho x y

adquirido una velocidad v . Con el empleo de la ley de masa, amF ,

puede demostrarse que:

cineticaenergiaEmvxFtrabajow c2

2

1

El 1 miembro se llama trabajo de la fuerza F. El 2 miembro energa

cintica del cuerpo:

Entonces si conocemos a lo largo de que distancia se aplica una fuerza,

sabremos cul es la energa cintica del cuerpo sobre el que se aplic esa

nica fuerza.

El trabajo, cuando la fuerza coincide con el desplazamiento, vale:

dFw

La unidad de trabajo, cuando la fuerza se mide en Newton y

la distancia en metros, es el Joule y se representa con J.

[N] . [m] = [J] o bien

[Kg . m/seg2] . [m] = [J]

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10

Cuando la fuerza forma un cierto ngulo con el desplazamiento, el

trabajo se calcula con esta expresin:

cos dFw

Podemos realizar el mismo trabajo en poco tiempo o en mucho tiempo.

En el 1 caso, desarrollamos ms potencia. La potencia indica con qu ritmo o

velocidad se transfiere energa.

La potencia es una magnitud fsica cuya medida es el cociente entre la

energa transferida de un sistema y el tiempo en el que ello ocurre:

t

EnergiaP

Cuando la direccin de la fuerza aplicada es perpendicular

al desplazamiento ( = 90 ) el trabajo es NULO W = 0

Si la energa se mide en Joule y el tiempo en segundos

la Potencia se expresa en Watt w.

[Watt] = [Joule] / [seg]

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EJEMPLO:

Supongamos que elevamos en un minuto un balde de 20 kg desde la

calle hasta la terraza de un edificio de 30 metros de altura. Qu potencia

desarrollamos?

Sabemos que wEc y dFw , adems amF ; por lo

tanto:

ws

j

s

ms

mkg

t

dgmP 98

60

5880

60

308,920 2

[La aceleracin (a) es la de la gravedad (g)]

ENERGA POTENCIAL GRAVITATORIA:

Adems de la energa cintica o de movimiento, existen otras formas de

energa. Una de ellas es la llamada energa potencial. La palabra potencial

proviene de potencia, que indica posibilidad (que puede ser u ocurrir).

Si, por ejemplo, un cuerpo en reposo en un sitio elevado se cae,

al llegar al suelo tendr una cierta velocidad y, por lo tanto,

una determinada energa cintica. Decimos que, cuando estaba

en lo alto, ese objeto posea una energa potencial. En este caso se trata de

una energa potencial gravitatoria, puesto que es la atraccin de la Tierra, el

peso, la fuerza que trabaja durante su cada para darle esa energa cintica.

R

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12

Entonces la energa potencial gravitatoria se expresa como:

hgmhPgp

ENERGA MECNICA:

EJEMPLO

Un cuerpo de 10 Kg de masa se halla a una altura de 5 m:

En esa posicin, la energa potencial del cuerpo es:

jms

mkghgmp 49058,910 2

Por otra parte, como el cuerpo est en reposo, su velocidad es cero y,

por lo tanto, su energa cintica es:

Se llama energa mecnica de un cuerpo o sistema

de cuerpos a la suma de la energa cintica y potencial.

pcm

I

Si se deja caer un cuerpo

de peso P desde una

altura h,

el trabajo del peso durante

la cada ser P . H

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13

js

mkgmvc 0010

2

1

2

12

2

La Energa Mecnica del cuerpo a los 5 m de altura es:

jjjpcm 4900490

Por lo tanto la Energa Mecnica del cuerpo es de 490 Joule.

S se suelta un cuerpo y comienza a caer (cada libre), podemos

calcular su y p en diferentes puntos. Por ejemplo vamos a calcular los

valores de la Energa Cintica y Potencial a los 3 m de altura:

Jms

mkgp 29438,910 2

Para calcular c es necesario conocer 2v ; sabiendo que ha recorrido

2m en cada libre:

2

2

2

2 2,3928,922s

mm

s

mhgv

Entonces:

Js

mkgc 1962,3910

2

12

2

Por lo tanto:

JJJpcm 490196294

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14

Cuando se encuentra a 2 m de altura:

Jms

mkgp 19628,910 2

Js

mkgc 2948,5810

2

12

2

Luego:

JJJpcm 490294196

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Actividad de profundizacin N 1

Resuelve los problemas de aplicacin que se encuentran en

el en el M.S.

PRINCIPIO DE CONSERVACIN DE LA ENERGA:

La energa no se crea ni se destruye, sino que se transforma.

La cantidad de Energa del Universo permanece constante.

Estos clculos nos indican que a medida que

el cuerpo va cayendo, disminuye la Ep pero

aumenta la Ec, de modo que la Em permanece constante.

As como la Ep se transforma en Ec, las distintas formas de

energa (electricidad, calor, luz, etc.) pueden convertirse de una en otra

con relativa facilidad.

Antes de finalizar con esta unidad, observa el siguiente video tutorial

TRABAJO y ENERGIA

https://www.youtube.com/watch?v=c-ZwzAMNhfU

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PRINCIPIO DE CONSERVACIN DE LA ENERGA:

La energa no se crea ni se destruye, sino que se transforma.

La cantidad de Energa del Universo permanece constante.

Antes de finalizar con esta unidad, observa el siguiente video tutorial

TRABAJO y ENERGIA

https://www.youtube.com/watch?v=c-ZwzAMNhfU

luego resuelve la actividad de profundizacin.

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UNIDAD N 5: 1. ONDAS

Vivimos en un mundo en el que las ondas nos rodean por todas partes, ejemplos:

ondas sonoras ondas luminosas ondas de radio, etc.

Sabias que Uno de los principales avances en las ltimas dcadas es la aplicacin de las ondas electromagnticas en el campo de la salud. Esto permiti por ejemplo: Construccin del tomgrafo, mamgrafos y otros aparatos que hacen uso de las ondas electromagnticas para el diagnstico y prevencin de enfermedades.

1.1. PULSOS Y ONDAS:

Cuando arrojamos una piedra en el agua de una pileta o de un estanque,

observamos una deformacin (1) que se propaga en la superficie del lquido. Esta

perturbacin (2) tiene forma circular, con centro en el punto de impacto de la

piedra y su radio aumenta a medida que transcurre el tiempo.

En la superficie del agua se ha propagado

un pulso perturbacin de la materia de corta duracin, provocado por el golpe

de la piedra contra el lquido.

Si en lugar de hacerlo una sola vez,

golpeamos repetidamente un punto de la superficie

del agua con la mano o un objeto, produciremos una sucesin regular de pulsos

en la superficie del agua al cual llamaremos onda, y al movimiento que se produce se lo llama movimiento ondulatorio.

Deformacin: Accin y efecto de cambiar la forma de algo.

Perturbacin: Accin y efecto de alterar el orden de las cosas.

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9

1.2. PROPAGACIN DE LAS ONDAS:

Las ondas de nuestro ejemplo se propagan manteniendo su forma en un medio lquido,

el agua y lo que oscila (3) son partculas de agua.

Tambin podemos generar ondas en un medio slido (cuerdas, resortes)

o gaseosos (el sonido es una onda

que se propaga en el aire).

Las ondas que necesitan de un medio material para propagarse se llaman ondas mecnicas. Existe un grupo de ondas las cuales pueden propagarse en el vaco, estas son las ondas electromagnticas. Estas ondas estn compuestas por un campo

I

1.3. CLASIFICACIN DE ONDAS: Si en un resorte que se encuentra fijo en ambos extremos, comprimimos

algunas espiras prximas a uno de los extremos y luego la soltamos, veremos

que la perturbacin producida (espira reunidas) se propaga en la misma direccin

que la del eje del resorte.

Oscila: Cuando un cuerpo se mueve a uno y otro lado de su posicin de equilibrio.

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En este caso las partculas del resorte vibran u oscilan en la misma

direccin en que avanza la onda. Este tipo de ondas se denominan ondas

longitudinales y pueden propagarse en los slidos lquidos y sistemas

gaseosos.

Si las partculas vibran en un eje paralelo a la direccin de propagacin, las ondas se denominan Longitudinales, como el caso del resorte. Si las partculas vibran en un eje perpendicular a la direccin de propagacin, las ondas de llaman Transversales, como ocurre al agitar

I

En cambio las ondas transversales solo se propagan en los slidos y en la

superficie de los lquidos.

Transversales las partculas del medio oscilan en direccin perpendicular a la propagacin de la onda.

Ondas Longitudinales las partculas del medio vibran en la misma direccin en que se propaga la onda.

R

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1.4. ELEMENTOS DE UNA ONDA:

En este esquema estn indicados los elementos de una onda.

Crestas: son los puntos ms altos de la onda. Valles: son los puntos de mayor depresin (4) de la onda.

Amplitud de onda: es la distancia entre la abscisa x y la cresta de la onda.

Longitud de onda: Es la distancia entre dos crestas o dos valles

sucesivos y se representa con la letra griega ( ).

En un movimiento ondulatorio tambin se consideran.

Periodo de onda: es el tiempo que tarda en producirse una oscilacin o ciclo. Se representa con la letra T y se mide en segundos.

Esquema de una oscilacin

Depresin: Accin y efecto de deprimir. Disminuir el volumen de algo o deformarse por hundimiento

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12

Frecuencia de onda: es el nmero de oscilaciones que se producen en la unidad de tiempo (segundo), se representa con la letra f.

La unidad SIMELA de frecuencia es el Hertz (Hz), que antiguamente se

llamaba ciclo por segundo. Esta unidad equivale a una oscilacin o ciclo por

segundo.

Por ejemplo: si en 1 seg se producen cinco oscilaciones, la frecuencia es f = 5 Hz.

El periodo y la frecuencia son inversamente proporcionales entre si:

Cuando el periodo es pequeo, la frecuencia es elevada. Cuando el perodo es grande, la frecuencia es pequea.

fT 1

y Tf 1

Velocidad de la onda: es la velocidad con que se propaga una onda y esta relacionada con la longitud de onda y la frecuencia a travs de la

siguiente formula.

fV

La unidad de velocidad es:

Sabias que En la amplitud de una onda 1 ciclo = 1 longitud de onda.

smV

Ejemplos de velocidades de ondas:

El sonido se propaga a: 340 m/seg La luz se propaga a una velocidad: 300.000.000 m/seg o 3 . 10 8 m/seg Las ondas electromagnticas se propagan con velocidad: 300.000.000 m/seg

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13

o m/seg.

La unidad de frecuencia es:

frmula de la velocidad de onda podemos despejar la frecuencia:

3 . 10 8 m/seg o 300.000 k

seg

Hzf 1

De la

vf

si es necesario se puede despejar la longitud de onda:

De la misma frmula

fv

Entonces, cuando la velocidad de la onda es constante: a menor longitud de onda es mayor la frecuencia de la misma (grfico a)

a mayor longitud de onda se observa es menor la frecuencia (grfico b).

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14

Sabias qu En la siguiente tabla encontraras algunos ejemplos de ondas

Mecnicas y electromagnticas:

E Longit inal / Transversal

T

jemplos ud ipo de onda

Sonido

L Mecnica

Luz solar

T Electromagntica

L d ser lector de c

T Electromagntica

M icroondas

T Electromagntica

Rayos X

T Electromagntica

Ruido de Explosin

L Mecnica

Golpe sobre clavo

L Mecnica

Ondas de celular y TV

T Electromagnticas

Te recomiendo analices el siguiente Micro Video sobre las ondas

y electromagnticas. con el material impreso consulta el sitio:

mecnicas Si trabajas FUENTE:

http://www.youtube.com/watch?v=d9Rn8NFRMJQ

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EJEMPLO N 1: Un hombre rana, que nada debajo del agua, golpea con un martillo el casco

de un barco hundido, produciendo una onda que se propaga en el agua a razn

de 1500m/s (velocidad del sonido en el agua). La onda tiene un periodo T =

0,0025 seg. Cul es su longitud de onda? Cul es su frecuencia?

1 Paso: identificacin de datos

v = 1500 m/s

T = 0,0025 seg.

2 Paso: identificacin de incgnitas

= longitud de onda f = frecuencia

3 Paso: Calculamos el valor de la longitud de onda, para ello realizamos el siguiente anlisis:

Sabemos que fV (1) (2); Tf1

Si remplazando (2) en (1) obtenemos:

Tv 1

Despejamos nuestra incgnita Tv.

Esta nueva ecuacin nos permite averiguar la longitud de una onda conociendo su

velocidad y su perodo.

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remplazamos los datos: ssm 0025,01500

Por lo que el valor de la longitud de onda es: = 3,75 m

4 Paso: Ahora calculamos la frecuencia de la onda, con la frmula:

Tf 1

Al reemplazar el perodo, queda:

Hzseg

f 4000025,0

1

Por lo que la longitud de onda es 3,75 m y la frecuencia 400 Hz.

Consulta el Material Subsidiario de este Mdulo, all encontraras otros

ejemplos de problemas resueltos que te sern de mucha utilidad.

ACTIVIDAD DE PROFUNDIZACIN Y REFLEXIN Para finalizar el desarrollo de esta unidad te propongo analizar el siguiente Micro Video y reflexiona sobre como con el avance de la tecnologa se incrementan las ondas electromagnticas las cuales, algunas de ellas son cuestionadas por su posible impacto negativo en la salud de la poblacin. Fuente del Micro Video: http://www.youtube.com/watch?v=1aAzpxzN9FI Para trabajar con este sitio debes estar conectado a Internet.

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Actividad de profundizacin N 2 - ONDAS

Resuelve en el material subsidiario ONDAS una serie de problemas para aplicar los conocimientos hasta aqu adquiridos.

UNIDAD 6:

2. INTRODUCCIN A LA TERMODINMICA.

El dominio del fuego, y con la posibilidad de producir calor a voluntad, marc el

inicio de la cultura humana. Casi todas nuestras actividades cotidianas y

tecnolgicas estn influidas por el calor:

la alteracin de la temperatura de nuestro cuerpo es, muchas veces, un

indicio de enfermedad;

necesitamos calor para cocinar los alimentos;

en las centrales nucleares y termoelctricas se calienta vapor para

mover las turbinas y producir electricidad;

los instrumentos electrnicos solo funcionan correctamente dentro de

cierto

rango de temperatura; etc.

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18

2.1. TEMPERTURA

Por medio del tacto podemos establecer si un cuerpo esta caliente o fro,

incluso podramos llegar a decidir si dos cuerpos estn igualmente calientes o

igualmente fros. Al hacer estas afirmaciones estamos indicando una

caracterstica de los cuerpos que se denomina estado trmico.

Pero, nuestros sentidos operan en forma cualitativa, adems, las apreciaciones

dependen del observador y de las circunstancias relacionadas con el.

Nuestros sentidos no nos permiten apreciar con

exactitud el estado trmico de un cuerpo.

Para obtener una medida

cuantitativa y objetiva del mismo, debemos

recurrir a un instrumento de medicin: el termmetro. A la magnitud fsica que medimos con el

termmetro se la denomina temperatura.

La temperatura nos indica el estado trmico de un cuerpo.

La TEMPERATURA es una variable de estado que nos indica el estado trmico de un cuerpo, esta relacionada con la energa cintica del movimiento de sus partculas.

I

Hay muchos tipos de termmetros, pero todos ellos se basan en el cambio

de alguna propiedad de los cuerpos al modificarse la temperatura. Por ejemplo, el termmetro de mercurio

se basa en el principio fsico de la dilatacin

de los cuerpos por accin del calor: al calentarse

aumentan el volumen.

El termmetro de mercurio se basa en el principio fsico

de la dilatacin de los cuerpos por accin del calor,

al calentarse aumentan el volumen.

Sabias que

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2.2. ESCALAS DE TEMPERATURA: Las escalas de temperatura o termomtricas son arbitrarias, pueden

hacerse de diferentes maneras con entera libertad. Todas ellas constan de dos

puntos fijos: uno inferior y otro superior.

Para convertir a F una temperatura dada en C, o viceversa, usamos las

siguientes frmulas:

32.95 TT fC T C = Temperatura en C

3259 TcT f T f = Temperatura en F

En la escala Celsius o centgrada, estos puntos corresponden, respectivamente, a la temperatura de fusin del hielo, a la que se le

asigna el valor 0 (cero), y a la temperatura de ebullicin del agua, cuyo valor es

100 (cien). Al intervalo comprendido entre estos dos puntos se lo divide en 100

partes de igual longitud y a cada una de ellas se la denomina grado Celsius y se

la representa con C.

En la escala Fahrenheit, el punto fijo inferior corresponde a la temperatura de fusin de una mezcla de hielo y cloruro de amonio y se le asign el nmero

cero; el punto fijo superior indica la temperatura de ebullicin del agua y se la

caracteriz con el nmero 212. Luego se divide dicho intervalo en 212 partes

iguales y cada una de ellas es un grado Fahrenheit, F

R

Anders Celsius (1701-1744)

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EJEMPLOS 1- Cual es la temperatura en C, equivalente a 160 F?

Para transformar los 160 F a C vamos a utilizar la siguiente formula:

3295 TT fC

3216095 TC

CTC 11,71128.95

Observamos de esta manera, que los 160 F equivalen a 71,11 C.

2- Expresa 10 C en la escala Fahrenheit.

Para resolver este problema vamos a utilizar la segunda de las formulas:

3259 TcT f

3210.59 T f

FT f 503218 De esta manera 10 C equivalen a 50 F.

Se diferencia de la escala Celsius en que su cero, denominado cero absoluto, corresponde a la menor temperatura

que tericamente se podra obtener y equivale a 237C (273C bajo cero);

por lo tanto, a la temperatura de fusin del hielo le corresponde el valor 273 y a la de

ebullicin del agua, 373. Al grado Kelvin se lo designa con la letra K.

R

para las mediciones cientficas.

La escala Kelvin o absoluta es utilizada en todo el mundo

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21

La equivalencia entre ambas escalas se obtiene mediante las formulas

273TT CK T K = temperatura en K

273TT KC

EJEMPLOS 1- Expresa 44 C en la escala de Kelvin

Para hallar el valor en la escala Kelvin, vamos a utilizar la primer formula:

KT K 31727344 El resultado obtenido es 317 K que equivalen a 44 C.

2- Expresa 243 K en C

Para transformar esta temperatura de escala Kelvin a Celsius, debemos utilizar la

segunda formula:

CTC 30273243 Este valor corresponde a la equivalencia que existe entre los 243 K y -30 C.

Sabias que.. Para pasar una temperatura en escala Fahrenheit a escala Kelvin

se necesita primero pasar esos grados Fahrenheit a grados Celsius y recin all esos grados Celsius los vamos a pasar a grados Kelvin

De manera similar se debe proceder si se desea pasar una temperatura en escala Kelvin a escala Fahrenheit.

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Actividad de profundizacin N 3 ESCALAS DE TEMPERATURA

Consulta el material subsidiario all encontraras una serie de ejercicios a resolver sobre las escalas de temperatura y pasaje de unidades.

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23

EQUIVALENCIA ENTRE CALORIA Y JOULE:

1cal = 4,1858 J 1J = 0,24 cal La cantidad de calor (Q) que hay que entregar o quitar a un cuerpo para

que cambie su temperatura depende directamente de su masa (m), de la

diferencia de temperatura inicial y final (T) y de una constante de proporcionalidad llamada calor especifico (Ce).

tmCQ e .. Cada sustancia tiene su propio calor especfico, que indica la cantidad de

calor que debe ganar o perder una unidad de masa de ella para que eleve o

disminuya en un grado su temperatura. Por ejemplo, el calor especifico del acero

es 0,115 cal/gC, por lo tanto, cada gramo de ese material absorbe 0,115 cal para

poder aumentar su temperatura en un grado centgrado.

Sabias que .. Estos son algunos calores especficos expresados en unidades: cal/g. C Agua: 1,00 Alcohol: 0,58 Aluminio: 0,212 Bronce: 0,092 Cobre: 0,093 Oro: 0,031 Plata: 0,06 Vidrio: 0,199

2.4. TRANSMISIN DE CALOR El calor se propaga siempre desde los focos de mayor temperatura

hacia los de menor temperatura.

La transferencia de calor esta presente en casi todos los actos de

nuestra vida, aunque a veces no nos damos cuenta. Por ejemplo:

La coccin de los alimentos necesita del intercambio de calor, El mantenimiento de nuestra temperatura corporal requiere la

produccin de calor a partir de los nutrientes,

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24

Nuestro planeta se convertira en una bola helada si no contara con el calor que recibe del Sol,

Elegimos nuestra ropa, en parte, para aumentar o disminuir el intercambio trmico con el exterior.

2.5. PROPAGACIN O TRANSMISIN DEL CALOR:

Conduccin: el calor se transmite a travs del cuerpo sin que haya desplazamiento de

materia, sino de energa. En general, es

propia de los cuerpos slidos. Por ejemplo,

el calor que se transmite desde la plancha a

la ropa que est en contacto con ella.

Conveccion: el calor se propaga por desplazamiento de la materia. Este tipo

de transmisin es caracterstico de los

fluidos: tanto los lquidos como los gases

sufren un desplazamiento real de sus

masas en forma de corriente, debido a la

diferencia de densidad que hay entre las

partes que estn a diferentes temperaturas.

Ejemplo. Si en una habitacin encendemos un calefactor, el aire cercano a

l se caliente y por eso se dilata (disminuye su densidad). Entonces, el aire

caliente asciende y es reemplazado por capas de aire fro que descienden por

tener mayor densidad. Este proceso origina una circulacin de aire que provoca

el calentamiento gradual del ambiente.

Radiacin: el calor se transmite en e vaco, en forma de ondas electromagnticas. Es el

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caso del Sol.

ACTIVIDAD DE PROFUNDIZACIN Y REFLEXIN Te propongo analizar el siguiente Micro Video sobre las formas en que se propaga el calor y reflexiona sobre como el calor afecta la energa de las molculas y como se alcanza el equilibrio trmico. Fuente del Micro Video: http://www.youtube.com/watch?v=wUBoQdfOAoc

PEGAR AQU EL MICRO VIDEO X FAVOR.

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2.6.TERMODINMICA: A mediados del siglo XVIII comenzaron a comprenderse los procesos en los que el calor se convierte en trabajo til. Naci as la

termodinmica, que permiti perfeccionar las primitivas mquinas de

vapor hasta convertirlas en los modernos motores de automviles y

aviones y otras complejas mquinas industriales.

Sabias que

Algunos materiales como el corcho, el telgopor, la lana de vidrio, se utilizan para construir viviendas ya que son aislantes trmicos ayudando a mantener una temperatura

agradable en el interior de la vivienda.

Algunas prendas de abrigo, como las camperas o cubrecamas, utilizan dos recubrimientos, entre los cuales se colocan algunos materiales porosos como goma espuma, plumas que permiten la aislacin trmica.

La termodinmica se ocupa de estudiar las relaciones entre el calor, el trabajo y todas las formas de energa. Sus principios explican cmo se comporta la energa.

I

El Primer Principio de la Termodinmica expresa, en forma completa, la conservacin de la energa.

El Segundo Principio de la Termodinmica expresa, como idea principal, que las transformaciones energticas se dan espontneamente en determinados

sentidos y no, en otros.

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SISTEMA Y MEDIO Cuando se estudian las transformaciones energticas es necesario distinguir el sistema de lo que se llama medio. El sistema es la porcin del

universo que se asla, en forma real o imaginaria, para su estudio; entonces, un

sistema puede ser: una persona, un vaso de agua, 1m de aire.

Una vez que se define el sistema, todo lo que queda afuera de l recibe el

nombre de medio. Un sistema puede intercambiar energa con el medio de dos formas: a

travs del trabajo que realiza o por medio del intercambio de calor.

Para diferenciar el calor recibido del entregado y el trabajo realizado a favor

o en contra, se adopta la siguiente convencin de signos:

Si el sistema recibe calor del medio, el signo del calor (Q) es positivo. El calor es negativo si el sistema cede calor al medio. Si el sistema realiza trabajo contra el medio, se dice que el trabajo (W) es

positivo; en este caso, el sistema se expande.

Si el medio realiza trabajo contra el sistema, entonces es negativo; el sistema se contrae.

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2.7.PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMONIDAMICA: En cualquier transformacin, la cantidad de calor (Q) que recibe un sistema se invierte parte en realizar trabajo (W) contra el medio exterior y el resto es

absorbido por el sistema para aumentar su energa interna U

UWQ El Primer Principio de la Termodinmica constituye la expresin ms

general del Principio de Conservacin de la Energa y establece que para un

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Actividad de profundizacin N 4 CALOR Y ENERGA INTERNA

Consulta el material subsidiario all encontraras una serie de ejercicios a resolver sobre el calor y la energa interna.

sistema cerrado (no intercambia materia con el medio, solo energa), la energa

permanece constante.

Otra manera de enunciarlo es: La energa intercambiada por un sistema

es gual a la variacin de su energa interna.

2.8.SEGUNDO PRINCIPIO DE LA TERMODINMICA:

Este Principio afirma que si bien la energa se conserva, como dice el

Primer Principio, nunca se ordena. En un recipiente con agua limpia se

expande una gota de tinta negra hasta que la concentracin resulta igual en

todos los puntos. El proceso inverso, que la tinta vuelva a concentrarse en una

zona reducida, no se observa nunca. La experiencia muestra que los sistemas

tienden a desordenarse, y la energa a dispersarse entre los cuerpos, de

manera similar a la tinta en el agua.

El Segundo Principio de la Termodinmica permite predecir el sentido en

que evolucionaran los sistemas; para ello utiliza el concepto de entropa.

Entonces, a partir del concepto de entropa, el segundo principio se

puede expresar as: En toda transformacin real, la entropa de un

sistema, ms la del medio, aumenta. Es decir que en todo proceso natural

la entropa del universo aumenta.

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CEDSa. Educacin Secundaria - FISICA QUIMICA - MDULO 1

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UNIDAD N 7: Introduccin a la Qumica: La Materia

1.1 Propiedades de los materiales:

Cuntas veces nos preguntamos: "de qu material est hecha esta prenda?" o "cul es el material ms adecuado para reparar este techo?". La palabra "materiales" se usa generalmente para referirse a las cosas ms diversas, desde las fibras (1) con las que estn confeccionadas nuestras ropas hasta el cemento, el hierro y la madera utilizados en la construccin.

Identifica por su composicin (2) y estructura atmica y tiene su propia frmula, as como cada elemento tiene su propio smbolo.

soledadNota adhesivaLa electrlisis es el proceso que separa los elementos de un compuesto por medio de la electricidad. En ella ocurre la captura de electrones por los cationes en el ctodo y la liberacin de electrones por los aniones en el nodo.

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Las mezclas pueden clasificarse como: Homogneas Heterogneas

Las Heterogneas generalmente pueden separarse por mtodos mecnicos como la decantacin (4) o la filtracin (5). Por ejemplo despus de filtrar una muestra de agua de mar se obtiene un lquido lmpido que es una mezcla homognea, porque no se distinguen en ella partes con propiedades diferenciadas. Las mezclas homogneas tambin se llaman soluciones.

El granito en cambio es una mezcla heterognea porque pueden distinguirse los grnulos de sus componentes (cuarzo, feldespato y mica).

ELEMENTOS: Azufre, oxigeno, fsforo.

COMPUESTOS: Agua, glucosa, cloruro de sodio

HOMOGENEAS: Solucin de sal en agua, aire.

HETEROGENEAS: Granito, fideos con carne, agua y aceite

SUSTANCIAS PURAS

MEZCLAS

MATERIALES

decantacin:. Accin y efecto de decantar.decantar:(De de- y canto, ngulo, esquina).1. tr. Separar un lquido del poso que contiene, vertindolo suavemente en otro recipiente.2. tr. Qum. Separar sustancias no miscibles de diferente densidad en un medio lquido. U. t. c. prnl.

filtracin: Accin de filtrar.filtrar: 1. tr. Hacer pasar un fluido por un filtro.2. intr. Dicho de un lquido: Penetrar a travs de un cuerpo slido.3. intr. Dicho de un cuerpo slido: Dejar pasar un lquido a travs de sus poros, vanos o resquicios.

soledadNota adhesivaEn la decantacin se separa un slido o lquido ms denso de otro fluido menos denso y que por lo tanto ocupa la parte superior de la mezcla.

soledadNota adhesivaproceso unitario de separacin de slidos en suspensin en un lquido mediante un medio poroso, que retiene los slidos y permite el pasaje del lquido.

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1.3 Soluciones: El aire, el agua de lluvia, las aleaciones (6) y muchos otros materiales

homogneos que conocemos son soluciones porque en ellos dos o ms sustancias puras se encuentran mezcladas en forma tal que sus molculas o iones se hallan en contacto entre s y dispersas uniformemente por todo el material.

En una solucin al componente que se encuentra en mayor proporcin se lo denomina solvente o disolvente.

El componente en menor proporcin de denomina Soluto.

Las soluciones se pueden formar con sustancias slidas, lquidas y gaseosas en las siguientes combinaciones:

Sabias que Las soluciones pueden ser slidas, lquidas o gaseosas:

Solucin de un slido en un lquido: por ejemplo azcar o sal en agua.

Solucin de un lquido en un lquido: por ejemplo agua y alcohol. Solucin de un gas en un lquido: por ejemplo oxigeno en agua. Solucin de un slido en un slido: por ejemplo el bronce y el

acero o plata y cobre que constituyen plata 900 utilizada para elaborar joyas.

Solucin de un gas en un slido: por ejemplo el oxigeno en hierro.

La Solucin es un sistema homogneo pticamente vaco al ultramicroscopio. Una solucin es verdadera si no presenta Efecto Tyndall ni movimiento Browniano al hacer incidir un haz de luz a la solucin.

I

Una aleacin es una mezcla homognea, de propiedades metlicas, que est compuesta de dos o ms elementos, de los cuales, al menos uno es un metal.1Las aleaciones estn constituidas por elementos metlicos: Fe, Al, Cu, Pb. Pueden tener algunos elementos no metlicos, como: P, C, Si, S, As. Para su fabricacin se mezclan llevndolos a temperaturas tales que sus componentes se fundan.

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1.4 Propiedades intensivas y extensivas: Las distintas sustancias pueden distinguirse fcilmente, aun sin conocer su

composicin qumica, por las diferencias que presentan sus propiedades. Las propiedades que no dependen de la cantidad de sustancia considerada

se denominan intensivas, por ejemplo el color, el estado de agregacin (slido, lquido, gaseoso), el punto de ebullicin y de fusin, densidad. Estas no cambian si se analiza una muestra pequea o una muy grande.

En cambio, las propiedades como el volumen, la masa y la longitud, si dependen de la cantidad de sustancia, por ello se llaman propiedades extensivas.

2.1 Estados de agregacin de la materia:

El agua, segn la temperatura y presin en la que se encuentre, puede estar en forma slida, como hielo, en forma lquida y en forma gaseosa, como vapor.

Muchas otras sustancias tambin se pueden encontrar en estos tres estados de agregacin. Una diferencia entre los distintos estados de agregacin, es que mientras los slidos tienen forma y volumen propio, los lquidos tienen volumen y adoptan la forma del recipiente y los gases no tienen ni forma ni volumen.

En el slido las partculas no se mueven, se hallan fijas, predominan las fuerzas de atraccin; nicamente vibran en su lugar. En el liquido las partculas tienen cierta libertad para moverse, estn en equilibrio las fuerzas de atraccin y repulsin.

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En el estado gaseoso predominan las fuerzas de repulsin. Las partculas pueden moverse con total libertad.

Otra propiedad que distingue a los estados de la materia es su masa por unidad de volumen o densidad: la de los slidos y los lquidos es mucho mayor que la de los gases. Por ello los lquidos y los slidos corresponden a los estados condensados.

Otra diferencia entre los estados de agregacin es la compresibilidad. Esta propiedad se refiere a la capacidad de reducir el volumen que ocupan si se les aplica una fuerza. Por ejemplo los gases son compresibles porque se puede reducir el volumen del recipiente que ocupan aplicando una fuerza externa, en cambio los lquidos son poco compresibles y los slidos no lo son.

2.2 Cambios de estado: Las sustancias pueden pasar de un estado de agregacin a otro mediante

un intercambio de energa con el medio. Ese intercambio, por lo general en forma de calor, puede darse en dos sentidos: la sustancia recibe calor del medio o la

Sabas que El slido, el lquido y el gaseoso no son los nicos estados en que se presenta la materia. Tambin existe un cuarto estado denominado: plasma, el cual se caracteriza por ser a temperaturas muy elevadas como ocurre en el ncleo del sol. Experimentalmente los cientficos han logrado demostrar la existencia de un quinto estado, cubo cuntico de Bose-Einstein, el cual es posible observar al alcanzar temperaturas cercanas al cero absoluto (- 273 C).

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sustancia entrega calor al medio.

La vaporizacin es un cambio de estado o fenmeno fsico que puede darse de dos formas distintas:

A- Evaporacin: Este fenmeno se produce a cualquier temperatura cuando el lquido est en contacto con la atmsfera. Es un fenmeno superficial. Este proceso puede observarse, por ejemplo, cuando se seca la ropa colgada en una soga, de esta manera tambin se seca el agua de los charcos en las calles.

B- Ebullicin: Este fenmeno se produce a una determinada temperatura para cada sustancia. A medida que se le entrega calor al lquido comienzan a aparecer burbujas que van aumentando su tamao hasta ocupar toda la masa del lquido. En ese momento, la temperatura permanece constante mientras coexistan

En los procesos de fusin (cambio de slido a lquido), vaporizacin (cambio de lquido a gaseoso) y volatilizacin (cambio de slido a gaseoso), la

sustancia recibe calor del medio. En los procesos de solidificacin (cambio de lquido a slido), licuacin o condensacin (cambio de gaseoso a lquido) y de sublimacin (cambio de gaseoso a slido), la sustancia cede calor al medio.

I

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Actividad de profundizacin N 5 MATERIA-SUSTANCIAS-

MEZCLA

Resuelve las actividades del material subsidiario Materia Sustancias - Mezclas para aplicar los conocimientos hasta aqu adquiridos

Te propongo visualizar la siguiente animacin, en la cual podrs

observar cmo se encuentran las molculas de las sustancias en

cada uno de los estados, durante los cambios de temperatura,

explicado mediante la teora cintico molecular.

https://www.youtube.com/watch?v=0PAI494zEG0

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MTODOS DE SEPARACIN DE FASES

Los mtodos de separacin de fases se utilizan para separar los componentes de

mezclas heterogneas.

Muchas veces en procesos industriales es necesario separar las mezclas en sus

componentes, para obtener materiales de utilidad. Un ejemplo de esto se produce

en el reciclado de residuos domiciliarios, extracciones de aceites aromticos, etc.

Los mtodos ms utilizados son:

Decantacin: Sirve para separar dos lquidos que no se mezclan entre s o un

lquido y un slido insoluble.

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Tamizacin: Separa slidos por medio de tamices con diferentes tamaos de

partcula. Separa aquellas que pasan por las perforaciones del tamiz de las que

quedan retenidas.

Flotacin: Separa sustancias que sobrenadan en un medio lquido.

Imantacin: Permite extraer sustancias imantables por medio de imanes.

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Tra: Se retiran los materiales de mayor tamao con una pinza.

Centrifugacin: Se separan slidos que se encuentran formando un coloide con

un lquido, por ejemplo la sangre.

Filtracin.

Se fundamenta en que alguno de los componentes de la mezcla no es soluble en

el otro, se encuentra uno slido y otro lquido. Se hace pasar la mezcla a travs de

una placa porosa o un papel de filtro, el slido se quedar en la superficie y el otro

componente pasar.

Se pueden separar slidos de partculas sumamente pequeas, utilizando papeles

con el tamao de los poros adecuados.

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MTODOS DE FRACCIONAMIENTO

Los mtodos de fraccionamiento se utilizan para separar los componentes de

mezclas homogneas.

Mtodos de fraccionamiento de Sistemas Homogneos

1. Destilacin: consiste en transformar un lquido en vapor (vaporizacin) y

luego condensarlo por enfriamiento (condensacin). Como vemos, este mtodo

involucra cambios de estados. De acuerdo al tipo de solucin que se trate, pueden

aplicarse distintos tipos de destilacin:

Simple: se emplea para separar el solvente de sustancias solidas disueltas

(solutos). Este mtodo se aplica principalmente en procesos de purificacin, como

por ejemplo, a partir del agua de mar puede obtenerse agua pura destilando sta y

quemando los residuos slidos disueltos en el fondo del recipiente.

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Aparato de destilacin simple.

Fraccionada: se emplea para separar 2 o ms lquidos de diferentes puntos

de ebullicin. El lquido de menor temperatura de ebullicin destila primero. Para

lograr obtener los lquidos puros se emplean columnas fraccionadoras o

rectificadoras. Ej.: alcohol (78.5C) y agua (100C).

Aparato de destilacin fraccionada.

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En procesos industriales, este procedimiento se lleva a cabo dentro de grandes

torres de acero, calefaccionadas por gas natural o vapor de agua sobrecalentado.

La condensacin de los vapores producidos se realiza en intercambiadores de

calor o condensadores con agua fra o vapor de amoniaco. Se emplean para

obtener agua destilada, fraccionamiento del petrleo en la obtencin de naftas,

aceites, gasoil, etc.

2. Cristalizacin: se emplea para separar slidos disueltos en solventes

lquidos. Puede hacerse por enfriamiento (disminucin de solubilidad por descenso

de temperatura) o por calentamiento (disminucin de capacidad de disolucin por

evaporacin del solvente)

3. Cromatografa: se emplea para separar solutos slidos en solvente

adecuados (cloroformo, acetona, tetracloruro de carbono, etc.). Est basado en la

propiedad que tienen ciertas sustancias de absorber selectivamente a

determinados solutos. Una fase, por ejemplo, slida, denominada fase fija absorbe

los componentes de una mezcla. Otra fase, denominada fase mvil (liquida o

gaseosa), al desplazarse sobre la fase fija, arrastra los componentes de la mezcla

a distinta velocidad, con lo cual se separan. Existen distintas tcnicas

cromatografas: en placa, en papel, en columna (HPLG, SL, SG). En la figura

siguiente se representan dos tcnicas cromatografas

sencillas:

Cmara cromatogrfica.

La cromatografa en placa se emplea con fines cualitativos para identificar

sustancias, mientras que la cromatografa en columna, se emplea

cuantitativamente para separar sustancias. En la actualidad, se emplean equipos

sofisticados denominados cromatgrafos de alta presin que mediante un sistema

computarizado, identifican cualitativa y cuantitativamente los componentes de una

mezcla.

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Actividad de profundizacin N 5 MATERIA-SUSTANCIAS-

MEZCLA

Resuelve las actividades del material subsidiario correspondiente a los Mtodos de Separacin de Fases para aplicar los conocimientos hasta aqu adquiridos

Te propongo visualizar el siguiente micro video sobre mtodos de

separacin de fases y mtodos de fraccionamiento.

https://www.youtube.com/watch?v=WJZWpb1ihxI

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Bibliografa:

QUIMICA I serie Polimodal Editorial Santillana.

FSICA I Y II serie Polimodal Editorial Santillana.

QUIMICA Polimodal Editorial Tinta Fresca.

FISICA Polimodal Editorial Tinta Fresca.

QUIMICA Serie Perspectivas Editorial Santillana.

FISICA - Serie Perspectivas Editorial Santillana.

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Fisica y Quimica Modulo 2

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