LOS ESTADOS FLUIDOS DE LA MATERIA - … fileCaracterísticas de los Gases No tienen forma propia....
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LOS ESTADOS FLUIDOS DE LA MATERIA Profesora Gilda Díaz ACADEMIA SABATINA UNIVERSIDAD INTERAMERICANA DE PUERTO RICO RECINTO DE BAYAMÓN Math and Science Partnership for the 21st Century Elementary and Secondary School MSP-21 Phase IV
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LOS ESTADOS FLUIDOS DE LA MATERIA
Profesora Gilda Díaz
ACADEMIA SABATINA
UNIVERSIDAD INTERAMERICANA DE PUERTO RICO
RECINTO DE BAYAMÓN
Math and Science Partnership for the 21st Century
Elementary and Secondary School MSP-21 Phase IV
EstándaresIndicadores
Conservacion y CambioES.Q.CF1.CC.6 Aplica las leyes de los gases para explicar la relación y los efectos de los cambios en presión, temperatura y volumen en situaciones como la construcción de aeróstatos, los cambios climáticos y los tanques de buceo, entre otras.
Estructura y niveles organización de la materiaES.Q.CF1.EM.14Analiza la teoría cinético-molecular para describir y explicar las propiedades físicas de los estados de la materia por medio de un modelo.
Conceptualización
Materia es todo aquello que tiene masa y ocupa espacio.
Toda la materia está compuesta de átomos.
El espacio que ocupa el gas se conoce como VOLUMEN.
La MASA es la cantidad de materia, o sea, la masa de las partículas que componen la materia.
Estados de la materia
ACTIVIDAD 1
Materiales:
Plantilla
Cuentas de colores
Propiedades de un gas
Actividad de Descubrimiento
Haz una lista de las propiedades de un gas. Utiliza como ejemplo el aire.
Características de los Gases
No tienen forma propia. Adquieren la forma del envase que los contenga.
No tienen volumen propio. Ocupan todo el espacio del envase que los contiene.
Se pueden comprimir con facilidad.
Comparado con el estado líquido y el sólido de la misma sustancia, el estado gaseoso tiene baja densidad.
Características de los Líquidos
No tienen forma propia. Adquieren la forma del envase que los contenga.
Tienen volumen propio, porque las partículas se atraen entre sí (cohesión)
No se puede comprimir con facilidad.
Las partículas tienen libertad de movimiento, por lo que pueden fluir, derramarse, y adoptar la forma del envase
Forma y Volumen de los Estados de la Materia
Estado Forma Volumen
Sólido Tiene forma propia Tiene volumenpropio
Líquido Toma la forma del envase
Tiene volumenpropio
Gas Toma la forma del envase
Ocupa el volumeninterior del envase
en su totalidad
¿Botella Vacía o Llena?
VacíoLugar o recipiente que
carece de materia
¡Esto es confuso!
Ninguna de las dos botellas está vacía.
Volumen del gas en la botella
¿Por qué el volumen que indica la botella no es el volumen del gas que contiene?
Aquí, mis palabras se pierden en el aire.
Actividad de Exploración 1
Esta botella no está vacía… !ESTÁ LLENA!
¿Cómo lo podemosdemostrar?
Teoría de cinética molecular
Esta teoría se basa en la idea de que las partículasque componen la materiaestán en constantemovimiento.
Teoría de Cinética Molecular
Explica las propiedades de los gases entérminos de energía, tamaño y movimiento.
¿Cuáles son algunas de las propiedadesde los gases?
Teoría de cinética molecular
Las partículas de un gas (átomos, moléculas) son muy pequeñascomparado al espacio vacío que las separa.
Cuando se les aplica una fuerza, se puede reducir la separación, o sea, se puede comprimir la muestra del gas.
Fluidos
¿Por qué es más fácil comprimir un gas que un líquido?
Teoría de cinética molecular
El número de partículas es grande y la separación media entre ellas es grande comparada con sus dimensiones.
Por lo tanto, ocupan un volumen despreciable en comparación con el volumen del envase y se consideran masas puntuales.
Teoría de cinética molecular
Las partículas del gas se mueven en constante movimiento aleatorio, con diferentes velocidades cada una, pero con una velocidad promedio que no cambia con el tiempo.
Se mueven en línea recta hasta que colisionan con otras partículas o con las paredes del envase.
Teoría de cinética molecular
Las partículas realizan choques elásticos entre sí, por lo tanto se conserva la energía cinética de las partículas.
La energía cinética se puede transferir entre partículas en la colisión, pero EL TOTAL de la energía entre las partículas no cambia (SE CONSERVA)
Teoría de cinética molecular
Las fuerzas de atracción y repulsión entre partículas son despreciables, excepto durante el choque, en que se consideran las fuerzas impulsivas que surgen durante el choque.
Teoría de cinética molecular
La energía de las partículas
𝑬𝒏𝒆𝒓𝒈í𝒂 𝑪𝒊𝒏é𝒕𝒊𝒄𝒂 𝐸𝐾 =1
2𝑚𝑣2
𝒎 𝑒𝑠 𝑙𝑎 𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎𝑠 𝑝𝑎𝑟𝑡í𝑐𝑢𝑙𝑎𝑠 𝑦𝒗 = 𝑙𝑎 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑎𝑠 𝑝𝑎𝑟𝑡í𝑐𝑢𝑙𝑎𝑠
En una muestra de gas ideal, todaslas partículas tienen la mismamasa, pero no la misma velocidad.
Energía cinética y Temperatura
La temperatura absoluta (enKelvin) es una medida de la energía cinética promedio de una muestra de materia.
𝑻 𝒆𝒏 𝑲𝒆𝒍𝒗𝒊𝒏 ∝ 𝑬𝒏𝒆𝒓𝒈í𝒂 𝒄𝒊𝒏é𝒕𝒊𝒄𝒂
Teoría de cinética molecular
A LA MISMA TEMPERATURA
Todas las partículas de un gas tienen la misma energía cinética promedio
𝑬𝒏𝒆𝒓𝒈í𝒂 𝑪𝒊𝒏é𝒕𝒊𝒄𝒂 𝐸𝐾 =1
2𝑚𝑣2
Las partículas más livianas (menosmasa) tienen mayor rapidez promedioque las partículas con mas masa.
Teoría de cinética molecular
¿Qué esperas que ocurra si aumentasla temperatura de una misma masa de gas?
𝑬𝒏𝒆𝒓𝒈í𝒂 𝑪𝒊𝒏é𝒕𝒊𝒄𝒂 𝐸𝐾 =1
2𝑚𝑣2
Hay un Genio en la BotellaUN GAS
¿Qué diferencia hay entre estas dos botellas?
Presión, P
𝑷 = 𝑷𝒓𝒆𝒔𝒊ó𝒏N = número de partículas𝒎 = 𝑙𝑎 𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎𝑠 𝑝𝑎𝑟𝑡í𝑐𝑢𝑙𝑎𝑠𝒗 = 𝑙𝑎 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎𝑠 𝑝𝑎𝑟𝑡í𝑐𝑢𝑙𝑎𝑠V = Volumen del gas contenido en un cubo
La Presión de un gas
Emplea la jeringuilla para identificar los componentes
La Botella y su Ambiente
La botella está rodeada de aire
El aire ejerce una presión: la presión atmosférica, PA
Es un sistema abierto, y la presión del aire dentro de la botella es PA
Temperatura equilibrada
La Presión de un Gas
¿Qué diferencias hay en estos dos escenarios?
http://pump-flo.com/pump-library/pump-library-archive/jacques-chaurette/how-a-siphon-works.aspx
Volumen vs. Presión
Esta relación es fundamental en el proceso de respiración.
¿Cómo puedes demostrar la relacion de volumen vs. presion utilizando una jeringuilla?
Utiliza la jeringuilla para definir la variable independiente y la variable dependiente.
Variables experimentales
Selecciona las variables y justifica tu contestación.
La variable INDEPENDIENTE es:
__ T __ V __ Masa __Presión
La variable DEPENDIENTE es:
__ T __ V __ Masa __Presión
Las variables controladas son:
__ T __ V __ Masa __Presión
Volumen vs. Presión
Cuando ejerces fuerza sobre el pistón, la Presión sobre el gas
__ Aumenta __Disminuye __ Igual
A la vez, el volumen del gas en la jeringuilla
La relación entre V y P es
__ Inversamente proporcional
__ Directamente proporcional
Ley de Boyle
teconsPV tan
final
final
final
final
P
V
P
V
esion
teconsVolumen
Pr
tan
Respiración PV
EXPLICA LO QUE OBSERVAS
http://legacy.owensboro.kctcs.edu/gcaplan/anat2/notes/APIINotes4%20Respiratory%20System%20Physiology.htm
Volumen vs. Cantidad del gas
Cuando el sistema intercambia materia con el ambiente, es un sistema abierto.
Si no quieres que cambie la temperatura o la presión, entonces debe haber un cambio en volumen.
Si aumenta la cantidad del gas, ¿qué ocurre con el volumen?
Preparar dos botellas
Teflón
Globo
Teflón
Sólo una vuelta de teflón, en direcciónopuesta a comoenrosca la tapa.
Una de las botellas
Hacer un huequitopequeño con un alfiler a la parte bajade una botella
¿Qué efecto tiene estehueco cuando se infleel globo dentro de la botella?
Una botella a la vez
Conectar la válvula a la bomba de aire
Bombear aire hasta que el globo pongaresistancia a seguirllenando.
Quitar con cuidada la conexión de la bomba
Presión relativa
Presión de aire
= Presión del manómetro+ presión atmosférica
= 36 psi + 14.7 psi = 51 psi
La cantidad del gas
Se expresa como mol, representado por n.
1 mol es una forma de agrupar las partículas pequeñas.
La masa molar corresponde a la masa de 1 mol de átomos o moléculas del gas.
Ley de Avogadro
MolteconsVolumen )tan(
teconsmol
Volumentan
teconsinicialmol
inicialVolumen
finalmol
finalVolumentan
)(
)(
)(
)(
¿Cómo será la gráfica de Volumen vs Mol?
Ley de gases ideales
Cómo medir el Volumen de aire en la botella
Selecciona la opción más razonable y explica por qué la escogiste:
Medir las dimensiones de la botella y usar la ecuación del volumen geométrico.
Llenar la botella hasta arriba, y utilizar una probeta para determinar el volumen en mL.
¡A TRABAJAR!
La materia tiene Masa
¿Cómo puedo determiner la masa del gas? Selecciona la alternativa más razonable. Justifica la selección.
Peso la botella vacía, y luego añado el gas, y vuelvo a pesar. Determino la masa por diferencia.
Utilizo la densidad del aire y el volumen para calcular la masa.
La Densidad del aire
DENSIDAD DEL AIRE
¿De qué parámetros depende la densidad del aire?
http://www.brisbanehotairballooning.com.au/how-hot-air-balloons-fly/
La densidad depende de la Temperatura
¿Por qué la densidad depende de la Temperatura?
¿Cambia la masa si cambiamos la temperatura?
¿Cambia el volume si cambia la Temperatura?
GASDEVOLUMEN
GASDEMASADENSIDAD
Volumen y Temperatura
Vamos a establecer como variable controlada la masa del gas.
¿Cómo podemos hacer esto?
En un Sistema CerradoNO HAY
intercambio de materiacon el ambiente.
No entra ni sale GASMASA CONSTANTE
Cómo Medir Cambio en Volumen
Selecciona cuál de las siguientes será la más adecuada para medir el cambio en el volumen de un sistema. Justifica la selección:
Cambios en Temperatura
Para cambiar la Temperatura, haremos cambios en el AMBIENTE.
Selecciona la alternativa más razonable. Justifica la
selección.
Preparar baños de agua a diferentes temperaturas. Sumergir la jeringuilla y leer volumen.
Calentar el aire alrededor de la jeringuilla, medir su temperatura y leer el volumen del gas.
Variables experimentales
Selecciona las variables y justifica tu contestación.
La variable INDEPENDIENTE es:
__ Temperatura __ Volumen __ Masa
La variable DEPENDIENTE es:
__ Temperatura __ Volumen __ Masa
Una variable controlada es:
__ Temperatura __ Volumen __ Masa
Plantea una Hipótesis
Ten en cuenta lo siguiente:
¿Qué cambio esperas en el volumen cuando aumentes la temperatura del gas? ¿Cuándo la disminuyas?
¿Qué efecto tiene la temperatura en la densidad del gas, basado en lo que observado?
Baños para la temperatura
Agua caliente, pero no hirviendo
Agua a temperatura ambiente
Mezcla de agua con hielo
Mezcla de agua, hielo y sal
Materiales necesarios:
Vaso (beakers), termómetro
Agua, hielo, sal
Temperatura vs. Volumen
La relación entre Temperatura y Volumen es directamente proporcional, si la temperatura se expresa en Kelvin. Para cambiar grados Celsius (°C ) a Kelvin:
°C + 273 = K
Ley de Charles
aTemperaturteconsVolumen )tan(
teconsaTemperatur
Volumentan
teconsinicialaTemperatur
inicialVolumen
finalaTemperatur
finalVolumentan
)(
)(
)(
)(
¿Cómo será la gráfica de Volumen vs Temperatura?
El aire
Es una mezcla que, a poca altura, se compone mayormente de Nitrógeno.
La Constante Universal
Utiliza los datos que describen el estado de un gas (P, T, V, n) correspondientes al aire para calcular el valor de R.
