Modelo cinético-corpuscular. 15/05/2017 y 18/05/2017

La clase del lunes la dedicamos para extender el modelo cinético-corpuscular de los gases a los sólidos y líquidos. Para ello, en primer lugar, recordamos las propiedades de los gases, para ver si estaban o no presentes en los sólidos y líquidos:

	Líquidos	Sólidos
Se mezclan con facilidad	Sí * (miscibles)	No
Se comprimen	No*	No
Pueden hacer fuerza	Sí	Sí
Pesan	Sí	Sí
Tienen volumen	Sí	Sí
Con el calor, ocupan más espacio	Sí	Sí

A continuación explicamos que debe ocurrir para que se produzca el cambio entre los diferentes estados en los que podemos encontrar la materia. Para ello vimos como estaban dispuestas las partículas en cada uno de estos estados:

En el estado sólido, las partículas se movían, pero vibrando en el sitio. En el estado líquido las partículas están un poco más separadas y pueden moverse (por eso se pueden mezclar los líquidos). Por último, en el estado gaseoso las partículas están aun más separadas y se mueven más rápido.

Si partimos de agua en estado líquido y queremos que pase a estado sólido, necesitamos que la velocidad de las moléculas disminuya, bajando la temperatura. Al bajar la temperatura, las moléculas se reorganizan. Pero el agua es una excepción, ya que cuando cristaliza se dejan huecos entre las moléculas que no dejan entrar más partículas, dejando un vació en el centro. Es por eso que aumenta el volumen del agua cuando se cambia a estado sólido.

Para pasar de un estado sólido a uno líquido, debe aumentar la temperatura, de modo que las partículas vibrarán a más velocidad hasta que se vayan rompiendo los enlaces que las unen. Las partículas que antes se escapan son las que están en contacto con el aire/agua (superficie). Al final acaban escapando todas las partículas y se mueven libremente.

Para pasar de líquido a gaseoso sucede de la misma manera que en el anterior cambio. Al aumentar la temperatura, las partículas irán a más velocidad, escapándose en primer lugar las que se sitúan en la superficie.

En este punto hablamos de la diferencia entre evaporación y ebullición. En los océanos y ríos se da la evaporación o vaporización sin necesidad de que el agua esté hirviendo. En este caso, las moléculas que están en la superficie vaporizan y se convierten en vapor de agua, ya que tienen suficiente fuerza para escapar. Cuando hablamos de ebullición (100º), necesitamos calentar el agua para aumentar mucho la temperatura y la velocidad de las partículas. En este caso, cualquier molécula puede escapar, no solo las de la superficie.

Una vez hechos los cambios de sólido a líquido y de líquido a gas, pasamos a hacerlo a la inversa.

Para pasar de gas a líquido se necesita disminuir la temperatura, de modo que la velocidad de las partículas sea menor. Al disminuir la velocidad, la distancia entre las partículas es menor, ya que los choques entre ellas son menores. Entre estas partículas se empiezan a crear unos enlaces débiles.

Para pasar de líquido a sólido se necesita que la velocidad de las partículas siga disminuyendo, bajando la temperatura. La distancia entre las partículas es aún menor, creando unos enlaces muy fuertes (partículas muy cohesionadas).

Para acabar con el tema de la materia, el jueves realizamos una prueba que ya habíamos realizado antes de comenzar el tema, para ver como habían cambiado nuestros pensamientos. La primera pregunta hacía referencia a que los gases pesaban, cosa que sabemos, ya que si metes aire a presión en una garrafa y posteriormente calculas su masa, se verá que esta ha aumentado.

La actividad 2 hablaba de densidad, presentándonos dos cajas con la misma masa pero diferente volumen. Con este observábamos que la caja más pequeña era la de mayor densidad, dado que tenía la misma cantidad de materia en una menor unidad de volumen. A continuación se nos preguntaba que propiedades de dicha caja cambiarían si la calentábamos. La masa es invariable, ya que las partículas son las mismas, pero el volumen aumenta al dilatarse, por lo que la densidad también variará, disminuyendo en este caso.

En la tercera actividad se nos planteaba una cuestión ya vista en clase. En esta se comprimía el aire de una jeringuilla, juntándose más las moléculas que había dentro de esta.

La actividad cuatro nos presentaba dos probetas con 30ml cada una, pero una de agua y la otra de alcohol. Las dos probetas juntas pesaban 56 gramos. Al mezclar el agua con el alcohol se obtenía un volumen de 58 ml, y se nos preguntaba si la masa variaría. Dado que la masa es invariable, esta se conserva, por lo que hay la misma cantidad de partículas antes que después de la mezcla. No obstante, el volumen varía porque estas partículas se mezclan mucho entre sí.

La última actividad consistía en realizar una gráfica, en la cual teníamos que recoger la temperatura de un cubito de hielo que hemos dejado a temperatura ambiente. Cuando el hielo se saca del congelador, puede estar a unos -15º. Al pasar 10 minutos, encontramos que la temperatura ha aumentado (-10º) y ya empieza a haber agua. Al volver a tomar la temperatura ha pasado lo mismo, hasta que llegamos a tener el cubito completamente deshecho. A partir de este momento y siempre que tomamos la temperatura, es la misma.

Modelo cinético-corpuscular. 08/05/2017 y 11/05/2017

La clase del lunes la empezamos con la explicación del funcionamiento de una cañita con el modelo cinético-corpuscular. Cuando metemos la cañita en el refresco, encontramos el mismo aire dentro de la cañita (en la parte donde no hay refresco) que fuera. Al succionar, quitamos el aire de la cañita y dicho aire deja de ejercer fuerza sobre la superficie del agua. Como el aire de fuera sigue ejerciendo fuerza, a modo de prensa, el líquido puede subir por la pajita, ya que la única via de salida es este tubo. Este procedimiento no podríamos realizarlo en la Luna, ya que en este satélite no habría ningún aire que ejerciera presión, dado que no hay atmósfera, por lo que no podríamos quitar ningún gas de dentro de la pajita. 

A continuación vimos dos ejemplos sobre que les pasaría a unos globos si calentáramos un matraz. En el primer matraz tan solo colocaríamos un globo en la parte superior. En un principio hay el mismo número de partículas dentro y fuera del matraz, moviéndose a la misma velocidad (temperatura). Al calentar el matraz, sigue habiendo el mismo número de particular, pero dentro la velocidad es mayor, por lo que hay más choques entre las partículas y aumenta la presión. Con estos choques a mayor velocidad, las moléculas se alejan más, por lo que el globo empieza a hincharse. En el segundo matraz encontramos tres globos puestos por distintos orificios. Al calentarlo, pasará lo mismo que en el matraz anterior, calentándose los tres globos a la vez.

En este punto, volvimos a repasar que la presión que ejerce un gas sobre las pareces del recipiente donde se encuentra puede depender tanto de la temperatura, ya que a mayor velocidad, mayor presión, y del número de moléculas a la misma temperatura, poniendo muchas más moléculas en un mismo espacio.

A continuación explicamos el funcionamiento de una cafetera tradicional a partir del modelo cinético de los gases. En dicha cafetera se debe poner agua y aire abajo (A) y café en el centro (B). Cuando ponemos la cafetera al fuego vemos como enseguida empieza a subir el agua. Esto se debe a que el aire se calienta rápidamente, teniendo como única via de escape el pequeño tubo que comunica con el café. Es por eso que ejerce presión sobre el agua, quien empieza a subir. 

También aprovechamos para explicar con este mismo modelo porqué en la facultad siempre hace más calor en la segunda planta que en la inferior. Esto se debe a que en el aire a 10º las partículas se moverán más despacio que cuando el aire está a 40º. A esta temperatura, por tanto, habrá menos partículas por unidad de volumen, ya que con los choques a más velocidad, las partículas se separarán más. Como el aire caliente es menos denso, subirá hacia arriba del edificio.

Para empezar la clase del jueves, explicamos el funcionamiento de un bebedero de pájaros. Este se explica porque el pájaro tiene unos orificios nasales en el pico, y al meterlo en el bebedero, también mete burbujas de aire, y por eso cada vez hay más aire dentro del bebedero que empuja el agua hacia abajo. El agua del bebedero no se sale porque se ejerce la misma fuerza dentro que fuera del agua, por lo que el agua está en equilibrio.



A continuación pasamos a hablar de la PRESIÓN ATMOSFÉRICA. Esta se puede explicar con el experimento de Torricelli, quien cogió un metro de vidrio graduado y lo llenó de mercurio, tapándola con el dedo y metiéndolo en una cubeta llena de mercurio. Una vez hecho esto observó que el nivel bajaba hasta 760 mm. Esto se produce porque la fuerza que ejerce la columna de mercurio es igual a la fuerza que ejerce la atmósfera (presión atmosférica).

Una vez explicado esto, nos preguntamos que pasaría si hacíamos este mismo experimento en una montaña, a 6000 metros de altura. A esta altura, la densidad del aire es considerablemente menor, por lo que el número de moléculas es menor, habiendo menos oxígeno. Es decir, los choques de las partículas ejercerán más presión a nivel de mar, ya que habrá más choques entre estas. Por lo tanto, en la cima de la montaña, si la presión exterior es menor, puede salir más liquido de dentro del tubo. 7

A partir de esto, pudimos explicar el funcionamiento de una botella de agua, cuando nos la llevamos a la cima de una montaña. Partimos de una botella con agua (y aire) desde nuestro pueblo. Aquí la cantidad de moléculas dentro que fuera es la misma. Al subir a la montaña, vemos que esta está hinchada, debido que a esta altura hay más moléculas dentro de la botella que fuera. Al abrir la botella, escapa ese aire. Posteriormente se baja de nuevo al punto de partida, y aquí encontramos que la botella está un poco chafada, debido a que las moléculas de dentro de la botella son menores que las de fuera. Algo similar pasa cuando metemos una botella en la nevera. Al sacarla fría de la nevera, esta se arruga, ya que las moléculas de fuera se mueven más rápido que las de dentro porque están a mayor temperatura.

Modelo cinético-corpuscular. 04/05/2017

Esta clase la hemos empezado con un pequeño repaso sobre los conceptos de volumen, masa, peso y densidad, con la finalidad de refrescar la memoria tras las vacaciones. Una vez hecho esto hemos pasado a explicar los experimentos que realizamos la última clase con los gases con el modelo cinético-corpuscular. 

Este modelo dice que:

• Los gases están formados por pequeñas moléculas que están muy separadas entre sí → por esto se pueden comprimir.

• Dichas moléculas están en continuo movimiento, por lo que se producen choques entre ellas. Al aumentar la temperatura, aumenta la velocidad de las partículas, por lo que aumenta el número de choques y estos, además, tendrán más fuerza (las particulas, al chocar, se separan más entre ellas).

Aquí hemos introducido un concepto nuevo: TEMPERATURA. Esta no es más que la medida de la velocidad de las partículas de un material. Esto explica que si la temperatura aumenta, aumenta la velocidad de las moléculas. A raíz de este concepto, también ha surgido el porqué del "cero absoluto", que se da porque en este estado las partículas dejan de moverse (0ºK o -273ºC). 

Otra de las cosas que queríamos explicar con este modelo era como las ruedas podían soportar el peso de un camión, estando tan solo llenas de aire, así como el experimento que realizamos en el cual levantamos una mesa y dos personas tan solo soplando. Esto se explica dado que en un momento inicial, hay el mismo número de partículas dentro que fuera del recipiente. No obstante, cuando espiro en la bolsa, introduzco más y más partículas. En este caso, no aumenta la temperatura ni la velocidad, pero hay más moléculas, por lo que se producen más choques. 

A raíz de esta explicación ha surgido el concepto de PRESIÓN. Esta es una medida del número de choques que se producen y puede depender de la velocidad de las partículas (al aumentar la temperatura de las partículas, aumenta la velocidad de las partículas, y, por tanto, aumenta el número de choques, por lo que hay más presión), o del número de moléculas a la misma temperatura. Es decir, lo que sucede cuando metemos más moléculas de aire en un recipiente cerrado, es que aumentan los números de choques entre dichas partículas. Al aumentar el número de choques, las moléculas ejercen más presión sobre las paredes del recipiente (más presión).

A continuación, y para finalizar, hemos realizado un experimento relacionado con la presión. Este consistía en calentar el aire de una lata abierta, y, rápidamente, meter esta en agua, sirviendo este líquido como un tapón. El resultado ha sido la compresión de la lata. Esto se ha producido ya que, al calentar la lata, aumenta la velocidad y los choques entre las moléculas. Pero al estar abierta, dichas moléculas se escapaban (y entraban). Al poner la lata en el agua para que no entre aire, el aire de dentro no soporta la cantidad de moléculas del exterior, quienes ejercen más fuerza sobre la lata. De esta manera, también hemos explicado la presión atmosférica, ya que este movimiento está pasando constantemente sobre nosotros, aunque no nos demos cuenta.

Materia. 03/04/2017, 06/04/2017 y 10/06/2017

A lo largo de estas tres clases continuamos con los contenidos relativos al tema de la materia. Tras repasar que el volumen y el peso son propiedades variables y la masa una propiedad invariable, pasamos a ver si estas propiedades se podían aplicar también a los gases. Para ello pesamos el aire de una botella, y nos dimos cuenta que la botella vacía pesaba 87,2  ± 0,1 gr y que la misma botella con aire a presión pesaba 94,1 ± 0,1 gr. Es decir, observamos que las propiedades vistas también podían aplicarse a los gases.

Ahora necesitábamos buscar alguna propiedad que nos permitiera diferenciar unos materiales de otros. Aquí es donde entraron los materiales "ligeros" (corcho) y "pesados" (plomo). Para ello, nos preguntamos que pesaba más, si el hierro o la madera (teniendo un bloque del mismo tamaño).

Aquí nos dimos cuenta que pesaba más el hierro, dado que tenía más cantidad de materia en un mismo espacio. Esto es lo que denominamos densidad (m/v), es decir, la materia que hay por unidad de volumen. En el ejemplo del hierro y la madera, observamos que en el hierro hay más materia por unidad de volumen que en la madera, por lo que tendrá una densidad más alta y por tanto pesará más.

Después de esto hicimos otras actividades y nos planeamos que pesaba más, si una persona de 85 kg o el aire del aula, y nos dimos cuenta que el aire que había en esa aula tenía una masa de 414 kg.

Cabe destacar también que la densidad depende del material del objeto, y no de la cantidad de materia que tenemos, Es decir, la densidad es la misma en un clavo que en una biga de hierro. Por lo tanto es la propiedad necesaria para diferenciar unos materiales de otros.

Por otro lado, es importante saber que los objetos menos densos que un líquido flotan en él y los menos densos se hunden. Cuando hablamos de la mezcla de dos líquidos es importante diferenciar la densidad con la viscosidad, dado que por ejemplo el aceite es más viscoso pero menos denso y por eso flota, mientras la miel es más viscosa y más densa que el agua y por eso se hunde. Además, a la hora de observar la densidad en elementos líquidos, es importante que estos no sean viscibles, ya que si se mezclan se crea otra densidad diferente.






Para entender este concepto, observamos el ejemplo de un globo aerostático, de modo que pudimos entender su funcionamiento. El mecanismo de estos globos es sencillo: al calentar el aire, aumento el volumen que hay dentro del globo y al aumentar este volumen, su densidad disminuye. Al ser menos denso el aire, este flota sobre el que tiene alrededor.




Una vez acabado este bloque donde aprendimos los conceptos de volumen, peso, masa y densidad, pasamos al segundo bloque, el cual empezamos buscando propiedades comunes a los gases.  Las propiedades comunes que obtuvimos son:

• Ocupan todo el volumen disponible.
• Tienen masa y peso.
• La densidad varía con la temperatura.
• Se pueden comprimir.
• Se mezclan fácilmente.
• Hacen fuerza sobre las paredes del recipiente que lo contiene.
• Generalmente no se ven.

En la siguiente clase comprobamos estas propiedades con diferentes experementos: meter un globo en el congelador, utilizar una jeringa para ver si se puede comprimir el aire, apagar una vela con CO2. echar ambientador para ver si se mezclaba con el aire que ya había en el aula, calentar un recipiente con un globo encima... Una vez realizados todos los experimentos comprobamos que todas estas propiedades comunes en los gases eran ciertas.

El siguiente paso era obtener una estructura para explicar estas propiedades, la cual derivó en el modelo cinético-corpuscular, el cual decía que los gases están formados de partículas que están en continuo movimiento, por lo que chocan unas con otras constantemente. Además, cuando se aumenta la temperatura, las moléculas del gas aumentan su velocidad, por lo que se producen más choques entre ellas y por lo tanto se aumenta el volumen.

Examen y Materia. 27/03/2017 y 30/03/2017

La clase del lunes la dedicamos para realizar la prueba teórica sobre los primeros temas. Por otro lado, el jueves 30 de marzo empezamos en tema relativo a la materia. Aunque todo lo que nos rodea es materia, muchos de nosotros al pensar en materia automáticamente decimos elementos sólidos, dejando de lado los líquidos y los gases, los cuales también son materia. Además, entre estos elementos hay propiedades comunes:

• Volumen, dado que todos los elementos ocupan un espacio.
• Masa, todos "pesan".

Es muy importante saber conocer y diferenciar estas dos propiedades. Por un lado, debemos saber que el volumen es una propiedad común a todos los objetos que puede variar. Como ejemplo, entre los raíles de la vía hay un espacio, dado que con el calor aumenta el volumen de estos. Aunque en prácticamente todos los elementos aumentan su volumen con el calor, paso algo excepcional con el agua, dado que es el único material que aumenta su volumen cuando se congela.

Por otro lado debemos conocer el peso y la masa de los objetos, y saber diferenciar entre ellos. El peso es una unidad de fuerza y se mide en Newtons (N/Kg). El peso de un objeto depende de la fuerza con que un planeta atrae hacia el centro los objetos y de la cantidad de masa que tiene el objeto. La masa, por tanto, es una propiedad invariable de los objetos referente a la cantidad de materia que estos tienen dentro. La masa se mide en kilos y decimos que es un criterio arbitrario, dado que comparamos esta cantidad con un patrón conocido (cilindro de iridio o platino de 10 cm de diámetro y 10 cm de altura → 1 kg). Es decir, la masa de un objeto nunca varía, mientras el peso de cada objeto depende de la gravedad.

Es decir, un astronauta de 70 kg en la tierra pesaría 686 N, en la Luna 112 N y en Júpiter 1813 N, mientras que su masa no variaría.

Medida. 20/03/2017 y 23/03/2017

La clase del lunes 20 la empezamos retomando las medidas que habíamos realizado sobre la altura de uno de nuestros compañeros. Hemos reflexionado sobre cuánto mide nuestro compañero, y, en primer lugar, podría resolverse mediante la estadística, utilizando la media, la moda o la mediana. La media de la altura del compañero daba 1,801615m, pero no tiene sentido dejar tantos decimales, dado que la sensibilidad del aparato tan solo llega a milímetros, por lo que la media sería igual a 1,802m.

No obstante, no podemos afirmar que mide lo que ha dado la media. En cambio, si podemos decir con seguridad que mide entre 1,79m y 1,82m. Es por eso que surge el término de desviación típica (media de la diferencia que hay entre cada valor y la media), la cual si es muy baja, significa que la precisión de la medida es más buena. 

En nuestro caso no vamos a utilizar la desviación típica, sino la sensibilidad del aparato. Como ejemplo: MODA= 1,790 ± 0,001m. A partir de aquí hemos analizado algunos ejemplos:

• ¿Cometemos el mismo error en estas dos medidas? ¿Algunas de ellas es mejor?

 15,3cm ± 0,2                          1,2cm ± 0,2 cm

En este ejemplo observamos que cometemos el mismo error en ambas medidas, el cual se corresponde a la sensibilidad del aparato (2mm). No obstante en la primera medida se comete otro error, y es que si el aparato mide de 2 en 2 mm, no se puede hacer una medida impar. Por lo tanto, debería poner 15,2cm o 15,4cm y poner a continuación el margen de seguridad.

En caso de suponer que la medida fuese 15,4 cm ± 0,2cm, esta medida sería mejor que 1,2cm ± 0,2cm, ya que 2mm es un porcentaje más bajo en 15,4 cm que en 1,2 cm.

Por lo tanto, concluimos que la precisión de la medida depende de la sensibilidad del instrumento de medida.

En la clase del jueves, correspondiente a la última clase antes del examen, determinamos la medida de diferentes aparatos:

CRONÓMETRO

Tiempo en segundos: 118 ± 1sg

Tiempo en minutos: 1,97 ± 0,01 min

Tiempo en centésimas de minuto: 197 ± 1cdm

CONTADOR DEL GAS

5477,790 m³ ± 0,001 m³

5477790 l ± 1 litro

5477790 dm³ ± 1 dm³ 

Para finalizar la sesión realizamos la medida del volumen de unos cuantos recipientes llenos de agua, dando el error en cada caso.

Medida. 13/03/2017 y 16/03/2017

En la clase del lunes 13 de marzo empezamos el tema relativo a la medida. Para introducirlo la profesora nos hizo medir de diferentes maneras la mesa. De este modo nos dimos cuenta que salían medidas muy diferentes, aún usando los mismos patrones. Es por eso que ha de establecerse un patrón universal y una técnica para que todo el mundo lo use y obtenga el mismo valor. Un ejemplo de este patrón universal sería un folio, dado que una hoja A4 siempre tiene las mismas medidas. De esta serie de actividades concluimos la definición de medir:

• Medir: es comparar una cantidad de una magnitud con otra cantidad de la misma magnitud que tomamos como unidad (patrón). Para realizar esta comparación se utilizan instrumentos, el cual será diferente dependiendo de aquello que se quiera medir. Es decir, para medir la longitud se utiliza una regla, para calcular el peso una balanza y para cronometrar el tiempo un reloj. Por otro lado, también podemos utilizar dos instrumentos para calcular una magnitud derivada, como sería el caso de utilizar la regla y el reloj para calcular la velocidad.

Tras conocer esta definición, analizamos las características que debía presentar una unidad de magnitud. Entre estas, destacan tres:

• Debe ser inalterable, no cambiar.
• Debe ser universal, ser igual en todos los países.
• Debe ser fácilmente reproducible, es decir, tener múltiples y divisores.

También aprendimos la diferencia entre una magnitud fundamental y una magnitud derivada, así como ejemplos de cada una de ellas. La primera magnitud hace referencia a aquella cuya unidad se define arbitrariamente, como la longitud (m), el tiempo, el peso, la masa, la temperatura, el sonido, la superficie (m²), volumen (m³)... La magnitud derivada, en cambio, es aquella magnitud cuya unidad se define a partir de las fundamentales. Son ejemplos de este tipo de magnitud la velocidad (distancia+tiempo), la aceleración, la densidad, la energía, la potencia, la fuerza, la gravedad...

Para acabar esta clase hicimos una tabla como la siguiente, en la que obtuvimos con potencias de 10 los múltiples y divisores de la longitud, la superficie y el volumen.

El jueves 16 de marzo empezamos la clase analizando las siguientes preguntas:

1. ¿Cuántos cubos de 1mm³ caben en 1cm³? 1000 cubos.
2. ¿Cuántos cubos de 1cm³ caben en 1dm³? 1000 cubos.
3. ¿Cómo es de grande algo que tenga un volumen de 1m³? Como una lavadora o un lavavajillas.

A continuación estimamos lo grande que eran los siguientes lugares y objetos:

• Un campo de fútbol → 1hm² → 1 hectárea.
• Un incendio de 1000hm² → 1000 campos de futbol.
• Un transvase de 250 hm³ → 250 000 000 000 litros.
• La capacidad de una piscina de 2m de profundidad, 50m de largo y 25m de ancho → 2 500 000 litros = 2500 m³.
• 20 millones de litros de agua → 8 piscinas.
• La capacidad de un cubo de fregar → 10 litros = 10dm³.
• La capacidad de un vaso → 0,25l = 250 ml.
• La capacidad de un aula, cuyas medidas son 9,30m de ancho, 11,2m de largo y 3,30m de alto → 343,728 m³.

Para finalizar, por grupos, medimos la altura de un mismo compañero de clase, para observar como podían variar las medidas tomadas, Cuando todos los grupos finalizaron su medición, se obtuvieron diferentes resultados entre 1,79m y 1,82m. Tras fijarnos en el margen de ambas medidas, concluimos que podríamos haber realizado mejor las medidas, fijándonos en los siguientes ítems:

• Sobre la cabeza debería ponerse una escuadra paralela al suelo.
• Las piernas del compañero deben estar cerradas.
• Midiendo todos de la misma manera y utilizando los mismos instrumentos, las medidas tomadas se acercarán más entre ellas.