lunes, 23 de abril de 2012

CALOR Y CAMBIOS DE ESTADO

La materia puede presentarse en tres estados distintos: gas, líquido y sólido.

La materia cuando se encuentra en estado sólido sus partículas se encuentran muy juntas unas de otras y están unidas las unas con las otras por unos fuertes enlaces que hacen que su forma sea invariable y que sus partículas no presenten ningún movimiento que altere su forma.

Estos enlaces no son tan fuertes cuando se trata de un líquido, son fuertes como para mantener a sus partículas unidas pero las deja libre movimiento, por eso un líquido no tiene una forma fija, si no que se adapta al espacio que tiene.

En el estado gaseoso ya no existe ningún tipo de enlace que una unas partículas con otras, cada partícula se mueve libremente y tiende a ocupar todo el espacio posible. Por eso los globos se hinchan.
En el siguiente vídeo se muestran los cambios de estado de sólido a gas del agua. Este experimento se asemeja al que nosotras hicimos, este es más "casero". Nosotras usamos un hornillo eléctrico y un matraz en el que introdujimos los hielos. En la boca del matraz colocamos un globo para poder ver la presencia de gas cuando el agua hervía ya que el globo se hinchaba.

Los sólidos al tener sus partículas más unidas tienden a ocupar menos espacio que los líquidos, y estos a su vez menos espacio que los sólidos.
Pero en cambio, el agua sufre una peculiaridad.
El hielo ocupa más espacio que el agua en estado líquido, por eso cuando metemos una botella de agua llena al congelador explota. Esto sucede porque la densidad del hielo es menor que la del agua, y es por esto que el hielo flota en el agua. Gracias a este hecho en la Tierra existen los casquetes polares donde viven algunos animales, de no ser así, la vida para estos sería imposible. 


Los cambios de estado que puede sufrir la materia están reflejados en la siguiente imagen con el nombre que recibe cada uno de ellos.
Dado que la sublimación es un cambio de estado que no nos es muy común dejamos un vídeo sobre la sublimación de la naftalina. La naftalina también se llama alquitrán blanco y lo usamos para ahuyentar a las polillas.
En el vídeo se muestra la sublimación de la naftalina, frente a la fusión de la cera de una vela.


Como dato, el punto de fusión del agua es a 0ºC, y el de ebullición a 100ºC. El punto de ebullición es aquella temperatura en la que un líquido pasa a ser gas.

Todos estos cambios de estado se producen mediante la acción del calor. El calor lo que hace es romper los enlaces de las partículas que forman la materia por lo cual los sólidos pasan a ser líquidos y estos a gases.

En este vídeo se explican los mecanismos de trasmisión del calor:


Uno de los experimentos que hemos realizado demuestra que el calor crea corrientes de convección como en el caso del globo del vídeo anterior. Nuestro experimento fue el siguiente:




El calor se transmite de un cuerpo a otro mediante los mecanismos de trasmisión explicados en el vídeo.

El calor se define como la energía que se pasa de un cuerpo a otro. Cuando se aplica calor a la materia esta absorbe la energía para cambiar de un estado a otro.
Para demostrar esto realizamos un experimento con un globo con agua. Al prender con el mechero el globo no explotaba ya que el calor del mechero estaba siendo absorbido por el agua para cambiar de estado a gas.

Este vídeo os muestra el experimento:


Este calor se mide con el termómetro, instrumento de medida que mide la temperatura. Esta temperatura se puede expresar en grados centígrados (ºC) que son los que usamos cotidianamente, grados Fahrenheit (ºF) y los grados Kelvin (K). Cada una de estas escalas tiene un método de conversión de unas a otras.

Termómetro digital
Termómetro de mercurio
Termómetro de alcohol

Estos tres tipos de termómetro son los más usados en nuestra vida cotidiana.





lunes, 16 de abril de 2012

CAVENDISH: La constante de Gravitación universal


Esta entrada del blog la vamos ha dedicar a Cavendish conocido por "el más rico de los sabios y el más sabio de los ricos" que fue elegido para formar parte de la Royal Society y descubrió las propiedades del hidrógeno, por ejemplo.

Si continuas leyendo esta entrada podrás conocer más a cerca de este magnífico científico.


Royal Society
La Royal Society es una comunidad de científicos mas importantes del mundo y la institución científica más antigua que existe. Su objetivo es ampliar las fronteras del conocimiento, impulsar el desarrollo y uso de la ciencia, las matemáticas, la medicina y la ingeniería para el beneficio de la humanidad y el planeta. En 1660 se fundó esta sociedad a la que han pertenecido famosos científicos como Darwin, Hooke, Newton, Rutherford, Einstein... En conjunto han recibido al rededor de 80 prestigiosos premios Nobel.





Propiedades del hidrógeno
El hidrógeno no pertenece a ninguno de los grupos de la tabla periódica. En condiciones normales, el hidrógeno es un gas incoloro, inodoro y sin sabor. El átomo de hidrógeno de símbolo H tiene un núcleo de una unidad de carga positiva y un electrón. Tiene 1 de número atómico y su peso atómico es 1.00797
. Es la molécula más pequeña conocida. Posee una gran rapidez de transición, cuando las moléculas se encuentran en fase gaseosa. Debido a esta propiedad, hay ausencia casi total, de hidrógeno en la atmósfera terrestre. Posee un estado de oxidación de +1, -1.


El agua está formado por dos átomos de hidrógeno (H) y uno de oxígeno (O). Los átomos de hidrógeno y oxígeno están separados entre sí aproximadamente 0,96 Angstroms. Tiene dos regiones con una cierta carga eléctrica. Una de ellas es positiva y la otra negativa. El oxígeno es un átomo muy electronegativo. El hidrógeno es un átomo muy poco electronegativo. Aun así el agua no es un ión.



El calor específico del agua:

Es la cantidad de energía que intercambia un kilogramo de una determinada sustancia cuando se modifica e un kelvin su temperatura. Su unidad en el SI es J/kg K.

Cuanto mayor es el calor especifico de una sustancia más energía necesita para producirle determinado incremento de temperatura y más energía desprende cuando se enfría.

Estos son los calores específicos de algunas sustancias:


Ahora vamos ha hablaros sobre la Ley Coulomb que consiste en:

La fuerza F de acción recíproca entre cargas puntuales es directamente proporcional al producto de las cargas eléctricas (q y q') e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa (d).
Ley_Coulomb001                        

G es un número fijo, llamado constante de la gravitación universal
k es una constante conocida como constante Coulomb    
d es la distancia entre el planeta y el sol y R la distancia entre las cargas

es el vector Fuerza que sufren las cargas eléctricas. Puede ser de atracción o de repulsión

Ahora vamos a compararlo con la LGU:

Teniendo en cuenta que La ley de Gravitación Universal establece que la fuerza de atracción entre dos masas es directamente proporcional al producto de las mismas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa, vamos a comparar los parecidos y diferencias que vemos entre ellas:

Las dos leyes enuncian el comportamiento de dos fuerzas fundamentales de la naturaleza mediante expresiones matemáticas. También cada una tiene su constante (la G y la K) y si miramos la forma matemática en la que está expresada vemos que son iguales.

La diferencia es que la LGU muestra fuerzas generadas por la propiedad gravitatoria entre masas y estas masas se atraen pero la de Coulomb muestra fuerzas generadas por cargas y pueden atraerse o repelerse al tener distinto signo.


Condensador eléctrico

 Dispositivo para almacenar energía eléctrica, formado por dos conductores eléctricos separados por un material aislante o dieléctrico (aire, cristal, plástico, etc.) y conectado uno de ellos a un generador.


En el Sistema internacional de unidades se mide en Faradios (F), siendo 1 faradio la capacidad de un condensador en el que, sometidas sus armaduras a 1 voltio, éstas adquieren una carga eléctrica de 1 culombio.

Varios de sus usos son:
  • El flash de las cámaras fotográficas.
  • Tubos fluorescentes.
  • Mantener corriente en el circuito y evitar caídas de tensión.
  • Baterías, por su cualidad de almacenar energía.


Como funciona:   
Esta formado por dos placas metálicas de la misma superficie, separadas por  una lámina no conductora. Al conectar una de la splacas al generador, esta se carga e induce una carga dle signo opuesto a la otra placa.


Se puede fabricar  uno en casa y comprobar su funcionamiento , para ello será necesario el sieguiente material:






                                                                         
E

n su forma más sencilla, un capacitor está formado por dos placasmetálicas o armaduras paralelas, de la misma superficie y encaradas,separadas por una lámina no conductora o dieléctrico. Al conectar una delas placas a un generador, ésta se carga e induce una carga de signoopuesto en la otra placa.
E

n su forma más sencilla, un capacitor está formado por dos placasmetálicas o armaduras paralelas, de la misma superficie y encaradas,separadas por una lámina no conductora o dieléctrico. Al conectar una delas placas a un generador, ésta se carga e induce una carga de signoopuesto en la otra placa
E

n su forma más sencilla, un capacitor está formado por dos placasmetálicas o armaduras paralelas, de la misma superficie y encaradas,separadas por una lámina no conductora o dieléctrico. Al conectar una delas placas a un generador, ésta se carga e induce una carga de signoopuesto en la otra placa
E

n su forma más sencilla, un capacitor está formado por dos placasmetálicas o armaduras paralelas, de la misma superficie y encaradas,separadas por una lámina no conductora o dieléctrico. Al conectar una delas placas a un generador, ésta se carga e induce una carga de signo
   Papel de aluminio




Un bote de plástico con tapa



Cobre




Viruta



Los pasos a seguir son los siguientes:

  1. Forramos el recipiente por dentro y por fuera con papel aluminio
  2. Insertamos papel aluminio cortado en pequeños trozos dentro de la botella forrada
  3. Colocamos cobre en la tapa del recipiente de modo que haga contacto con el material del recipiente

Podremos observar como este dispositivo almacena energía eléctrica después de haberlo cargado mediante el alambre de cobre por la parte superior del bote.

Otro de los inventos de Cavendish fue el termometro sin mercurio. Inicialmente los termómetros se basaban en la dilatación por  lo que era necesario usar materiales de facil dilatación para que los resultados fueran visibles por lo que se usaba como base em mercurio dentro de un tubo de vidrio con una escala.



 

Pero en 1757 Cavendish construyó el primer termómetro de máxima y mínima utilizando alchol como líquido termométrico y con dispositivos separados. Que se usa en la meteorología para calcular la temperatura máxima y mínima dle dia.

El creador de lo que se podría considerar el primer termómetro fue Galileo , pero de nombre termoscopio que sirvió como predecesor.
 


Pero el mercurio es altamente contaminante y por eso se dejo de utilizar en los hospitales y se comenzó a usar el termómetro digital que cuenta  con dispositivos transductores que utilizan circuitos electrónicos para convertir las variaciones de tensión en la temperatura.

 
Las diferentes escalas térmicas son:
Fahrenheit:
Sobre esta escala, Fahrenheit midió el punto de ebullición del agua obteniendo 212. Después le adjudicó el punto de congelamiento del agua a 32. Así el intervalo entre el punto de congelamiento y ebullición del agua puede ser representado por el número racional 180. Temperaturas medidas sobre esta escala son designadas como grados Fahrenheit.
Celsius:
Anders Celsius (1701-1744) usó la escala al revés en la cual cero representó el punto de congelamiento y 100 el punto de ebullición del agua. En 1948 el término Grado Centígrado fue reemplazado por el de Grados Celsius. Temperaturas medidas sobre una escala centígrada, con el punto de congelamiento del agua como cero, son designadas como grados Celsius .
Kelvin: 
La escala está dividida en un cierto número de intervalos que reciben el nombre de grados Kelvin. De este modo el valor superior corresponde a 273,16 K, mientras que el inferior es de 0.
Reamur: 
Hacia 1730, René-Antoine Ferchault de Reaumur (1683-1757) estudió la dilatación del termómetro de alcohol entre el hielo fundente y el agua hirviendo y descubrió que un volumen de alcohol de 1000 partes pasaba a 1080, por lo que, tomando como fijos estos dos puntos, dividió su escala en 80 partes.
Rankine:  
Otra escala que emplea el cero absoluto como punto más bajo. En esta escala cada grado de temperatura equivale a un grado en la escala Fahrenheit. En la escala Rankine, el punto de congelación del agua equivale a 492 °R, y su punto de ebullición a 672 °R.

El magnetismo es un fenómeno físico por el que los materiales jercen fuerzas de atracción o repulsión sobre otros materiales. Si usaramos materiales como el acero y el hierro que son muy magnéticos no nos sirven ya que con la balanza medimos las fuerzas de interacción entre partículas con carga eléctrica pero aquellas cargas cuya magnitud es muy pequeña respecto a la distancia que los separa. Por esto mismo tampoco podríamos usar cobalto o niquel.