Tema No.1: La diversidad de Objetos
1.1: Características de la Materia
Tema No.2: Lo que no percibimos de la materia
2.2: La construcción de un modelo para explicar la
materia
PRÁCTICA
No. 1 Hielo Roto Y Soldado
PROPÓSITO
GENERAL:
l Los
alumnos: Construyan explicaciones sencillas de procesos o fenómenos
macroscópicos como los asociados con el calor, la presión o los cambios de
estado, utilizando el modelo cinético corpuscular.
OBJETIVOS
PARTICULARES:
·
Establece
correctamente conceptos como temperatura de fusión y presión
·
Analiza
el papel que juega la presión atmosférica en ciertos fenómenos.
·
Aclara que sucede con los sólidos cuando varía la temperatura y presión
ejercida sobre ellos.
APRENDIZAJES
ESPERADOS:
ü Experimenta
para identificar algunas características y comportamientos de la materia.
ü Compara y explica el
comportamiento y las propiedades de la materia en sus distintos estados de
agregación a partir de los aspectos del
modelo de partículas.
PREGUNTAS
GUÍA
1. ¿A que crees que se debe este fenómeno?
2. ¿Crees que el resultado cambie si el bloque de hielo
es más delgado o más grueso?
3. ¿Importara si usamos un alambre de otro calibre?
DESARROLLE LA HIPÓTESIS :
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FUNDAMENTO
TEÓRICO
Microscópicamente, la materia másica se presenta en las
condiciones imperantes en el sistema solar, en uno de cuatro estados de
agregación molecular: sólido, líquido, gaseoso y plasma. De acuerdo con la
teoría cinética molecular la materia se encuentra formada por moléculas y éstas se encuentran animadas de movimiento, el cual cambia constantemente de
dirección y velocidad cuando chocan o bajo el influjo de
otras interacciones físicas. Debido a este movimiento presentan energía cinética
que tiende a separarlas, pero también tienen una energía potencial
que tiende a juntarlas. Por lo tanto el estado físico de una sustancia puede ser: Sólido: si la energía cinética es menor que la
potencial. Líquido: si la energía cinética y potencial son
aproximadamente iguales. Gaseoso: si la energía cinética es mayor que la
potencial. Plasma:
si la energía cinética es tal que los electrones tienen una energía total
positiva.
Los cambios de
estado señalan el nivel energético de la materia: para fundir un sólido es
necesario aportar energía. El proceso de fusión es endotérmico; por lo tanto el
nivel de energía en el estado liquido es mayor que el en sólido. Por la misma
razón, el mayor nivel energético corresponde al estado gaseoso; el paso de
líquido a gas siempre requiere un aporte energético. Los cambios de estado a la
inversa serán exotérmicos: la solidificación requiere retirar energía del
sistema físico tratado.
Cuando una sustancia cambia de estado sigue siendo la
misma sustancia, sólo varían las características de la misma referida a la
forma que adopta y al volumen que ocupa.
Al calentar un sólido formado por una sustancia pura la
temperatura comienza a subir hasta que se alcanza el punto de fusión. Mientras
el sólido se está fundiendo la temperatura de la sustancia pura no varía (por eso la temperatura de la mezcla de hielo
y agua líquida se mantiene a 0º C) Cuando todo el sólido se ha fundido si se
sigue suministrando energía, la temperatura del líquido comienza a subir hasta
alcanzar la temperatura de ebullición. Mientras el líquido puro hierve se
mantiene constante la temperatura (esa es la temperatura de ebullición). Una
vez que todo el líquido se ha transformado en vapor, y si se sigue calentando,
la temperatura vuelve a subir.
MODELO PARA
SÓLIDOS
Al disminuir la
temperatura de un líquido la energía media de las moléculas es menor y por
tanto la acción de las fuerzas intermoleculares se hace más potente quedando
las moléculas pegadas entre sí sin
posibilidad de movimiento libre, aunque permanecen en cierto grado de vibración.
En definitiva, al llegar a cierta temperatura las moléculas ocupan posiciones
fijas: el líquido solidifica. Dicha temperatura se llama temperatura de
solidificación o temperatura de fusión.
Al aumentar la temperatura de los sólidos, el nivel de
vibración de las partículas se hace mayor hasta que puede llegar a vencer parte de los efectos de las
fuerzas intermoleculares y el sólido funde. En ocasiones se llegan a vencer
totalmente estos efectos y las moléculas del sólido pasan directamente al
estado gaseoso: es la sublimación, típica de ciertas sustancias como el
anhídrido carbónico en estado sólido, llamado hielo seco, o el yodo.
Por regla general las partículas que constituyen los
sólidos se encuentran ocupando posiciones fijas y de forma ordenada, esto es,
formando redes cristalinas. Muy pocas sustancias en estado sólido tienen
colocadas las partículas al azar; una de ellas es el vidrio de las ventanas.
MATERIAL
·
Bloque
de hielo
·
Alambre
fino
·
Soportes
para el hielo
·
Lastres
pesados
PROCEDIMIENTO
1.
En primer lugar, y utilizando una bandeja o recipiente
alargado, deberemos fabricar un bloque de hielo en nuestro congelador.
2.
Prepararemos el alambre enganchando a sus extremos
sendos lastres de cierto peso (anudando tornillos, piedras o cualquier objeto).
3.
Colocaremos el bloque entre dos soportes formando un
puente y colgaremos el alambre a ambos lados del bloque. Un poco de paciencia
y...
RESULTADO
ESPERADO:
El alambre
irá penetrando por el bloque hasta atravesarlo totalmente. Lo irá cortando,
pero al final seguiremos teniendo el bloque de una sola pieza.
EXPLICACIÓN
El agua se
caracteriza porque es una sustancia cuya temperatura de fusión disminuye si
aumenta la presión (CASI NINGUNA SUSTANCIA SE COMPORTA ASÍ). El alambre fino y
el lastre originan una elevada presión en la línea de corte y eso hace que ahí
el hielo se funda (ya que en esa zona la temperatura de fusión será inferior a
la que tiene el hielo). Esto es lo que provoca que el alambre penetre y corte
el hielo, pero conforme va descendiendo, la zona superior vuelve a estar a la
presión atmosférica original y por tanto vuelve a solidificarse.
COMENTARIOS Y SUGERENCIAS DIDÁCTICAS:
El resultado es realmente sorprendente. Algo similar
puede hacerse tomando dos cubitos de hielo y apretarlos fuertemente uno con el
otro. Cuando dejemos de presionarlos –al cabo de un par de minutos, no más-,
observaremos que se han soldado.
Una variante
de estas experiencias –a causa ahora del efecto de un soluto en la temperatura
de fusión del agua- puede hacerse colocando un palillo de madera sobre un
cubito y espolvoreando sal sobre la zona de contacto. Al cabo de muy poco
tiempo veremos que el palillo y el cubito se han soldado.
BIBLIOGRAFÍA Y VÍNCULOS DE INTERÉS:
·
http://www.madrimasd.org/cienciaysociedad/taller/fisica/default.asp
·
http://www.cientec.or.cr/ciencias/experimentos/fisica.html
·
http://www.geocities.com/CapeCanaveral/Lab/1719/experimentos.html
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·
http://www.tianguisdefisica.com/mapa.htm
·
http://www.cienciafacil.com/fisica.html
·
http://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/AMFISICA/document/fisica2005/experimentos.html
·
http://ciencianet.com/experimentos.html
·
http://www.fisicarecreativa.com/sitios_vinculos/ciencia/children.htm
