Practica 8 de Fisica

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 - 31k -

·         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