Introducción a las Unidades de Medida y la Energía: Un Análisis Básico, Apuntes de Fisicoquímica

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Escuela técnica Nº 8199

Nuestra Señora de la Guarida

FÍSICO-QUÍMICA

2º AÑO

DOCENTES:

Debora Ramirez

Marcelina Tramontini

Nazareno D’Urbano

FALSA VERDADERA LEYES PRINCIPIOS

I INNTTRROODDUUCCCCIIÓÓNN AA LLAA FFÍÍSSIICCOO--QQUUÍÍMMIICCAA

La Ciencia es el conjunto de conocimientos ordenados sistemáticamente acerca del Universo, obtenidos por la observación y el razonamiento, que permiten la deducción de principios y leyes generales. El científico es una persona comprometida a tratar de explicar los hechos de la realidad, siguiendo pautas que se conocen como leyes. La Ciencia se clasifica en Ciencias Sociales y Ciencias Naturales. Las Ciencias Naturales comprenden cuatro disciplinas: Física , Química , Biología y Geología , cada una de ellas con su método específico abarcando diversos temas de actualidad. Estas ciencias intentan explicar los fenómenos a través de la investigación científica. Las Ciencias Naturales también reciben el nombre de Ciencias Experimentales porque su característica más importante es la experimentación , base del Método Científico o Experimental.

El Método Científico o Experimental

El Método Científico es un conjunto de acciones que realiza en forma organizada un investigador (científico). Toda investigación comienza por la observación metódica y sistemática de los fenómenos y hechos que suceden en el mundo que nos rodea. Como resultado de esa observación, se generan diversos interrogantes y dudas que llevan al planteamiento de un problema concreto. Una vez definido dicho problema, el observador, con toda la información disponible, da una respuesta probable al cuestionamiento planteado, es decir, formula una hipótesis. Como ésta es una suposición, debe ser verificada por medio de la experimentación , para determinar su validez. Los datos obtenidos experimentalmente constituyen el núcleo fundamental del trabajo de investigación, ya que proporcionan resultados con los cuales el investigador (científico) elabora las conclusiones. En caso de que la conclusión no demuestre la validez de la hipótesis formulada, es necesario formular nuevas hipótesis y reanudar las acciones tendientes a verificar su validez. Cuando la conclusión confirma la hipótesis y puede ser aplicada a todos los fenómenos semejantes, se está en presencia de una generalización, la cual a su vez, puede derivar en la formulación de una ley o principio , con los cuales se elaboran las TEORÍAS.

¿Qué estudia la Física?

La Física es la Ciencia que estudia la materia en relación con los fenómenos que no modifican la estructura de los cuerpos. En otras palabras, estudia la materia y energía del Universo y su interacción.

OBSERVACIÓN PROBLEMA

EXPERIMENTACIÓN HIPÓTESIS

CONCLUSIÓN

TEORÍA

Unidades suplementarias

Unidades derivadas

Unidades derivadas con nombres especiales

Unidades agregadas al SI

Múltiplos y Submúltiplos

Unidades de longitud

La unidad de las medidas de longitud es el metro ( m ). Para medidas muy grandes se utiliza: Para medidas muy pequeñas se utiliza:

• miriámetro (mam) = 10 000 m • micrón ( ) = 0,000001 m
• megámetro (mgm) = 100 000 m (es la milésima parte del milímetro) Los múltiplos del metro aumentan de 10 en 10 y los submúltiplos disminuyen de 10 en 10.

 Para pasar de una unidad de longitud a otra inmediatamente menor, es preciso multiplicar por el factor 10 y para cambiar a otra unidad inmediatamente mayor se divide por 10. O se aplica una regla práctica que consiste en correr la coma a la derecha o a la izquierda según corresponda.

Ejemplos : Expresar 39 km en m:

Expresar 473 mm en dam:

Unidades de superficie

La unidad de las medidas de superficie es el metro cuadrado ( m^2 ). Los múltiplos del metro cuadrado aumentan de 100 en 100 y los submúltiplos disminuyen de 100 en 100.  Para pasar de una unidad de superficie a otra inmediatamente menor, es preciso multiplicar por el factor 100 y para cambiar a otra unidad inmediatamente mayor se divide por 100.

Ejemplo : Expresar 58 hm^2 en m^2 :

Unidades de volumen

La unidad de las medidas de volumen es el metro cúbico ( m^3 ). Las unidades de volumen aumentan y disminuyen de 1000 en 1000.  Para pasar de una unidad de volumen a otra inmediatamente menor, es preciso multiplicar por el factor 1000 y para cambiar a otra unidad inmediatamente mayor se divide por 1000.

Ejemplos : Expresar 43 hm^3 en m^3 :

Expresar 53,82 cm^3 en m^3 :

RESUMEN

Conversión de unidades de

longitud, superficie y volumen

EQUIVALENCIAS

Las equivalencias entre las medidas de capacidad y las de volumen se cumplen para todos los líquidos. En la práctica, las equivalencias entre capacidad, volumen y peso sólo se cumplen para el agua destilada a 4ºC.

Tablas Resumen

Medidas directas

Se llaman medidas directas aquellas que se obtienen directamente de los instrumentos de medida. Esto ocurre cuando se mide, por ejemplo, la masa de cuerpo con una balanza, la anchura de un papel con una regla graduada, el tiempo de caída de una bola con un cronómetro o la intensidad de corriente con un amperímetro. En todos estos casos la medida se da mediante un conjunto de cifras que reciben el nombre de cifras significativas.

Las cifras significativas

Se consideran cifras significativas todas aquellas cifras que se conocen con certidumbre más una última dudosa, determinada por el error que se puede cometer en la medida. Las cifras significativas se cuentan de izquierda a derecha, a partir de la primera distinta de cero.

Ejemplos : 21,4 tiene tres cifras significativas; 0,0031 tiene dos y 0,003100 tiene cuatro. Al medir la

anchura de una cinta mediante una regla graduada en milímetros se obtiene: Se puede expresar este dato en otras unidades: l = 7,5cm, l = 0,75dm, l = 0,075m y l = 0,000075km. En todos estos casos se mantiene el número de cifras significativas: 2. Los ceros a la izquierda son consecuencia del cambio de unidades.

La notación científica

La forma habitual de expresar los números que corresponden a datos que se manejan en las disciplinas científicas es mediante la notación científica , que consiste en dar un número con todas las cifras significativas que tenga el dato multiplicado por la potencia de 10 que le corresponda. A su vez, el conjunto de cifras significativas se expresa con un número entero y el resto en forma decimal.

Ejemplos :

1 - Al medir el radio del planeta Tierra se obtiene R = 6.370.000m, pero solamente son cifras significativas el 6, el 3 y el 7, por lo tanto, dicho radio debería expresarse, según el convenio de notación científica, R = 6,37. 10^6 m, o, R = 6,37. 103 km. 2 - El volumen de un perdigón de plomo es 0,054cm^3. Al tratarse de un número muy pequeño es conveniente expresarlo en notación científica: V = 3,4. 10-^2 cm^3 , o bien, V = 3,4. 10-^8 m^3. Solamente el 3 y el 4 son cifras significativas.

Medidas indirectas

Las medidas indirectas dan la medida de magnitudes físicas como resultado de aplicar algunas fórmulas.

Ejemplo : calcular el volumen de una caja cuyas dimensiones son: largo = 12,8dm, ancho = 3,7dm,

alto = 1,1dm. A partir de las dimensiones dadas, se puede calcular el volumen de la caja: V = l. a. h = 12,8dm. 3,7dm. 1,1 dm = 52,096 dm^3 Cifras significativas del resultado: como cada factor tiene un determinado número de cifras significativas, para el resultado se toman tantas cifras significativas como tenga el factor de los que intervienen en la operación con menor número de ellas. Según el criterio dado para las cifras significativas del resultado, el volumen anterior deberá escribirse con dos cifras significativas, porque los factores a y h sólo tienen dos: V = 52dm

Redondeo

Ejemplo : en el ejemplo anterior:

IMPORTANTE : cuando se efectúan mediciones es frecuente encontrarse con resultados de

un elevado número de cifras decimales. En estos casos se procede a redondear el resultado, pues de lo contrario se trabaja con cifras que carecen de significado. Para suprimir cifras a un número se deben seguir determinadas reglas: 1) Si la primera cifra eliminada es superior a 5, se agrega una unidad a la anterior. Ej.: 3,297 se redondea así: 3,30. 2 ) Si la primera cifra eliminada es inferior a 5, la última cifra conservada no se modifica. Ej.: 3,293 se redondea así: 3,29. 3) Si la cifra que se quiere suprimir es 5 y la anterior es par, no sufre cambios. Ej.: 3,285 se redondea así: 3,28. 4) Si la cifra que se quiere suprimir es 5 y la anterior es impar, a ésta se le agrega una unidad. Ej.: 3,295 se redondea así: 3,30.

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1 - Ubica cada elemento en la columna que corresponda: temperatura – centímetros – reloj – 12°C – longitud – 35min – minutos – tiempo – grados centígrados

• termómetro – 120cm – cinta métrica. 2 - ¿A qué magnitud pertenecen las siguientes cantidades? 5km ....................................................... 200m …………………………………………….. 12h ........................................................ 100°C ……………………………………………. 350g ...................................................... 7cm ……………………………………………… 3 - Reconoce en las siguientes expresiones: magnitud, medida y unidad. a) “Cocinar en el horno durante 35 minutos”. Magnitud: ……………………………. Medida: ……………………………. Unidad: …………………………… b) “La vendedora cortó 3 metros de cinta”. Magnitud: ……………………………. Medida: …………………………….. Unidad: …………………………… c) “En Rosario ayer se registraron 26 grados centígrados de máxima”. Magnitud: ……………………………. Medida: …………………………….. Unidad: …………………………… 4 - Dada la siguiente expresión: “El carnicero con su balanza pesó un pedido y obtuvo como resultado 2,5kg” - Indica: Observador: ………………………………………….. Magnitud: …………………………………………….. Instrumento: ………………………………………….. Medida: ………………………………………………. Unidad: ……………………………………………….. 5 - Un investigador toma la temperatura del alcohol contenido en un vaso, con un termómetro y anota: “la temperatura del alcohol es de 23°C”. Indica: a) ¿Cuál es el instrumento empleado? …………………………………………………………………………… b) ¿Quién es el observador? ………………………………………………………………………………………… c) ¿Cuál es la magnitud que se ha medido? ……………………………………………………………………. d) ¿Cuál es el valor que obtuvo? …………………………………………………………………………………... e) ¿Cuál es la medida? ………………………………………………………………………………………………. f) ¿Cuál es la unidad utilizada? …………………………………………………………………………………….

MAGNITUD MEDIDA UNIDAD INSTRUMENTO

6 - Observa la ilustración e indica: magnitud, instrumento, medida y unidad: Magnitud: ……………………….……………………………… Instrumento: ………………….………………………………… Medida: …………………..………………………..…………… Unidad: …………………………………………………………. Magnitud: …………………………………………….………… Instrumento: ………………………………………………….… Medida: ………………………………………………………… Unidad: …………………………………………………………. Magnitud: ……………………………………………………… Instrumento: …………………………………………………… Medida: ………………………………………………………… Unidad: …………………………………………………………. 7 - Reconoce en las siguientes expresiones: magnitud – medida – unidad. a) Un alpinista ascendió 1300 metros de una montaña donde se registraban 10 grados centígrados bajo cero. b) Se calentó a 95 grados centígrados durante 15 minutos. c) Un repostero necesitó 300 gramos de harina para hacer una torta, que cocinó durante 1 hora. 8 - Une con flechas según corresponda e indica la magnitud. Medida Instrumento 12 horas balanza ……………………………….. 120 centímetros termómetro ……………………………….. 500 gramos cinta métrica ……………………………….. 37°C reloj ………………………………..

MAGNITUD MEDIDA UNIDAD

a) b) c)

d) 120pA o 0,0011dA e) 300nm o 0 ,0002mm 5 - Efectúa las transformaciones de unidades que en cada caso se indican: a) 11 kg/m^2 a g/cm^2 : b) 119m/s^2 a cm/s^2 : c) 918 cm^3 a m^3 : d) 1200 cm/s a m/s.

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1 - Indica cuántas cifras significativas hay en las expresiones siguientes: a) 0,038kg: b) 2,050t: c) 35,05g: d) 0,050m: e) 327km: f) 615,50km: g) 1,75. 10^5 kg: h) 9 ,0 35. 10 -^2 s: 2 - Expresa en notación científica y en la unidad del SI correspondiente las siguientes cantidades: a- 126min = b- 256h = c- 0,00098cm = d- 299km/h = e- 0,03mg = f- 200Gg = g- 0,0002nm = h- 4.500.000 años = 3 - Pasa a l (litros) las siguientes cantidades y expresa el resultado en notación científica: a- 3 .000dl = b- 5kl =

c- 6.925cl = d- 12348ml =

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En un trabajo experimental, un investigador ha medido la variación del volumen de un líquido con el aumento de la temperatura. Los datos obtenidos se transcriben a continuación: Muestra 1 = Temperatura: 10°C; volumen: 10,0ml. Muestra 2 = Temperatura: 20°C; volumen: 11,2ml. Muestra 3 = Temperatura: 30°C; volumen: 13,1ml. Muestra 4 = Temperatura: 40°C; volumen: 16,4ml. Muestra 5 = Temperatura: 50°C; volumen: 21,9ml.

- Teniendo en cuenta los datos anteriores: a) Confecciona una tabla de valores. b) Indica cuál es la variable:

• independiente: ……………..………………………………………………………………………………………… ¿por qué? ………………………………………………………………………………………………………………...
• dependiente: …….……………………………………………………………………………………………………. ¿por qué? ………………………………………………………………………………………………………………...

por acción del fuego), la corrosión (deterioro de un material por acción del aire o el agua), la reactividad (capacidad de reacción química que presenta ante otros reactivos una sustancia).

Estados de agregación de la materia

La materia se presenta en tres estados de agregación diferentes: sólido , líquido y gaseoso.  Los sólidos tienen forma propia y un volumen definido. Aunque se le aplique una presión, no se comprimen. Poseen altas densidades respecto de los materiales líquido y gaseosos, es decir, mayor cantidad de materia por unidad de volumen. Ejemplos: los metales (menos el mercurio); los azúcares; las sales como el cloruro de sodio (sal), el sulfato de cobre y el nitrato de plata; el yodo, etc.  Los líquidos no tienen forma propia, sino que se adaptan a la forma del recipiente que los contiene, sí poseen volumen definido y prácticamente no se los puede comprimir. En general, tienen menor densidad que los sólidos a excepción del agua. Ejemplos: el etanol, la nafta, el querosén, el mercurio, el agua líquida, el alcohol, el aceite, etc.  Los gases no tienen forma propia, sino que adoptan la forma del recipiente que los contiene. Además, no tienen volumen definido, sino que ocupan todo el espacio que tienen disponible, es decir, tienden a ocupar todo el espacio del recipiente que los contiene. Son compresibles, es decir, que al aumentar la presión o disminuir la temperatura se reduce su volumen, también son expandibles, ya que al disminuir la presión o aumentar la temperatura, tienden a incrementar su volumen. Tienen muy baja densidad respecto de los sólidos y los líquidos. Ejemplos: son pocas las sustancias que se encuentran en la naturaleza en estado gaseoso, ellas son, el nitrógeno, el oxígeno, el hidrógeno, el dióxido de carbono, el flúor, el cloro y el helio.

La teoría cinético-molecular y los estados de agregación de la materia

La Teoría cinético-molecular trata de explicar el comportamiento macroscópico de la materia (fenómeno que se puede observar), desde el punto de vista de las partículas y su movimiento. Para ello, postula que:  Los gases están formados por partículas (llamadas moléculas o átomos) que se mueven en línea recta, en todos los sentidos y direcciones, y al azar. La energía producida por este movimiento se denomina energía cinética y depende de la masa y de la velocidad de las partículas.  Este movimiento se modifica si las partículas chocan entre sí o con las paredes del recipiente.  El volumen de las partículas en su conjunto se considera despreciable comparado con el volumen que ocupan esas partículas.  Las fuerzas de atracción entre las partículas de un gas son despreciables.  La energía cinética promedio de las partículas es proporcional a la temperatura absoluta (medida en Kelvin) del gas. Por lo tanto, la temperatura del gas estará relacionada con la velocidad promedio de las partículas. A la luz de esta teoría cinético-molecular, pueden explicarse las características de cada estado de la materia. Si se deja escapar un gas del recipiente que lo contiene, fluirá y ocupará todo el espacio disponible porque las partículas del gas se mueven con libertad y a gran velocidad. Su energía cinética es mucho mayor que la fuerza de atracción que hay entre ellas (es despreciable). En consecuencia, se alejan unas de otras. Esto produce los siguientes efectos:  Hay pocas partículas por unidad de volumen lo que significa que los gases tienen densidades bajas, es decir, poca masa por unidad de volumen.  Las partículas están muy desordenadas, por lo cual el gas no tiene forma propia ni volumen definido.  Al estar las partículas tan distantes entre sí, los gases se pueden comprimir con cierta facilidad de acuerdo con las condiciones de presión y temperatura. En determinadas condiciones y para

algunos gases puede ocurrir que el aumento de la presión o la disminución de la temperatura los comprima tanto que pasen del estado gaseoso al líquido. A diferencia de lo que ocurre en los gases, la distancia entre las partículas en los líquidos y en los sólidos es mucho menor. Esto se debe a que las fuerzas de atracción entre ellas son mayores que en los gases. En el caso de los sólidos, estas fuerzas son más intensas que la energía cinética de las partículas y su movimiento está prácticamente restringido a vibraciones alrededor de puntos fijos. En consecuencia:

- En los sólidos y líquidos hay más masa por unidad de volumen. Los líquidos (salvo el mercurio que es muy denso) tienen densidades intermedias entre los valores de sólidos y gases, y los sólidos, densidades altas. - Los cambios de presión y temperatura producen variaciones muy pequeñas en el volumen de líquidos y sólidos. Los líquidos son casi incompresibles y los sólidos son directamente incompresibles. - En los líquidos, las partículas se mueven sin despegarse demasiado entre sí. - En los sólidos cristalinos las partículas están ordenadas en el espacio en una estructura que se repite infinidad de veces. En el estado sólido las partículas están muy ordenadas, ocupan relativamente poco volumen (mayor densidad) y no pueden desplazarse de su lugar. En el estado líquido las partículas se mueven poco y ocupan un volumen intermedio (menor densidad). En el estado gaseoso las partículas ocupan mayor volumen (baja densidad) y se mueven rápidamente en todas direcciones.

En resumen:

A Alluummnnoo:: ………………………………………………………………………………........ FFeecchhaa:: ....……………………....…… 22 °° aaññoo ““……....””

L LAA MMAATTEERRIIAA YY SSUUSS PPRROOPPIIEEDDAADDEESS

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1 - Haz un listado de cuatro materiales que se observen a simple vista y busca cuatro propiedades físicas de cada uno.

2 - Clasifica los materiales antes mencionados en alguno de los grupos estudiados.

3 - Determina dos propiedades extensivas de una tiza:

^ ……………………………………………………………………………………………………...

^ ……………………………………………………………………………………………………...

4 - Clasifica los siguientes materiales según los criterios y grupos definidos: Hierro: ……………………………………………………………………………………………………………………... Madera: ………………………………………………………………………………………………………………….. Acero: ……………………………………………………………………………………………………………………. Cobre: ……………………………………………………………………………………………………………………. Lana: ……………………………………………………………………………………………………………………… Policarbonato: ………………………………………………………………………………………………………….. Bronce: …………………………………………………………………………………………………………………… Piedra: ……………………………………………………………………………………………………………………. Vidrio: ……………………………………………………………………………………………………………………..

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Une con flechas los términos que se correspondan: Platino Mineral ……………………………….. Azúcar Metal ……………………………….. Vidrio Biológico ………………………………..