Tema1 2013 14 val

3r ESO. Física i química IES La Malladeta Tema 1: Estructura corpuscular de la matèria.

1. Com són els materials per dins?ESTRUCTURA CORPUSCULAR DE LA MATÈRIA.

La naturalesa que ens rodeja se'ns presenta als sentits en una gran varietat de formes, colors, textures, etc. Els materials de què estan fets els cossos i les coses es diferencien molt, a primera vista, uns d'altres. Cada u dels minerals, les pedres, els animals, vegetals, ens pareixen com únics i diferents de la resta.

Encara que hi haja gran diversitat en les coses –objectes, cossos, sers, materials, etc- que formen la naturalesa, el científic es planteja la pregunta de si hi ha propietats comunes a tots ells per a poder abordar el seu estudi i extraure conclusions que ens permeten entendre, descriure i explicar els fenòmens que tenen lloc en el món en què vivim.

Activitat 1.Fixa't en les il·lustracions de la Figura 1:a) Quin criteri utilitzaries per a classificar aquests materials?

b) Com els classificaries?

Una primera classificació pot ser la basada en els tres estats en què està la matèria: sòlid, líquid o gasós. Per a establir aquesta classificació, hem de fer servir les propietats característiques de cada estat.

1

Figura 1


Activitat 2.Quines propietats característiques tenen tots el materials malgrat que estiguen en estats diferents?

Això ja la havien vist altes anys, però, encara queden problemes oberts sense resoldre i que tractarem d'abordar en aquest tema: Com són els materials per dins?, és a dir, Quina és l'estructura interna dels materials? Seran estructures distintes per a cada material? O al contrari, i encara que en principi veiem una enorme diversitat de propietats i comportaments, hi ha una estructura comuna per a tots ells?

Des de molt antic els filòsofs i científics s'han fet també estes preguntes i han desenvolupat dos línies d'investigació: una, més evident, que defén la naturalesa contínua de la matèria: podem tallar qualsevol material en trossos cada vegada més xicotets fins als límits que marca l'instrument (ganivet, bisturí, punta de diamant, làser); i l'altra, que defén la naturalesa discontínua de la matèria i suposa que els materials estan formats per partícules molt xicotetes que ja no es poden dividir més.

Com la tasca no és fàcil, l'estratègia que seguirem serà abordar l'estudi de l'estructura interna de la matèria, en un primer moment, per al cas dels gasos, familiaritzant-nos amb la gran diversitat de propietats i comportaments dels mateixos. Després, i per a poder explicar els fenòmens observats, intentarem elaborar, a manera d'hipòtesi, un model de la matèria per als gasos. Finalment, veurem si és possible fer-ho extensible a líquids i sòlids; és a dir, si el model elaborat és vàlid també per a líquids i sòlids. Per a això seguirem l'índex següent:

1. Estructura dels gasos1.1 Propietats dels gasos1.2 Un primer model per a l'estructura dels gasos1.3 Magnituds que servixen per a caracteritzar a un gas1.4 Lleis dels gasos1.5 Pressió atmosfèrica

2. Estructura dels líquids i sòlids2.1 Propietats dels líquids i sòlids2.2 Extensió del model de gasos a líquids i sòlids2.3 Canvis d'estat

3. Problemes oberts

2


1. ESTRUCTURA DELS GASOS.

1.1 Propietats dels gasos.

Una primera classificació pot ser la basada en els tres estats en què està la matèria: sòlid, líquid o gasós. Per a establir aquesta classificació, hem de fer servir les propietats característiques de cada estat.

Activitat 3.Escriu en el teu quadern alguns gasos que conegues.

Activitat 4.Enumera algunes propietats dels gasos.

Activitat 5.Posa exemples d'experiències de la vida quotidiana que mostren cada una d'eixes propietats. Dibuixa-les en el teu quadern.

3


Activitat 6.Dissenya i realitza experiències de laboratori per a visualitzar eixes propietats. Dibuixa-les en el teu quadern.

4


1.2 Un primer model per a l'estructura dels gasos.

Una vegada descrites les propietats anteriors, segurament ens agradaria tindre respostes a tots estos interrogants i preguntes que hauran tornat a sorgir: com són els gasos per dins i quina és la seua estructura interna per a poder explicar aquesta diversitat de comportaments?

Plantejat el problema a resoldre, utilitzarem el mètode científic: formulant idees a manera d'hipòtesis explicatives i acabar elaborant un model comú per a l'estructura interna de tots els gasos que ens permeta explicar una a una totes les propietats esmentades anteriorment.

Activitat 7.1. Realitza (o torna a realitzar) l'experiment següent: Espenta l'èmbol d'una xeringa en l'interior del qual ha quedat aire tancat. 2. Formula una hipòtesi que explique per què els gasos es comprimixen amb tanta facilitat.

3. Idea una manera de representar (fes un dibuix) el gas tancat en una xeringa.

Activitat 8.Formula una hipòtesi que explique l'experiència que al soltar (o deixes escapar) un gas (butà, perfum) en una habitació al cap d'un estona podem oldre'l per tota l'habitació. És a dir, per què els gasos es difonen amb tanta facilitat. Fes un dibuix.

5


Activitat 9.Formula una hipòtesi que explique per què els gasos exercixen forces sobre les parets del recipient que els conté.Experiment:

• Al comprimir el gas tancat en una xeringa i tornar a soltar, l'èmbol torna al seu lloc inicial.• Al bufar aire en l'interior d'un globus, s'unfla.

Activitat 10.Arreplega totes les idees i hipòtesis anteriors i elabora un resum amb totes elles en forma de model cinètic corpuscular de la matèria per als gasos.

6


1.3 Magnituds que servixen per a caracteritzar a un gas.

El model cinètic corpuscular elaborat per a l'estructura interna de tots els gasos ens ha permés explicar totes les propietats dels mateixos. Però podem continuar avançant establint lleis amb les seues expressions matemàtiques que descriguen el comportament dels gasos (Boyle). Per a això és necessari introduir magnituds físiques macroscòpiques que es puguen mesurar.

Activitat 11.Indica magnituds (factors, variables) físiques macroscòpiques que es puguen mesurar i que ens servisquen per a descriure l'estat d'un gas.

Activitat 12.Explica i dibuixa, amb el model cinètic corpuscular elaborat i la seua representació, per què els gasos ocupen tot el volum del recipient que els conté.

També vam estudiar que el volum és una propietat general, però no és una propietat constant, sinó que varia amb la temperatura i la pressió. Sabem que si exercim pressió sobre el gas tancat en una xeringa podem disminuir el seu volum.

Activitat 13.Explica i dibuixa, amb el model cinètic corpuscular elaborat i la seua representació, el fonament dels pneumàtics dels cotxes i les bicis, els matalafets de platja i l'olla de pressió.

7


Activitat 14.Explica i dibuixa, amb el model cinètic corpuscular elaborat i la seua representació, per què al calfar un gas es dilata.

Activitat 15. LaboratoriIntroduïx un globus poc unflat i amb un pes (perquè quede completament submergit, s'afone) dins d'un recipient gran d'aigua i després la poses a calfar. Explica i dibuixa, a manera de còmic, els resultats d'esta experiència.

8


Activitat 16.Explica i dibuixa, amb el model cinètic corpuscular elaborat i la seua representació, un baló amb poc aire i un altre molt unflat.

1.4 Lleis dels gasos.

Activitat 17.Indica els factors (magnituds, variables) que dependrà la pressió del gas tancat dins d'un recipient i el tipus de dependència.

● Si disminuïx el volum del recipient mantenint constant el nombre de partícules i la temperatura, és d'esperar que la pressió augmente al ser major la intensitat i freqüència dels xocs amb les parets. L'expressió matemàtica que arreplega esta dependència seria:

P = kV Llei de Boyle

● Si augmentem la temperatura mantenint constant el nombre de partícules i el volum del recipient, és d'esperar que la pressió augmente al ser major la velocitat de les partícules i per tant, la freqüència dels xocs amb les parets. L'expressió matemàtica que arreplega esta dependència seria:

P = k ˙T Llei de Gay-Lussac

9


● Si augmentem el nombre de partícules mantenint constant la temperatura i el volum del recipient, és d'esperar que la pressió augmente al ser major la intensitat i freqüència dels xocs amb les parets. L'expressió matemàtica que arreplega esta dependència seria:

P = k ˙N

Podem arreplegar totes les lleis anteriors en una sola llei que descriga el comportament d'un gas:

P = k NTV

PV = NRT

Activitat 18.Completa el quadro següent a manera de resum d'allò que s'ha estudiat fins ara:

Fenomen observat Hipòtesi explicativa Dibuix explicatiuEl gas tancat en una xeringa es pot comprimir amb facilitat

Els gasos difonen amb facilitat.

A l'augmentar la temperatura d'un gas en l'interior d'un recipient de parets rígides, la pressió augmenta

A l'augmentar la temperatura d'un gas en l'interior d'un cilindre amb èmbol, augmenta el volum del recipient que el conté i la pressió es manté constant.

10


1.5. Pressió atmosfèrica.

Fins ara hem estudiat el comportament dels gasos tancats en recipients. No obstant, per a poder explicar molts fenòmens i experiències que es presenten al nostre voltant és necessari tindre en compte que la Terra està rodejada per l'atmosfera que és una capa gasosa formada per una mescla de gasos. Per tant, tots els cossos en contacte amb l'atmosfera (el recipient, botella, paret, etc) estan també sotmesos a les forces que exercix l'aire atmosfèric.

Activitat 19.Un alumne calfa aigua, l'aboca en una botella de plàstic i la tanca amb el tap. Al cap d'un estona la botella s'esclafa. Explica i dibuixa amb el model cinètic corpuscular esta experiència.

Com per a molta gent resulta difícil acceptar que l'atmosfera exercix una força tan gran, al llarg de la història es van idear experiments que resultaren sorprenents. Potser el més famós és l'experiment que citem a continuació.

Activitat 20.Fes un dibuix i explica el famós experiment dut a terme en la ciutat alemanya de Magdeburg en 1654 per Otto von Guericke, per a mostrar el poder de la pressió atmosfèrica. Va unir dos semiesferes de metall hermèticament formant una esfera buida i per mitjà d'una

Activitat 21.En un altre famós experiment, el científic italià Torricelli va aconseguir mesurar en 1643 la pressió que exercix l'aire atmosfèric. Torricelli va omplir un tubet de vidre molt llarg (1 m) amb mercuri i tapant-lo amb un dit li va donar la volta i el va introduir boca per avall en un recipient que contenia

11

Figura 2


mercuri i va retirar el dit. El mercuri va començar a baixar pel tub però no es va buidar del tot, quedant a una altura de 76 cm. Per què no queia tot el mercuri? Fes un dibuix i explica l'experiment.

L'experiment anterior és el fonament de l'instrument anomenat baròmetre (Figura 3) i que servix per a mesurar la pressió atmosfèrica. D'esta manera, Torricelli va ser el primer capaç de mesurar la pressió atmosfèrica que a nivell del mar és de 76 cm de mercuri i equival a una atmosfera.

Per a acabar amb l'estudi dels gasos, posarem en pràctica els coneixements adquirits explicant el funcionament d'un pulmó artificial que es pot construir com s'indica a continuació.

Activitat 22.Construïx un pulmó artificial amb un recipient de plàstic de llepolies, globus, tubets, etc. Fes un dibuix explicant el seu funcionament en diverses etapes.

2. ESTRUCTURA DELS LÍQUIDS I SÒLIDS.

El model cinètic corpuscular elaborat explica de forma satisfactòria el comportament dels gasos. Però no ens podem quedar ací; perquè siga realment important, haurà d'explicar també el comportament de la matèria en els altres dos estats en què es presenta: líquids i sòlids. Per a això,

12

Figura 3


analitzarem si hi ha semblances entre les propietats dels gasos i les de líquids i sòlids, la qual cosa ens permetrà fer extensible el model a líquids i sòlids.

2.1 Propietats dels líquids i sòlids.

Activitat 23.Enumera algunes propietats dels líquids i sòlids.

Activitat 24.Posa exemples d'experiències de la vida quotidiana que mostren cada una d'eixes propietats. Dibuixa-les en el teu quadern.

2.2 Extensió del model de gasos a líquids i sòlids

Activitat 25.Utilitzant el model cinètic corpuscular elaborat per als gasos, tracta d'explicar per què és tan difícil comprimir els líquids i sòlids. Idea formes de representar un líquid i un sòlid.

13


Activitat 25.Explica com és possible que l'oxigen siga gas a 25 ºC i el coure siga sòlid a 1000 ºC.

2.3 Canvis d'estat.

Activitat 26.Escriu en l'esquema els noms dels canvis d'estat.

Activitat 27.Utilitzant el model cinètic corpuscular elaborat per als gasos, formula una hipòtesi sobre què succeïx quan un gas es convertix en líquid i aquest en sòlid.

Finalment, dir, que hem estudiat els instruments utilitzats per a mesurar les diferents magnituds físiques: proveta per al volum, balança per a la massa, dinamòmetre per al pes, baròmetre per a la pressió. Ara estem en condicions de comprendre el funcionament de l'instrument utilitzat per a mesurar la temperatura denominat termòmetre. Per a això, a més d'allò que s'ha estudiat, hem de pensar que al xocar les partícules intercanvien velocitats (les ràpides es frenen i les lentes s'acceleren). Al procés per mitjà del qual dos cossos a diferent temperatura intercanvien velocitats

14

SÒLID LÍQUID GASÓS


(energia) a causa dels xocs entre les seues partícules, es denomina calor. El més calent i per tant amb major velocitat de les seues partícules, li transferix energia al més fred, per mitjà dels xocs individuals de les partícules d'ambdós cossos.

Activitat 28.Explica el funcionament d'un termòmetre. Fes un dibuix.

Activitat 29.Construïx un mapa conceptual (resum, diagrama, recapitulació) del model cinètic corpuscular de la matèria que tinga en compte els tres estats en què es presenta (gas, líquid i sòlid).

3. PROBLEMES OBERTS.

Encara que hem avançat molt en el nostre coneixement de la naturalesa dels materials queden problemes sense resoldre:

• Com són les partícules?: redones i massisses, o estan formades, al seu torn, per altres partícules més xicotetes?; són totes iguals o són distintes depenent del tipus de material?

• Què és el que manté a les partícules en moviment? per què no es paren?• Com estan les càrregues elèctriques en els materials? dins de les partícules? fora de les

partícules?

15

Tema1 2013 14 val

Documents

Transcript of Tema1 2013 14 val