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CIENCIAS BASICAS

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•

CIENCIAS BASICAS I

CONTENIDO

Página

UNIDAD No.l : ESTADOS FISICOS DE LA MATERIA Y SUS CARACTERISTICAS 1

UNIDAD No . 2 : MEZCLA DE SUSTANCIAS 49

UNIDAD No . 3 : CALOR Y TEMPERATURA 63

l

UNIDAD No.l

ESTADOS FISICOS DE LA MATERIA

Y SUS CARACTERISTICAS

Objetivo Terminal

Al finalizar esta unidad usted estará en capacidad de:

- Definir la s caracter1sticas de los s6 l idos

- Definir las caracter1sticas de los 11quidos

- Definir las caracter1sticas de los gases

1

3

CIENCIAS BASICAS -Estudio

lC"$9 MATERIA Y SUS ESTADOS FÍSICOS REF. :HEA l.1.1¡112

Con seguridad usted ya observ6 cuantas cosas existen en el universo: aire, libros. vidrios, casas . piedras. nubes , estrellas .

lUsted ya se detuvo a pensar de qué est! const1tu1do todo esto?

Todo eso está constituido de MATERIA.

Por lo tanto, se puede decir que MATERIA es todo lo que constituye las cosas del universo.

Usted debe haber constatado que cuando se deja agua (estado iÜ¡uido) en el congelador durante un cierto tiempo, se transforma en hielo (estado sóiidoJ;

haciéndola hervir , se transforma en vapor (estado ga86oso) .

KATERI A

GASEOSO

Fig. 1

Generalmente. en la nat uraleza. la MATERIA se presenta E:STADO T.,ÍQUIDO o en ESTADO GASEOSO . Estos tres estados la materia son llamados ESTADOS FÍ SICOS DE LA MATERIA .

calor, la materia puede pa sar de un estado a otro .

GAS

Fi g. 2

en ESTADO S~LIDO. en en que se presenta Con la variaci6n del

•

'

4

CIENCIAS BASl:AS · EstUlio .BP. :HEA 1.1.l 2/ 2

LCªg MATERIA Y SUS ESTADOS FISIOOS

Cualquier gas esti cons1t1tu1do por materia.

Cualquier lfqu1do esti constituido por materia.

Cualquier s611do esti constituido por materia.

Luego de discutir con el grupo el tema estudiado. identifique en el laborat2 r1o o en el taller algunas sustancias que se encuentren en estado sóiido . al -gunas en .. ~ t(qwido y algunas en estado gaseoso.

Complete: Sustancias en estado s61ido: ________________ _

Sustanc ias en estado 1 tqu i do: ______________ _ _

Sustancias en estado gaseoso : _______________ _

5

CIOCIAS BASICAS -Experimentaci6n , ~ª9 CARACTERISb~:;a DE LOS SOLI OOS

R.EF.: Htx. L2..ll i/3

La lllC%Uria posee caracter~sticas o propiedades. Al gunas caracterfsticas o propiedades son genera l es o sea pertenecen a l a matsria en general. Son el l as:

Impenetrabi 1-ida.d, extensión, inercia, porosidad.

Otras propiedades tituye el cuerpo.

son particulares de la naturo1-eza de 1.a mat'1Zoia que cons­Por ejemplo:

Dureza, p1.asticida.d,. viscosidad,. f7,uidez,. compresibi1-idad,. tena­

cidad.

A continuación usted realizará experi mentos relativos a la DUREZA DE LOS StJLI/XJS.

OBJETIVO DEL EXPERIMENTO: Identificar l a dureza como una de las caracterfsticas de los sólidos.

MAJ:ERIAL NECESARIO:

Láminas de metal del mismo grosor, de cobr e , al uminio , hierro , plomo.

- Rayador. - Mart111 o . - Chapa protectora. - Punz6n. - Tijera para cortar metal.

EXPERIMENTO: 1 Apoye una de las pl acas con la tTBno , sobre la mesa. 2 Raye su superficie con el rayador ( fig. 3 ) •

PLOHO ALUHI NIO

Fig.3 C08RE HIERRO

6

CB«:IAS BASICAS -Eq11riment.:i6n CARACTERÍSTICAS CE LOS SÓLI DOS .,__•_mr_._=_H_Ex._1_.z_._1.._2_/_3-t Dureza lC~CJ

Haga l o mi smo con las otras , tratando de rayar con Za misrrr:z j\un'sa.

Obser ve bien l a profundidad de las rayaduras en las pl acas.

Coloque en orden creciente ds dure za las pl acas que rayó y anote:

Tome las mismas pl acas.

Con un mar tillo y un punzón, marque un punto en cada una procuran­do goZ.pear con Z.a misrrr:z fusrza ( f1 g. 4 ).

~ ~

PLOHO ALUl11NIO

' C08RE HIERRO

Fig. 4

Observe bien la profundidad de penetración en l as placas .

Coloque las placas en or dsn c r ecient6 de dureza .

Compare el resu l tado con el exp~r1mento anterior y anote:

Usando l a tijera , corte la punta de cada placa y perciba cual de el las ofrece mayor resistencia ( f1g .5 ) .

•

PLOHO

/ ~---, ,-----,

008'E i // / ALUl11H IO L .

HIERRO

Fig.5

7

REP. ;HEx. 1. 2. 1 3/ 3 ' CIEM:IAS BASICAS -Experimtntxibn CC~CJ CARACTERI sb~~ª ~ LOS st1LI oos

Coloque, nuevamente las placas en orden creciente de dureza.

Compare este resultado con las anotaciones anteriores y llene el cuadro

siguiente:

EXPERlf-E:4TO K:TALES EN ORDEN CRECIENTE DE DUREZA

Rayar

Penetrar

Cortar

Discuta los resultados con el grupo y escriba lo que usted

entiende por DUREZA de un sólido .

CIENCIAS BASICAS · Estudio

lCª9

8

CARACTERISTICAS DE LOS SOLICXlS Dureza

UF. : HEA 1.221 1/3

Observe el lápiz con el que hace sus anotaciones; tiene un número o una l e­tra grabada. En l a cl ase de dibujo usted aprendi6 que este número o letra se refiere a l a DUREZA del gra f ito.

Un l ápiz nº l . por ejemplo . deja un trazo bien grueso con una pequei'la pre­sf6n de la mano . Es un lápiz de grafito blando {fig. 6).

Fi g. 6

Veamos otro ejemplo. l Ust ed conseguiría hacer . con un form6n. en un bloque de acero {fig.8) lo que se consigue en una madera? {fig . 7 ) .

iClaro que no! El acero es muy duro para hacerl o.

:.r; / . / ,,,. -,,, __

,\ I -ACE RO

Fig. 7 Fig . 8

En los experimentos hechos en l a clase . usted ray6 • punz6 y cor tó al gu­nos s6l idos metálicos .

lUsted se acuerda de haber sentido durante aquellos experimentos una c ierta resistenc ia de las diversas chapas metálicas?

CIENCIAS BASICAS · Estudio

~~9

9

#

CARACTERISTICAS DE LOS SOLl lX>S Dureza

llEP. : HEA 1. 2 . 2 2/ 3

Pues bien; de un modo general, podemos definir cbao•aa de l e s.1gu1ente forma:

DUREZA de wi SÓ7,idt:J es s u resÚ1 ten c:ia a ser r<ZJJado~ penstrado o

cortado .

Pero , 1~u1dado! No confunda DUREZA con TENACIDAD.

Tenacidad es l a resistencia de un sól ido a su rotura .

Ej empl o: Al tratar de doblar un tubo de vidrio con las ITBnos , él resisti rá hasta un c ier to punto porque el vidrio posee una cierta tenacidad

contra l a rotura.

Procurando rayar ese mismo tubo de vidrio con una navaja o lima , tendremos una cierta dificultad en hacerl o, debido a l a cña-eaa de l vidrio.

Ahora que usted ya tiene una buena idea sobr e la naturaleza de l os sól idos . veamos por qué un material es rrés duro que otro y cuáles son l os cri ter ios de c lasificación de esa dureza.

Se sabe que los sólidos se caracterizan por poseer sus pa r tfcul as f i nnemen te un idas .

Algunos sól idos, como por ejemplo el yeso, son considerados b'Landos; con i.-.

peque~o esfuerzo se puLverizan. En otras pala bras: sus pa rtfcul as no ofre­cen gra n resistencia para que sean sepa radas de sus posiciones nonnal es .

Pero no sucede lo mismo con cualquier metal; por ejemplo , vea en la figura 9 lo que el punzón hace en la placa de cobre. (Usted ya lo hizo en la clase) .

La estructura moiecul.ar de ios sóiidos es ia

r esponsabie de s u dureza.

1

LAS PAATI CULAS SOH COHPRIKIOAS lllAS CONTRA OTRAS

Fig .9

CIENCIAS BASICAS -Estudio

LCI)~

10

CARACTERISTICAS DE LOS SOLIDOS Dureza

JlEP. :HEA 1.2.2 3/3 •

Existen varios criterios y métodos para evaluar la dureza de los sólidos. En el caso de los minerales. el método consiste en raspar un material con otro.

As1 se clasifican los materiales de acuerdo a una escala. llamada Escala de Mohs.

Por la escala de Mohs. el diamante es el mineral más duro, él raya a todos los otros y no es rayado por los demás.

Escala ds Mohs:

l. Talco 4. Fluorita 7. Cuarzo 10. Diamante 2. Yeso 5. Apatita 8. Topacio 3. Calcita 6. Feldespato 9. Corfnd6n

11

CIENCIAS BASICAS -Estudio B.EP. : HEA 1.2 . 3 1/3 D éARACTERÍSTICAS ~ LOS SÓLIOOS

~~:!:J Dureza - Aplic~ciones industriales

En la industria, donde genera l mente se investiga l a dureza de los metales, el ensayo mis empleado as el. ds l.a penetraciÓn.

De entre ellos existe el Ensayo Brinell (fig.10) .

Q

PRE-CARCA '1U)HO l1E T RO EN "0"

1 e' 1

~ 7/////% º W//...0

-o

Fig. 10

1 1 1- ..... 1 1

El metal destinado a ser analizado es sometido al ensayo de penetraci6n por una esfera de acero-cromo templado, de diámetro preestablecido (D).

Después de la penetraci6n obtenida por la Carga Total (Ct . ). se mide el diá ­metro del casquete (deformaci6n en el metal) (d) y con esos datos se determi -na el grado de dureza Brinell (DB) del metal experimentado .

Existen otros ensayos para obtener la dureza de los meta l es . E 11 os son: Ensayo Roc/a,Jell - después del temple o cementaci6n . Ensayo Vickel"8 - para piezas acabadas y tratadas t~rmicamente. Ensayo Janka - para analizar dureza de las maderas .

Procure conocerlos. Pida infonnación al profesor.

Las herramientas de corte o de penetración ( fig. l~ deben ser n\is duras que el material a ser cortado. Por eso, los aceros usados en la fabricaci6n de herramientas deben tener una dureza entre 190 y 290 CE antes del te~le.

Fig.11

CIENCIAS BASICAS -Estudio

12

CARACTERISTICAS DE LOS SOLIOOS Dureza - Aplicaciones Industriales

Hay casos en que la dureza debe ser menor.

Vearn;)s los siguientes ejemplos:

JlEP. : HEA 12. 3 2/ 3

Los casquillos y cojinetes para no desgastar el eje.

(fig . 12) están hechos con metales m&s blandos

\~\ \,\. ' .......... ,..,_

Fig.12

Los aros usados en los pistones de motores (fig.13) deben ser más blandos que las paredes del cilindro .

Fig.13

Las copiadoras pantográficas (fig.14) tienen los palpadores y las herramien­ta s con dureza mayor que la del modelo y de la matriz.

Fi g. 14

Los rodamientos deben tener las esferas o rodillos de gran dureza , pues son elementos de máquinas que traba j an en condiciones de gran rozamiento y grandes presiones. sin sufici ente l ubricación.

Fi g. 15

CIENCIAS BASICAS · Es1udio

LCs9

13

~ ~

CARACTERISTICAS DE LOS SOLIDOS Dureza - Aplicaciones Industriales

R.EP. HEA 1 • 2 . 3 3/ 3

Hasta en las técnicas más colllJnes se puede percibir la preocupación por la dureza de los materiales (fig.16) .

Fi g . 16

Asf: Se usan mordientes de cobre en las morsas en que se aprietan piezas de

acero ( fig .17 ).

Fi g . 17

Las macetas de madera o goma (fig.18) son usadas para no marcar o rayar la pieza trabajada.

15

PRUEBA No.l

l. Escriba cinco ejemplos de materia . en cualquier estado ffsico:

2. Forma variable y volumen constante son caracterfsticas exter­nas de los

3. Ordene los materiales siguientes en orden creciente de dureza:

Bronce. 1at6n. hierro . aluminio. . z1nc.

a.

b.

c.

d.

e .

4. La prueba de dureza más usada en la industria es la prueba

5 . Qué diferencia existe entre dureza y tenacidad?

•

17

CIEM:IAS BAS K:AS • Experimentaci6n llEF.:HEx.1.2.4 1/2 ~ CARACTERÍSTICAS !E LOS sd.1oos ~ Elasticidad

Cuando se coloca un determinado peso en un resorte, ~ste se alarga, ma; al retirar el peso el elástico vuelve a su pos1ci6n norl1'81.

se defor

Lo mismo sucede cuando se estira un elástico o se flexiona una hoja de sie­rra. Eso sucede por causa de la propiedad de los s6lidos lla11'8da ELASTICI­DAD.

OBJETO DEL EXPERIMENTO:

Identificar la élast icidad como otra caracterfstica de los s61idos.

MATERIAL NECESARIO:

Goma

Hoja de s 1 erra Resorte helicoidal

EXPERIMENTO:

-

Tome la goma, presi6nela segíii la figura 19y observe cano se defo~ ma.

Fig.19

Suéltela, observando nuevamente lo que sucede. Anote las dos ob­servaciones que hace:

Tome una hoja de sierra y trate de doblarla un poco. Observe como qued6 ( fig.20).

Suelte la hoja sobre la mesa y observe su fonna ahora (fig.21).

" 1 ' , , ::P 1 ' ' 1 v F i g .. 21

Fig. 20

Anote las observaciones hechas y diga por qué sucedi6 lo que us­ted vio:

18

CIEM:IAS BASICAS -Experimentaci6n ~ CARACTER!STICAS !E LOS SÓLIDOS ~ Elasticidad

Tome nuevamente 1 a goma , y desde cierta altura suéltela sobre la mesa {fig.22). Observe y anote lo que sucedió:

Tome ahora el resorte . Estfrelo ahora un poco y suéltelo { fi g.23). Anote lo que observó:

REP. : Hex.1. 2. 4 2/2

•

Fig. 22

Fig. 23

Compare todos los experimentos realizados, discuta con el grupo y

escriba lo que entiende por ELASTICIDAD de los sólidos:

19

CIENCIAS BASICAS · Estudio R.EP. :HEA.1.2 .5 1/2

[(~9 CARACTERISTICAS DE LOS SOLIDOS Elasticidad

Al sentanios en un sill6n. el peso de nuestro cuerpo causa una depresi6n eo él (fig.24).

Fig24

Levantándose del sill6n, se observará que la depresi6n desaparece y el asien­to vuelve a su fonna origina 1.

lPor qué sucede eso?

Porque l os resortes internos del silf6n son elásti cos.

Qué es la ELASTICIDAD?

Es Za propiedad que Zos sÓZidos poseen de ser deforirr:zdos tempomriamente, es­

to es mientras Za fuerza causante eriste . Cuando ésta, eZ cusrpo Ntom:z Za

foz,,.2 original.

casi todos los cuerpos sólidos poseen esta propiedad en 118yor o menor grado, debido a su estructura interna.

Es bueno saber , si n errba r go , que hay un límite para las deformaciones el~sti­cas .

Es t irando demasiado un resorte puede suceder que no vuelva a su fonna origi­na 1 .

En todos los momentos de nues tra vida diaria encontramos ejemplos útiles e i~

portantes de la ELASTICIDAD.

Los vehfculos son cómodos debido a l a elasticidad de los resortes sobre el rodado (fig.25) .

Fig. ~

20

CIENCIAS BASICAS ·Estudio R.EP. ;~ 1.2.5 2/2

[(~9 - -CARACTERISTICAS DE LOS SOLIIXlS Elasticidad

Se procura eliminar el ruido de las máquinas haciéndolas funcionar sobre ta ­cos de gorre ( fi g.26) .

Fig26

El trampolfn de la piscina faci l ita el salto debido a su elasticidad (fig.27 ) .

- - /

Fig. 27

lUsted serfa capaz d~ dar algunos ejemplos de elasticidad diferentes de los citados anterionr.:!nte?

1 - --~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~--

2 - --~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~-­

) - --~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 4 - --~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

21

PRUEBA No . 2

Coloque dentro del paréntesis F o v. segGn lo que corresponda:

( )

( )

( )

( )

( )

( )

Una vara de pescar de "nyl on'' posee el asticidad

Los s61idos presentan elasticidad , esto es. pueden ser deformados permanentemente

La eslasticidad de un s61ido es la propiedad que este presenta de poder ser deformado temporalmente

El caucho tiene más e l asticidad Que l a lámina de acero

El vidrio de la ventana no tiene elasticidad

El resorte de acero presenta una elasticidad ilimitada

23

C!Et«:IAS BAS ICAS -lqierimentaci6n ll.l!f. :HEx.1.2.6 1/2 ~ CARACTERÍSTICAS DE LOS SOLIOOS ~ Plasticidad

Usted ciertamente en su casa o en el taller debe haber constatado que muchos materiales como chapas metálicas, alambres de cobre o altM11inio, al ser dobla­dos, quedan deformados aun si cuando deja de hacer esfuerzo sobre ellos. Eso sucede porque los s61 idos ademis de otras propiedades, poseen PLASTICIDAD.

Ahora usted realizará algunos experimentos para identificar esa propiedad que caracteriza a los s61idos.

CBJETO DeL EXPERIMENTO: Identificar la plasticidad como otra caracterfstica de los s6lidos .

MATERIAL NECESARIO: - Varilla de vidrio (250 mn . aproximadamente) - Plastitina (arcilla de modelar) - Placas de metal (20 mm x 100 nrn x 1 mm) de hierro, zinc, cobre y

al\lllinio - List6n de madera

EXPERIMENTO: Intente doblar una de las placas de metal, registrando el esfuerzo hecho y observando lo que sucede (fig.28) .

• •

Fi g. 28

Haga lo mismo con las otras placas, registrando s1anpre el esfuerzo hecho y observando lo que sucede.

Anote en el cuadro de abajo en orden decreciente de pLas ticidad

los materiales que us6:

EXPERifo'ENTO Material en orden decreciente

Doblar

24

C~IAS BASICAS • Experimentaci6n lC~9 CARACTERISTICAS CE LOS SOLIDOS

Plasticidad

J.ntente ahora. con cuidado> doblar la ~iia

dtJ vidrio y la rrrukra (fig. 2~. lQuE sucede?

Anote :

.Comprima la plasti lina (arci lla ) (fig. Jq . Vea lo que sucede y anote:

JlEP. :HEx. 1. 2. 2/ 2

Fig. 29

Fi g. 3 O

Discuta con el grupo los experimentos realizados y escriba lo que

usted entiende por PLASTICIDAD:

CIENCIAS BASICAS ·Estudio

®

25

# #

CARACTERISTICAS DE LOS SOLIDOS Plasticidad

JlEP. : HEA 1.2.7 1/3

Pisando l.l'la lata vacfa (fig.31) , lvolverá ella a su forma original cono los ejemplos citados en elasticidad? 1claro que no~

~ o Fig . 31.

Esto sucede porque los s6lidos poseen PLASTICIDAD, además de otras propieda­des.

PLASTICIDAD es Za propüdad que un materúzl. sJtido posee ds quedar penmnen­

temente dsfornruio después que cesa Za causa ds la dsformacién.

Vea por ejemplo en la figura 3c, c6m<\ se aprovecha bien la plasticidad de ciertas chapas met.íl icas.

lPor qué algunos materiales son bien plásticos y

otros son bastante elásticos?

La causa reside en la estructura de la materia. En otra hoja usted aprenderá detalladamente varias cosas sobre la estructura íntima de la materia en cualquiera de sus tres estados . lo que l e dará una mejor respuesta sobre las propiedades ahora estu­diadas.

¿ Es ventajosa Za PLASTICIDAD?

: 1 •

Fig . 32

•

: 1 . /.

• 1 l

La respuesta no es tan simple. En la industria , algunas veces es necesar io eliminar la plasticidad, y otras veces es conveniente hacer que 1.1'1 sólido sea más plástico de lo que era antes.

CIENCIAS BASICAS · Estudio

lC~!d

26

CARACTERÍSTICAS ~ LOS SÓLIOOS Plasticidad

IU!l'. :HEA 1.2.7 2/3

Para eliminar la plasticidad o aumentarla, utilizamos recursos técnicos . El alambre de cobre uti l izado en los arrollados de inducidos (fig. l3) debe ser muy plástico ~ es necesario acomodarlo fácilmente dentro de las ranuras.

Fi g. 33

Al forjar una tijera de podar es preciso que sea muy plástica (fig. Ji).

Pero , después de forjada precisamos volverla elástica para que su filo no se deforme (para eso se usan los tratamientos ténnicos) .

/:-'\, 1 • •

Fig.34

Tratando de curvar un tubo de vidrio. éste se quiebra (fig.35), pero calentán dolo se vuelve muy plástico {fig.Jó).

Fig.35 rig.36

27 CIENCIAS BASICAS ·Estudio

CARACTERISTICAS 11: LOS SOLIDOS Plasticidad

R.EF. : HEA 1 . 2. 7 3/ 3

@

Los barriles tienen una fonna caracteristica por causa de la plasticidad de la madera (fig . :g}.

\ ~ 1 \

~ \ 1 ' ¡J. Fig. 37

Aderrás de los ejeni>los citados la industria aprovecha la plasticidad. prin­cipalmente de los metales. para diversos fines:

Para la laminación de chapas que sean maleables. Maleabilidad es la propiedad que permite la laminación.

Para hacer alambres . La propiedad que permite la tref1lac16n se llama ductilidad. (El cobre. por ejemplo. es rruy dúctil}.

Para doblar . curvar o torcer. esas operaciones depende de la

La mayor o menor facilidad flexibilidad del material.

Usted ahora está en condiciones de distinguir entre:

PLASTICIDAD

ELASTICIDAD

Cr.ESTIONARIO

MALEABILIDAD DUCTILIDAD

FLEXIBILIDAD

de hacer

Para obtener los productos ennumerados en la columna l. son aprovechadas las propiedades indicadas en la columna 2. Coloque entre los paréntesis de la coltJllna 1 los números correspondientes de la columna 2.

( } tejas ( 1} ductilidad ( ) alambres conductores eléctricos (2) flexibilidad ( ) chapas de metal ( 3) plasticidad ( ) molduras de chapa (4) elasticidad ( } dinamómetros y elásticos en general ( 5) maleabilidad

29

PRUEBA No.3

l. De la siguiente l ista de sustancias indique a cual se le aplica m&s la característic a de la plasticidad:

( } Lamina de a luminio

( ) L!m ina de lat6n

( ) L!mina de bronce

( } Brea

( } Hoja de papel

2. Cite dos aplicaciones de la plasticidad a nivel de la industria:

3. Gracias a la plasticidad, algunos materia l es se emplean en diversos fines como:

4. En la prueba de plasticidad el material ensayado no debe sufrir nunca deformaci6n:

Cierto ( } Falso ( }

31

CIEM:IAS BASICAS • EJCperimentocion # # REF. :HEx. 1.2. 1/3 ~ CARACTERISTICAS 11: LOS LIQUIOOS ~ Viscosidad

Cuando se abre una cani lla, el agua fluye con una cierta velocidad (figJ8).

Fi g. 38

Sin embargo, no sucede lo mismo cuando se quiere sacar miel de una bote­lla; ésta fluye con pequei\a velocidad (fig .39).

FigJ9

lPor qué sucede eso? Eso sucede debido a la mayor o menor fricción entre las moléculas del lfqui­do, unas contra otras y contra las paredes del recipiente por donde pasan.

Un 11quido que presenta gran fricción entre sus moléculas , tiene gran VISaJ­SIDAD. Por lo tanto, la veiocidad de escurrimiento será menor.

VISCOSIDAD es la fricción interna de las moléculas , o resistencia al escurri

miento.

Usted comprobará después que la velocidad de escurrimiento de los ltquidos depende de su VISCOSIDAD.

OBJETO lEL EXPERIMENTO:

Verificar que un lfquido escurre más rápidamente que otro e identificar la VISCOSIDAD como caracterfstica de los líquidos.

-

32

CIEM:IAS BASICAS ·Experimentación • • ll.P. :HEx. 1.2 . 2/3 ~ CARACTERISTICAS DE LOS LIQUIOOS ~ Viscosidad

MATERIAL NECESARIO:

- Dos vasos de bohemia - Chapa de vidrio o lata - Agua - Aceite - Cristalizador - Soporte con fijador

E XPERIMENro:

Haga el montaje de acuerdo con la figura 40

FIJADOR

_CHAPA DE VIDRIO O LATA

_CRISTALIZADOR

Fig.40

Llene el vaso con agua y derrámela sobre la chapa (figAl).

Ff g. 41

Observe como ella escurre.

Repita la experiencia para observar bien como el agua escurre -velocidad de escurrimiento - y escriba su observaci6n:

33

C!Erf;IAS BASK:AS ·úperiment1Ci6n _ _ REF. :HEx. 1.2. 3/3 ~ CARACTERISTICAS 11: LOS LIQUIOOS ~ Viscosidad

Seque bien la chapa y repita el experimento derramando aceite so­bre la misma (fig. 42).

ACEITE

Fig.42

Observe cano escurre.

Repita nuevamente el experimento con el aceite; observe bien su

escurrimiento sobre la chapa y anote : - ----------

Discuta con el grupo el experimento real izado y llene los espa­cios en bl anco:

La viscosidad del ace ite es _________ que la del agua .

(mayor/menor)

La velocidad de escurrimiento del aceite es--------­que la del agua. (mayor/menor)

CIENCIAS BASICAS · Estudio

@

34

; ;

CARACTERISTICAS !1: LOS LIQUllX>S Viscosidad

llEf. : HEA 1. 2 . 9 l / l

Usted ya verificó en los experimentos hechos en la clase. que la velocidad da flujo varfa de un lfquido a otro. por cau5a de su d1st1nta ~1scosfd1d.

¿cuál.es la importancia de la viscosidad? Esta propiedad es especialmente importante en el estudio de los aceites lu­bricantes.

Los aceites lubricantes deben ser suficientemen -te viscosos para que no escurran con facilidad . Sin embargo, no deben ser tan viscosos que difi -culten los movimientos de las partes lubricadas ( fi 9. 43).

Existen diversos aparatos para medir la viscos! dad de un aceite. Son llamados viscosímetros (fig. 44).

Fig. 43

Fig .44

Los tipos más comunes son el "Saybol t Universal" , o "Redwood nº l" y el "En­

gler" siendo al mAs usado el "Saybolt Universal ". Est6n constituidos funda­mentalmente de un recipiente de determinada capacidad, provisto de un orifi­cio en el fondo .

El principio básico de su funcionamiento consiste en colocar la muestra den­tro del recipiente y después de dar al aceite la temperatura deseada , abrir el orificio y medir el tiempo que tarda el aceite para escurrir.

Existen varia s tablas de clasificación de aceites, como por ejemplo la esta­blecida por la Sociedad de Ingeniería Automovilística (SAE).

35 •

CIENCIAS BASICAS ·Experimentación R.EF . :HEx.1.21) 1/2 ~ CARACTERÍSTICAS DE LOS LÍQUIDOS ~ Incompresibilidad

Las sustancias que habitualmente se encuentran en estado lfquido como el agua, el alcohol, el aceite, están caracterizadas por no tener fonna propia, tomando la fonna del recipiente que las contiene. Eso se debe al hecho de que las moléculas que fonnan los líquidos tienen gran movilidad, deslizándose unas sobre las otras.

lSe pueden comprimir los líquidos? Es lo que usted va a verificar en el ex­perimento siguiente.

OBJETO !EL EXPERIMENTO:

Identificar la incanpresibilidad como característica de los líquidos.

MATERIAL NECESARIO: - Jeringa de inyección de unos 10 cm3 - Agua - Aceite

EXPERIMENTO:

Tome la jeringa. Coloque el émbolo hasta una de las marcas traza­das.

Anote cuántos cm3 de aire existen en la jeringa.

Tape con el dedo lo (fig.45).

índice el pico de la jeringa y presione el émbo-

lQué sucedió? Anote su obse~ vaci6n:

\

Fig. ll5

36

CE«:IAS BAS~S -úperimtntxibn r1"ñr1 CARACTERÍSTICAS !E LOS LÍQUI OOS ~ Inc0111pres1b111dad

Usando la misma jeringa, llénela de agua hasta

i.la marca c'ualquiera y anote el volumen de agua en cm3 ( fig . 46) .

llEP. ;HEx .1. 2. lC 2/2

_t .. I -

. '

Fig .46

Tape el pico de la jeringa y presione el émbolo ( fig. 4~.

I -- 1..,J..11 1 11

Fi g. 4 7

lQué sucedió? Anote su observaci6n:

Repita el experimento anterior usando aceite en lugar de agua. Anote lo que sucedi6:

lQué conclusiones saca usted de los experimentos realizados?

37 REF. :HEA 1.2J 1/2 CIENCIAS BASICAS · Estudio - -CARACTERISTICAS ~ LOS LIQUIOOS

@ lncompres1b111dad

Usted ya probó en la clase a comprimir los l fquidos ( fig.48}. Naturalmen­te no pudo conseguirlo.

Fi g. 48

Esto no quiere deci r que los líquidos sean incompresibles. ellos exper imentan una pequeñfsima disminuci6n de volllllen mete a i.ia gran presión.

Por esa raz6n decimos que: Los liquidos son prácticament.e i.nc017presibles.

Esta propiedad tiene gran aplicación en la industria.

En real idad cuando se l es so -

En la prensa hidráulica el líquido presionado no di sminuye de volumen , transmitiendo la presión ejercida sobre él en el émbolo menor (fig.49} .

Fig.49

En los frenos hidráulicos se usan líquidos es~ ciales , que no reducen su volumen y transmiten íntegramente la presión hecha sobre el pedal ( fi g. so.

' ACE 1 TE

Fig. 50

CIENCIAS BASICAS · Estudio

@

38

CARACTERÍSTICAS DE LOS LÍQUIDOS Incompresibilidad

11.EP. :HEA 1.2.1 2/2

El elevador hidráulico usado en la mecánica de autom6viles es otro ejemplo del aprovechamiento de la baja COlllpresibilidad de los lfquidos (fig.51).

VALVULAS ' 1 ' ' , PISTON ' --

Fig. 51

39

EVALUACION DE LA UNIDAD No . 4

l. Indique el enunciado correcto con una X dentro del par~nte­s is:

( ) Los gases no tienen viscosidad

( ) La viscosidad de las grasas es menor de la visco-sidad de los aceites

( ) Los líquidos tienen más viscosidad que los gases

( ) Solamente los lfquidos presentan fluidez

2. Cuál es el nombre del aparato usado para medir la viscosidad de los lfquidos?

3. En la prensa hidráulica el lfquido presionado disminuye el volumen:

Cierto ( ) Falso ( )

4. La viscosidad de u" lfquido disminuye con el aumento de su temperatura:

Cierto ( ) Falso ( )

5. La viscosidad de un lfquido aumenta cuando aumentamos su tempera tura:

Cierto ( ) Falso ( )

6. Por qué los líquidos presentan una baja compresibilidad?

CIEM'.:IAS BASICAS ·Experimentación UF. :HEx. l. 2.12 1/2 ~ CAAACTERÍSTICAS CE LOS GASES ~ Compresibi lidad

Las sustancias en estado gaseoso como el aire. por ejemplo. aderrés de ocupar todo el volumen del recipiente que los contiene. se caracterizan por la dis­minuci6n de su volllllen cuando se ejerce una presi6n sobre ellos.

La propiedad de los gases de poder ser comprimidos se llama COMPRESIBILIDAD . •

Seguidamente usted podrá constatar experimentalmente la existencia de esa propiedad.

OBJE:TO DE LOS EXPERIMENTOS:

Constatar la compresibilidad de los gases.

MATERIAL NECESARIO:

- Jeringa de inyección (10 cm3) - Agua - Probeta (500 ml) - Cristal izador

EXPERIMENTO "A":

Tome la jeringa, llénela de aire hasta una cierta marca, y tápela con el dedo indice (fig.52).

Anote los cm3 de aire que hay en la jeringa.

Ahora presione el émbolo. lQué sucede? Anote:

Fi g. 52

Lea en l a escala de la jeringa a cuántos cm3 qued6 reducido el vo­lumen de aire y anote:

Discuta con el grupo y escriba la conclusión de este experimento:

•

42

CIE~IAS BASICAS ·Experimentación ~ Rl!l'. :HEx . 1.2.1: 2/2 ~ CARACTERISTI CAS DE LOS GASES ~ Compresibilidad

EXPERIMENTACION "B":

Llene ahora el cristal izador con agua hasta la mitad.

Coloque la probeta llena de aire , con la boca para abajo, sobre el agua (fig.53).

PROBETA

Al RE

b,.---~~--=.-_--: AGUA l.! - --::-:-- -=---~--- -::...:

Fig.53

NIVEL OE AGUA •EN LA PROBETA

Apoye la probeta en el fondo del cristalizador.

Observe que sucede con la colu1111a de aire que llenaba completa­mente la probeta.

Discuta con el grupo y escriba por qué el agua subi6 en la probeta

a pesar de estar llena de aire.

43

CIEM:IAS BASK:AS -Experimentación • REF. : HEx .1.2 .I: 1/2 ~ CARACTERISTICAS ~ LOS GASES ~ Expansibilidad

Usted ya verificó en un experimento anterior que los gases se caracterizan porque disminuyen su volumen al ser comprimidos. esto es que poseen una pro pi edad genera 1 11 amada COMPRESIBILIDAD.

lPuede suceder lo contrario con los gases? Ciertamente que sí.

Cuando usied abre la canilla del gas que alimenta el fuego. el gas pasa in­mediatamente del depósito (garrafa) a los quemadores; si luego no se encien­den los quemadores. se sentirá el olor del gas que escapa .

En poco tiempo el gas llenará toda la cocina y podrá causar hasta la muerte de las personas que lo respiren.

El gas tiende a ocupar todo el espacio que se le Sllllinistra; esa tendencia aumenta todavía más cuando el gas es calentado.

La propiedad que tienen los gases de ocupar todo el espacio disponible donde se encuentran se llama EXPANSIBILIDAD.

En este expertlnento usted comprobará mejor esas propiedades de los gases .

OBJEW reL EXPERI/.ENTO:

Identificar la expansibilidad como característica de los gases.

MATERIAL NECESARIO:

- Garrafa (depósito) de gas.

EXPERIMENTO:

Escriba en el pizarrón el objeto del experimento. Disponga a los alllllnos en torno a la mesa de la experiencia. Abra durante algunos segundos la canilla del gas conforme la figura.

r

a > - -~ ~----

' •

44

CIEM:IAS BASICAS -Experimentaci6n # lll!l'. :HEx. l. 2.13 2/2 ~ CARACTERISTICAS DE LOS GASES ~ Expansibilidad

No permita que se ene iendan f6sforos cerca.

Observe la clase hasta percibir que algunos sienten olor a gas.

C1erre el gas .

Dialogue con los alu11r1os sobre lo que sucedió.

Continúe la conversaci6n , ahora con los alUlll'IOS en sus lugares de clase , sobre la característica que permitió al gas llegar hasta cada lllO.

Pregunte que se puede deducir con ese experimento, en relación a los dep6sitos de gas (gas en garrafas , oxfgeno, acetil eno , etc.).

Recomiende a los alulll'los no hacer experimentos como este, conside­rando el peligro del mismo.

Aproveche para destacar la fluidez de los gases.

PROBABLES CONCLUSIONES:

Los gases escapan de 1 os dep6s itos con pérdidas, debido a su expan­sibi l idad.

Cuando se abre un depósito de gas este escapa por causa de su ex­pansibilidad.

Los dep6sitos de gas no deben tener pérdidas.

Cualquier dep6sito de gas debe ser controlado contra pérdidas

Los gases pueden circular por tubos debido a su fluidez.

La fluidez de los gases permite su escape por las pérdidas de los depósitos.

CIENC1AS BASICAS ·Estudio

@

C<MPR8SIBILIDAD

45

CARACTERISTICAS 11: LOS GASES Compresibi l idad y expans1b111dad

REP. : HEA 1. Z.14 1/2

Se saca en conclusi6n por los experimentos que una determinada cantidad de

gas puede ocupar tanto volúmenes menores (comprimiéndose), como voliínenes neyores (expandiéndose).

Cuando se infla una pelota , el aire es comprimido ~ raque no quede arrugada (f ig . 54) . Compresibi lidad es la propiedad por la cual l os gases disminuyen de volUTien bajo la acción de una fuerza.

eXPANSIBILIDAD

Expansibilidad es la propiedad por la cual los gases ocupan todo el espacio disponibl e.

Los gases que salen de los extintores de incendio ocupan el mayor espac io posible (fig . 55).

Las aplicaciones de esas propiedades son innumera­bles:

En los compresores , el aire es comprimido varias ve­ces su volumen natural , dependiendo de la resisten­cia de las paredes del compresor (fig.56).

Fi g. 54

Fig.55

Fi g. 56

El aire comprimido por los compresores es utilizado por los pintores (figS1 . .

o

Fig.57

46

CIENCIAS BASICAS ·Estudio Jt.EF. :HEA 1.214 2/2

@ #

CARACTERISTICAS DE LOS GASES Compresibilidad y Expansibilidad

Los neum!ticos de bicicleta. avi6n y autom6vil, pelotas de gOllll, gas, etc. se llenan de aire gracias a su compresibilidad.

boyas, veji -

1 ,·

Fi g. 58

los elevadores de autorróvil y perforadoras usan aire comprimido.

Escriba al lado de la lista de aparatos enn1111erados, las· palabras compres16n o expans16n, confonne la propiedad de los gases que en ellos se manifiesta:

1 - Tubo de oxígeno 2 - Tubo de acetileno abierto 3 - Extintor de incendio abierto

Ennumere otras aplicaciones de las dos propiedades de los gases que usted acaba de estudiar.

47

PRUEBA No . 4

l. Por qué un gas puede ser comprimido?

2. Relacione la columna de la derecha con la de la izquierda:

{ 1 ) Extintor de incendio funcionando

( 2 ) Bal6n de fútbol lleno

( 3 ) Grasa

{ 4 ) Aceite hidr~ulico para gato

{

{

(

{

) Alta viscosida '

) Baja comprensi ­bilidad

) Expansib111d~d

) Comprensib11i­dad

49

UNIDAD No . 2

MEZCLA DE SUSTANCIAS

Objetivo Terminal

Al terminar esta unidad usted estará en capacidad de distinguir entre mezcla homogénea y mezcla heterogénea.

CIEM:IAS BASICAS ·Experimentación

rc-~tJ

51

MEZCLA DE SUSTANCIAS Noción de mezcla

ll.BP.:1€x.1.5.l 1/2

Las sustancias que se encuentran en la naturaleza , en su mayorfa, están mez..­c 1 ada s con otras sustancias. Para extraer 1 as sustancias que componen una

mezcla , se emplea una serie de procesos .

La sal de cocina , por ejemplo, se extrae por evaporaci6n del agua de ma r . Por otra parte, cuando se quiere obtener una determin1da mezcla , se juntan las sustancias que van a formarla. En el experimento que sigue obtendrellllS algunas mezclas de sustancias conocidas.

OBJETO DEL EXPERIMENTO:

Analizar el comportamiento de dos sustancias cuando se mezclan .

MATERIAL NECESARIO: - 4 tubos de ensayo con soporte - Su 1 fa to de cobre - Cloruro de sodio (sal de cocina) - Aceite soluble - Arena - Cuchara

EXPERIMt:NTO:

Coloque agua hasta la mitad en cada tubo de ensayo.

Agregue un poco de sal de cocina en el tubo 1, un poco de aceite en el tubo 2, un poco de sulfato de cobre en el tubo 3 y un poca de arena en el tubo 4, confonne a la figura.

1 2 3 4

l 1

¡ ,

I ,

52 CIENCIAS BASICAS -úperimentaci6n JlEF.:HEx.1.5.1 2/2

@ l'EZCLA DE SUSTANCIAS Hoci6n de mezcla

Observe cada tubo y anote el aspecto de la sustancia que cada 1110

contiene.

Tubo Sustancia usada Aspecto de la sustancia

1

2 3

4

Agite los tubos y déjelos en reposo durante 2 6 3 minutos, obser­vando lo que sucede.

lQué observ6 usted en cada tubo?

Discuta con el grupo y escriba las conclusiones que sacc1 sobre las mezclas realizadas:

CIENCIAS BASICAS ·Estudio

@

53

l'EZCLA 11: SUSTANCIAS Solución

REP.:HEA 1.5.2 1/2

Usted ya oyó hablar de solución y ya prepar6 diver sas soluciones en el l a bo~

ratorio. ¡Pues bien: lSabe entonces. l o que qui ere decir una sol ución de salrruera al 10 %?

Es muy simple. Tomemos 90 g de agua y 10 g de sal (cloruro de sod1o) , con­fonne a la figura.

AGUA

--• 90 g

1 •

• SAL . ., .

/ 10 9 . 9 .

~ Para hacer sal muera a 25 S, lqué cantidades de agua y de sal usarta usted? Responda en l os espacios en blanco:

___ g de agua + g de sal .. g de salrruera 25 S

Así son preparadas en las farmacias soluciones de nitnzto de plata, tintu~

de yodo, etc .

De los ejemplos citados podemos concluir que:

En una mezcla . las cantidades de los componentes pueden variar. No hay ne­cesidad de que las cantidades sean siempre l as mismas para que l a mezcl a exista.

All!lentando la cantidad de sustancia que se disuelve. la mezcla se vuel ve más concentrada ("mis fuer te").

Es muy importante especificar el t itulo de Za soluciÓn.

El título está dado por el porcentaj e de la sustanci1 que se disuelve en la so 1 uc ión.

Así . en una solución de salmuera de título 10 i . tenemos 10 g de sal en cada 100 g de sol ución.

CIENCIAS BASICAS -Estudio

@

54

MEZCLA DE SUSTANCIAS Solución

Otros ejemplos para que usted los complete:

Tintura de yodo al 20 % = _ _ _ g de yodo+ __

de tintura.

REF. :HEA 1. 5.2 2/2

g de alcohol : 100 g

Nitrato de plata al 40 ~ = g de nitra to de plata + g de agua = 200 g de sol ución de nitrato de plata.

CIENCIAS BASICAS · Estudio

@

55

f'EZQ.A DE SUSTANCIAS Tipos de mezclas

l Ha probado usted agua con azúcar?

REf. :lf:A 1. 5.3 1/2

Pues bien, al tolllclr agua con azúcar sentimos la presencia del azúcar en la soluci ón a causa de su gusto .

En esta hoja vamos a examinar como el azúcar "desapareceM en el agua sin pe!: der l a p~opiedad de ser dul ce (fig. 1).

AZUCAR SOLllTO

SOLVENTE ~ )

----. Fig. 1

El azúcar (soluto) forma peque~os cristales que , como ya sabemos , estín for­mados por ~uchas moléculas unidas.

lQué sucede cuando mezclamos un cristal de azúcar en el agua?

El cr istal se deshace en muchas moléculas de azúcar que se mezclan con las mol éculas del agua.

"OLECULAS OE AGUA

Fig. 2

"°LECll. AS OC AZUCAR

Por eso , el azúcar mezclado con agua continúa s iendo azúcar y el agua conti­núa siendo agua.

en una IEZCLA los componentes continián con sus propiedades; no

hay alteración en Za composición da Zas sus tanciaa mezcladas .

El "aceite emulsionable" que usted usa en el taller está formado por acei t e y agua. Es una mezcla porque el aceite continúa con sus propiedades lubri ­cantes y el agua continúa con su gran fluidez que permite llevar el aceite ha sta los lugares más difíciles de l legar.

CIENCIAS BASICAS ·Estudio

®

56

l'EZCl.A !E SUSTANCIAS Tipos de mezclas

.llEP'. :HEA 1.5.3 2/2

El agua potable es tambi~n una mezcla de agua, sales y aire que hacen bien a la salud.

El agua destilada no es buena para nuestra salud, porque faltan en ella jus­tamente las sales, que mezcladas, la tornan potable.

El agua que debemos beber es la potable, porque estS libre de impurezas y

g~nnenes.

Usted ya debe saber que a veces una mezcla presenta un mismo aspecto¡ es el caso de la mezcla de agua con sal; agua con azúcar, etc .

~tras veces, presenta varios aspectos como, por ej1111Plo, la mezcla de 111111-duras de hierro con asel'l"tn.

En el primer caso tenemos mezclas honogén9t18 también 1 lamdas solucúmea,

En el segundo caso, donde la mezcla presenta varias fases, tenemos una meacla • Murogenea.

Hl.t)' bien. Veamos s1 usted es capaz de 1nd1car en los ejemplos de abajo los casos de msaolas Múrogineas y los casos de soluciones (mezclas homogénBaB) .

Sustancias Mezcladas Tipo de Mezcla

Agua y aceite común

Agua y sal

Alcohol y laca

Agua y laca

Agua y aceite elll.llsionable

Existen llllchas soluciones (mezclas homogéneas) de uso importante en las indu~ trias y el hogar.

57 CIENCIAS BASICAS · Estudio

@ REP. : HEA 1. 5.7 ¡ l / 1

SOLVENTES USUALES

De l os solventes más usados , el agua es el más común. Un simple refresco hecho en casa nos lo muestra , pues está guientes ingredientes que forman una solución {fig.J ).

hecho con l os si -

- Agua potable - Esencia de fruta - Azocar

Fig. 3

En las fábricas de refrescos se hace lo mismo , con una diferencia: además de la esencia y del azúcar se disuelve también gas carbónico . Todos esos solutos son disueltos en el agua.

lYa probó usted agitar una botella de Coca Cola,?

El lfqufdo se derrama con rapidez debido al gas que está disuelto en él. Como ya vimos, el agua disuelve todos los solutos que canponen el refresco.

Veamos ahora como se comporta el agua con las grasas. Fig. 4

lUsted ya experimentó lavarse las manos sucias de grasa , solamente con agua?

Si no usa 1.r1 buen jabón detergente va a ser difícil. El agua disuelve muy poco la grasa y los acei tes.

Por ejemp 1 o:

Si lavamos un trapo sucio de aceite en agua y en kerosene, observamos que el agua no disuelve las grasas y que el kerosene sí las disuelve.

En la industria se emplean muchos solventes , conforme a la necesidad. Los más comunes son:

- Agua y jabón detergente - Queroseno - Esencia de trementina (aguarrás) - para tinturas - Alcohol - para hacer barnices - Nafta - Tiner

-- Agua regia (Acido nítrico + ácido clorhídr ico) - Detergentes.

58

CBC METO DOS DE SEPARACION DE MEZCLAS ....,_R_l_r._:_HE_A_1_._s_ ....... 1_1 ... 2

CIENCIA BASICAS - Estudi

Cuando queremos separar sustancias mezcladas, co•o usted ya pro­b6 en los experimientos realizados, usamos diversos procesos.

La industria utiliza centrffugas para separar las impurezas de los aceites lubricantes cuando quiere reaprovecharlos.

Generalmente el gas-oil para motores de camiones, 6mnfbus, etc. es centrifugado .

La centrifugac16n de los lfquidos permite separar las impurezas que hay en los mismos.

PROCESO VE VESTILACION DEL PETROLEO El petr61eo, que se encuentra en las profundidades de la tierra, es una mezcla de muchas sustancias de las cuales la gran mayorfa es utilizada como fuente de energfa.

Para obtener los diversos subproductos del petróleo es necesario someterlo a un proceso de destilación semejante, en principio, al que fue hecho en la clase (fig. 5) .

AGUA POTA BLE

-.... "' !!! :!I .. , PETRQ. ~ o -~ RllTO

6 AS DOMESTICO

GOMA S lllTE T 1 tA

PRODUCTOS UI HICOS

NAFTA PARA AVIONES

NAFTA PARA AUTOHOVI LES

PRODUCTOS PARAFI NICOS

GAS OI L

ACEI TES LU8RICAHTES

FUEL·OIL

ASFALTO

Fig. 5

El agua potable es una solución de agua, sales y afre. Adem6s, el agua potable de las ciudades debe ser filtrada a ffn de separar las imp urezas que son arrastradas en las cafterfas y

que llegan hasta nuestras canillas.

59

CIENCIAS BASICAS · Estudio RIP. :HEA l. 5 .8 2/2

~ METODOS DE SEPARACION DE MEZCLAS

La naturaleza ofrece también las aguas minerales y medfcionales. Las primeras son aguas generalmente usadas durante las comidas. por cualquier persona. Ellas contienen sales minerales que facilitan la digesti6n de los alimentos. Las aguas medicinales son las que tienen valor terapEutico para varias molest1as(f1g. 6}

SUlíATO DE AlUHI NIO Y CAl Of.CAlfT A:>OR

:

- CAllllRA !lCSCARCA í l LTRO llE MEZCLA

OBTENCIÓN DEL HI~RRO

ClORO

AGUA POTA8l( -

Fig. 6

la obtención del mineral de hierro exi9c que el mismo sea separado de las im­purezas (qanoa ) que están mczclJdas con fl .

Para realizar esta separaci6n existen varios procesos. de los cuales podemos destacar la separac16n a seco que se hace des­puEs de triturado el mineral bruto y que puede ser:

Por V.."'nlilación ( fig . 7) .

I MI 11E RAl

\ r CA.'j GA F. 7

1 g .

La ganga es más l iviana que el mi neral y es en viada más lejos.

Por airac~ión magn~tica

El mineral de hierro es atraído por el imán

61

PRUEBA No . l

l. Qué se entiende por mezcla homogénea?

2. Escriba cinco ejemplos de mezclas homogéneas, usando apenas dos componentes:

3. Escriba cinco ejemplos de mezclas heterogéneas, usando apenas dos componentes:

4. Mezcla homogénea es igual a

5. El nombre de una soluci6n es dada por el porcentaje del sol uto?

Cierto ( ) Falso ( )

Objetivo Terminal

63

UNIDAD No.3

CALOR Y TEMPERATURA

Al terminar esta unidad usted estará en capacidad de:

Distinguir entre calor y temperatura

Identificar escalas termométricas

Definir los efectos del calor

65

CIENCIAS BASICAS ·Estudio REF. ~EA 2. 1. 1 1/ 1

[QtJ FUENTES USUALES DE CALOR

Muchos siglos nos separan de la primera vez que el hombre usó el calor pro­duc1do por el fuego. A poco que pensemos c6mo vivfan nuestros antepasados y c6mo vivimos hoy, podemos darnos cuenta que la gran diferencia estA en un mejor aprovechamiento del calor, producido por diversos dispositivos.

El CALOR es una fonna de ENERGÍ A apli cable a los más diversos fines.

Cualquier disposit i vo capaz de producir calor se llama FUENTE De CALOR.

demos clasificar las fuentes de calor en : NATURALES I ARTIFICIALES.

NATURACES:

Po -

El Sol es la principal fuente de calor natural. Además de ENERGÍA Lf.A.1INOSA.

ese astro envía a la tierra ENERGÍA TtRMICA, causante de la existencia de vida en nuestro planeta.

ARTIFICIALES :

Pueden ser de los siguientes tipos: - f i sicas

• • - quinn.cas

Pisioos:

Rozamiento , choque , pasaje de la corriente eléctrica a través de resisten­cias.

Qu .. . imicas :

Combustión.

• --

/

--

-NATURALES

FUENTES

FI SIC DE CALOR ~---.

CAS

66

CIEM:IAS 8ASK:AS -Experimentaci6n UF. : HEx.2 .2.1 1/2

OC:-ª9 PROPAGACIÓ!~ ll:L CALOR POR Ca'HXJCCirn

El calor pasa de los cuerpos de mayor temperatura a los de menor temperatu­

ra. Este pasaje del calor recibe el nombre de PROPAGACIÓN DBL CAIIJR. Si

dos cuerpos están a la misma temperatura, entonces no habrá propagaci6n de

calor entre ellos .

El calor puede propagarse de tres maneras diferentes: por ccnd14ccién, por

convección, por mdiación.

Propagacién dsi caiol' pol' conducción:

Es el t1po de propagación característico de los s61idos. Cuando un operario af11a una herramienta de corte en una piedra de esmeril, precisa enfriar

constantemente la herramienta para no quemar sus manos.

El operario da la fol'118 adecuada a la barra de metal, mediante el desbaste

conseguido por el rozamiento de la barra en la piedra de esmeril. El roza­miento es una fuente de ca 1 or. Después de a 1 gunos momento, 1 a extremidad en contacto con el esmeril pasa a tener mayor temperatura que la otra.

Como el calor se propaga siempre del más caliente al ~s frío, en ese caso, el calor generado por el rozamiento llega hasta las manos del operario que debe enfriar la herramienta (fig. 1).

ROZA/11 ENTO FUEllTE OE CALOR

. . ..

ES11ERI L

Fig. 1

En el ejemplo práctico anterior, el calor se propaga por CONfXJCCIÓN.

Los átomos y moléculas que están en contacto directo con la fuente de calor reciben ENERGÍA TtRJ.fICA y pasan a vibrar ~s intensamente. Esas moléculas trasmiten las vibraciones a las moléculas vecinas y así sucesivamente.

67

CIOCIAS BASICAS ·Experimentación R.EF. : HEx. 2. 2 .1 2/2 , . lC$"9 PROPAGACION DEL CALOR POR CO'IOOCCION

OBJETO CEL EXPERIMEN'IO: •

Identificar la CONOUCCION como forma de propagación del calor en los sólidos.

MATERIAL llECESARIO:

Mechero Bunsen Barra de hierro

EXPERI/.ENTO:

•

Encienda el mechero Bunsen y coloque la barra de hierro sobre la llama , conforme al dibujo (fig . 2).

Mantenga finne la barra sobre la 11 ama .

Si siente calentamiento, retire la mano a lo largo de la barra, sin retirarla del fuego.

Fig. 2

Discuta con sus compañeros y responda a las siguientes ~reguntas: a) lPor qué fue necesario retirar la mano? Respuesta:

b) lCuál fue la fuente de calor utilizada? Respuesta:

c) Señale la alternativa que representa el tipo de propagación de calor ocurrido:

,

( ) RADI ACI ON • ( ) CO~VECCIO"l •

( ) CONDUCC!ON

d) Complete el dibujo de abajo procurando mostrar corro el calor "camina" en la barra de hierro a partir de la llama (fig. 3).

81.RAA OE ~ 1 f kRO

r uc1.TE DE CALOR

Fi g. 3

68

CIENCIAS BASICAS ·Experimentación REf. : HEx. 2. 2. 2 l/ 3 ~ BUENOS Y MALOS CONDUCTORES !l: CALOR: ~ SÓLICOS , LÍQUIDOS Y GASES

la propagaci6n del calor por CONDUCCIÓN es característica de los sólidos. La velocidad con que el calor se propaga en los sólidos depende de la sus­tancia con que estén hechos.

Los cuerpos que conducen el calor con facilidad se ll aman BUENOS CONTXJCTORES

DE CALOR.

Los s61idos , líquidos o gases que no conducen bien el calor se llaman MALOS

CONTXJCTORES lE CAWR, o AISLANTES TtRr!ICOS.

OBJETO lE WS EXPERIMENTOS:

Verificar que algunos s6lidos conducen el calor mejor que otros. Verificar si los s61 idos son buenos conductores del calor. Verificar si los gases son buenos conductores del calor .

MATERIAL NECESARIO:

Chapa de protecci6n Mechero Bunsen Cuatro tubos de ensayo

EXPERIMENTO "A":

Encienda el mechero Bunsen.

Barra de vidrio Barra de hierro Barra de 1 at6n

Ahora, cada alumno debe tomar una barra conforme a la pos1ci6n in ­dicada en la figura de abajo.

HIERRO

LATON

o

Coloquen, al misrro tiempo, los extremos de las barras en la l lama .

No re t iren las barras de la llama,

69

CIENCIAS BASICAS ·Experimentación REF. : HEx. 2 .2.2 2/ 3 ~ BUENOS Y MALOS~CONDUCTORES DE CALOR: ~ SÓLIDOS, LIQUIDOS Y GASES

Si es necesario, retiren la mano a lo largo de la barra.

Luego de algún tiempo, retiren l as barras , todos juntos .

Apague la llama.

Compare la distancia que su mano retrocedi6 con lo que lo hicieron las de sus compañeros.

Señale con una "V" las proposiciones verdaderas , y con una "F" las fa 1 sas:

( ) El calor se propaga en los sólidos por CONDUCCidN.

( ) El calor se propaga igualmente en todos los s61 idos. ( ) El vidrio es un real conductor de calor. ( ) El vidrio es un aislante ténnico.

( ) La velocidad de propagaci6n del calor varía confonne al tipo de sustancia sólida.

( ) El calor se propaga con la misma velocidad en el hierro y en el 1 a tón.

( ) Todos los metales son buenos conductores del calor. ( ) Todos los sólidos son buenos conductores del calor.

EXPERIMENTO "B":

Coloque agua en el tubo de ensayo s in llenarlo completamente.

Enc ienda el mechero Bunsen.

Tome el tubo de ensayo conforme al dibujo y col6quelo sobre la 1 1 ~

ma.

Espere hasta que el agua comience a hervir.

Apague la llama.

Discuta con sus compañeros y res­ponda al siguiente cuestionario: a) ¿Ll egó el calor hasta su mano? Respues ta:

b) Señal e la alternativa correc ta:

( ) El agua es mala conduc tora de calor. ( ) E 1 agua es buena conduc tora de ca 1 or.

Fi g. 5

70

CIENCIAS BASICAS ·Experimentación REP. :HEx. 2 .2.2 3/3 ~ BUE:iO~ Y ~LOS ,CONOOCTORES DE CALOR: ~ SOLIOOS, LIQUIOOS Y GASES

EXPERIMENTO "C":

Repita el experimento anterior, pero usando ahora un tubo que con­tenga solamente aire.

Discuta con sus compañeros y señale con X las conclusiones correc­tas:

( ) El aire es un buen aislante t~rmico. ( ) Los gases son malos conductores de calor. ( ) Algunos s6lidos son aislantes ténnicos. ( ) Los metales, generalmente , son buenos conductores del calor. ( ) Los lfquidos generalmente, son malos conductores del calor.

71

CIENCIAS BASICAS · Estudio REP.: HEA 2.2.3 1/:

l($tJ BUENOS Y MALOS CONDUCTORES DE CALOR 1----------1 Algunas aplicaciones

Los malos conductores de ca 1 or se llaman AISLANTES TtRMICOS.

Son empleados para evitar el enfriamiento de cuerpos que nonnalmente se de­ben mantener calientes y evitar que los que deben mantenerse frfos se caliet} ten . Están fonnados por sustancias que dificultan la transferencia de calor. En la industria se encuentran aplicaciones de los aislantes ténnicos.

Los hornos para obtención de metales y los de tratamiento térmico se revis­ten internamente de ticholos refractarios.

lC6mo son estos ticholos? Están hechos de un material mal conductor del calor que no pennite la salida del calor del horno. El mineral usado en esos casos generalmente es dolomi­ta (carbonato de calcio y magnesio) (fig. 6) .

T 1 OIOLOS REFRACTAR 1 OS ;:; '°f'

' : ::.. CHAPA DE ACERO

1 >=

¡:. • .... ~

I •

¿ : ~

HORNO CUBILOTE PARA LA 08TENC ION OE H lE RRO FUHDI DO fi g. 6

En las forjas se coloca una solera de material refractario (fig. 7).

/ """ ,OLERA PARRI UA FRACTARIA,J!f;FRACT ARIA

FORJA AB l E RT A L 1 8RE Fig. 7

Las heladeras tienen paredes dobles , llenas de lana de vidrio. amianto u otro aislante ténnico.

CIENCIAS BASICAS · Estudio

@

72

REP. : HEA 2 .2. 3 2/2 BUENOS Y MALOS CONDUCTORES DE CALOR 1o----------""1

Algunas aplicaciones

El po11estireno es un nuevo aislante térmico muy usado para la construcc16n de refrigeradores port&tiles y baldes para hiel o.

Los utensilios domésticos de metal que van al fuego t ienen asas de rradera, que también es un aislante térmico.

AverigUe de qué están hechas las ropas de los bomberos y anote en el espacio de abajo:

El aire inmovili zado es el aislante térmico de mayor aplicación en la vida práctica. La lana aisla más el calor que el l ino , porque contiene más aire en su interior.

En las casas , entre el tejado y el cielo raso , hay una cámara de aire que le da una excelente protección contra el calentamiento y el enfriamiento excesi­vos.

73

PRUEBA No. 1

l. Cite tres formas de energía:

2 . Coloque una X en los enunciados ver da de ros:

( ) Energfa es igual a fuerza

( ) La energía puede ser destruida

( ) Una forma de energía puede convertirse en otra

( ) La energía puede ser creada

( ) En el carbón la energía está almacenada

3. El sol es fuente de energía?

Sí ( ) No ( )

4 . En la locomotora a vapor ocurren transformaciones de energía:

( ) Eléctrica en térmica

( ) Té rmica en eléctrica

( ) Mecánica en térmica

( ) Térmica en mecánica

5 . Escriba dos fuentes naturales de calor:

6 . Escriba cuatro fuentes artificiales de calor:

. -- -- -

75 CIENCIAS BASICAS Experimentación • REP. HEx. 2. 4 .1 11/3 ~ DISTINCION ENTRE CALOR Y TEMPERAltlRA

Diariamente usamos dos palabras cuyos significados son generalmente compren­didos: calor y temperatura. Sin embargo, sabiendo que temperatura es uno de los efectos del calor y que los dos - temperatura y calor - esUn íntimamen­te ligados , sus conceptos son diferentes.

Veamos cual es la diferencia entre calor y temperatura a parti r de la si ­guiente comparaci6n. Observe 1 a figura 8.

A G=::::_::.r---HI SHO N 1 VEL ---+=-~,.,.

-CANTIDADES DIFERENTES

DE CALOR

Fig. 8

. e

Los recipientes A y B contienen cantidades diferentes de agua , ahora en el mismo nivel. Realmente ninguno confunde la cantidad de agua con nivei de

agua . Una diferencia semejante existe entre cantidad de caZ.Or y temperatura (nivel térmico).

Observe la figura 9.

A - . -~

IGUAL • 1oo· c TEHPERATURA 100 c

CANTIDADES DIFERENTES DE CALOR

Fig. 9

Cuando calentamos agua en un recipiente , le suministramos una cierta canti­

dad de calor y su temperatura o nivel térmico aumenta. Los cuerpos poeden estar a la misma temperatura y tener diferentes cantida ­des de calor.

OBJETO !EL EXPERIMENTO:

Constatar la diferencia entre calor y temperatura.

76

CIENCIAS BASICAS -Experimentación , R.EP. : HEx. 2 .4 .1 2/3 @ DISTINCION ENTRE CALOR Y TEM>ERATLRA

MATERIAL NECESARIO:

2 vasos de bohemia (250 ml) 2 tenn6metros

Cordel Trfpode

Soporte con fijador Varil la auxi l iar Tela de amianto

Mechero Bunsen Reloj del all.lllno Chapa de protecci6n

EXPERIMEN!O:

Tome un vaso casi lleno de agua (A).

Tome otro con mucho menos agua (B) figura 10.

~ ,__ -

A 8 F ig . 10

Haga el nx>ntaje con el vaso A como en la figura 11.

n

~ T1 : ... S 60'C

' :-'". -. -A ---· - -- -=. --· --

' l . --- - - 1'-.

' --· 8 Fi g. 11

Encienda la llama y comience a tomar el tiempo.

Observe el tennómetro.

SUministre calor ai vaso A, hasta que el tennánetro indique t empel'I!

tura de BOºC,

77

CIENCIAS BASICAS ·Experimentación RIF. :HEx. 2 .4 . 1 3/3

@ DISTINCIÓN ENTRE CALOR Y TEt-'PERATURA

Apague la llama cuando el term6metro indique 60ºC. Anote el tiem­po . Retire el vaso A.

Anote en el cuadro de abajo la información referente al tiempo ne­cesario para calentar el agua del vaso A.

Vaso Temperatura Tiempo empleado

A 60ºC tl - . .. s

B 60ºC t2 = .. . s

Haga el montaje con el vaso B conforme a la figura lZ

. CJ --6o0c

•

• . - .

- -- -A

Fi g. 12

Repita todas las operaciones hechas con el vaso A.

Anote los resultados obtenidos en el cuadro en cuanto al tiempo empleado en esta operación:

Discuta con sus compañeros los resultados del cuadro y responda como conclusión: a) lCu~l fue el vaso que recibió ~s calor? Respuesta: b) lCuál fue el vaso que recibió menos calor? Respuesta: c) lCual fue el vaso en que la temperatura fue mayor? Respuesta: d) Calor y temperatura , lson cosas iguales o diferentes? Respuesta:

78 CIENCIAS BASICAS -Experimentación REP. : HEx. 2 .3. 8 1/2

~ NOCI~ DE TElflERATURA - Medic16n de ~ la temperatura por medio d~l tacto

Cuando se suministra calor a una sustancia , generalmente su temperatura au- , menta y también aumenta su volumen. Esos hechos son aprovechados para la construcción de termómetros, que sirven para medir temperaturas.

La piel constituye nuestro primer term6metro. ~osotros avaluamos las tempe­raturas usando el sentido del tacto. Así somos capaces de clasificar las sustancias en: calientes , frfas y tibias. Se ve pues que la temperatura es uno de los efectos del calor.

OBJETO DE LOS EXPERIMENTOS: Avaluar temperaturas usando el tacto.

MATERIAL NECESARIO: Vaso de bohemia (250 ml) Trfpode Chapa de protección

EXPERIMENTO "A":

Mee hero B un sen Hielo

Coloque agua de la canilla hasta la mitad en el vaso (fig . 13) .

Toque con los dedos el agua del recipiente (fig. 14) .

Señale la sensaci ón que usted sintió al tocar el agua: ( ) --sensac1on de agua caliente ( ) --sensac1on de agua a tempera t ura ambiente ( ) sensación de agua fría.

EXPERIMENTO ''B 11:

Coloque unos trozos de hielo en el vaso de bohemia ( fig. 15).

Espere algún tiempo.

Toque con los dedos nuevamente el agua (fig. l~. l Qué si ntió usted? Anote la respuesta:

. - -

- . -. - -- --Fi g. 13

- ~~ - ~-- -. - -· - -Fi g . 14

,,-~~ -- - -- -- -Fig. 15

,

. - ...

Fig.16

79

CIEtCIAS BASICAS -Experimentación REP. : HEx .2 .3 .8 2/2 ~ HOCitJ. CE TE!f>ERATURA - Medición de ~ la temperatura por medio del tacto

Retire los trozos de hielo del recipiente y

haga el montaje de la figura 17

Espere algún tiempo.

Con cuidado, toque el agua una vez más (figura 18) y anote lo que sintió:

Fi g. 17

-.. -=.-· Fig.18

Discuta con sus compa~eros antes de responder a las siguientes pre­guntas:

a) lPor qué el agua del recipiente se calentó? Respuesta:

b) lPor qué el hielo contenido en el vaso se derritió? Respuesta:

c) lEs posible avaluar temperaturas por el tacto? Respuesta:

d) lla temperatura es uno de los efectos del ca lor? Respuesta:

e) lQué entiende usted por temperatura de un cuerpo?

Respuesta: ---------------------

80

CIEM::IAS BASICAS ·Experimentacibn REF. :tiEx. 2. 3. 9 1/ 3 rrDrl IEDICI~ DE LA TEft>E~TURA ~ POR IEDIO 11: LOS TERMOIETROS

Es muy frecuente que algunas personas avalúen la temperatura de otras colo­cando la mano sobre su rostro. Esa avaluaci6n se hace basándose en inforll'i:l­ciones suministradas por la piel, que funciona en ese momento como un terrró­metro.

Ese "tennómetro" tiene algunos inconvenientes. No permite avaluar pequenas diferencias de temperatura; algunas veces nos da infonnaciones err6neas y d~

pende de la persona que avalúa la temperatura .

Ejemplificando:

SITUACIIM "A"

En un d~a con temperatura de 20ºC. 111 esquimal siente 1111cho calor y

un africano mucho frio . La misma temperatura provoca sensaciones d! ferentes .

OBJETO DE LOS EXPERIMENTOS:

-•

SITUACIÓN "B"

Para que ellos se sientan a gusto. es necesario que el africano se abrigue y que el esquimal use po­ca ropa. La misma tempera tura y

cantidades diferentes de abrigo (aislantes térmicos).

Verificar si el sentido del tacto avalúa correctamente temperaturas . Avaluar temperaturas con el termánetro.

MATERIAL NECESARIO:

3 vasos de bohemia (250 ml) Trfpode Te la de amianto Chapa de protección

Mechero Bunsen Hielo 2 termómetros

81

CIEM:IAS BASM:AS ·Experimentación llEF. : HEx.2. 3.9 2/3

~ti liEOICiát OC LA TElf>ERaTURA POR fiEOIO OC LOS TERK>lif:TROS

KXPERIMEN!O "A":

Prepa re 3 recipientes A, B y C con agua caliente , frfa y a la tem­

peratura ambiente , respectivamente (fig.19).

AGUA A AGUA CAL IENTt TEllPERAT Ul\A

A l::~::-:-. =-=1::

t--__:_: ·· -

Al\8 1 ENTE

c i-----l -­. . -Fi g. 19

AGUA FR IA

• t::-::_:--:_=_::1

----

Sumerja la mano izquierda en el recipiente "A" (agua ca l 1ente) y

l a ma no derecha en el r ecipiente 11811 (agua fría) confonne a la f igu a 20

.. - --- -

8

Fig. 20

Después de al gunos segundos , retire ambas nenos y sumérjalas en el

recipiente C (agua natural) (fig. 21) .

c

Fi g. 21

Marque lo que usted sintió al sumergir las manos en el recipiente C: { ) sensaci6n de caliente

( ) sensaci6n de frío ( ) sensación de caliente y de frío.

• En las preguntas de más abajo, responda SI o NO:

lSe puede usar el tacto para avaluar temperaturas? ( )

lSe debe usar el tacto para avaluar temperaturas? ( )

lEl sentido del tacto da infonnaciones erróneas sobre temperatu-ras? { )

lEl tacto es un buen "tennómetro"? ( )

82

CIENCIAS BASICAS -Experimentación R.EP. :HEx.2.3.9 3/3 ~ fiE DICIÓN CE LA TEft>EAATURA ~ POR fiEOIO CE LOS TERKifiETROS

EXPERIHEllTO "8":

Coloque un tennánetro en el recipiente 11A• (agua caliente) y otro en "B" (agua fría) confonne a la figura 22

AGUA CAl.I ENTE

-· ·· - · .. - ····-- ..

AGUA FRIA

Fig.22

Lea la temperatura de cada terlllSmetro y llene el cuadro de abajo:

Recipiente A B c Temperatura (ºC)

Retire los dos ternómetros y co16quelos en el recipiente "C" (agua natural) (fig.23).

Después de algunos segundos lea la temperatura en ambos tennánetros. Anote en el cuadro de arriba.

Analice el cuadro comparando las temperaturas. Discuta con sus compaHeros.

e - . ---

AGUA A TEHPEAATUAA NUllENTE

Fig.23

Compare las dos experiencias y complete la conclusi6n fina l abajo:

El sentido del tacto no avalúa adecuadamente las temperaturas. Cuando se desea avaluar correctamente la temperatura de un cuerpo

se debe usar

83

CIENCIAS BASICAS · Estulio JU!F.: HEA 2 3 .10 1/2

~9 TERMÓr-ETRO

El tenn6metro es un instrumento usado para aval uar correctamente temperatu­

ras. Existen varios tipos de termánetros. Veamos los mis colll.lnes:

CZ!nico

Este termómetro ( fig. 2'l tiene un estrechamiento que impide que el mercurio

vuelva rápido, permitiendo leer correctamente la temperatura.

De ú:lboratoric

tllilll~'~l~'i1 ~zi~'~!~' tt3i~1

~1'91~ª~·)

t ESTRECHAH 1 ENTO

Fig . 24

Generalmente está graduado de -lOºC a 150ºC (fig.25).

- -·--~-~.

Fig. 25

Má:túrr:z y Mínima

Registra la mayor y la menor temperatura en un intervalo de tiempo (fig. 26) .

ALCOHOL

,'HERCURIO Fig .26

Metálico

Contiene una espiral bimetál ica. Cuando la temperatura sube , se desenrolla

y viceversa (fig. 2 ~.

Fig.2i

84

CIENCIAS BASICAS ·Estudio

@ TERM6~RO

A Gas

Al dilatarse el gas empuja un fndice de mercurio (fig. 2fJ·

... -• -KERCURIO

: ú=:. • • .. • -

t~

-Fig .l8

UF. :HEA 2.3JO 2/2

El ter 116netro está construido aprovechando 1 os efectos del calor. CUlndo cq

locamos un term6metro en contacto con un cuerpo cualquiera, el calor pasa de uno para otro, variando el voltJtten de la sustancia tennanétrica. La varia­ci6n del volumen de la sustancia tennométrica indicará en una escala la te11-peratura del cuerpo.

Ejemplos de sustancias tennanétricas: alcohol, mercurio, gas , lámina bi~etil! ca y otros.

Existen diversas escalas termanétricas, siendo la Escala Celsius o Centfgrada la más usual.

85

CIEM:IAS BASICAS -Experimentación REF. :HEx.2.1.2 1/4

@ MANIPULACION DEL TERHOHETRO

Las fuentes de calor más frecuentemente utilizadas actualmente en el hogar, las industrias y para movilizar vehículos son: quema de combustible y pasa ­je de corriente eléctrica por resistencias. Vamor a verificar, experimental

~

mente, colll'.l se comportan algunas fuentes de calor en acción.

OBJETO C6 WS EXPERIMENTOS:

Manipular correctamente el termómetro. Conocer y clasificar fuentes de calor.

MATERIAL NECESARIO:

Soporte universal Varilla auxiliar Fijador Vaso de bohemia Termómetro Chapa de protección Cables de conexión con pinzas

EXPERIMENTO "A":

Extensión eléctrica Resistencia de 12 ohms Interruptor Cordel Trípode Tela con amianto

Ret i re el termómetro del estuche , con cuidado.

Ident ifique en su t ermómetro las partes señaladas en el termómetro de la fi gura 29.

Fi g. 29

Mantenga el termómetro siempre separado del fondo y de l os costa­dos de los recipientes .

86

Cl™:IAS BASICAS · Experimentacibn lll'. :HEx. 2.12 2/4 ~ FUENTES USUALES DE CALOR Y ~ MANIPULACIÓN ll:L TER~PURO

Haga el montaje indicado en la figura30 , col gando el tenn6metro por el ojal.

- -t:-· ,_ -·-- ---. -

I 1

.. \.. Fig . 30

Tome la temperatura del agua y anote el resultado: Temperatura antes de calentar: ... ºC.

Encienda el mechero Bunsen (fig.31). Observe durante algún tiempo .

...-,-º

\. Fi g. 31

Cierre el gas. Tome nuevamente la temperatura del agua y anote: Temperatura después de calentar: ... º C.

87 CEM:IAS BAS~S -El¡ierimtntaci6n REF.: HEx. 2J.2 3/4

@ MANIPULACI~ OCL TEOOliETRO

Compare las dos temperaturas y discuta con sus compai'\eros para re~

ponder a las siguientes preguntas:

a) lCuál de las dos observaciones indica mayor temperatura? Respuesta:

b) lPor qué hubo un a11nento de temperatura?

Respuesta: ~~~~~~~~--------------

c) lCuál fue la fuente de calor en este caso? Res pues ta:

d) Sei'la le con ( ) na tura l

una "X" el tipo de fuente de calor utilizada. ( ) química ( ) ffsica.

EXPERIJ.ENTO "B":

Haga el montaje indicado en la figura 3~

--..... -.... ~ ---,,_ -,_TA A _-

•V 1 -

----e-< Tome la temperatura del agua y anote. Tempera tura antes de calentar: . . . º C.

Cierre el circuito durante algunos segundos.

Abra el circuito.

Fi g. 32

Tome nuevamente la temperatura del agua y anote: Tempera tura después de calentar: . .. º C.

88

CIEM:IAS BASICAS · Experimentación .REF. :HEx.2.1 .2 4/4 ~ FUENTES USUPJ.ES OC ~OR Y ~ MANIPULACIÓN DEL TERJl()METRQ

Limpie el term6metro y guárdelo con cuidado.

Compare las dos temperaturas y discuta con sus companeros para res -ponder a las siguientes preguntas:

a) lCuál de las dos observaciones anotadas indica mayor tenperatu ­ra? Respuesta:

b) lPor qué hubo un allllento de temperatura? Respuesta:

c) lCuSl fue la fuente de calor en este caso?

Respuesta:--- -------------------

d) Senale con ( ) natural

una "X" el tipo de fuente de calor utilizada: ( ) química ( ) ffsica

e) Escriba otras dos fuentes de calor que usted conozca, diferente de las citadas en estos experimentos:

89

CIENCIAS BASICAS -Experimentación UF. :HEx.2.3.1 1/3

® GRADUACIÓN ~ trlA ESCALA TERl()~TRICA

Vaioos a comprobar cóioo se construyó una de las escalas termométricas y cual es la importancia de la temperatura del hielo fundente y del agua en ebullf­ci6n.

OBJETO De LOS EXPERIMENTCX5:

Conocer el proceso de obtención de una escala termométrica .

MATERIAL NECESARIO:

Soporte Varilla auxiliar ~so de bohemia Fijador

EXPERI/tENTO "A":

Embudo Termómetro Trípode Te la de amianto

Tome la temperatura ambiente y anote: Temperatura ambiente: •.• ºC.

Hielo Cordel Mechero Bunsen Chapa de protección

Haga el montaje conforme a la figura 33 con hielo en fusi6n, usando e 1 mi sioo termómetro .

•

HIELO EN \Fus ION

Fig. 33

Espere más o menos un minuto.

Anote la temperatura indicada por el term6metro: la. toma de temperatura: ... ºC.

Espere un minuto más y anote nuevamente la temperatura: 2a. toma de tempe~atura: .•• ºC.

o CIEM:IAS BASCAS-Experimentación llEP.: tEx .2.3.1 2/3

@ GRADUACIÓN CE 00 ESCALA TERKIMÉTRICA

Compare las dos tE!llperaturas tomadas y escriba lo que usted consta­t6:

Responda: l A qué temperatura se produce la fusi6n del hielo? Respuesta: ..• ºC.

Marque bien esta temperatura! (PUN'l'D DE FUSIÓN DEL HTELO).

EXPERIMENTO "B":

Retire el term6metro y espere algún tiempo. Tome nuevamente la temperatura ambiente y anote: Temperatura ambiente: . •• º C.

Haga el montaje confonne a la figura 34, usando el mismo ternánetro.

Fig. 34

Espere algunos mi nutos hasta que el agua hierva y enseguida anote la temperatura indicada por el tennómetro: la. toma de temperatura : ... º C.

91

CIEM:IAS BASICAS ·Experimentaci6n UP. :HEx.2.lll 3/3 ® GRAOOACIÓN !E ~A ESCALA TERK>MÉTRI CA

Espere un minuto más y anote nuevamente la temperatura: 2a. toma de temperatura: . .• ºC.

Apague la llarre·.

Compare las dos temperaturas tomadas y escriba lo que usted consta­tó:

Responda: lA qué temperatura hierve el agua? Respuesta: •.• ºC.

, .Marque bien esa temperatura! (PUNTO DE EBUUICI ON DEL AGUA) • 1

Observe en el tennómetro cuantas divisiones del mismo tamano exis­ten entre la temperatura del hielo en fusión y la temperatura del agua en ebullición. Anote: Ex i sten divisiones.

Compare los dos experimentos y llene los huecos de la conclusi6n de más abaj o:

Para construir lila escala tennanétrica. fijamos en el tenn6metro dos puntos: el punto de del hielo y el punto de __ _

___ del agua y dividimos la distancia entre esos puntos en un determinado níinero de partes iguales.

92

CIENCIAS BASICAS · Estudio llBP. :HEA 2. 3. 12 1/2

@ ESCALAS TERKll'ÉTRICAS

Recordemos los experimentos ya realizados .

En estos experimentos se usó un tennómetro cuyo punto cero corresponde a la temperatura del hielo en fusi6n y el punto cien corresponde a la temperatura de ebu111c16n del agua (fig.35) .

-.· . . ..

8

Fig . 35

Sucede eso porque la escala del tennánetro fue construida de esa nenera . esto es . para nercar los puntos O y 100 fueron usados las temperaturas del hielo en fus16n y del agua en ebullición.

Después. el intervalo de O a 100 fue dividido en 100 partes iguales (fig. 36).

A

HIELO EH FUSIOH

F ig . 36

• ca da una de esas divisiones recibe e 1 nombre de GRAlXJ CENr IGRAlXJ o GRAIXJ CEL-

SIUS:

El sfllDolo usado es ºC. (por ejemplo: cinco grados centigrados se escribe 5ºC) .

Esta escala termométrica recibió el nombre de Escal.a Csl.siua o Centigrada.

Adeaás existen otras escalas termométricas: Keivin y PahrenJutit.

93

CIENCIAS BASICAS ·Estudio R.EP. : HEA 2. 3J2 2/2

lCB~ ESCALAS TEOO~TRICAS

Vamos a compararlas con la escala centfgrada, que es la más usual (f1g. 3~.

EIULLICION pEb AGUA

,.J..122 PAllT[S 1 E~

FUSIOM OEL HIELO

Fi g. 3 7

Observamos que: El mismo intervalo de temperaturas (fusión del hielo-ebullici6n del agua) en la:

Escala Cent!gruda está dividida en 100 partes iguales. Escala Kelvin está dividida en 100 partes iguales. Escala FaJuoenheit está dividida en 180 partes iguales.

95

PRUEBA No.2

l . Cuáles escalas termométricas conoce?

a .

b.

c .

2. Temperatura es sinónimo de calor

Cierto ( ) Falso ( )

Explique su respuesta :

3. Al tocar con las manos un cuerpo de madera y otro de alu­minio, ambos a 20ºC, el de madera se nos presenta:

( ) Más frío

( ) Menos frf o

( ) La sensaci6n de frío es igual para los dos

4. Con relaci6n a la pregunta anterior, si los cuerpos estu­viesen a 70°, el de madera se presentaría:

( ) Más caliente

( ) Menos caliente

( ) La sensaci6n de calor es igual para los dos

97

CIENCIAS BASICAS ·Estudio REP.: HEA 2.3.~ 1.R

l(~tl EFECTOS DEL CALOR

Generalmente en la naturaleza, la materia se presenta en estado sólido, en estado lfquido o en estado gaseoso .

Cuando el calor se propaga de un cuerpo más cal iente a un cuerpo más frío, suceden inicia l mente dos efectos observables: la temperatura del cuerpo que recibe calor aumenta y su volumen varía (dilataci6n) .

Todos los cuerpos sólidos , líquidos y gaseosos modifican su volll!len cuando reciben o pierden calor.

Cuando decimos que cierta sustancia es sólida, líquida o gaseosa, no quiere decir que esas sustancias estén siempre en ese estado. Si proveemos o reti­ramos calor de una sustancia durante cierto tiempo, podrá surgir otro efecto del calor , esto es, ella podrá modifica r su estado físico .

Cada cambio de estado recibe un nombre especial (fig.38):

J - FUSIÓN - es el pasaje de un cuerpo del estado sólido al esta­do 1 íquido bajo el efecto del ca lor.

2 - SOLIDIFICACIÓN - es el pasaje de un cuerpo del estado líquido al estado sólido por la pérdida del calor.

3 - VAPORIZACIÓN - es el pasaje de un cuerpo del estado líquido al estado gaseoso bajo el efecto del calor.

4 - CONDENSACIÓN O LIQUEFACCIÓN - es el pasaje de un cuerpo del es tado gaseoso al estado líquido por la pérdida de ca lor.

5 - SUBLIMACIÓN - es el pasaje de un cuerpo del estado sólido al estado gaseoso o viceversa.

SOLIDO LIQUIDO cA~.:oso

Fig.38

98 CIENCIAS BASICAS -Estudio REP. :HEA 2.3.l 2/2

@ EFECTOS CEL CALOR

Ejemp 1 i fica ndo:

Generalmente el agua se encuentra en estado L!QUIDO (fig .39).

-t~=-=--_ ... ·t-- ESTADO LIQUIDO - -

1 Fig. 39

Para que el agua pase del estado LÍQUIDO al estado GASEOSO (vapor), es nece­sario agregarle calor (fig. 4Q .

. - ~- .¡ • ¡ , ·..1 ·: .. . :'..<.~, ~ 1 . ~ ESTADO GASEOSO

... ''- . ... ~ -~~

·­-.... ESTADO LIQUIDO ......,.-·

1 • • ' Fi g. 40

Para que el agua pase del estado LÍQUIDO al estado SÓLIDO, es necesario qui­tarle calor (fig.41).

ESTAOO LIOUI DO

. '_./ ESTAOO SOLIDO _,. I ' , ......... __ .·¿ ~

~<. :e;,_,. .. ' Fig. 41

Vea si puede completar estas frases:

a) Para que un cuerPo pase del estado SÓLIDO al estado LÍQUIDO es necesario-------- calor .

(agregar o quitar)

b) El pasaje del estado GASEOSO al estado L!QUIDO se produce cuando se calor.

(agrega o quita)

99

CIENCIAS BASICAS ·Experimentación R.EP. :HEx. 2 .3. 2 1/2 @ DILATACIÓ~ DE LOS SÓLIDOS

Se llama DILATACIÓN TtRMICA de un cuerpo al allllento de sus dimensiones pro­vocado por el calor. En los cuerpos sólidos se producen tres tipos de di la­tación: lineal, superficial y volumétrica. En nuestros experimentos sol ame~

te vamos a comprobar la dilatación Lineal, .

OB.reTO /::EL EXPERIMENTO:

Verificar uno de los efectos producidos por el calor en los sólidos.

MATERIAL NECESARIO: 2 soportes universales 2 varillas auxiliares 2 fijadores Interruptor

EXPERIMENTO:

Alambre cromonfquel fino Extensión eléctrica Cables de conexión

Haga el montaje conforme a la figura de abajo , esti rando el alam­bre sin forzarlo.

ALAllBRE EST 1 AADO A ,.

\

•

Cierre el circuito y observe lo que le sucede al alambre.

Ahora abra el circuito y observe nuevamente lo que le sucedió al

alambre.

100

CIENCIAS BASICAS Experimentación R.EF. :HEx. 2.3.l 2/2

~~ DILATACIÓN 11: LOS SÓLIDOS

Repita el experimento para observar mejor.

Discuta con sus compañeros pa ra contestar a las siguientes pregun­tas:

a) lQué sucedió con la longitud del alambre cuando se cerró el cir -cuito?

Respuesta: -----------------------

b) lHubo aunento de temperatura?

Res pues ta: -----------------------

c) lQué sucedió con la longitud del ala~bre cuando se suprimió la fuente de calor?

Respuesta: -----------------------

d) lHubo disminución de temperatura? Respuesta:

e) lCuál fue la fuente de calor empleada en este experimento?

Respuesta: ----------------------

f) lCuál fue el efecto del calor, además del aunento de temperatura, observado en el experimento? Res pues ta:

-----------------------~

101

CIENCIAS BASICAS Exper1men1ac1on REF. : HEx. 2. 3.3 1/2

re :~ tt:OIC IÓN DE LA DILATACIÓN

A veces es conveniente saber cuánto se dilatan ciertos mater ial es en detenni -nadas s ituaciones .

En su op inión , ¿puede ser medida la dilatación de un cuerpo? Respuesta : __________________________ ~~~~~~~~~~~~~~~--

CEJfID DE .: ~ .\?= ·:.1::;.V7'J:

Constatar ~ue es pos i ble medi r la dilatación provocada por el calor.

"" - . :-- • • '"='r="-ARIO · ·-""--·-"'Ow · •-vw:J •

Mechero Bunsen Tubo de ensayo Tapón de goma aguj ereado Tubo de vidrio (t 8 nm)

Tubo de gcxna ( ~ 8 rrm)

Pinza meta-1 ica Tubo de cobre

EXPERIMENTO:

2 soportes universales 2 f ijadores Puntero Pesa cilíndrica de 200 g Trozos de vidrio pequeños Apoyo de madera con va ri 11 a Chapa de protección

Haga el 11JJntaje de acuerdo a las figuras de abajo , colocando l os t rozos de vi drio en el tubo de ensayo.

INOICE

TUBO OE GOllA

TU80 DE VIDRIO ,-- - , O METAL TUllO OE GOllA

FI J AOOR

PESA

FIJADOR

DETALLE A

102

CIENCIAS BASICAS • Exper1mentac1ón R.EP.: HEx.2.3.: 2/2 @ MEDICIÓN DE LA DILATACIÓN

Verifique si el tapón y el tubo de ensayo están bien asegura dos.

Encienda el mechero Bunsen.

Observe lo que sucede durante el experimento.

Discuta con los compañeros la secuencia de los fen6menos observa­dos.

Anote , en orden, cada uno de los fen6menos:

1

2

3

4

5

Discuta con los compañeros antes de responder a las siguientes pre -guntas:

a) lCuál fue la fuente de calor utilizada? Respuesta:

b) lC6mo se trasmitió el calor de la fuente hasta el inter ior del tubo de cobre? Respuesta:

c) lQué sucedió con el tubo de cobre? Respuesta:

d) lSe puede medir la dilatación de un cuerpo? Respuesta:

103 CIENCIAS BASICAS ·Estudio REF. : HEA 2.3A 1/3

,

lC~~ COEFICIENTES ~ DILATACION

No todos l os materiales se dilatan lo misfl'O: unos se dilatan mis , otros me-•

nos, para las mismas variaciones de temperatura.

A través de experimentos podemos determinar el a1JTiento de la unidad de lon­gitud , de superficie o de volunen de cada ma terial por cada grado cent1grado de temperatura que se le alJllente (COEFICIENTES DE DILATACION LINEAL, SUPERPI -CIAL I VOLlfMtTRICO).

Veamos al gunos ejemplos de COEFICIENTE DE DILATACION LINEAL:

MATERIAL

Aluminio Cobre Hierro Invar (Aleación hierro­

níquel) Latón Acero Platino Tungsteno (Wolfranio) Vidrio Pi rex (vidrio)

COEFICIENTE DE DILATACIÓN LINEAL /ºC

0,000022 6 2,2 X lÓS 0,000017 6 1,7 X 165 0, 000012 ó 1,2 x lOs

0, 0000007 Ó 7 X 107

0, 000019 6 1,9 X l~S

0, 000013 6 1,3 X l~S

0,000009 6 9 X 106 0, 0000044 Ó 4,4 X 1Q6 0,000007 Ó 7 X 106

0, 0000032 Ó 3, 2 X 106

Es muy fácil hallar la dilatación de una barra calen~da a cualquier tem­peratura .

Basta 1T1Jl ti plica r:

, COEFICIENTE DE DILATACION DEL MATERIAL LONGITUD INICIAL ~ LA BARRA AUMENTO DE TEK>ERATURA

(Cd) (d.) , (t2 - tl)

104

CIENCIAS BASICAS ·Estudio REF.: HE~ 2.3. 2/3

@ COEFICIEtfTES ~ DILATACIÓN

Ejemple:

lCuál será la longitud final '1e un riel de hierro de 10 m de longitud, cuando se calienta de 20ºC a 50ºC?

- l ongitud del carril (di) = 10 m - aumento de temperatura (t 2 - t1) = SOºC - 20ºC • 30°C - coeficiente de di latación del hierro = 0,000012/ºC

dilatación = 0,000012/ºC X 10 m X 30ºC = 0,0036 m

longitud finaZ = 10 m + 0,0036 m = 10,0036 m

En las industrias y en la vida diaria utilizamos el TRABAJO pl"Qducido por el calor. La DILATACIÓN de los cuerpos es un ejemplo de ello (fig.42).

01LATAC1 OH ACERO DES 1 CUAL

LATOH

1 a

COLOCAC ION O( AROS. PEl\HOS. COJI NETES

REllAtHAOO EN CAll ENTE

TERMOSTATOS BIHETALI COS

Fig.42

105

CIENCIAS BASICAS ·Estudio REI-. :HEA 2. 3.4 3/ 3

te"~tl COEFICIENTES DE DILATACIÓN

Hasta para sacar la tapa de un fra sco o aflojar una tuerca, usted se puede ayudar con la dilatación.

Con todo, algunas veces, la dilatación es inconveniente (fig.43) .

. .

• • _.,

PUERTA DE DILATACIOH

• • • •

• • • • • • • • • • • • . • • '·.

• • • • • . •

• • :·

PUENTES Y VIADUCTOS

llEOICIONES EN CE!IERAL

PE!IOULDS OE RELOJES

Fi g .4 3

107

PRUEBA No.3

l. Qué entiende por dilataci6n?

2. Cuando se calienta una chapa centro:

met~lica con un agujero en el

( ) La chapa aumenta y el agujero disminuye

( ) La chapa y el agujero disminuyen

( ) La chapa y el agujero aumentan

( ) Depende de la forma del • aguJero

( ) Nada de lo anterior es correcto

3 . Los relojes comunes de péndulos:

( ) Se adelantan en vera no

( ) Se adelantan . . en lnv1erno

( ) Se atrasan en verano

( ) Se atrasan en invierno

( ) La primera y la segunda están correctas

4. La distancia entre dos carriles de hierro consecutivos en una carretera es :

( ) Probablemente mayor en invierno

( ) Probablemente mayor en vera no

( ) Practicamente constante

5. Por qué en un laboratorio de metrolog1a la temperatura debe ser constante?