fisica de la cotidianidad

5/26/2018 Fisica de La Cotidianidad

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Orlando B. Escalona T. Gregoria Cabral

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La Fsicaen la

Cotidianidad

Integrada a la Qumica, Matemtica, Biologa y Tecnologa

105o
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Mrida! se"tiembre 2##$

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%&o es"ere saber "a' "onerse a hacer!"(ngase a hacer "a' "oder saber)

Don Lus ZambranoTecnlogo Popular

Dr. Honoris CausaUniversidad de Los Andes


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Contenido Introduccin 4

C*+,TO ,

* COC,&*

I.1 El calor, la temperatura y cmo se miden 8I.2 Propiedades del agua 12

I.3 El aceite comestible. !uego en la cocina" 1#I.4 $a olla de presin 18I.5 El %r&o y su control' cmo en%riar m(s el )ielo con sal com*n 20I.+ elados caseros 21I.# El tina-ero re%rigerante 22I.8 El repentino congelamiento de los re%rescos 23I. /ocinar en el p(ramo o a orillas del mar 24I.10 El e%ecto entosa del aso y la ela 25I.11 *"licaci(n de la matem/tica.odelo para predecir el costo de coccin de un ilogramo de papas 2#I.12 Energ&a de los alimentos 30

I.13 El )orno microondas 32I.14 $a dioina cancer&gena 33I.15 $os utensilios de aluminio y te%ln 34I.1+ $os cubiertos' tenedor, cuc)illo y cuc)ara 35I.1# $a tensin super%icial 35I.18 %regar con -abn" 38I.1 !uncionamiento de la neera. En%riamiento magntico 40I.20*"licaci(n de la matem/tica. odelo para predecir el costo de en%riamiento de los re%rescos 42I.21 !lotacin de alimentos en el agua 44I.22 *"licaci(n de la matem/tica. odelo para predecir

la %lotabilidad de un cuerpo 48I.23 El motor elctrico de los electrodomsticos 51

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C*+,TO ,,

* 0*B,T*C,1&

II.1 El aire acondicionado y el entilador 3II.2 /mo abrigan las cobi-as 41II.3 $os electrodomsticos se conectan en paralelo 42II.4 $a potencia elctrica de los aparatos 43II.5 $os bombillos incandescente y %luorescente 44II.+ *"licaci(n de la matem/tica. Energ&a elctrica 6ue consume una casa 4+

II.# 7/u(nto cuesta mantener una )abitacin a 20 / 4#II.8 !orma de a)orrar energ&a elctrica 4#

C*+,TO ,,,

E E&TETE&,M,E&TO3 * *CT,4,5*5 65,C*

III.1 El -uguete en la ense9an:a de la %&sica 4III.2 ;uegos con %luidos 51III.3 ;uguetes tradicionales 54III.4 $a electricidad +2III.5 $as burbu-as gigantes de -abn +5III.+ P(-aro sediento +5III.# El radimetro de /rooes +#III.8. El entretenimiento musical +#III. *"licaci(n de la matem/tica. odelo para predecir la nota musical

de un tubo 3III.10 $a gallina de madera #

e7erencias

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,ntroducci(n

Este proyecto educatio es de tipo interdisciplinario. Est( dirigido a docentes de aula delPrimaria y edia?, as& como a estudiantes y pro%esores de laslicenciaturas de Educacin relacionados con el (rea. /on su e-ecucin, se espera lograr uncambio de actitud en educadores y educandos %rente a la ocurrencia de %enmenos naturales>%&sicos, 6u&micos y biolgicos? de la ida diaria 6ue por @la %uer:a de la costumbreA pasandesapercibidos a la obseracin sistemati:ada de la ciencia. Bambin, se pretende 6ue losdocentes tomen conciencia del car(cter inter y transdisciplinario del conocimiento y emprendansu aborda-e desde un es6uema integrador.

En consecuencia, se propone abordar la ense9an:a de la ciencia a partir de la cotidianidad.

$os %enmenos naturales 6ue transcurren diariamente en nuestro (mbito espacioCtemporalcotidiano los conierten en simples )ec)os comunes y de aparente simplicidadD sin embargo, entodo momento y alrededor nuestro, se producen cambios de di%erente naturale:a 6ue inciden deuna u otra manera en el desenolimiento de nuestras idas. Ignorarlos slo contribuye a acentuarel desconocimiento de nuestra realidad ob-etiaD prestarles atencin, motia el an(lisis y lare%lein y nos prepara para desentra9ar los @secretosA del mundo natural. un6ue lo cotidianoest( su-eto al conteto sociocultural, econmico, pol&tico y religioso de los indiiduos, eiste sinembargo, un con-unto de ob-etos, conceptos y procesos naturales 6ue son comunes para todo elmundo, independientemente del lugar donde se encuentren. Por supuesto, la ocurrencia cotidianapara el ni9o arao es muy di%erente a la del ni9o de /urarigua, y m(s a*n, a la del ni9o de unrascacielos t&pico de cual6uier urbe norteamericana. Fo obstante, por e-emplo, el aire y el agua

con toda la serie de procesos %&sicos, 6u&micos y bio6u&micos 6ue conllean su consumo, soncotidianos para todos los seres )umanosD as& como el %uego con los conceptos de energ&a, calor,propagacin, temperaturaD igualmente la graedad con el con-unto de procesos mec(nicos 6ue lainolucranD el d&a y la noc)e con los procesos astronmicos obserables desde cual6uier parte delplaneta.

Por otra parte, es indiscutible 6ue entre los ambientes m(s cotidianos, se cuenta la cocinacon todos sus enseres y procesos %&sicos, 6u&micos, %isico6u&micos, entre otrosD igualmente, el(mbito de la )abitacin con la para%ernalia de art&culos de tocador, estidor y la cama. dem(s,)ay 6ue agregar las actiidades l*dicas cotidianas propias de los -uegos y -uguetesD as& como elambiente inmediato eterno al )ogar y la escuela, el planeta Bierra y el Gnierso.

pesar de 6ue, en nuestro diario 6ue)acer, pasan desapercibidos la mayor&a de losprocesos naturales relacionados con la cienciaD en cambio, a6uellos propios de la tecnolog&a, 6uecontribuyen al bienestar y con%ort ciudadano, se )acen m(s eidentes por estar presentes enmuc)os de los dispositios tecnolgicos indispensables en el )ogar, la escuela, la o%icina, elautomil e incluso la calle. Este conocimiento ordinario, ad6uirido con nuestra eperienciacotidiana de la obseracin de %enmenos naturales y el uso de dispositios tecnolgicos, %orma

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parte de lo 6ue denominamos conocimiento preio, 6ue todo el mundo posee en base al e-ercicioespont(neo de la ra:n, de %orma no re%leia, es decir, precient&%ica.


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con las inenciones tecnolgicas de los nueos tiempos y enmarcada dentro de una pedagog&asocial 6ue interponga el inters del colectio %rente al indiidual. /onsideramos 6ue seg*n lasdirectrices del odelo Educatio =oliariano la ciencia se debe ense9ar ba-o un en%o6ue abierto,%leible, contetuali:ado, y con una perspectia inter transdisci"linaria, compatible con los

re6uerimientos de una escuela productia e interconectada con el traba-o comunitario.

Por ser la !&sica una ciencia natural 6ue describe un con-unto de %enmenos 6ue se dan enla naturale:a, re6uiere para su ense9an:a de la presentacin en @ioA de eperimentosdid(cticos, representatios de tales )ec)os naturales.


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C*+,TO ,

* COC,&*


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,.9. El calor! la tem"eratura c(mo se miden

$as ideas acerca de la naturale:a del calor )an ariado apreciablemente en los *ltimos siglos. $a

teor&a del calrico, discutida por e: primera por el mdico escocs ;ames =lac, ocup un lugardestacado en la !&sica durante el medioeoD en esa poca, se interpretaba el calor como un %luidotenue situado en los poros o intersticios de la materia 6ue pasaba de los cuerpos calientes, dondese )allaba en mayor cantidad, a los cuerpos %r&os.


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caso de gases y l&6uidosD y a las ibraciones atmicas y despla:amientos de electrones libres >noligados a los (tomos?, cuando se trata de materiales slidos >%igura I.1?.

Por otra parte, la temperatura nos permite tener idea de 6u tan caliente, tibio o %r&o est(un cuerpo, respecto a un alor de re%erencia. Est( asociada con los moimientos aleatorios>desordenados? de traslacin de los (tomos y molculas en los gases, y con los moimientos deibracin en los slidos. Por e-emplo, en el caso de un gas ideal, la temperatura dependeproporcionalmente de la energa cintica promediodebido al moimiento de traslacin de lasmolculasD de modo 6ue a mayor agitacin molecular, mayor es la temperatura de la sustancia>%igura I.2?.

Para medir la temperatura se necesita establecer una escala, en %uncin del cambiotermodin(mico 6ue se produ:ca en cierta propiedad particular de la sustancia elegida. Para tal %in,se puede escoger la propiedad 6ue tienen las sustancias de dilatarse cuando su temperaturacambia. Por e-emplo, cmo una columna de mercurio o alco)ol ar&a su longitud cuando sesumerge en un cuerpo %r&o o caliente, es decir cuando se somete a cambios de temperatura, sepuede elegir esta propiedad >cambio de longitud? para construir un termmetro. Posteriormente,

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ig. ,.2 *gua 7r;a caliente.

ig. ,.9 El calor 7lue de lo caliente a lo 7r;o! es"ont/neamente.


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se escogen dos alores para establecer una escala, tal como 0 para el agua cuando se congela ysolidi%ica, y 100 cuando )iere y entra en ebullicin, a niel del mar. l diidir esta escala encien partes, la centsima >1N00? parte es la unidad de medida y se conoce como el grado/ent&grado. Eisten otras escalas de medida, pero en 1+0 se adopt como escala internacional la

Oelin, 6ue escogi como re%erencia el punto triple del agua, donde sta permanece en e6uilibrioen sus %ormas slida, l&6uida y gaseosa, y al cual se le asign el alor de 2#3,1+ O >para ciertapresin?, 6ue e6uiale a 0 en la escala /elsius. s&, la unidad de medida en esta escala es elOelin y se de%ine como la 1N2#3,1+ parte del interalo desde el cero absoluto )asta el puntotriple. Bambin eisten otras escalas de medida de la temperatura como la %a)ren)eit y ranine.

En las tablas 1 y 2 se recopilanalgunos alores t&picos detemperatura y energ&a dedi%erentes sistemas trmicos.

Es un )ec)o eperimental6ue para cierta masa m de unmaterial, la cantidad de calor 6ue se le suministra o 6uita, ser(mayor mientras m(s grande sea elcambio de temperatura T . para el mismo material, mientrasmayor sea su masa, m(s calor sere6uiere para lograr el mismocambio de temperatura anterior.

Es por esto 6ue se puede escribir6ue'

Tcm ,

donde Ti! con T7 Ti!las temperaturas %inal e inicial y c,el calor es"ec;7ico del material.$a cantidad de calor se mideen caloria o -oule >1 cal Q 4,18+;?.

En consecuencia, cmo ungramo de agua necesita unacalor&a para aumentar sutemperatura en un grado /elsius,su calor espec&%ico es 1,0 calNg o/.e esta manera se de%ine la

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calor&a cuando el cambio de temperatura del gramo de agua se )ace desde 14,5 o/ )asta 15,5 o/.Pero en cambio, cmo un gramo de aluminio necesita 0,22 cal para lograr el mismo aumento, sucalor espec&%ico es 0,22 calNg o/D consecuentemente, el agua necesita absorber cinco eces m(scalor 6ue el aluminio para aumentar su temperatura.

Por otra parte, aun6ue la materia se aglomera de cinco %ormas di%erentes, tres >slida,l&6uida y gaseosa? de stas son de inters en la presente discusin. En cada uno de estos estados,es di%erente la cantidad de energ&a 6ue contiene por unidad de masa.s&, un ilogramo de )ielocontiene menos energ&a 6ue el mismo ilogramo de agua l&6uida y sta *ltima, menos 6ue unilogramo de su apor. Por consiguiente, para 6ue el )ielo se %unda )ay 6ue suministrarle energ&aen %orma de calor para romper los enlaces establecidos entre los (tomos. ?? por unidad de masa >m? 6ue se necesita en un cambio de estado,se denomina calor latente. Es decir, HNm es $, el calor latente.


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MeAcla de aguas. Para esto se me:clan dos ol*menes iguales de agua con temperaturasdi%erentes' uno a temperatura ambiente y otro a cual6uier otra temperatura.


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molcula con las cargas elctricas positia y negatia distribuida asimtricamente alrededor de suestructura. En consecuencia, la molcula de agua constituye un dipolo con un eleado momentodipolar elctrico.

Esta propiedad )ace 6ue se estable:can interacciones dipoloCdipolo entre las propiasmolculas de agua a tras de enlaces opuentes de !idrgeno, por6ue la carga parcial negatiadel o&geno de una molcula e-erce atraccin electrost(tica sobre las cargas parciales positias delos (tomos de )idrgeno de las molculas adyacentes >%igura I.5?.

Por otra parte, en la naturale:a eisten tres istopos de )idrgeno, cada uno de los cualesse puede combinar con el o&geno y %ormar tres clases de agua' de protio 2R, deuterio 2R ytritio B2R. Pero, si adem(s los (tomos y los istopos del )idrogeno se combinan, se puede obtenerotros tipos de agua como el R, BR y BD como el o&geno tambin tiene tres istopos>o&genoC1+, o&genoC1# y o&genoC18?, aumentan los tipos de agua )asta doce. e todas stas, lam(s abundante es el agua de protio.

El agua es una de las sustancias 6ue se consigue normalmente en la naturale:a en tresestados' slido, l&6uido y gaseosoD y puede cambiar de un estado a otro >slido a l&6uido, pore-emplo? manteniendo la temperatura constante. /uando se en%r&a cerca del cero cent&grado, sudensidad se inierte y se )ace m(s liiana, y cuando solidi%ica >)ielo? su densidad disminuye. Espor sta propiedad 6ue el )ielo %lota en al agua l&6uida. En la %igura I.+, se muestra los enlaces de)idrgeno entre las molculas de agua en %ase condensada >l&6uida? y en la %igura I.#, laestructura cristalina )eagonal del )ielo com*n.

En la %igura I.8 se puede obserar una gr(%ica t&pica de la presin P >OpNcm2? en %uncinde la temperatura t, para los procesos termodin(micos de cambios de estado del agua, y engeneral (lida para cual6uier sustancia. Este se conoce como el diagrama de 7asede los tresestados en 6ue se encuentra el agua en la naturale:a. Para e%ecto de comparacin 1 OpNcm2 Q

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ig. ,. *gua en estado l;Fuido.ig. ,. *gua en estado s(lido.


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ig. ,.8 5iagrama de 7ase +HtI del agua.

,08#104Pa >1 Pa Q 1 FNm2?. $as l&neas curas representan las inter%ases de separaciones entredos %ases particulares, y la interseccin de las tres, el estado donde coeisten las tres %ases ene6uilibrio termodin(mico. s& por e-emplo, el punto aubicado en la l&nea punteada de la ramali6uidoCapor corresponde al estado en 6ue eisten en e6uilibrio la %ase l&6uida con la gaseosa a

la presin de 1 tm >#+0 mm g? y la temperatura de 100 /, como es caso del agua en ebullicina niel del mar >0 m?D el punto b corresponde al estado de e6uilibrio slidoCl&6uido dondecoeiste el agua slida con la %ase l&6uida, a la temperatura de aproimadamente 0 o/ y a lapresin atmos%rica >1 tm?. En estos dos puntos, as& como en cual6uier otro de las curas, latemperatura se mantiene constante. /ual6uier estado de e6uilibrio con la presin de 1 tm,ubicado entre los puntos ay b, se encuentra en la %ase l&6uidaD si la temperatura es mayor 6ue ladel punto a, se encuentra en la %ase gaseosaD si es menor 6ue la del punto b, se encuentra en la%ase slida. Por deba-o de 4,+ mm g el )ielo pasa directamente a la %ase gaseosa sin pasar por lal&6uida, es decir se sublimaD o el apor se solidi%ica directamente sin pasar por el estado l&6uido, yla temperatura permanece constante.

Eisten otros procesos %isico6u&micos 6ue se dan en el agua y 6ue coniene conocer para)acer m(s e%iciente la preparacin de cual6uier men*. El agua tiene conductividad trmicamoderada >0.58 SmC1OC1? y eleado calor espec"ico>1,0 cal gC1o/C1?. En consecuencia, durantela coccin de sopas, consoms y caldos, se producen procesos de absorcin y trans%erencia decalor >energ&a trmica? entre el agua y los alimentos, 6ue se en %aorecidos por poseer stas

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caracter&sticas. dem(s, como la %uente de calor se encuentra en la base de los recipientes decocina, aparecen corrientes erticales de conveccin6ue la agitan constantemente, asegurandoas& la uni%ormidad de la temperatura durante la coccin. Por otra parte, como el agua tiene altatemperatura de ebullicin >cerca de 100 /, snm?, la preparacin de los alimentos es m(s r(pida y

e%ectiaD ya 6ue, me-or es la coccin mientras mayor sea la temperatura. simismo, cocinar conagua y su apor, a eleada temperatura, representa una enta-a %inanciera, en comparacin con elaceite.

Por su parte, la alta tensin super"icial6ue posee, permite 6ue se %orme una membrana ensu super%icie libre, la cual sire, por e-emplo, de sustentacin para los insectos 6ue sobre ella seposan. El agua tambin presenta el %enmeno de capilaridadmediante el cual sube a tras detubos muy delgados )asta 6ue el @empu-eA dado por la tensin super%icial se balancee con el pesode la columna. Este e%ecto es muy importante en biolog&a, ya 6ue el agua sube por capilaridaddesde las ra&ces de los (rboles )asta las )o-as m(s altas de sus %olla-esD tambin por capilaridad sellea a cabo la irrigacin de parte del organismo de los animales de sangre calienteD igualmente,

en el cuerpo )umano se llean a cabo multitud de %enmenos por capilaridad.El agua tambin es un disolente e%ica: de la

mayor&a de las especias y sales para sa:onarD lo 6ueeplica en trminos gastronmicos 6ue el cocimientocon agua sea un mtodo muy empleado en cual6uiercocina. Es considerada elsolvente universalpor sucapacidad de debilitar las %uer:as moleculares de los(tomos 6ue se encuentran en la super%icie del soluto,permitiendo 6ue sus molculas se separen y seme:clen con ella.

/omo es conocido, el ingrediente principal encual6uier plato 6ue se prepare en la cocina es la salcom*n de mesa o cloruro de sodio >Fa/l?. Estasustancia se presenta en %orma cristalina con simetr&ac*bica, donde los iones cloruros se agrupan en

cubos, mientras 6ue los iones sodio, llenan los espacios octadricos entre los cloruros >%igura I.?.Por consiguiente, en la preparacin de cual6uier sopa, estamos preparando una disolucin, dondeel agua )ace las eces de solente y la sal de soluto. Pero, 76u sucede con sus componentescuando se disuele en el agua $a sal de cocina se encuentra en %orma de cristales. /uando seagrega sal al agua, sus componentes se separan en iones FaT y /lU y las molculas de agua

comien:an a rodearlos, como se muestra en las %iguras I.10 y =. /omo el in sodio es positio,atrae a la molcula de agua por la regin del o&geno, el cual es electronegatioD y como el incloro es negatio atrae a la molcula de agua por el lado de los (tomos de )idrgeno, los cualesson parcialmente positios. Esto permite 6ue las molculas de agua se alineen de maneradi%erente dependiendo de los iones 6ue tenga la solucin. $a parte negatia del o&geno de lasmolculasde agua rodearan los iones de sodio positiosD las partesde los )idrgenos positiosrodear(n los iones de cloro negatios.

1#

ig. ,.$ 5iagrama de la simetr;a cJbicade la red cristalina de la sal comJn.
http://www.geocities.com/discosmx/articulos/propiedades/propiedades_agua.htm?200522#Mol%C3%A9cula%23Mol%C3%A9culahttp://www.geocities.com/discosmx/articulos/propiedades/propiedades_agua.htm?200522#Parte%23Partehttp://www.geocities.com/discosmx/articulos/propiedades/propiedades_agua.htm?200522#Mol%C3%A9cula%23Mol%C3%A9culahttp://www.geocities.com/discosmx/articulos/propiedades/propiedades_agua.htm?200522#Parte%23Parte


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lgunas molculas biolgicas >por e-emplo, los l&pidos? %orman dispersiones coloidales

cuando se me:clan con agua. Por tal ra:n es el principal componente del cuerpo de los )umanosy de los animales. Participa como agente 6u&mico reactio, en las reacciones de )idratacin,)idrlisis y oidacinCreduccin. Permite 6ue muc)as part&culas se di%undan en su interiorconstituyendo su medio de transporte para sustancias nutritias. /mo los puentes de )idrgenoabsorben muc)a energ&a, su calor espec&%ico >1 calNgV/? es alto, lo 6ue contribuye a reducir loscambios bruscos de temperatura, permitiendo el desarrollo y mantenimiento de la ida endiersos ambientes trmicos.

En di%erentes regiones del planeta, el agua natural posee alcalinidad#6ue le con%iere ciertadure$adebido a los bicarbonatos y carbonatos de calcio y magnesio en ella disueltos. Eiste unaclasi%icacin en aguas duras y blandas, dependiendo de la concentracin >en mg? de carbonato

c(lcico >/a/R3? por litro. $as aguas duras no causan problemas al organismo )umano y son tansatis%actorias como las aguas blandasD sin embargo, el consumo prolongado de aguas muy durasproducen coloraciones indeseables en el esmalte de los dientes. Este tipo de agua impide 6ue el-abn %uncione debidamente a la )ora de laar.

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ig. ,.9# *I ,nteracci(n de los iones &aK con la molcula de agua en una soluci(n.BI ,nteracci(n de los iones Cl- con la molcula de agua en la misma soluci(n.

*B
http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Agente_qu%C3%ADmico&action=edithttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Hidrataci%C3%B3n&action=edithttp://es.wikipedia.org/wiki/Hidr%C3%B3lisishttp://es.wikipedia.org/wiki/Oxidaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Reducci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Carbonato_marika&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Carbonato_marika&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Agente_qu%C3%ADmico&action=edithttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Hidrataci%C3%B3n&action=edithttp://es.wikipedia.org/wiki/Hidr%C3%B3lisishttp://es.wikipedia.org/wiki/Oxidaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Reducci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Carbonato_marika&action=edit&redlink=1


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,.. El aceite comestible. Luego en la cocinaL

El aceite comestible es de uso generali:ado en la cocina. $a palabra aceite >del (rabea:C:ait, 6uesigni%ica -ugo de aceituna? es un trmino genrico para designar di%erentes l&6uidos grasos de

origen egetal, insolubles en el agua y con densidades in%eriores a sta. En consecuencia, al igual6ue la grasa derretida, el aceite %lota en el agua, comprobable esto al preparar los suculentos)eridos de nuestra gastronom&a criolla. Por otra parte, desde el punto de ista nutricional, cadacien gramos de aceite egetal contiene alrededor de 00 Ocal, lo 6ue representa un importanteaporte energtico a los diersos alimentos 6ue con l se cocinan. $a mayor&a de los aceitescomestibles >de girasol, soya, ma&:, olia, entre otros? tiene el punto de ignicin alrededor de los200 0/, a partir del cu(l sus apores arden espont(neamente.

$a preparacin de los me-ores platos gastronmicos re6uiere del aceite en las %rituras. %ritura? con aceite egetal, ste se podr&asobrecalentar )asta sobrepasar el punto de ignicin y al desprender apores cerca del %uego,podr&a entrar en combustin.

/uando se prende el aceite contenido en el utensilio >sartn, olla? para %re&r, el cocinerom(s eperimentado tiende a utili:ar agua para apagar el %uego >%igura I.11 ?. Este cl(sico error,

1

ig. ,.99 * El 7uego se aviva al tratarde a"agarlo con agua.

ig. ,. 99 B El 7uego se consume al ta"arla olla con un tra"o h edo.
http://es.wikipedia.org/wiki/Idioma_%C3%A1rabehttp://es.wikipedia.org/wiki/Aceitunahttp://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADquidohttp://es.wikipedia.org/wiki/Grasahttp://es.wikipedia.org/wiki/Idioma_%C3%A1rabehttp://es.wikipedia.org/wiki/Aceitunahttp://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADquidohttp://es.wikipedia.org/wiki/Grasa


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ocurre por impericia y desconocimiento de algunos procesos %isico6u&micos 6ue se dan en lacocina. Para apagar el %uego, basta con impedir 6ue llegue m(s oigeno a la :ona prendida. En talsentido, se debe utili:ar uno de los trapos de cocina, empapado en agua, y se cubre el utensilio)asta taparlo completamente >%igura I.11 =?. e esta manera, al consumirse el o&geno el %uego

se apaga. En caso contrario, si se ierte agua directamente sobre el aceite encendido, el cual seencuentra a una temperatura de alrededor de 200 0/, parte del agua repentinamente se eapora >sutemperatura de ebullicin es cerca de 100 0/? y salpica, y cmo est( caliente, asciende porconeccin arrastrando consigo pe6ue9as gotas de aceite 6ue tambin entran en combustin. Elresultado es 6ue se aia y esparce el %uego, con el inminente peligro de proocar un incendio enla cocina.

Bambin puede ocurrir 6ue el aceite se prenda cuando se coloca una porcin )umedecidade carne o pescado. Para eitar esto, se recomienda secar bien la carne antes de colocarla en elsartn. Rtra manera, es rebo:arla con )arina antes de %re&rla.

Rtro de los peligros inminentes de la cocina es el de 6uemaduras en los bra:os porsalpicaduras de aceite. Esto ocurre por lo mencionado anteriormente, casi siempre el aceite secalienta )asta los 200 0/, de modo 6ue las gotas 6ue saltan del sartn y caen en la piel delcocinero, a*n no se )an en%riado lo su%iciente y al entrar en contacto con la misma, le ceden ciertacantidad de calor, su%iciente para proocar la lesin.


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atms%era, en un lugar ubicado a 0 m snm. Por consiguiente s&, despus de estar )iriendo,aumentamos la llama de la cocina, se eaporar( m(s r(pido pero no aumenta su temperaturaD laenerg&a 6ue le suministra la )ornilla aumenta la energ&a cintica media de las molculas y las m(seloces encen la barrera de potencial de la super%icie para escapar del l&6uido. Gnas 6ue otras,

de las 6ue se encuentran en estado gaseoso, pasar(n al estado l&6uido.

$ey de rr)enius?, lo 6ue consigue acelerar la coccin y disminuir altamente el tiempo depreparacin.

En la %igura I.13 se puede obserar unagr(%ica t&pica de la presin P en %uncin de la

temperatura B, para los procesos termodin(micosde cambios de estado del agua y otros materiales.l tapar la olla, en su interior 6ueda agua l&6uidacon aire a la presin atmos%rica.

entro de la olla, inicialmente, el agua seencuentra en el estado l&6uido y pasa luego)asta el estado l&6uido =, donde la temperatura yla presin son m(s eleadas. urante la coccin>estado =? el agua permanece l&6uida sin )erir.l %inali:ar la coccin, se acostumbra colocar la

olla en el c)orro de agua %r&a para ba-ar supresin. /on este procedimiento, el apor deagua del interior de la olla, disminuye sutemperatura y condensaD en consecuencia, lapresin del apor disminuye y el agua comien:ar(pidamente a )erir.


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esto, el %abricante sugiere no abrir la olla de presin inmediatamente despus de su retiro de la)ornilla, por6ue al destaparla disminuye bruscamente la presin del apor de agua en su interior yabruptamente empie:a a )erir, lo 6ue podr&a resultar en 6uemaduras graes para 6uien la estoperando.

,.. E 7r;o su control: c(mo en7riar m/s al hielo con sal comJn

esde 6ue se )icieron los primeros aances signi%icatios en la termodin(mica para desci%rar elcomportamiento de los sistemas relacionados con el calor y la temperatura, se busc su aplicacin

pr(ctica. Gna de stas %ue ba-ar latemperatura de los ambientes para laconseracin de los alimentos, ya 6ueal principio se conseraban mediante lades)idratacin, el salado y

condimentacin y la tcnica del )umo./on el conocimiento preciso de losciclos termodin(micos en las m(6uinastrmicas, se desarrollaron dispositiospara disminuir la temperatura en unrecinto cerrado y aparece elre%rigerador en escena. Pero un mtodoconocido desde el siglo LMII paraba-ar m(s la temperatura, es el 6ue usauna sal combinada con )ielo de agua.Para esto, preparamos una solucin

saturada de sal com*n >cloruro desodio? y luego le ec)amos su%iciente)ielo picado. e esta manera se lograreducir la temperatura de congelacindel )ielo por6ue disminuye la presinde apor de la solucin. e nueo, en eldiagrama de %ase de la %igura I.14, semuestra el comportamiento del aguapura en sus tres estados' slido, l&6uidoy gaseoso. En la gr(%ica >curapunteada? se puede obserar 6ue al

ba-ar la presin de apor, disminuye latemperatura de congelamiento de lasolucin aguaCsalD as& por e-emplo, si elagua pura se encuentra inicialmente enel estado particular , al agregar la salpasa al estado =.

22

ig. ,.9 5iagrama de 7ase del agua.

ig. ,.9 Tem"eratura T en 7unci(n de la"ro"orci(n de sal "ara la meAcla de agua-sal.


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Bales cambios en las propiedades termodin(micas se traducen en el corrimiento delpunto triple >Pt? )acia la :ona de menor temperatura y presin >PXt?. s& 6ue las dos ramas de las%ases slidoCli6uido y l&6uidoCgas, se corren tambin )acia aba-o, como se muestra en la mismagr(%ica. ebido a esto, la temperatura de ebullicin aumenta >BdY Bb? y la temperatura de %usin

disminuye >BcZ Ba?.

Por otra parte, en la %igura I.15 se muestra la gr(%ica de la temperatura B en %uncin de laproporcin de sal respecto a la masa de agua >slida y l&6uida?, conocida tambin como diagramade %ase de la eutctica, es decir de la me:cla aguaCsal. sta no aparece en eldiagrama?D despus de cinco minutos se uele a batir.


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despus de 6uince o einte minutos aproimadamente, tiempo 6ue depende del olumen de laporcin a preparar.

En la %igura I.1# se muestra un modelo de )eladera comercial de -uguete con la %inalidad

de ense9ar el proceso de %abricacin de )elados a ni9os. $a misma consiste de un tambor > enla %igura? 6ue se )ace gira con una maniela alrededor de un e-e )ori:ontal. Pero en este modelo,el )ielo con sal y agua, se coloca dentro del tambor y la me:cla de )elado en la parte eterior >=en la %igura?. l congelarse la me:cla de )elado, se recoge con una esp(tula >/? adosada altambor.

Bambin se puede preparar )elado con dos bolsas pl(sticas de cierre m(gico de di%erentestama9os. En la m(s pe6ue9a se ierte la me:cla l&6uida del )elado, se cierra y se introduce en lagrande. $uego, dentro de la bolsa grande y alrededor de la pe6ue9a, se le coloca el )ielo picadoy la sal, y se cierra.


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,.. El tinaero re7rigerante

El tina-ero es una asi-a de arcilla porosa 6ue se utili:aba para almacenar y en%riar agua a latemperatura de alrededor de 3 o/ por deba-o la temperatura ambiente. !ue muy popular antes del

inento del re%rigerador o neera.


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En el en%riamiento de esta bebida uniersal destacan algunos %enmenos 6ue slo seeplican con la termodin(mica de los procesos %isico6u&micos presentes. En arias oportunidades)emos presenciado 6ue, algunas eces, al sacar con cuidado de la neera un re%resco de botella,

muy %r&o, y destaparlo, ste permanece en

estado l&6uidoD pero, basta batirlo un pocopara lograr 6ue se congele repentinamente.Esto se eplica de la siguiente manera./omo se )a mencionado anteriormente, el@agua puraA se congela a 0 o/ a la presinatmos%rica est(ndar >1 tm?D pero, alagregar el soluto >sabor y colorantes? alagua, disminuye la temperatura de %usin>Bc en la %igura I.18?. En consecuencia,esta disolucin no se congelar&a en unaneera 6ue en%r&e por deba-o de 0 o/ y por

encima del nueo punto de congelamiento>o %usin?, el cual podr&a estar alrededor deC18 o/, en algunos modelos.

Por otra parte, cuando en la %(bricale agregan al re%resco el gas >diido decarbono? y lo tapan, la presin en el

interior aumenta )asta 2 tm. y su estado termodin(mico se ubica en el punto >2 tm y 25 o/,apro.? del diagrama de %ase de la %igura I.18. $uego, al colocarlo en el congelador de la neera,se en%r&a lentamente )asta 6ue su temperatura y presin disminuyen, de modo 6ue su estado iene

representado por el punto =, el cual corresponde a un estado metaestable donde el re%resco est(suben%riado, es decir por deba-o del la temperatura de %usin >congelamiento? para esa presin.l destaparlo, con sumo cuidado, podr&a suceder 6ue no se congele, aun6ue )aya disminuido lapresin en su interior.


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ubicado a niel del mar )acia otro ubicado en una monta9a, la temperatura disminuyeD al igual6ue, la presin >%igura I.1? y densidad. $os cambios de presin )acen 6ue la temperatura deebullicin del agua se modi%i6ue' a mayor presin, mayor temperatura de ebullicin del agua.Esto ocurre por lo 6ue se describe a continuacin. $a masa de la Bierra atrae a su atms%era por la

interaccin graitacional con staD pero las molculas de la atms%era se mueen aleatoriamentecon di%erentes elocidades producto de la energ&a cintica 6ue tienen. s& 6ue, las m(senergticas podr(n ale-arse m(s de la super%icie terrestre y las lentas estar(n a ba-a altura. Enconsecuencia, se cuentan m(s molculas por cent&metro c*bico cerca de la super%icie 6ue le-os de

staD es decir, la densidad es mayor aniel del mar. /mo la presinatmos%rica es producto del pesoe-ercido por las capas de la atms%era,a menor altura mayor es la presin, ya6ue se tiene mayor cantidad de materialpor encima de ese punto. Pero, al ser

mayor la presin atmos%rica a nieldel mar, a las molculas del agua enebullicin se les di%iculta m(s atraesarla capa super%icial del l&6uido y enconsecuencia, necesitan m(s energ&apara salir y pasar a la %ase de aporD alsumin&strales m(s energ&a, porsupuesto, aumentar( la temperatura deebullicin. Podemos decir tambin 6ue,el agua entra en ebullicin si su presinde apor supera a la presin

atmos%rica para esa altura.Esto incide en la temperatura de ebullicin del agua. niel del mar la presin

atmos%rica es de #+0 mmg y el agua )iere a 100 o/D mientras 6ue en rida, a 1.+00 m snm,la presin es de +10 mmg y el agua )iere a 2 o/D en el Pico Eerest a #.850 m )iere a #0 o/.Por consiguiente, mientras se est ubicado a mayor altura sobre el niel del mar, menor ser( latemperatura de ebullicin, y se necesitar( m(s tiempo para cocinar los alimentos, lo 6uenaturalmente incide en su costo.


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9.9# El e7ecto ventosa del vaso la vela

En la cocina se dispone de e6uipos, )erramientas y accesorios para la eperimentacin. Es estaoportunidad se estudiar( con este instrumental el e%ecto de la atms%era en los cuerpos en ella

sumergidos.


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6ue contiene, instante ste en 6ue se apaga. l apagarse la ela, el aire dentro del aso se en%r&a>disminuye la temperatura?D lo 6ue incide en la disminucin de la presin y su olumen, y enconsecuencia el agua entraD ya 6ue la presin atmos%rica m(s la presin de la columna inicial deagua en el plato, es mayor 6ue la presin del aire en el aso m(s la presin de la columna de agua

en su interior. En consecuencia, entra agua al aso )asta 6ue se alcan:a el e6uilibrio de presiones./uando se alcan:a el e6uilibrio )idrost(tico, la presin eterior >atmos%rica m(s )idrost(tica poragua en el plato? al aso es igual a la presin interior >la del aire m(s la )idrost(tica por el aguaen el aso?. %&sico y 6u&mico? en el aire encerrado' sutemperatura aumenta durante el tiempo 6ue permanece la ela encendida, una buena proporcinde o&geno se 6uema durante la combustin y se %orma an)&drido carbnico >/R2?D despus deapagarse la ela, la temperatura del aire disminuye al igual 6ue su presin y olumen.

continuacin se dan algunas sugerencias para lograr 6ue entre su%iciente agua al aso y

se pueda obserar. a?


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,.99. *"licaci(n de la matem/tica. Modelo "ara "redecir el costo de cocci(n de unilogramo de "a"as

continuacin, con este e-ercicio amos a entender el poder de la matem(tica como )erramienta

de an(lisis en situaciones, no slo, del diario acontecer, sino )asta cient&%icas y tecnolgicas. tale%ecto, elaboraremos un @modelo te(ricoA elemental a %in de simular cu(nta energ&a se necesitapara lograr la coccin de un ilogramo de papas en una olla de aluminio sometida a ciertascondiciones 6ue de antemano conocemos. Para esto se parte de los conceptos y leyes de latermodin(mica para predecir el costo de coccin. e esta manera, el lector tiene la oportunidadde eplorar y obserar, comparar y relacionar, in%erir y argumentar, es decir aplicar en el estudiode este aspecto de la cotidianidad, las competencias culturales b(sicas 6ue la ciencia )aestructurado en %orma muy e%ectia con su mtodo cient&%ico, a %in de )acer predicciones ycontrolar as&, las ariables 6ue permitan maimi:ar el gasto de gas licuado de uso diario en lacocina.

En tal sentido, en primer lugar se necesita conocer cu(nto ale una bombona de gas K$P>gas licuado de petrleo?, constituido por una me:cla de butano >/410? y propano >/38?. Estegas puede almacenar grandes cantidades de energ&a en espacios reducidos y liberar durante lacombustin 12.000 Ocal por cada ilogramo 6uemado. /mo en la actualidad >-unio 2008? unabombona de 18 Og tiene un costo de +.#00 =s. >bol&ar ie-o?, 32 Ocal cuestan 1 =s. o cada32.000 Ocal cuestan 1 =s.! >bol&ar %uerte?D es decir, cada Ocal cuesta 0,31 =s., o lo 6ue es lomismo' con 0,31 =s.! se compra un milln de calor&as >cal? para cocinar.


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T&

&

D

D

c

c'&Dc

a

al

a

al

a

alaaa

,

donde los sub&ndices mantienen el signi%icado anterior.

Pero, ((#%c

c

a

al = y )#(D

D

a

al = . En lo 6ue respecta a la relacin de ol*menes )ay 6ue )acer lasiguiente consideracin. El olumen del agua es el de un cilindro de radio* y altura )D elolumen de la olla es el un disco de radio* y espesor * m(s el de una l(mina rectangular de(rea *!( y espesor * . En consecuencia, para una olla cuya altura sea del mismo orden desu radio,

*

*+

&

&

a

al .Por consiguiente, cmo ** < < , entonces, aal && D as& 6ue, pr(cticamente toda la energ&a6ue la )ornilla le cede a la olla se utili:a para calentar el agua. sta misma conclusin tambinse llega, con el slo )ec)o de comparar, en base al conocimiento preio cotidiano, la masa deagua am con la masa de la olla alm , ya 6ue ala mm>> D es decir, basta comparar los pesos de laolla sola y con agua. s& 6ue, al despreciar el e%ecto del recipiente se tiene 6ue la potencia de la

)ornilla >la cantidad de energ&a 6ue suministra por unidad de tiempo? est

TmcP aa

= . continuacin se procede a eperimentar. 7por 6u? y se mide el tiempo 6ue tarda en )erirD as& comolas temperaturas ambiente y de ebullicin. /on la ecuacin anterior se calcula P .

!inalmente, sin apagar la cocina ni ariar la llama de la )ornilla, se colocan las papas enla olla anterior y se ierte la cantidad m&nima de agua para 6ue las cubran completamenteD secoloca en la )ornilla y se mide el tiempo ct de coccin de las papas. $a energ&a c 6ue se gastadurante la coccin ser( igual a la 6ue se gasta en calentar la olla de aluminio )asta la temperaturade ebullicinD m(s la necesaria para 6ue el agua y las papas )ieranD m(s el calor latentenecesario para mantener el agua en ebullicin sin 6ue cambie la temperaturaD m(s la cedida alaire y 6ue no entra a la olla, el cual se est( despreciando en este modelo >7por 6u?D m(s laradiada por la olla en %orma de onda electromagntica >radiacin in%rarro-a? y 6ue tambin se est(despreciando >7por 6u?.

/on cc tP= se calcula la energ&a usada y como 32.000 Ocal cuestan 1 =s. !, %inalmentese podr( calcular el gasto en bol&ares %uerte para cocinar las papas. Por supuesto, la potencia Pde la )ornilla o la energ&a producida por combustin del gas por unidad de tiempo, depende decu(nto se gire la perilla de la cocina. Este simple modelo, a pesar de las consideracionesanteriores, ilustra cmo se procede en ciencia para lograr una aproimacin de la realidadcotidiana.

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Rtros )ec)os importantes ocurren durante la coccin con ollas de aluminio' a? el aluminioconduce muy bien el calor, de modo 6ue el calor se propaga con %acilidad desde el %ondo de laolla )asta la super%icie interior en contacto con el agua, b? por coneccin, el agua caliente sube ala super%icie, ya 6ue al calentarse disminuye su densidad y @%lotaA en el agua mas %r&a y, c? las

papas tambin conducen el calor y dependiendo de su tama9o el tiempo de coccin ar&a.

Marios eperimentos se proponen a continuacin'

a? Weali:ar el eperimento anterior con agua y papas y comparar con lo predic)o por elmodelo anterior.b? Estudiar el e%ecto de agregar sal com*n al agua, sobre la cantidad de calor re6ueridopara la coccin o sobre el tiempo de coccin.c? acer una ca-a de 10105 cm3con una )o-a de papel bond tama9o carta y colocarla enun soporte >er apndice ?. /ortar arios trocitos de papas e introducirlos en la ca-aDllenarla con agua. !inalmente colocar la ca-a sobre la llama de una ela y proceder con el

)erido de las papas. %igura I.22?. dem(sdel alor nutritio, todos los alimentos contienen unreserorio de energ&a. $a capacidad energtica de losalimentos se mide en /alor&as >ilocalor&as? o calor&asgrandes. $a /alor&a es mil eces mayor 6ue la calor&a. s&

6ue, la /aloria es la cantidad de calor 6ue se re6uiere paraelear la temperatura de 1,0 Og de agua en 1,0 o/.

Meamos un e-emplo de lo 6ue podemos )acer con la energ&a 6ue nos suministran losalimentos.


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encuentra a 1.500 m /onsideremos 6ue 1 cal Q 4,2 ;. /omo todas las calor&as 6ue el andinistarecibe las gasta en subir, su energ&a interna + no aumenta. Para poder ascender, el andinistanecesita energ&a 6ue toma de la mante6uilla. En rida su energ&a potencial es E Q mg)y alllegar al pico es EpQ mg)p. $a di%erencia entre stas, es lo 6ue tiene 6ue consumir con la

mante6uilla. Es decir, E C Ep Q mg >) C )p?. l sustituir los alores, se tiene 6ue E C EpQ2,#10+ ; Q +5.000 cal Q +5 Ocal >Oilocalor&a?. )ora bien, 1 gramo de mante6uilla tiene +,0OcalD entonces, +5 Ocal est(n contenidos en +5N+,0Q 11 g. Pero de toda la energ&a 6ue consumesu cuerpo, slo el 20 [ se trans%orma en traba-o mec(nico reali:ado por los m*sculosD el resto, 80[ se gasta en mantener el metabolismo basal del organismo. Por lo tanto, tiene 6ue consumir 55g. $e bastan 55 gramos para subir al pico =ol&ar, pero 76u pasar&a si consume el doble demante6uilla

$os alimentos de la dieta diaria contienen principalmente carbo)idratos, grasas yprote&nas. $os carbo)idratos se conierten en glicgeno >almidn animal? y energ&aD las prote&nasse rompen en amino(cidos 6ue el organismo reorgani:a para construir sus te-idos, se 6ueman para

obtener energ&a y se trans%ormanen a:*cares y contribuyen a la%ormacin de grasaD las grasas danlugar a energ&a y nueas grasas6ue se almacenan en los te-idos.

s& por e-emplo, la glucosa,a:*car de los egetales, produce3.#5 /alNg cuando se 6uematotalmente a -. y /.- y lospolisac(ridos >almidones?

producen entre 3.5 y 4.18 /alNg.$a combustin de grasas producecerca de /alNg.

l con-unto de %uncionesprimarias del cuerpo se denominametabolismo, el cual comprendedi%erentes reacciones y procesos%isico6u&micos 6ue tienen lugar enlas clulas del cuerpo. Elmetabolismo, 6ue trans%orma la

energ&a 6u&mica de los alimentos6ue ingerimos en energ&amec(nica y calor, mide el gasto

energtico muscular al reali:ar actiidades como moernos, pensar y crecer. En estado de reposo,cada persona tiene un gasto m&nimo de energ&a para mantener actias las %unciones itales delorganismo.

33

Tabla eFuerimiento energ icode las "ersonas.


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Gna persona por d&a re6uiere entre 1.500 y 3.000 Ocal dependiendo de la edad seo, talla,tipo de traba-o 6ue realice, entre otros %actores. ediante una dieta balanceada en calor&as esposible controlar su pesoD si tiene un gasto energtico igual al 6ue consume por d&a, mantiene supesoD si gasta m(s de lo 6ue consume, su peso disminuye y en caso contrario, aumenta.

$a m&nima cantidad de energ&a, re6uerida para mantener al cuerpo %uncionando en reposo%&sico y mental, se conoce como metabolismo basal. Para una persona de 50 a9os, con 1,#0 m deestatura y 6ue pese #0 Og, su metabolismo basal es de aproimadamente 2.200 Ocal por d&a. Enla tabla 3 se muestra el re6uerimiento energtico para reali:ar di%erentes actiidades. Por e-emplopara estar sentado se re6uiere de 15 OcalN) >1# S?, para caminar entre 200 y 350 Ocal >? y paracorrer entre 800 y 1.000 Ocal.

En la tabla 4 se puede apreciar el alor energtico de algunos alimentos. s& por e-emplo,por cada 100 g de )ueo de gallina se consumen 150 OcalD el aporte calrico de la lec)e de acacompleta es de 500 Ocal y el de la mante6uilla es de #00 Ocal.

,.9. El horno microondas

34

Tabla 4alor energtico de algunos alimentos"or cada 9## g crudo.


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$as microondas son ondas electromagnticas >%iguraI.23? 6ue ia-an con la elocidad de la lu: >300.000OmNs?. Bienen longitudes de onda del orden de loscent&metrosD las m(s largas no pasan de 30 cm

>%igura I.24?.

Bcnicamente son generadas mediante undispositio elctrico conocido como magnetrn,inentado en 11+ por lbert S. ull. En 140,=oot y Wandall probaron una ersin modi%icada 6ue

produc&a ondas con longitud de .8 cm >6ue corresponden a una %recuencia 3.0+1 :? y conuna potencia de 400 S >%igura I.25?. %igura I.23? y su energ&a promedio seincrementa, al igual 6ue la temperatura. En estecaso, la energ&a cintica de rotacin setrans%orma en energ&a de traslacin por e%ecto delos c)o6ues moleculares y en consecuencia, elagua se calienta. s&, la energ&a electromagnticase trans%orma en calor.

,.9. 5ioPina cancer;gena

35

ig. ,.2 na onda electromagnticaincide sobre la molcula de agua.

ig. ,.2 EsFuema del magnetr(n.

ig. ,.2 ango de las microondas.


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$as dioPinasson sustancias 6u&micas incoloras einodoras 6ue se obtienen a partir de procesos decombustin donde est( presente el cloro. Bodastienen la misma estructura y geometr&a molecular

b(sica de (tomos de carbonoCo&geno y (tomos decloro ligados a los de carbono. El trmino seaplica indistintamente a laspoliclorodiben:o%uranos >P/!? >%igura I.2+? ylas policlorodiben:odioinas >P/?.


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sobre la cadena carbonada >%igura I.2#?. Esta carencia de reactiidad )ace 6ue su toicidadseapr(cticamente nula.

Rtras de las propiedades 6ue lo %aorecen es su impermeabilidad, 6ue mantienen sus

cualidades en ambientes )*medosD adem(s, de todos los materiales conocidos, es el 6ue poseemenor coe%iciente de ro:amiento. Es tambin un gran aislante elctrico y sumamente %leible, nose altera por la accin de la lu: y es capa: de soportar temperaturas de 2#0 V/. /omo semencion, su cualidad m(s conocida es la antiad)erenciacuando se usa en ollas y sartenes decocinar.

Por esto se utili:a en los utensilios de cocina como ollas y sartenes, donde se re6uierenmateriales 6ue soporten eleadas temperaturas y con super%icies impermeables y antiad)erentes.

\ltimamente se cuestiona el uso del te%ln en los utensilios de cocina por6ue al alcan:araltas temperaturas >2#0 V/? podr&a desprender arios gases, entre los 6ue se encuentra el

per%luorooctanoico, o P!R, conocido tambin como /C8, ingrediente altamente tico 6ue seusa en su %abricacinD los %abricantes aseguran 6ue el te%ln de los utensilios carece de estecompuesto.

,.9. os cubiertos' tenedor, cuc)illo y cuc)ara

En la actualidad, los utensilios de cocina se construyen con diersos materiales modernos y concaracter&sticas particulares, 6ue los )acen %uncionales y ergonmicos.


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6ue nuestra cara >)acia arriba?, es m(s pe6ue9aD al contrario, si nos miramos con la super%iciecncaa, dependiendo de nuestra posicin, le-os o cerca, obseraremos una imagen pe6ue9a einertida o m(s grande y normal >)acia arriba?, respectiamente. asta en la cocina podemoscomprobar las leyes de %ormacin de im(genes especulares de la ptica" o inter%ase?, est(n rodeadas enla parte in%erior por molculas iguales, y pormolculas di%erentes por encima de lainter%ase. Por lo tanto, la densidad del medioin%erior >como el agua? es mayor 6ue la

densidad del medio por encima de la inter%ase>aire?. ebido a esta asimetr&a se produce una

%uer:a de mayor magnitud )acia el interior del l&6uido y perpendicular a su super%icie, como seindica en la %igura I.28. En consecuencia, se re6uiere de cierto gasto energtico para e%ectuar untraba-o >negatio? 6ue permita despla:ar las molculas desde el interior a la super%icie del l&6uido.Es por esto 6ue las molculas en la super%icie tienen mayor energ&a potencial.

38

ig. ,.28 Molculas de agua en el interior

la su"er7icie del agua.


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$a tensin super%icial es la responsable de la %orma es%rica 6ue adoptan las gotas de losl&6uidos >%igura I.31?, por la tendencia 6ue tienen de ocupar la menor super%icie posibleD de 6uob-etos pe6ue9os de mayor densidad 6ue el agua %loten en su super%icie y no se )unda en sta>%igura I.32?D de 6u el agua mo-e algunos materiales y a otros noD 6ue se puedan )acer burbu-as

gigantes de -abn.

,.98. Q* 7regar con ab(nL

idos de metales alcalinos? y el agua derramada para apagarel %uego, produc&a los )idridos o (lcalis 6ue llean a cabo el proceso conocido, )oy en d&a,

comosaponi"icacin. $uego, algunas personas obseraron su poder detergente al tratar de laarsus manos y prendas manc)adas con esta me:cla, y descubrieron as&, nuestra imprescindiblesustancia del diario aseo personal' el -abn. sosa? y grasa. lcombinar stas sustancias, la disolucin alcalina descompone la grasa en' un alco)ol >el glicerol?y una sal de un (cido graso de cadena larga >un -abn?. En el recuadro de la %igura I.33 se muestrauna reaccin de )idrlisis simpli%icada, donde se supone 6ue los tres grupos W son iguales,aun6ue no siempre es as&. Formalmente, los -abones 6ue se obtienen son me:clas de di%erentes

sales de (cidos grasos 6ue contienen de 12 a 18 (tomos de carbono.

40

ig. ,.9 Gota de leche caendo en ca7.ig. ,.2 Cli" sus"endido en la su"er7iciedel agua "or la tensi(n su"er7icial.


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$os

ob-etos se ensucian cuando se les ad)ieren a sus super%icies, capas de sustancias apolares comolas grasas o aceites, combinadas con part&culas de polo y otros materiales. El agua pura>sustancia muy polar? no elimina el sucio de los ob-etosD pero, al agregarle -abn si lo )ace. $aeplicacin es la siguiente. El -abn 6ue se agrega y disuele est( constituido por molculas 6uetienen una @cabe:aA polar >grupo carboilato, /RRC? soluble en agua y una larga ^cola^ apolarde la cadena )idrocarbonada >W? soluble en grasa. /uando un n*mero su%iciente de molculas de-abn logra orientarse alrededor de una gotica de grasa, son atra&das por las molculas de agua6ue tiene una regin cargada positiamente y la despegan de la super%icie del ob-eto >%igura I.34?.

esde el punto de ista de la %&sica, los -abonescambian la tensin super%icial en la super%icie del

agua debido a 6ue disminuye la atraccin molecular.Por lo tanto, el -abn se designa como una sustanciatensoactia.

Bodos sabemos 6ue los -abones siren para laar, 6ueson de uso obligado en el )ogar y 6ue su costo es cada

d&a mayor. En consecuencia, proponemos este proyectoescolar con el ob-etio de solentar en cierta mediada

los gastos de la cesta b(sica %amiliar y al mismo tiempo,6ue cumpla con la %uncin pedaggica de preparacin

del estudiante en el uso de los conceptos %undamentales

de la 6u&mica, para incorpor(ndolo al traba-o productio,con la intencin de generar una econom&a socialsolidaria en la escuela, el liceo y su entornocomunitario, acorde con los planes de desarrolloendgeno establecido por el estado.

41

ig. ,. eacci Fu ica "ara obtener el ab .

ig. ,. Molculas de ab(n"enetrando el sucio.


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En este proyecto de aula, se ense9a cmo %abricar un -abn de tierra. Primero )ay 6ue)acer la le-&a >carbonatos de sodio y potasio?. Para esto se 6uema completamente una paca decarbn egetal del 6ue se usa en los asados, se coloca en un recipiente con un litro de agua, sedisuele y luego se cuela bien.


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,.9$. uncionamiento de la nevera. En7riamiento magntico.

Este electrodomstico es de los m(s utili:ados en las cocinas del mundo, por su utilidad enen%riar y mantener los alimentos en buen estado por tiempo prolongado.

!ueSilliam /ullen6uin construy en 1#84 la primeram(6uina para en%riar. En 185!!erdinand /arr%abric elprimer %rigor&%ico por absorcin! conamoniacocomogas re%rigerantey en 18#! Oarl on $indeconstruy el primer re%rigerador domstico. comien:os de la dcadade 120, nacieron los re%rigeradores elctricos!cuando dos suecos, /arl unters =al:er onPlaten, inentaron uno con un compresor accionado por un motor elctrico. En esa misma poca,B)omas idgleydescubri el gas %ren >marca registradauPont?, nombre genrico de un grupode cloro%luorocarbonos >/!/?. l poco tiempo este gas reempla: al amoniaco. El %ren seutili: muc)o en los re%rigeradores y aires acondicionados, pero est( demostrado 6ue )acontribuido con la destruccin de la capa de o:ono y al calentamiento global, y por tanto, se )asustituido por otros compuestos org(nicos como el propano y el butano.

$os actuales sistemas >industriales y domsticos? de re%rigeracin, ya sean %rigor&%icos,congeladores o aparatos de aire acondicionado, utili:an la compresin / e0pansin cclicade ungasD al comprimirse el gas pasa al estado l&6uido y al epandirse se eapora de nueo. Paraeaporarse necesita calor, 6ue lo etrae del interior del re%rigerador, con el correspondienteen%riamiento de los alimentos.

Este tipo de re%rigerador %unciona con uncompresor elctrico. Biene un eaporador y uncondensador. El compresor, mediante un motorelctrico 6ue toma energ&a de la red elctrica,

obliga al gas a circular por todo el sistema dere%rigeracin. El l&6uido re%rigerante cuandocircula por los conductos del eaporador ubicadodentro del re%rigerador, se conierte en apor yabsorbe calor del interior. $uego el gas alcondensarse, cuando pasa por el condensadorubicado en la parte eterior, cede este calor alambiente >%igura I.35?.

En la actualidad eisten re%rigeradores6ue usan otros principios %&sicos para en%riar.

Gno de estos, es el termore%rigeradorNcalentador6ue utili:a el e%ecto termoelctrico Peltier >errecuadro? donde el intercambio de calor see%ect*a mediante la circulacin de corrienteelctrica a tras de mdulos Peltier. Estossistemas no tienen partes miles.

43

ig. ,. +artes de la nevera.
http://es.wikipedia.org/wiki/DuPonthttp://es.wikipedia.org/wiki/DuPont


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$os mdulos Peltier se %abrican con Be3C=i2 >telurio 3Cbismuto 2? tipoCp, y con Be3C=i2tipoCn, en pe6ue9os blo6ues >%igura I.3+? de 1 mm 1 mm 2 mm conectados alternadamente enserie, tipoCn C tipoCp C tipoCn C tipoCp C etc., y trmicamente en paralelo. Bodas las uniones dondela corriente a del p al n est(n en contacto trmico con la misma cara del mdulo donde se liberacalor, y todas las uniones donde la corriente a del n al p, estn en contacto trmico con la otracara, 6ue absorbe calor. $os electrones 6ue se dirigen )acia el material tipo p, pierden energ&a en

%orma de calor, mientras 6ue para ir )acia el material tipo n, los electrones deben absorber calor>%igura I.3#?.

Eiste otro mtodo basado en el e"ecto magnetocalrico6ue presentan algunos materialescer(micos y metales, cuando cambian reersiblemente la temperatura al eponerse a camposmagnticos eternos. ctualmente, se est( inestigando una aleacin met(lica compuesta decobalto, manganeso, silicio y germanioD no es tica ni cara y absorbe su%iciente calor atemperatura ambiente, por lo 6ue puede %uncionar como bomba de calor. s&, cuando se actia elcampo magntico, la aleacin se en%r&a y cuando se desactia, absorbe calor del eterior y secalienta, proocando as& un en%riamiento de los ob-etos del entorno, principio ste de una c(marade %r&o o de una neera.

44

Efecto Peltier

La circulacin de corriente elctrica a travs de las uniones deun circuito formado por dos metales diferentes, libera calor en

una unin y lo absorbe en la otra, segn sea el sentido de lacorriente. Este efecto es inverso al Seebeck.

ig. ,. EsFuema de c(mo 7unciona el m(dulode +eltier.

ig. ,. M ulo de +eltier.


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I.2. !plicacin de la matem"tica. #odelo para predecir elcosto de enfriamiento de los refrescos.

Esta actiidad re6uiere an(lisis de los conceptos de calor y temperatura, comparacin de los

procesos entre s& para determinar cu(l es m(s importante, e%ectuar el c(lculo y reali:ar eleperimento. /uando planeamos un paseo al par6ue o la playa siempre pensamos en una caa deanime para en%riar cierta cantidad de re%rescos. densidad del )ielo es0,2 gNcm3?, el olumen total de la masa del )ielo es de 1.100 g N >0,2 gNcm3?Q 1.200 cm3. Pero, si cada cubito tieneun olumen de 10 cm3, por consiguiente,

de este olumen total de )ielo salen1.200 cm3 N 10 cm3 Q 120 cubitos. %inalmente, como cada cubito cuesta =s.+,#, se necesitan 120 cub +,# =sNcub Q=s. 800.

45

ig. ,.8 Gr/7ica del costo HBs.I en 7unci(n de ladi7erencia de tem"eratura


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$uego, en la computadora o cual6uier calculadora con pantalla gr(%ica se puede gra%icar elcosto en bol&ares en %uncin de la di%erencia de temperatura. En la gr(%ica de la %igura I.38 setiene el costo total de los cubitos en bol&ares en %uncin de la di%erencia de temperatura, para 10,20 y 30 re%rescos. En el caso de 10 re%rescos y para una temperatura de 30 o/, el alor de la

gr(%ica coincide con el calculado preiamente. Bambin se concluye 6ue mientras mayor sea ladi%erencia de temperatura, y 6ue mientras mayor cantidad de re%rescos se en%r&en, mas caro sale elpaseo. gases yl&6uidos?. %uer:a por unidad de (rea? es directamente proporcional a la pro%undidad ), es

decir,!gDP ,

donde&

mD >masa por unidad de olumen? es la densidad y g es la aceleracin de lagraedad.

$os %luidos adem(s de e-ercer presintambin @empu-anA. Esta misma presin al actuarsobre los cuerpos sumergidos, )ace 6ue apare:cauna 7uerAa de 7lotaci(n o empu3e E. Parademostrar esto consideremos un cubo de agua de

aristas asumergido cierta pro%undidadD el resto delagua 6ue est( alrededor lo presiona y aparecen%uer:as por todos los lados >%igura I.3?.


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IH 9292 !!gDPP ,2

92 IH aagDAPP4 = , &gD4= .

partir de esta ecuacin se puede concluir 6ue en general, el empu-e 6ue eperimentaun cuerpo en un l&6uido de densidad D es directamente proporcional al olumen sumergido & ./omo el empu-e es una %uer:a, se mide en neton >F?.


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continuacin se describen algunoseperimentos con )ueos de gallina. aso

48

ig. ,.9 El vaso 9 contiene agua "ura! el 2 una soluci(nsalina el una soluci(n sobresaturada.

ig. ,.# *rFu;medes en "lenameditaci(n.


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3?. $os alores numricos de sus respectias concentraciones se determinan porcentualmente enPNP.

En segundo lugar, como )emos discutido con anterioridad, un cuerpo sumergido en un

l&6uido >%luido? es sometido a la accin de presiones en toda su etensin sumergida y 6ue la"resi(n>%uer:a perpendicular a la super%icie por unidad de (rea? e-ercida por el %luido aumentadirectamente con la pro%undidad. Por consiguiente, dos puntos a la misma pro%undidad tendr(n lamisma presin y por el contrario, eistir( una di%erencia de presin entre dos puntos 6ue seencuentren a di%erentes pro%undidades en el %luido.

En el caso de un )ueo sumergido en el agua, eiste una distribucin de presiones 6ueproducen %uer:as sobre su super%icie tal como se ilustra en la %igura I.42. En particular, la

presiones son iguales en los puntos a y b de esta%igura, los cuales se encuentran a la mismapro%undidad. $as %lec)as a:ules representan las

%uer:as e-ercidas perpendicularamente sobre unasuper%icie etremadamente pe6ue9a en tales puntosDlas ro-as, sus respectias componentes )ori:ontales yerticales. Fote 6ue al sumar las %uer:as, lascomponentes )ori:ontales se anulan, mientras 6uelas erticales se suman resultando una %uer:a erticaldirigida )acia aba-o. Para el par de puntos c y d, lascomponentes )ori:ontales tambin se anulan, y laserticales dan como resultado una %uer:a dirigida)acia arriba, pero mayor 6ue la %uer:a resultante delpar de puntos a y b. En general, al aplicar este

mismo an(lisis al resto de puntos sobre la super%iciedel )ueo, se concluye 6ue sobre su super%icie act*auna %uer:a neta en direccin perpendicular a lasuper%icie del l&6uido 6ue lo empu-a )acia arriba.


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igual al peso. 6u&, slo se )a aumentado el empu-e mediante el incremento controlado de ladensidad del agua mediante la sal agregada.

En s&ntesis, en el segundo caso el )ueo emerge por6ue se aument el empu-e sobre l,

mediante el aumento de la densidad del agua con la sal agregada. En el tercer caso, el empu-e seaumenta gradualmente mediante el aumento de la densidad con la solucin saturada, )asta 6ueiguala al peso y puede leitar. esde otro punto de ista, podemos predecir si un cuerpo se )undeo no en un l&6uido mediante la comparacin de sus densidades.


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Por otra parte, la densidad de la solucin es&

mmDs

29= , donde 29 mm es la masa total delsoluto m(s el solente y & el olumen de la solucin.

l sustituir m1en la ecuacin de sD se tiene

&mm

C

C

&

mmDs

9I

9H 22

29 =

= ,

&

m

C&

m

C

CDs

22

9

9I9

9H

=

= .

Pero, como la densidad del solente puro es&

mDp

2= , al despe-ar se tiene 6ue &Dm p2 y al

sustituir en sD la epresin se reduce a'

ps D

C

D 99

.

Es decir, esta ecuacin permite calcular la densidad de la solucin en %uncin de la concentracinPCP y la densidad del solente puro.

)ora bien, a continuacin es necesario )acer una comparacin para determinar si elob-eto %lota o se )unde en la solucin. Eisten dos %uer:as 6ue act*an sobre l' su propio peso)acia aba-o, producto de la atraccin graitacional de la Bierra y 6ue produce el e%ecto de)undimientoD y el empu-e, producido por la solucin y 6ue produce el e%ecto de %lotacin.

/omo el peso del cuerpo sumergido es, g&Dmgp = , donde es su densidad y M su

olumenD el empu-e ser( g&D4 s , donde s es la densidad de la solucin y M es el olumen del&6uido despla:ado, igual al olumen del cuerpo por6ue se encuentra totalmente sumergido. s&6ue, comparar las %uer:as sobre el cuerpo, es e6uialente a comparar su densidad con la 6ue tienela solucin.

l tomar el cociente p4S se tiene 6ue,

pD

D

Cp

D

D4

ps 9 9 .

Por consiguiente s&' sDD>

, entonces

p4

y el )ueo se )undeD si

DDs>, luego

p4>

y%lota. s& sDD= ,leita en cual6uier posicin dentro del %luido. En este caso particular, 7cu(ldeber&a ser la concentracin de la solucin para 6ue leite


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y en consecuencia, la concentracin cr&tica deber&a ser,

D

DC

po 9 .

En base a lo anterior a)ora podemos %ormular la siguiente pregunta' 76u pasar&a con un)ueo de gallina si lo sueltas en una solucin de agua con sal cuya concentracin pesoCpeso esdel 1#[ PNP7!lota o se )unde /onsideremos 6ue el )ueo tiene una densidad promedio de 1,1gNcm3. $a solubilidad de la sal, es decir la m(ima cantidad de cloruro de sodio >sal com*n? 6uepuede disolerse totalmente en agua es de 2+ g por 100 g de agua a 20 o/.

En el caso de una solucin de agua con sal, al sustituir los alores, se obtiene 6ue ladensidad de la solucin es de ps DD 2!9 . /omo la densidad del agua pura es 1,0 gNcm3,%inalmente la densidad de la solucin de sal ser( de 1,2 gNcm3.

e acuerdo a este an(lisis, cmo la densidad de la solucin es 1,2 gNcm3 y la del )ueo es

1,1 gNcm3el )ueo %lotar&a en una solucin 1#[ PNP. Por otra parte, la concentracin para 6ueleite es ,1[ PNP. Este es el alor cr&tico de la concentracin para 6ue el )ueo %lote en

cual6uier posicin dentro de lasolucinD en soluciones conconcentraciones de sal pordeba-o de este alor el )ueose )unde y en soluciones conalores superiores a este alor,%lota.

En la gr(%ica de la

%igura I.43 se muestra las%uer:as 6ue act*an sobre el)ueo' el peso y el empu-e 4 en %uncin de la concentracinC del agua salada >Fa/l?. la recta? y el empu-e 4 >lacura? es el punto cr&ticodonde el )ueo permaneceleitando en e6uilibrio.

Rbsera 6ue coincide con elalor calculado de 0,01. Para

concentraciones por deba-o de este alor, el )ueo se )unde' para alores por encima, el )ueo%lota.

Por otra parte, como la solubilidad, es decir la m(ima cantidad de cloruro de sodio >salcom*n? 6ue puede disolerse totalmente en agua es de 2+ g por 100 g de agua a 20 o/, es decir

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ig. ,. ueAas sobre el huevo en 7unci(n de la concentraci(n.


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20,+ [ PNP, y la solubilidad cr&tica est( por deba-o de este alor, con una solucin diluida de sal,es su%iciente para 6ue se de la %lotacin sin necesidad de preparar una solucin sobresaturada, esdecir, cuando no se puede disoler m(s soluto a esa temperatura y ste precipita al %ondo delenase.

Por otra parte, este mtodo permite determinar indirectamente la densidad de un )ueo degallina, codorni: o aestru: mediante el c(lculo del alor cr&tico /ode la concentracin de unasolucin de cloruro de sodio. En tal sentido, se agrega soluto )asta 6ue el )ueo leite. 1#1C18+#? desarroll a %inales de121, un ingenioso instrumento para demostrar 6ue la

energ&a elctrica se pod&a conertir en energ&a mec(nicade rotacin >%igura I.44?. oy en d&a, una ersine6uialente de este instrumento se conoce como motorelctrico. esde entonces )asta nuestros d&as, el motorelctrico )a sentado pauta en todos los 6ue)aceres de laactiidad industrial, as& como en las cotidianas del )ogar,donde su presencia se mani%iesta a tras de los diersoselectrodomsticos.


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sobre cada uno de los lados de la espira e igualmente un par de %uer:a, 6ue la )ace girar. lcambiar la orientacin del im(n o la pila, cambia el sentido de giro.

Rtro modelo de motor )omopolar

consiste de una espira )elicoidal, montadasobre el borne positio de la pila D alborne negatio se le coloca el im(n, al cualse ad)iere por la atraccin magntica sobreel metal, como se muestra en la %igura I.44.$a espira )elicoidal es la 6ue gira en estecaso. !unciona igual 6ue antesD la %uer:amagntica sobre ella es la responsable de sugiro.

Por otra parte, tambin se puede

)acer el monta-e 6ue se muestra en la %iguraI.4+, donde el im(n es el cuerpo 6ue gira. Enel interior del im(n el campo magnticotiene direccin longitudinal y sentido surCnorte. /uando el etremo in%erior dobladode la espira )ace contacto con el im(n,circula una corriente elctrica por su parteinterna. s& 6ue de nueo, una corrienteelctrica circulando dentro de la regin deun campo magntico, estar( sometida a laaccin de una %uer:a elctrica y en

consecuencia, act*a un tor6ue 6ue )ace girarel im(n.

!inalmente, otro prototipo de motorelctrico >%igura I.4#? se propone acontinuacinD consiste de una bobinacircular de aproimadamente de 5 cm dedi(metro con 30 ueltas de alambre de cobreesmaltado Fro. 18 y montada en dossoportes de alambre de cobre de calibre Fro.14. dem(s, consta de un im(n permanente

en %orma de aro, cables de conein y unabater&a.

Para %abricar la bobina se enrolla alrededorde un cilindro de pl(stico, idrio o metal, 30ueltas de alambre esmaltado.


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alambre de la bobina y al otro etremo se le 6uita slo la mitad, longitudinalmente. El etremosemidescubierto )ace las eces de conmutador y sire para conectar y desconectarautom(ticamente la bobina de la bater&a a medida 6ue gira. su e:, los etremos de la bobina)acen las eces de e-e de suspensin, lo 6ue permite montarla sobre el soporte )ec)o con alambre

esmaltado y con un doble: descubierto >sin esmalte?. ec)o esto, se prueba si est( balanceadaD sino, se le )ace el balanceo correspondiente para lograr 6ue permane:ca en e6uilibrio indi%erentesobre el soporte. En esta condicin, el momento >tor6ue? sobre la bobina es nulo >cero?D si labobina no se encuentra balanceada, el momento e%ectuado por su propio peso la obliga a girar)asta adoptar una orientacin pre%erencial donde el momento de nueo es nulo, lo cual no esconeniente por6ue al girar produce ibraciones indeseables. Para balancearla se colocan en suarco >semicircun%erencia? superior contrapesos )ec)os con pe6ue9os tro:os del mismo alambre)asta lograr 6ue el tor6ue sea nulo. espus de esto, est( preparada para conectarla a dos pilasgrandes de 1.5 M. Por *ltimo, deba-o de la bobina se coloca el im(n permanente en %orma de arode igual o mayor di(metro.

En la %igura I.48 se muestra una %otogra%&a de un modelo simpli%icado de este prototipo demotor elctrico con todos sus componentes, y en la %igura I.4 un diagrama de un monta-ealternatio con el mismo sistema de conmutacin.

Este motor elctrico %unciona de la siguiente manera. El campo magntico se establecemediante el im(n anular y la corriente se le suministra a la bobina a tras de la bater&aD seconecta y desconecta con el conmutador colocado en uno de los etremos del e-e.


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Este motor %unciona de modo an(logo al columpio del par6ue de diersiones, 6uemediante impulsos, dados en el momento adecuado, logra oscilar con gran amplitud. s&, durantela mitad del tiempo >medio ciclo? 6ue tarda en dar una uelta, pasa corriente por la bobina al

)acer contacto la parte descubierta del conmutador y aparece un par de %uer:a >tor6ue? 6ue laobliga a girar en un determinado sentidoD pero durante el medio ciclo siguiente, aun6ue no le pasacorriente, contin*a girando debido a la inercia rotacional 6ue posee. $uego de esto, se repite elciclo y el resultado es 6ue la bobina rota mientras est conectada o desconectada a la bater&a.

5+

fisica de la cotidianidad

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