1º BACH DIURNO 1/6/20

!Hola a todo el mundo!

Estamos terminando el curso. En la clase de hoy, apuntes a gogó. Una currada ejemplificación de lo que es una teoría científica de la cosecha de vuestro profesor dilecto. 

Las imágenes no consigo subirlas al blog. Buscadlas vosotros en internet. Basta con que dibujéis las siguientes imágenes (las otras, podéis olvidaros de ellas):

- buscar en google imágenes los modelos de los estados de agregación de la materia

- modelo cinético de un gas (dibujad el cubo y las partículas chocando entre sí).

LOS APUNTES DE LA UNIDAD "LA CIENCIA" HAY QUE ENTREGARLOS EL VIERNES 5 DE JUNIO.

Para la clase de hoy, no os subo vídeos de lógica. Ya bastante trabajo os he puesto.

Ah, y el último trabajo de curso, que habría que entregar el 15 de junio, os lo perdono (no me daría tiempo a corregirlo, y tampoco me apetece retrasar su entrega a la semana anterior). Así que, estas dos últimas semanas nos vamos a centrar en pasar a la libreta muchos apuntes: los de hou y una última unidad que acabo de pasar al ordenador para poder subírosla al blog.

Salud!

EJEMPLO DE TEORÍA CIENTÍFICA: TEORÍA CINÉTICO-MOLECULAR DE LA MATERIA

Esta teoría explica científicamente:

 1º por qué la materia se presenta en tres estados (sólido, líquido y gaseoso), 

2º por qué los cuerpos se dilatan cuando se calientan y 

3º cuál es la causa de que la materia cambie de estado (fusión, ebullición, condensación y solidificación). 

De lo que se trata, es de esclarecer una serie de fenómenos que requieren explicación (hechos científicos) y para ello se utilizarán conceptos (empíricos y teóricos), se establecerán leyes, se elaborarán hipótesis y se inventarán modelos.

¿Qué es la materia? Aquello que:

1º tiene masa (masa=cantidad de materia; se mide en Kg.)

2º tiene un volumen (volumen=espacio que ocupa la materia).

HECHOS

Pues bien, la materia se presenta en la naturaleza en tres estados: los tres estados de agregación de la materia:

1º Sólido (rígido):

-          forma constante

-          volumen constante

-          se dilata si se calienta

2º Líquido (fluido):

-          no tiene forma propia (porque fluye, pero la adaptan del recipiente que lo contiene)

-          volumen constante

-          se dilata más que los sólidos

3º Gas (fluido):

-          no tiene forma propia (porque fluye, pero tiende a ocupar todo el espacio del recipiente que los contiene)

-          no tiene volumen constante (puede comprimirse)

-          se dilata mucho cuando se calienta

Si sometemos la materia a variaciones de 1º temperatura o 2º presión, la materia puede pasar de un estado a otro.

CONCEPTOS

- Conceptos teóricos (realidades no observables): partículas moleculares, fuerzas de atracción, energía.

- Conceptos empíricos (magnitudes que puede ser medida de un modo sencillo): temperatura, presión, volumen

TEORÍA (teoría cinético-molecular de la materia)

Planteamiento del problema: los estados de la materia se diferencian por una serie de propiedades que afectan exclusivamente al volumen de los cuerpos (1º propiedad: posesión o no de una forma propia; 2º propiedad: mantenimiento o no de un volumen constante). Además, hay que explicar un fenómeno extra: la dilatación y compresión de los cuerpos (el volumen aumenta o disminuye).

Explicación científica:

Postulados hipotéticos:

1º La materia está constituida por partículas muy pequeñas (moléculas)

2º Las partículas ejercen entre sí fuerzas de atracción que las mantienen unidas. Esas fuerzas atractivas son:

-          en los sólidos, muy grandes

-          en los líquidos, moderadas

-          en los gases, muy pequeñas

3º Las partículas están en constante movimiento:

-          en los sólidos apenas se mueven

-          en los gases se mueven independientemente unas de otras (por todo el volumen del recipiente)

-          en los líquidos se da una situación intermedia (las partículas se mueven como las canicas dentro de un saco).

Explicación científica: la clave para comprender en qué consisten los estados de agregación de la materia está en:

1º pensar la materia como corpúsculos o partículas minúsculas.

2º postular que hay fuerzas de atracción que las mantienen unidas.

3º dependiendo de la fuerza de esta fuerza atractiva, tendrán mayor o menor movilidad (y por tanto, la materia se encontrara en alguno de los tres estados posibles).

MODELOS

Para poder explicar la materia tal como fenoménicamente la percibimos, se construyen una serie de modelos que nos ayudan a representarnos imaginativamente la realidad (el modelo describe cómo podrían ser las cosas si las percibiésemos directamente) y que son un producto de nuestra imaginación.

                                                                                      

CAMBIOS DE ESTADO

Expliquemos especulativamente (no basándonos en ninguna observación directa) los cambios de agregación de la materia:

Sólido                   Líquido                 Gas        + temperatura - presión

 

Gas                        Líquido                 Sólido  + presión  - temperatura

                                              

Fusión: Al calentar un sólido introducimos energía en el sistema, aumentando la vibración de las partículas. En el momento en que dicha vibración supera la fuerza de atracción de las partículas, ésta se desmorona y se convierte en un líquido.

Evaporización: Si seguimos calentando, algunas alcanzan una velocidad necesaria para abandonar el líquido.

Un fenómeno interesante que queda por explicar es el hecho de que mientras se está produciendo un cambio de estado (por ejemplo, queda hielo por fundir o agua por evaporarse), la temperatura no aumenta ¿Por qué en los cambios de estado la temperatura permanece fija? La teoría cinético-molecular lo explica del siguiente modo: mientras se produce un cambio de estado, toda la energía es empleada para vencer las fuerzas de atracción entre las partículas.

DESCUBRIMIENTO DE LEYES

Vamos a estudiar cómo se descubrieron las leyes que determinan el comportamiento de los gases. Nos servirá también para diferenciar dos tipos de ciencia: la ciencia experimental y la ciencia teórica: el descubrimiento de las leyes que regulan el comportamiento de los gases es un  ejemplo más de ciencia experimental (basada en la observación y la medición) que de ciencia teórica (de carácter más especulativo, no tan apegada a los datos de la experiencia).

Recordemos que la presión de un gas es la fuerza que ejerce el gas por unidad de superficie. Se mide en pascales. 1 Pa = 1 N/m2

Vamos a investigar la relación que en los gases puede existir entre:

                1º la presión y el volumen (ley de Boyle y Mariotte)

                2º la temperatura y el volumen (1º ley de Charles y Gay-Lussac)

                3º la temperatura y la presión (2º ley de Charles y Gay-Lussac)

Relación presión/volumen

Constatamos empíricamente que (a temperatura constante)

a – volumen + presión y a + volumen – presión (ejemplo: émbolo de una jeringa con el extremo tapado). Si reducimos el volumen, aumentará la presión; si aumentamos el volumen, se reducirá la presión.

De lo que se trata es de traducir todo esto al lenguaje matemático para expresar la relación entre la presión y el volumen como una correlación cuantitativa constante, como una ley.

El primero en expresar esto matemáticamente fue Richard Boyle (ley de Boyle-Mariotte).      P.V = C  (presión . volumen = constante), ley que establece que “para una cantidad fija de gas a temperatura constante, el producto del volumen que ocupa por la presión a la que se halla es constante” Por ello se cumple P1.V1 = P2.V2

La gráfica es una curva hipérbole característica de las relaciones de proporción inversa.

Relación temperatura/volumen

Constatamos que (a presión constante) a + temperatura + volumen

Formulamos la ley correspondiente (1º ley de Charles y Gay-Lussac): “a presión constante, el volumen es directamente proporcional a la temperatura” V1/T1 = V2/T2

Relación temperatura/presión

Constatamos que (a volumen constante) a + temperatura + presión

Formulamos la 2º ley de Charles y Gay-Lussac: “a volumen constante, la presión es directamente proporcional a su temperatura” P1/T1 = P2/T2

SISTEMATIZACIÓN DEL CONOCIMIENTO

Veamos finalmente como una de las funciones de una teoría científica es sistematizar el conocimiento. Pues bien, las tres leyes descubiertas pueden expresarse como una sola ley: la ley general de los gases  P1.V1/T1 = P2.V2/T2

De dicha ley general, pueden deducirse lógicamente las otras tres leyes con lo cual cumplimos el ideal de axiomatizar la teoría cinética de los gases.

AXIOMA: Ley general de Charles y Gay-Lussac  P1.V1/T1 = P2.V2/T2

1º LEY: Constante T        P1.V1 = P2.V2 (ley de Boyle-Mariotte)

2º LEY: Constante P        V1/T1 = V2/T2 (1º ley de Charles y Gay-Lussac)

3º LEY: Constante V                       P1/T1 = P2/T2  (2º ley de Charles y Gay-Lussac)

MODELO

Se ha representado imaginativamente el comportamiento de las partículas de un gas con el modelo “mesa de billar”: las partículas se mueven por el recipiente que las contiene como las bolas de billar por el tablero (se mueven en línea recta y sólo cambian de dirección cuando chocan con las bandas o entre ellas).