Dia a Dia Santillana

B I B L I OT E C A D E L P R O F E S O R A D O

Día a día en el aula Recursos didácticos

Física y Química ESO

Día a día en el aula es una obra colectiva concebida, diseñada y creada en el Departamento de Ediciones Educativas de Santillana Educación, S. L., dirigido por Teresa Grence Ruiz. En su elaboración ha participado el siguiente equipo: AUTORES José M.ª Caballero Sáenz de Santa María José Luis de Luis García Margarita Montes Aguilera David Sánchez Gómez Maribel Siles González Beatriz Simón Alonso María del Carmen Vidal Fernández EDICIÓN Beatriz Simón Alonso EDITOR EJECUTIVO David Sánchez Gómez DIRECCIÓN DEL PROYECTO Antonio Brandi Fernández

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Índice

¿Por qué SABER HACER? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Claves del proyecto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Estructura del proyecto Día a día en el aula . . . . . . . . . . . . 10 La evaluación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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La evaluación por competencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

Recursos didácticos y Atención a la diversidad 1 .

La ciencia y la medida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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2 . Los gases y las disoluciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 3 . El átomo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 4 . Elementos y compuestos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 5 . Las reacciones químicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 6 . Las fuerzas y las máquinas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236 7 .

El movimiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278

8 . Fuerzas y movimientos en el universo . . . . . . . . . . . . . . 318 9 . Fuerzas eléctricas y magnéticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 356 10 . Electricidad y electrónica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 388 11 . Las centrales eléctricas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 432 Anexo . El sistema periódico de los elementos . . . . . . . . . . 460

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¿Por qué SABER HACER? Todos tenemos una pasión. Desde su fundación, hace más de 50 años, Santillana no ha dejado de trabajar, investigar, realizar productos y servicios y buscar innovaciones que mejoren la educación, como forma de construir un mundo mejor para todos. El fruto de este compromiso ha sido una larga historia de grandes proyectos educativos. Proyectos concebidos desde la realidad social y académica existente en cada momento, nacidos con vocación de acompañar a los alumnos en su aventura de aprender y de dotar a los profesores de todas las herramientas y recursos necesarios para llevar a cabo la tarea de educar. Así, nuestro nuevo proyecto, SABER HACER, surge como respuesta a una nueva ley educativa, la LOMCE, y a los intensos cambios que se están produciendo en todos los aspectos de nuestra vida. Hoy, más que nunca, en la sociedad de la información, en un mundo cada vez más global, regido por un cambio rápido y constante, la educación marca la diferencia. Vivimos un presente de grandes interrogantes que merecen grandes respuestas. Hay que educar hoy a los ciudadanos de un mañana que está por construir. La educación se ha centrado tradicionalmente en la enseñanza de contenidos, se trataba de saber. Hoy, la comunidad educativa es consciente de que hay que dar un paso adelante: además de saber hay que SABER HACER. El aprendizaje por competencias es el modelo elegido para alcanzar con éxito los nuevos objetivos que la sociedad reconoce como necesarios en la educación de niños y adolescentes. Saber comunicar, interpretar, deducir, formular, valorar, seleccionar, elegir, decidir, comprometerse, asumir, etc. es hoy tan importante como conocer los contenidos tradicionales de nuestras materias. Necesitamos trabajar con ideas, ser capaces de resolver problemas y tomar decisiones en contextos cambiantes. Necesitamos ser flexibles, versátiles, creativos… Pero el nombre de la serie tiene un segundo significado. Para superar el reto que tenemos por delante, Santillana va a aportar todo su SABER HACER, va a estar al lado de profesores y alumnos, ofreciendo materiales, servicios, experiencia… para garantizar dicho éxito.

EL IMPULSO QUE NECESITA SU FUTURO

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Las claves del proyecto SABER HACER EL OBJETIVO: QUE LOS ALUMNOS ADQUIERAN LAS COMPETENCIAS QUE NECESITA UN CIUDADANO DEL SIGLO XXI Todos somos conscientes de que la sociedad actual requiere unas capacidades muy diferentes de las que se demandaban hasta hace poco tiempo. Necesitamos personas capaces de: •   Hacerse preguntas pertinentes. •   Informarse a través de fuentes diversas, textuales o gráficas, lo que implica: – Buscar información. –   Interpretar esa información de forma coherente con el tipo de fuente. •   Pensar reflexiva, crítica y creativamente. •   Crearse una opinión, un juicio y tomar decisiones adecuadas. •   Comunicarse oralmente y por escrito. •   Hacer conexiones: conectar lo aprendido con la vida real (próxima o lejana) y conectar  los saberes de las distintas materias entre sí. •   Participar y comprometerse, dar servicio a la comunidad. •   Trabajar cooperativamente con otros. •   Tener siempre presente la perspectiva ética, tener inteligencia emocional y ética. •   Aprender a lo largo de la vida. Este objetivo se materializa en la estructura de las unidades didácticas del material del alumno  y en los distintos proyectos que conforman la Biblioteca del Profesorado.

UNA METODOLOGÍA CENTRADA EN EL ALUMNO, PARA QUE ESTE ALCANCE UNA VERDADERA COMPRENSIÓN Y SE CONVIERTA EN UNA PERSONA COMPETENTE El proyecto SABER HACER combina lo mejor de la tradición escolar y las aportaciones de las  nuevas metodologías. La escuela debe ser capaz de desarrollar saberes sólidos, puesto que solo es posible pensar y actuar sobre aquello que conocemos con profundidad, pero también  de educar personas que conviertan el conocimiento en acción y con sólidas habilidades sociales y morales. En el proyecto SABER HACER: •   El alumno es el centro de su propio aprendizaje: se hace preguntas, busca información  y se informa, participa, aprende a controlar su aprendizaje, emprende proyectos… •   Se combinan actividades sencillas y tareas de mayor complejidad, excelentes para desarrollar las competencias, enseñar a pensar a los alumnos, resolver problemas y situaciones reales, desarrollar el pensamiento creativo… •   Se incorpora el aprendizaje cooperativo como elemento destacado, tanto en actividades  dentro del libro del alumno, como en proyectos específicos de la Biblioteca del profesor. •   Se desarrolla el aprendizaje por proyectos, tanto en el material del alumno como en proyectos específicos de la Biblioteca del Profesorado. •   Se busca una educación que vaya más allá de lo académico, que plantee situaciones que  fomenten la participación de los alumnos, el emprendimiento y que el alumno se involucre  en su realidad cotidiana, en los problemas y realidades del centro escolar, de su barrio, pero  también a escala global y planetaria. En definitiva relacionar aprendizaje y servicio a la comunidad, aprendizaje y compromiso social. Esta variedad de planteamientos del proyecto SABER HACER convierte el aula en un escenario de experiencias diversas y enriquecedoras para el alumno.

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UNA ESCUELA INCLUSIVA, EN LA QUE TODOS DESARROLLEN SUS CAPACIDADES Y TALENTOS Para ello, los libros del alumno disponen de secciones de ampliación y refuerzo, y la Biblioteca  del Profesor de planes de apoyo y refuerzo para los alumnos con dificultades y un programa de profundización para aquellos que pueden ir más allá.

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UN POTENTE SISTEMA DE EVALUACIÓN COMO GARANTÍA DE ÉXITO La evaluación siempre ha tenido un papel destacado en la escuela. A lo largo de las últimas  décadas se ha ido imponiendo una concepción de la evaluación continua y formativa, cuyo  objetivo es detectar las dificultades de los alumnos a fin de decidir mecanismos que les permitan superarlas. El papel de la evaluación se va a ver reforzado con la LOMCE, una de cuyas  innovaciones es la introducción de evaluaciones externas que todos los alumnos deben pasar en determinados hitos de su vida escolar. El proyecto SABER HACER incluye:

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•   Pruebas de evaluación de contenidos y pruebas de evaluación por competencias para todas las materias, relacionadas con los estándares de aprendizaje. •   Rúbricas de evaluación. •   Distintas herramientas informáticas: – Deberes, para el seguimiento diario de los alumnos

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– Generador de pruebas – Informes y estadísticas – Biblioteca de pruebas externas, nacionales e internacionales

LA ATENCIÓN ESPECIAL A LAS TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN En los libros del alumno y la Biblioteca del Profesorado son recurrentes las actividades y tareas  que requieren el uso de las TIC. La enseñanza digital se ve potenciada por nuestros productos digitales, LibroMedia y LibroNet, y por el Aula Virtual, un entorno digital con productos, aplicaciones y servicios para  alumnos y profesores.

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En qué se concreta el proyecto SABER HACER NUEVOS LIBROS PARA UNOS NUEVOS TIEMPOS Libros con una secuencia didáctica centrada en el propio alumno, en la adquisición de competencias y en los presupuestos del pensamiento creativo: •   El punto de partida de las unidades didácticas es enganchar a los alumnos mediante  el desafío, el reto, la curiosidad, el enigma… A partir de una situación problemática: – Nos hacemos preguntas. Se dice que el secreto de la creatividad y del aprendizaje está en  provocar el pensamiento, provocar que los alumnos se hagan preguntas, no dar solo respuestas… En esta sección se anima a los alumnos a plantearse sus propios interrogantes  sobre una cuestión. – Buscamos información y opinamos con el resto del grupo para la resolución entre todos  de los interrogantes planteados. •   A continuación, se desarrollan los contenidos de la unidad didáctica. Junto al contenido conceptual se incluyen una serie de programas innovadores: – SABER HACER recoge el aprendizaje de los procedimientos y destrezas que se relacionan  directamente con los contenidos de la página. Saber y SABER HACER forman, por tanto  una unidad de aprendizaje, no se presentan desligados. – Descubre plantea propuestas para que los alumnos exploren conocimientos. En estas  propuestas es fundamental el uso de las TIC. – Interpreta la imagen (el mapa, el gráfico, el dibujo, la fotografía…) enseña a los alumnos a «aprender a ver», a observar. Una destreza muy útil en un mundo como el nuestro,  en el que lo visual juega un papel cada vez mayor. – Comprometidos propone situaciones para que el alumno se involucre y se comprometa  con la sociedad. •   En las actividades finales el alumno repasa los contenidos principales de la unidad y se verifica si ha alcanzado los estándares de aprendizaje determinados por la Administración  educativa. •   Las páginas finales de la unidad permiten realizar tareas en las que se integran todos los  contenidos estudiados y, por tanto, plantean situaciones muy potentes desde el punto de  vista didáctico. – Tareas para desarrollar las competencias de los alumnos, en las que se aplica lo aprendido a situaciones reales, del ámbito académico, de la vida cotidiana o de la sociedad. El  alumno utilizará técnicas en nuevos contextos y resolverá casos prácticos y cotidianos. – Tareas para desarrollar distintas formas de pensamiento: 1.  Análisis científico. 2.  Razonamiento matemático. 3.  Análisis ético. 4.  Pensamiento creativo. – Trabajos por proyectos. En estas últimas páginas tiene un papel destacado el trabajo cooperativo. Y, como siempre, libros con el tradicional rigor y cuidado editorial de Santillana: textos  claros y adaptados a la edad; ilustraciones de gran calidad y con un alto valor formativo, capaces de desencadenar actividades de análisis, observación, relación con los contenidos…; actividades variadas, organizadas por nivel de dificultad, con distintos objetivos…

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UNA BIBLIOTECA DEL PROFESORADO, QUE ATIENDE TODAS LAS NECESIDADES DE LOS DOCENTES Para su día a día en el aula:

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•   Programación didáctica. •   Recursos didácticos para cada unidad:

n  s 

–   Sugerencias, bancos de datos y recursos complementarios. –   Fichas de refuerzo y apoyo. –   Fichas de profundización.

s 

–   Solucionario del libro del alumno. •   Tutoría, 22 sesiones por curso para apoyarle en esta labor.

-

Competencias para el siglo XXI. Proyectos y tareas para su desarrollo

n  o 

•   La competencia lectora y la Física y Química •   Competencia matemática

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•   Tratamiento de la información •   Competencia en el conocimiento histórico

, 

•   Proyectos de trabajo cooperativo e interdisciplinar. •   Proyecto social.

a 

•   Inteligencia emocional y ética. •   La prensa en el aula (más herramienta digital).

n 

Sistema de evaluación •   Pruebas de evaluación de contenidos.

s  e 

•   Pruebas de evaluación por competencias. •   Rúbricas. •   Generador de pruebas (herramienta digital).

l  .

•   Deberes digitales. •   Biblioteca de pruebas de evaluación externa, nacionales e internacionales  (biblioteca digital).

UNA POTENTE OFERTA DIGITAL •   Aula Virtual Santillana, un entorno de servicios educativos. •   LibroNet, un auténtico libro digital, que permite sacar el máximo partido a las nuevas tecnologías de la información. Tiene un útil complemento en papel, el Cuaderno de estudio, que facilita el estudio de los  alumnos.

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.

•   LibroMedia, el libro en papel enriquecido con recursos digitales y potentes herramientas.

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Estructura de la biblioteca del profesor Los alumnos y alumnas son muy diversos, tanto por su nivel académico como por sus intereses y grado de motivación. Las fichas de esta sección tienen como objetivo proporcionar recursos para atender a la diversidad del alumnado. •   Las fichas de Refuerzo proponen trabajar los conceptos fundamentales de cada unidad didáctica de diferentes maneras, atendiendo a los distintos tipos de dificultades que obstaculizan el aprendizaje. Conceptos y contenidos fundamentales. En muchas ocasiones es necesario retomar algunos contenidos básicos de las unidades didácticas para fortalecer los conocimientos. El área de Física y Química tiene una fuerte carga procedimental. Procedimientos como la resolución de problemas y la construcción e interpretación de gráficos, la lectura de imágenes… son una parte sustancial y fundamental de la materia. Por ello, muchas fichas refuerzan su aprendizaje. •  Las fichas de Profundización están dirigidas a los alumnos y alumnas que pueden ir más allá del nivel medio del aula o bien a aquellos alumnos que manifiestan un interés especial por determinados aspectos. En ocasiones presentan una metodología indagatoria y plantean sencillas investigaciones. •  Ampliación. Se recogen aquí contenidos y, sobre todo, actividades, con el objetivo de satisfacer las necesidades de alumnos más aventajados. •  Problemas resueltos. La resolución de problemas es una competencia esencial en el área de Física y Química. En estas fichas los alumnos comprobarán la resolución de un problema típico paso a paso y practicarán con las actividades relacionadas propuestas. •  Experiencias. La LOMCE hace hincapié en el aprendizaje por competencias como nuevo método de enseñanza y aprendizaje. Las fichas de esta sección proponen el desarrollo de las habilidades competenciales de los alumnos y alumnas mediante trabajos cooperativos, toma de decisiones…

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■ Guion de la unidad y sugerencias didácticas

Las claves del proyecto SABER HACER

•   Hacerse preguntas pertinentes. •   Informarse a través de fuentes diversas, textuales o gráficas, lo que implica: – Buscar información. –   Interpretar esa información de forma coherente con el tipo de fuente.

La evaluación siempre ha tenido un papel destacado en la escuela. A lo largo de las últimas  décadas se ha ido imponiendo una concepción de la evaluación continua y formativa, cuyo  objetivo es detectar las dificultades de los alumnos a fin de decidir mecanismos que les permitan superarlas. El papel de la evaluación se va a ver reforzado con la LOMCE, una de cuyas  innovaciones es la introducción de evaluaciones externas que todos los alumnos deben pasar en determinados hitos de su vida escolar. El proyecto SABER HACER incluye:

•   Crearse una opinión, un juicio y tomar decisiones adecuadas. •   Comunicarse oralmente y por escrito. •   Hacer conexiones: conectar lo aprendido con la vida real (próxima o lejana) y conectar  los saberes de las distintas materias entre sí.

•   Pruebas de evaluación de contenidos y pruebas de evaluación por competencias para todas las materias, relacionadas con los estándares de aprendizaje.

•   Participar y comprometerse, dar servicio a la comunidad. •   Trabajar cooperativamente con otros.

•   Rúbricas de evaluación.

•   Tener siempre presente la perspectiva ética, tener inteligencia emocional y ética.

•   Distintas herramientas informáticas:

•   Aprender a lo largo de la vida.

– Deberes, para el seguimiento diario de los alumnos

Este objetivo se materializa en la estructura de las unidades didácticas del material del alumno  y en los distintos proyectos que conforman la Biblioteca del Profesorado.

– Generador de pruebas – Informes y estadísticas – Biblioteca de pruebas externas, nacionales e internacionales

UNA METODOLOGÍA CENTRADA EN EL ALUMNO, PARA QUE ESTE ALCANCE UNA VERDADERA COMPRENSIÓN Y SE CONVIERTA EN UNA PERSONA COMPETENTE LA ATENCIÓN ESPECIAL A LAS TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN

El proyecto SABER HACER combina lo mejor de la tradición escolar y las aportaciones de las  nuevas metodologías. La escuela debe ser capaz de desarrollar saberes sólidos, puesto que solo es posible pensar y actuar sobre aquello que conocemos con profundidad, pero también  de educar personas que conviertan el conocimiento en acción y con sólidas habilidades sociales y morales. En el proyecto SABER HACER:

En los libros del alumno y la Biblioteca del Profesorado son recurrentes las actividades y tareas  que requieren el uso de las TIC. La enseñanza digital se ve potenciada por nuestros productos digitales, LibroMedia y LibroNet, y por el Aula Virtual, un entorno digital con productos, aplicaciones y servicios para  alumnos y profesores.

•   El alumno es el centro de su propio aprendizaje: se hace preguntas, busca información  y se informa, participa, aprende a controlar su aprendizaje, emprende proyectos… •   Se combinan actividades sencillas y tareas de mayor complejidad, excelentes para desarrollar las competencias, enseñar a pensar a los alumnos, resolver problemas y situaciones reales, desarrollar el pensamiento creativo… •   Se incorpora el aprendizaje cooperativo como elemento destacado, tanto en actividades  dentro del libro del alumno, como en proyectos específicos de la Biblioteca del profesor. •   Se desarrolla el aprendizaje por proyectos, tanto en el material del alumno como en proyectos específicos de la Biblioteca del Profesorado. •   Se busca una educación que vaya más allá de lo académico, que plantee situaciones que  fomenten la participación de los alumnos, el emprendimiento y que el alumno se involucre  en su realidad cotidiana, en los problemas y realidades del centro escolar, de su barrio, pero  también a escala global y planetaria. En definitiva relacionar aprendizaje y servicio a la comunidad, aprendizaje y compromiso social. Esta variedad de planteamientos del proyecto SABER HACER convierte el aula en un escenario de experiencias diversas y enriquecedoras para el alumno.

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■ Enseñanza individualizada

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REFUERZO

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FICHA 3

La ciENcia Y La mEdida

•  Refuerzo 

Indica la unidad de longitud que utilizarías para expresar las siguientes medidas:

1

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a) La distancia de Sevilla a Granada. b) La superficie del aula en la que estás.

Relaciona con flechas ambas columnas: •  Una manzana.  

d Toneladas.

•  Un automóvil.  

d Kilogramos.

Bastaría con medir la longitud, la anchura y la altura de la habitación. El resultado se expresaría en m3.

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a) m = mP ? 6,022 ? 1023 = 1,6 ? 10-27 kg ? 6,022 ? 1023 =

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e) El volumen de tu teléfono móvil.

b) m = 1,6 ? 10-27 kg ?

•  Ampliación

b) Expresa en gramos la masa de 3/4 de kilogramo de arroz.

Para medir el volumen de los líquidos podemos utilizar el siguiente material.

2



• Probeta.

• Vaso de precipitados.

• Bureta.

• Pipeta.

Unidad

•  Problemas resueltos

Símbolo

Equivalencia

2,4 ? 10 9 bolitas 1 m3 ? ? 1 dm3 = 4 ? 105 bolitas 6 m3 1000 dm 3

4

La bureta de 50 mL.

5

a) MJúpiter = 317,94 ? MTierra = 317,94 ? 5,98 ? 1024 kg = = 1,90 ? 1027 kg

6

a) • 1 " 2,78 g/cm3

• 3 " 2,82 g/cm3

• 2 " 2,78 g/cm3

• 4 " 2,81 g/cm3

El resultado es:

La distancia se calcula multiplicando la velocidad por el tiempo:

0,5

12

a) 4 ? 10-3 m

13

a) 3,48672 ? 10-2

14

Como en la actividad 11:

800

15

3048 m.

600

16

a) 2 ? 104 m/s



b) 5 ? 10-7 m c) 2,5 ? 1010 m3 d) 2,5 ? 10-6 m2 e) 2,4 ? 10-5 kg

b) 9,7686 ? 10-2

2,78 + 2,78 + 2,82 + 2,81 d= = 2,80 g/cm3 4 b) La gráfica masa‑volumen es:

1 kg

100

Decagramo

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Gramo

•  Experiencias

g

1

dg

1 10-1

Centigramo

0,01

? 1 año ?

1

Tiempo (minutos)

Observa la balanza. FICHA 5

4

b) 3,3 ? 106 m/s

Dejamos caer agua, gota a gota, en un recipiente graduado (probeta) de 100 mL de capacidad y medimos el tiempo que tarda en llenarse. Observamos que cada dos minutos el volumen aumenta en 25 mL.

400

1

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La ciencia Y La medida

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Curso:

Fecha:

d) 232 kg/m2 e) 2 m/s m (g)

0 0

500

1000

Volumen (mL)

PROBLEMAS RESUELTOS

2

•   La masa es una medida de la cantidad de materia que tiene un cuerpo; esta no varía cuando el cuerpo cambia de posición.

a a



b) Representa gráficamente estos datos.

•   El volumen de un cuerpo es el espacio o lugar que ocupa.

Intenta diseñar un procedimiento experimental que te permita conocer el número de gotas de agua que hay En estos ejercicios debes de realizar un cambio de en 1 L. unidades. En primer lugar vamos a analizar, para cada caso:

26

a) 3,5 cm es una medida de longitud; la unidad de longitud en el SI es el metro (m). 

Repasa el proceso de medida. a) Describe con ayuda del libro de texto la balanza o balanzas que conozcas.

m

=

5,98 ? 10 24 kg 12

3

=

Material fotocopiable © Santillana Educación, S. L.

•   Cronómetro. 

 

 

•   Papel blanco.

•   Cinta métrica.   

 

•   Bola de acero (o canica).

•   Libro (u otro objeto) que permita elaborar la rampa de salida.

29

PROCEDIMIENTO

1. Sitúa uno o varios libros (u otro objeto) a pocos centímetros del borde de una mesa formando una rampa. 2. Pon una cinta métrica en el suelo con el origen situado en el borde de la mesa. 3. Coloca varias hojas blancas en el lugar en el que caerá la bola, con el objeto de que se quede una marca que permita conocer el lugar exacto de la caída. (Haz primero una prueba para conocer dónde caerá la bola.)

Multiplicando por el factor de conversión correspondiente: 3600 s 3 h? = 10 800 s = 1,08 ? 104 s 1h

Un factor de conversión es una fracción que expresa  la equivalencia entre dos unidades de la misma magnitud.  El resultado final debe expresarse utilizando la notación  científica.

material

OBJETIVO estimar la velocidad con la que se mueve una bola que cae desde una rampa.

La densidad media es:

c) 3 h es una medida de tiempo; la unidad en el SI  es el segundo (s).

Hacemos los cambios de unidades utilizando el método de los factores de conversión.

En el laboratorio se utilizan instrumentos de vidrio para medir volúmenes. Algunos indican  su capacidad, unos con mucha precisión y otros de forma aproximada: vaso de precipitados, matraz aforado, matraz erlenmeyer, probeta, bureta, pipeta.

1

= 78 772,2 cm3 = 0,0787722 m3 V = 4/3 rr3 = 4/3 r ? (6400 km)3 = 1,098 ? 1012 km3

8

Multiplicando por el factor de conversión correspondiente: DÍA A DÍA EN EL AULA física Y química 3.° eso 1 kg 40 mg ? 3 = 4 ? 10-2 kg 10 mg

•   La unidad de medida de dicha magnitud en el Sistema  Internacional.

FICHA 2

La ciencia Y La medida

d) 15,3 °C

d=

DÍA A DÍA EN EL AULA fíSica Y qUímica 3.° ESo Material fotocopiable © Santillana Educación, S. L.

Para medir la masa de sustancias y objetos existe una gran variedad de balanzas en los laboratorios: granatarios, digitales, etc.

EXPERIENCIAS

determinación de la velocidad con la que sale despedida una bolita de una rampa

V 1,098 ? 10 km b) 40 mg es una medida de masa; la unidad de masa = 5,45 ? 1012 kg/km3 = 5,45 ? 1021 kg/m3 en el SI es el kilogramo (kg).

•  La magnitud que corresponde a la medida.

•   La densidad de un cuerpo es el cociente entre la masa y el volumen de un cuerpo. masa m densidad = " d= volumen v

1

2

m 78 772,2 g V= = = d 1 g/cm 3

c) ¿Cuánto tiempo tardaExpresa en llenarse el recipiente las siguientes medidas en unidades del Sistema Internacional: a la mitad de su capacidad? a) 3,5 cm b) 40 mg c) 3 h d) ¿Qué volumen de agua hay después de 5 minutos?

• ¿Cuál es la masa más pequeña que podríamos medir utilizando la balanza electrónica?

3000

Esta masa de agua ocuparía un volumen:

Planteamiento y resolución

La masa, el volumen y la densidad son conceptos básicos en la ciencia.

2500

d = m/V " m = d ? V = 7,9 g/cm3 ? 9896 cm3 = = 78772,2 g = 78,7722 kg

PROBLEMA RESUELTO 1

Recuerda que…

2000

V = Sbase ? h = rr ? h = r (d/2) ? h = = r ? (15/2 cm)2 ? 56 cm = 9896 cm3

7

La ciencia Y La medida

8

Determinación de la masa, el volumen y la densidad

1500

c) Se han utilizado varias muestras para obtener un resultado más preciso.

6 Nombre:

c) 2,6 ? 106 kg/m3

200

a) Con los datos de esta observación completa la siguiente tabla:

mg AMPLIACIÓN

Corcho 2 kg

Hierro 1 kg

Corcho 1 kg

103 hg

m 86 400 s 365,25 días ? ? ? s 1 día 1 año 1 km ? 40 = 3,786912 ? 1014 km 1000 m

d = 3 ? 10 8

V (cm3) 1000

Tonelada Kilogramo

mm 1m 1 día ? ? = 5,787 ? 10-9 m/s día 1000 mm 86 400 s

m 86 400 s 365,25 días ? ? ? 1 año = s 1 día 1 año = 9,467 ? 1015 m

d = 3 ? 108

m m 5,98 ? 10 24 g = = 1,083 ? 1024 cm3 = "V= V d 5,52 g/cm 3 = 1,083 ? 1018 m3



Notación científica

10-7 m = 0,1 nm = 100 nm.

11

b) d =

Indica, razonando la respuesta, cuál de los siguientes objetos tiene mayor densidad.

Algodón

Copia la tabla en tu cuaderno y complétala expresando los múltiplos y submúltiplos del gramo.

1000 g = 1,6 ? 10-24 g 1 kg

3

c) Expresa en miligramos la masa de 100 g de harina. 7

Ordénalos en función del volumen máximo que pueden medir. 3

Realiza los siguientes cambios de unidades: a) Expresa en kilogramos la masa de un melón de 3400 g.

Intenta deducir cuál sería el resultado de la medida en cada uno de los casos.

9 10

= 9,6 ? 10-4 kg

d Gramos.

•  Un clavo. 

d) La longitud de tu pie.



La ciencia Y La medida

1

•   Un hombre delgado de 1,80 m de altura.  d Miligramos.

c) El diámetro de la cabeza de un tornillo.

•  Profundización

PROFUNDIZACIÓN

ACTIVIDADES DE AMPLIACIÓN (soluciones)

ACTIVIDADES DE REFUERZO

-

Bola de acero

d) 15,3 ºC es una medida de temperatura; la unidad correspondiente en el SI es el kelvin (K).

Multiplicando por el factor de conversión correspondiente: 1m 3,5 cm ? 2 = 3,5 ? 10-2 m 10 cm

=0

La equivalencia entre las dos unidades es:

T(K) = 273 + t (ºC) " " T = 273 + 15,3 = 288,3 K t = tmedido

b) Elige diferentes objetos y describe el procedimiento para pesarlos. Si es posible, anota los resultados.

o e ,

G

ACTIVIDADES 1

b) 7,3 ? 103 hm

Realiza las siguientes conversiones de unidades: a) 705 kg a mg

c) 2345 dm a km

b) 200 cL a L

2

a) Vaso de precipitados:

5

c) Matraz erlenmeyer: d) Probeta:

incorrecto

f) Pipeta:

40

correcto

b) 3 ? 104 mm

d) 20 ns

■ Evaluación

1

b) 10,5 mg

3

CUESTIONES

Realiza los siguientes cambios de unidades:

8

c) 2500 ng

a) 6,32 kg a mg

Realiza las siguientes operaciones, expresando el resultado en unidades del SI:

c) 320 K a °C

Realiza la siguiente operación, expresando el resultado en mm: 12,6 km + 34,15 hm + 4,03 dm + 1,25 m =

9

DÍA A DÍA EN EL AULA física Y química 3.° eso   Material fotocopiable © Santillana Educación, S. L.

1 Fecha:

Calcula el valor medio del tiempo de caída y la distancia recorrida por la bola.

2

Calcula la velocidad con la que sale la bola de la rampa con la siguiente ecuación (a partir del valor medio de la distancia y del tiempo): distancia Velocidad = tiempo

Nombre:

Curso:

evaluación De cOnTeniDOS

ESTÁNDARES DE APRENDIZAJE Y SOLUCIONES

Fecha: Criterio

3

CONTROL B

B1‑1. Reconocer e identificar las características del método científico.

•  Evaluación de contenidos 

Queremos conocer la densidad de una determinada sustancia sólida. Para ello, hemos medido la masa y el volumen de varias muestras de dicho material, y hemos obtenido los siguientes resultados: Masa (g)

1000

1500

2000

2500

Volumen (cm3)

360

540

710

890

Estándares de aprendizaje

Realiza las siguientes operaciones, y expresa el resultado en unidades del Sistema Internacional: a) 2 km + 20 dm + 120 cm.

1

b) 2 h + 20 min + 32 s.

•  Evaluación por competencias

Expresa las siguientes medidas en unidades del Sistema Internacional y utiliza la notación científica para escribir el resultado. a) 19, 6 cm3.

b) 125 km/h.

c) 2,0 g/cm2.

d) 240 nm. b) ¿Qué tipo de gráfica obtienes? 5

La masa de la Tierra es 5,98 ? 1027 g, y la masa de Júpiter es 317,94 veces mayor.

c) Calcula el valor de la densidad, expresando el resultado en unidades del Sistema Internacional. Explica el método que has seguido para realizar el cálculo.

Control A 2, 5

1

B1‑2. Valorar la investigación científica y su impacto en la industria y en el desarrollo de la sociedad.

B1‑2.1. Relaciona la investigación científica con las aplicaciones tecnológicas en la vida cotidiana.

1

2

B1‑3. Conocer los procedimientos científicos para determinar magnitudes.

B1‑3.1. Establece relaciones entre magnitudes y unidades utilizando, preferentemente, el Sistema Internacional de Unidades y la notación científica para expresar los resultados.

2, 3, 4, 5

3, 4

B1‑4. Reconocer los materiales, e instrumentos básicos presentes en el laboratorio de Física y de Química; conocer y respetar las normas de seguridad y de eliminación de residuos para la protección del medioambiente.

B1‑4.1. Reconoce e identifica los símbolos más frecuentes utilizados en el etiquetado de productos químicos e instalaciones, interpretando su significado.

1

5

B2‑1. Reconocer las propiedades generales y características específicas de la materia y relacionarlas con su naturaleza y sus aplicaciones.

B2‑1.1. Distingue entre propiedades generales y propiedades características de la materia, utilizando estas últimas para la caracterización de sustancias.

1

B2‑1.3. Describe la determinación experimental del volumen y de la masa de un sólido y calcula su densidad.

1

a) Representa gráficamente la masa frente al volumen. d) 0,3 kg + 6,500 g + 16 000 mg.

Actividades Control B

B1‑1.1. Formula hipótesis para explicar fenómenos cotidianos utilizando teorías y modelos científicos. B1‑1.2. Registra observaciones, datos y resultados de manera organizada y rigurosa, y los comunica de forma oral y escrita utilizando esquemas, gráficos, tablas y expresiones matemáticas.

c) 200 mL + 104 cL.

4

49

DÍA A DÍA EN EL AULA física Y química 3.° eso   Material fotocopiable © Santillana Educación, S. L.

La ciencia Y La Medida Curso:

1

b) 42 h 20 min 32 s a s

b) 2 h + 20 min + 32 s = c) 200 mL + 104 cL =

distancia recorrida (m)

2

evaluación

Nombre:

•  Autoevaluación 

Expresa en unidades del SI estas medidas:

Tiempo (s)

1

c) 2 ? 166 mg

c) 2000 L

46

DÍA A DÍA EN EL AULA física Y química 3.° eso   Material fotocopiable © Santillana Educación, S. L.

medida

a) -15 °C

b) 125 cm

a) 2 km + 20 dm + 120 cm =

e) Bureta:

e) 1,4 mL a L f ) 3 dal a mL

Expresa las siguientes medidas en la correspondiente unidad del Sistema Internacional:

a) 70 km

b) Matraz aforado:

7. Repite el lanzamiento de la bola y las medidas varias veces. Recoge los resultados en una tabla.

d) 32 mg a kg

b) 254 mm a km c) 59 g a hg

d) 14,3 °C a K

Expresa las siguientes medidas en unidades del SI:

Describe los siguientes instrumentos de vidrio para medir volúmenes: 4

6. Para el cronómetro en el momento del impacto de la bola con el suelo. Anota la medida.

a) 196 mm

7 3

5. Pon en marcha el cronómetro justo cuando la bola se separa de la mesa.

Realiza las siguientes conversiones de unidades:

6

c) 0,0024 cm

a) 298 K a °C 2

Cinta métrica

4. Suelta la bola desde lo alto de la rampa. Previamente, mánchala con lápiz para leer la medida.

Expresa en metros las siguientes cantidades: a) 42 mm

Distancia F

1

d) ¿Podrías utilizar el valor de la densidad que has calculado en el apartado anterior para identificar de qué sustancia se trata?

e) Nombra los aparatos de laboratorio empleados para realizar estas medidas. a) ¿Cuánto vale la masa de Júpiter en unidades del Sistema Internacional? 2

Sabiendo que la masa de un protón es 1,6 ? 10-27 kg, calcula: a) La masa de un protón en gramos. b) Si la densidad de la Tierra es 5,52 g/cm3, calcula el volumen de nuestro planeta. b) La masa de 6,022 ? 1023 protones en miligramos.

Utiliza la notación científica para expresar todos los resultados.

52

1

DÍA A DÍA EN EL AULA física Y quíMica 3.° eso Material fotocopiable © Santillana Educación, S. L.

1

evaluación De cOnTeniDOS

La ciencia Y La medida Curso:

Curso:

Nombre:

Fecha:

EVALUACIÓN POR COMPETENCIAS

¿Cuáles de las siguientes afirmaciones relativas a la ciencia son ciertas?

5

a) La ciencia se encarga únicamente del estudio de la materia y su composición.

a) Siete magnitudes básicas con sus correspondientes unidades derivadas.

b) La ciencia se organiza en áreas especializadas como la física o la química.

b) Siete magnitudes básicas y siete magnitudes derivadas.

c) La astrología es un ejemplo de ciencia.

c) Siete magnitudes fundamentales y sus unidades básicas.

d) Toda actividad científica necesita expresar el resultado de sus investigaciones empleando ecuaciones.

Curso:

4

Resume en una línea el resultado de este estudio.

5

¿Cuántas hipótesis valoran los científicos para explicar este cambio en la altura del Everest?

El método científico consta de las siguientes etapas: a) Observación, experimentación, análisis de resultados y emisión de conclusiones.

3

10

7

c) kg

b) km

d) m3

a) 2 MJ = 2 ? 106 J

d) 37 000 mg = 0,037 kg

c) 56 ns = 56 ? 10-6 s

8

Una hipótesis:

9

c) Es una respuesta certera a un problema científico. d) Nunca puede comprobarse. La comunicación de los resultados de una investigación: a) Es una etapa esencial para el progreso científico. b) Es una fase optativa dentro del método científico. c) Se hace por medio de una ley científica. d) Solo se hace mediante páginas web.

10

La densidad del aluminio tiene un valor de 2,70 g/cm3. Si la expresamos en unidades del SI mediante factores de conversión obtenemos: a) 2700 kg/L

c) 2,70 kg/L

b) 2700 kg/m3

d) 0,27 kg/L

El número 0,000 067 se escribe en notación científica como: a) 67 · 10-6

c) 6,7 · 105

b) 6,7 · 10-5

d) 6,7 · 10-7

2 4

390

8

200

12

150

16

Con la información de la que dispones, ¿podrías afirmar si alguna de estas hipótesis es cierta?

7

¿Qué tendrías que hacer para comprobar estas hipótesis?

debes recordar

c) No se puede comprobar, ya que son simples  suposiciones.

5.  Definición de leyes. 6. Establecimiento de teorías.

3. Experimentación.

7. Publicación de resultados.

8

m

¿Cuál era el objetivo del estudio científico?

3

a) Comprobar que la altura del Everest ha disminuido.

b) Utilizamos una balanza para pesar sustancias.

2

c) Empleamos pipetas, probetas o buretas graduadas para medir volúmenes.

¿Qué periodo de tiempo se ha tenido en consideración para este estudio?

Actividades 5, 6, 7

B1‑1.2. Registra observaciones, datos y resultados de manera organizada y rigurosa, y los comunica de forma oral y escrita utilizando esquemas, gráficos, tablas y expresiones matemáticas.

8

1, 2, 3, 4, 5

B1‑5. Interpretar la información sobre temas científicos de carácter divulgativo que aparece en publicaciones y medios de comunicación.

B1‑5.1. Selecciona, comprende e interpreta información relevante en un texto de divulgación científica y transmite las conclusiones obtenidas utilizando el lenguaje oral y escrito con propiedad.

B1‑1. Reconocer e identificar las características del método científico.

B1‑1.2. Registra observaciones, datos y resultados de manera organizada y rigurosa, y los comunica de forma oral y escrita utilizando esquemas, gráficos, tablas y expresiones matemáticas.

B1‑3. Conocer los procedimientos científicos para determinar magnitudes.

B1‑3.1. Establece relaciones entre magnitudes y unidades utilizando, preferentemente, el Sistema Internacional de Unidades y la notación científica para expresar los resultados.

10

B1‑2. Valorar la investigación científica y su impacto en la industria y en el desarrollo de la sociedad.

B1‑2.1. Relaciona la investigación científica con las aplicaciones tecnológicas en la vida cotidiana.

11

8, 9, 10

altura en 2005

a) ¿Se trata de una magnitud fundamental o derivada? ¿Puedes extraer alguna conclusión a partir de ella? b) ¿En qué unidad está expresada?

c) Indica si esta unidad corresponde o no al Sistema Internacional.

d) Usamos un vaso de precipitados para medir un volumen pequeño.

Sentido de iniciativa y emprendimiento

b) Sabiendo que: 1 mbar = 100 Pa y 1 atm = 101 325 Pa, estima, a partir de la gráfica, y haciendo los cambios  de unidades necesarios, la presión atmosférica en la cima del monte.

km

altura en 1975

¿Qué magnitud se ha medido para determinar la altura del monte Everest?

Estándares de aprendizaje B1‑1.1. Formula hipótesis para explicar fenómenos cotidianos utilizando teorías y modelos científicos.

diferencia de altura

b) Medir la altura del monte Everest. c) Demostrar que la altura del Everest ha disminuido su altura por los efectos del calentamiento global.

a) Cogemos una pipeta Pasteur para medir un volumen de líquido con exactitud.

a) Representa gráficamente los datos de la tabla, colocando la presión en el eje de ordenadas y la altura  en el de abscisas. ¿La presión varía de forma lineal  a medida que aumenta la altura?

Rellena la tabla siguiente referente al estudio realizado:

4. Análisis de resultados.

Criterio B1‑1. Reconocer e identificar las características del método científico.

Comunicación lingüística

a) Repetir el estudio. b) Llevar a cabo un experimento para comprobar  cada una de ellas.

1. Observación. 2. Elaboración de hipótesis.

¿Cuál de las siguientes operaciones que podemos realizar en el laboratorio de química no es correcta?

Competencia que se trabaja

Competencia matemática y competencias básicas en ciencia y tecnología

El método científico al procedimiento que siguen los investigadores para estudiar los problemas y llegar  a conclusiones ciertas. Se compone de las siguientes etapas:

1

0

900

6

Además, se ha sugerido que, desde 1975, el grosor de la capa de hielo puede haber disminuido debido al calentamiento global de la atmósfera.

b) 3,5 pm = 3,5 ? 10-12 m

1000

600

Indica en qué consiste cada una de ellas.

•   La tecnología empleada en la actualidad, basada en ondas de radio, es más exacta, con un margen de error de 0,21 m.

altura (km)

b) Dos

•   El cálculo del nivel de partida ha sido más perfecto, situándolo 0,7 m por encima del anterior.

Indica cuál de las siguientes equivalencias es incorrecta:

c) Observación, emisión de hipótesis, experimentación, análisis de resultados, definición de leyes, establecimiento de teorías y publicación de resultados.

a) Es imposible de comprobar, ya que es una suposición ideal.

4

a) K

Presión (mbar)

c) Tres

•   El espesor de la capa de hielo y nieve de su cumbre se ha  medido más exactamente y ha resultado ser de 3,5 m en  vez de los 0,9 m determinados en 1975.

evaluación POR cOMPeTenciaS

ESTÁNDARES DE APRENDIZAJE Y SOLUCIONES

Fecha:

Una de las dificultades con que cuentan las expediciones al monte Everest es la falta de oxígeno, debida a la disminución de la presión atmosférica con la altura.

a) Una

Según los científicos, esta disminución de altura puede deberse a tres causas:

¿Cuál de las siguientes unidades no corresponde al SI?

b) Observación, emisión de hipótesis, experimentación, análisis de resultados, definición de leyes y publicación de estas leyes.

b) Debe formularse de forma concreta y se tiene que comprobar mediante la experimentación.

Un estudio científico realizado en el año 2005 determinó que la altura del monte Everest, el más alto de la Tierra, era de 8844,43 m. En 1 975 su altura había sido fijada en 8848,13 m. Es decir, que ha disminuido en 3,7 m.

d) Siete unidades de siete magnitudes. 6

2

¿Cómo trabajan los científicos?

El Sistema Internacional de unidades (SI) está formado por:

DÍA A DÍA EN EL AULA fíSICA Y qUímICA 3.° ESO Material fotocopiable © Santillana Educación, S. L.

1

La CienCia Y La medida

Fecha:

AUTOEVALUACIÓN 1

56

evaluación

Nombre: Nombre:

53

DÍA A DÍA EN EL AULA física Y quíMica 3.° eso Material fotocopiable © Santillana Educación, S. L.

9

11

Ahora que conoces el trabajo científico opina: ¿Piensas que es importante divulgar los resultados de una investigación? ¿Por qué?

Expresa en notación científica el valor de la altura del Everest determinado en 1975.

1 a, 2 c, 3 b, 4 a, 5 c, 6 b, 7 c, 8 b, 9 b, 10 a SOLUCIONES

.

UN POTENTE SISTEMA DE EVALUACIÓN COMO GARANTÍA DE ÉXITO

•   Pensar reflexiva, crítica y creativamente.

d -

s l n

Para ello, los libros del alumno disponen de secciones de ampliación y refuerzo, y la Biblioteca  del Profesor de planes de apoyo y refuerzo para los alumnos con dificultades y un programa de profundización para aquellos que pueden ir más allá.

Todos somos conscientes de que la sociedad actual requiere unas capacidades muy diferentes de las que se demandaban hasta hace poco tiempo. Necesitamos personas capaces de:

s s

l -

UNA ESCUELA INCLUSIVA, EN LA QUE TODOS DESARROLLEN SUS CAPACIDADES Y TALENTOS

EL OBJETIVO: QUE LOS ALUMNOS ADQUIERAN LAS COMPETENCIAS QUE NECESITA UN CIUDADANO DEL SIGLO XXI

DÍA A DÍA EN EL AULA física Y química 3.° eso Material fotocopiable © Santillana Educación, S. L.

51

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DÍA A DÍA EN EL AULA físiCa Y químiCa 3.° eso   Material fotocopiable © Santillana Educación, S. L.

DÍA A DÍA EN EL AULA físiCa Y químiCa 3.° eso   Material fotocopiable © Santillana Educación, S. L.

DÍA A DÍA EN EL AULA FÍSICA Y QUÍMICA 3.° ESO Material fotocopiable © Santillana Educación, S. L.

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11

31/07/2015 13:48:37

La evaluación LA EVALUACIÓN EN LA LOMCE La evaluación constituye una fase fundamental del proceso educativo: • N os informa del grado de adquisición de los contenidos y del desarrollo de las competencias por parte del alumnado. • E s un instrumento fundamental para orientar la labor docente, pues, a raíz de sus resultados, es posible elaborar planes específicos para que cada alumno o alumna desarrolle mejor sus capacidades o habilidades, reforzando y mejorando en determinados campos en unos casos o profundizando y abarcando nuevos contenidos en otros.

EVALUACIONES EXTERNAS La Ley Orgánica para la Mejora de la Calidad Educativa (LOMCE) plantea importantes innovaciones relacionadas con el proceso de evaluación, la principal de las cuales es, sin duda, el establecimiento de cuatro evaluaciones externas: • Al finalizar los cursos de 3.º y 6.º de Primaria. • Tras 4.º de Educación Secundaria Obligatoria. • Al terminar 2.º de Bachillerato. Las pruebas de Primaria son evaluaciones de diagnóstico que tienen como objetivo comprobar la adquisición de destrezas y de competencias por parte de los alumnos, de modo que, si se detectase alguna carencia, se puedan establecer planes específicos de mejora. Sin embargo, las pruebas de 4.º de ESO y 2.º de Bachillerato tienen importantes efectos académicos: si no se superan, los alumnos no obtendrán los títulos de Graduado en ESO y de Bachiller, respectivamente. EVALUACIONES EXTERNAS EN LA LOMCE

3.º Primaria

Diagnóstico

12

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6.º Primaria

4.º ESO

2.º Bachillerato

Diagnóstico

Obtención del título de Graduado en ESO

Obtención del título de Bachiller

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D

UN COMPLETO SISTEMA DE EVALUACIÓN El proyecto SABER HACER ofrece un amplio conjunto de recursos para facilitar la labor del profesorado y responder a sus necesidades, atendiendo a todos los aspectos de la evaluación:

-

• Evaluación de contenidos. Pruebas de control para cada unidad didáctica para comprobar el nivel de adquisición de los principales conceptos y procedimientos.

r s

• Evaluación por competencias. Pruebas que evalúan el grado de adquisición de las competencias. • Rúbricas de evaluación. Documento en el que se proporcionan, para cada unidad didáctica, criterios para la observación y el registro del grado de avance de los alumnos, de acuerdo con los estándares de aprendizaje. • Generador de pruebas de evaluación. Herramienta informática que permite elaborar pruebas de evaluación personalizadas mediante la selección de actividades a través de un sistema de filtros. También permite editar y modificar las actividades o que el profesorado incluya otras de elaboración propia.

l

r e

• Evaluaciones externas: nacionales e internacionales. Análisis de las principales evaluaciones externas de ámbito autonómico, nacional e internacional, destinadas a los alumnos y alumnas.

RECURSOS PARA LA EVALUACIÓN DE CONTENIDOS La evaluación de contenidos permite controlar el proceso de enseñanza y aprendizaje, efectuando una comprobación permanente del nivel de adquisición de contenidos.

-

.

Como apoyo para facilitar esta labor, se proporcionan para todas las unidades didácticas: •   Autoevaluación. Con ella las alumnas y alumnos podrán verificar el grado de adquisición de los contenidos fundamentales. •  Pruebas de control. Se ofrecen dos pruebas: – P   rueba B. Prueba de nivel básico en la que se evalúan los contenidos mínimos que todos los alumnos y alumnas deben adquirir. – Prueba A. Prueba de nivel avanzado. •   Estándares de aprendizaje y soluciones. En una tabla se relacionan los criterios de evaluación y los estándares de aprendizaje del currículo de cada unidad con las actividades de la pruebas. Se incluyen, además, las soluciones de todas las actividades.

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La evaluación por competencias LAS COMPETENCIAS EN LA LOMCE Las competencias son un conjunto integrado de capacidades (conocimientos, estrategias, destrezas, habilidades, motivaciones, actitudes…) que los alumnos han de poner en juego para dar respuesta a problemas cotidianos, aunque complejos, de la vida ordinaria. La nueva ley de educación, basándose en el Marco de Referencia Europeo para las competencias clave en el aprendizaje permanente, ha definido siete competencias que los alumnos deben haber adquirido al finalizar su trayectoria académica. Estas competencias son las siguientes: Competencias

Comunicación lingüística

Es la habilidad para expresar e interpretar conceptos, pensamientos, sentimientos, hechos y opiniones de forma oral o escrita (escuchar, hablar, leer y escribir), y de interactuar lingüísticamente de una manera adecuada y creativa en todos los contextos.

Competencia matemática y competencias básicas en ciencia y tecnología

Integra la habilidad de aplicar los conceptos matemáticos, con el fin de resolver problemas en situaciones cotidianas, junto con la capacidad de aplicar el conocimiento y el método científico para explicar la naturaleza.

Competencia digital

Implica el uso seguro y crítico de las tecnologías de la información y la comunicación en la formación, el trabajo y el ocio.

Aprender a aprender

Engloba las habilidades necesarias para aprender, organizar el propio aprendizaje y gestionar el tiempo y la información eficazmente, ya sea de forma individual o en grupo.

Competencia social y cívica

Recoge los comportamientos que preparan a las personas para participar de una manera eficaz y constructiva en la vida social, profesional y cívica, en una sociedad cada vez más diversificada y plural.

Sentido de iniciativa y emprendimiento

Hace referencia a la habilidad de cada persona para transformar las ideas en actos, poniendo en práctica su creatividad, a la capacidad de innovación y de asunción de riesgos, y a las aptitudes necesarias para la planificación y la gestión de proyectos.

Conciencia y expresión cultural

Implica apreciar la importancia de la expresión creativa de ideas, experiencias y emociones a través de distintos medios (música, literatura, artes escénicas, artes plásticas…).

La incorporación de las competencias al currículo hace necesario integrarlas en las tareas y actividades didácticas que se desarrollan en el proceso de enseñanza-aprendizaje y, por tanto, tienen una relación directa con la evaluación del alumnado. Esto requiere que los estándares de aprendizaje evaluables hagan referencia no solo a los contenidos propios de las distintas áreas, sino también a la contribución de dichas áreas al logro de las competencias.

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RECURSOS PARA LA EVALUACIÓN POR COMPETENCIAS

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Entre los recursos para la evaluación que se incluyen en el proyecto SABER HACER, se proporcionan pruebas diseñadas para evaluar el desarrollo y la adquisición de las competencias educativas por parte de los alumnos.

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Estas pruebas de evaluación por competencias son complementarias a las que se proponen para la evaluación de contenidos. Tanto unas como otras evalúan los procesos cognitivos y el progreso en el aprendizaje, aunque las segundas están más guiadas por el currículo de las áreas y las primeras, por la contribución de tales áreas al logro de las competencias educativas. En el área de Física y Química, nuestro proyecto editorial ofrece los siguientes elementos: • Pruebas de evaluación por competencias. Para cada unidad se ofrece una prueba referida fundamentalmente a las competencias más ligadas con el área: competencia matemática y competencias básicas en ciencia y tecnología. • Estándares de aprendizaje. Los estándares de aprendizaje del perfil de la competencia se ponen en relación con las actividades. • Soluciones. Se incluyen las respuestas a todas las actividades planteadas en cada prueba.

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UNIDAD 1 La ciencia y la medida

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UNIDAD 1. La ciencia y la medida

Guion de la unidad y sugerencias didácticas. . . . . .

20

Presentación de la unidad Objetivos Contenidos Consideraciones a tener en cuenta Competencias que se trabajan Criterios de evaluación

Enseñanza individualizada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

22

Refuerzo • Ficha 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

22

• Ficha 1 (soluciones) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

23

• Ficha 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

24

• Ficha 2 (soluciones) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

25

• Ficha 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

26

• Ficha 2 (soluciones) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

27

Profundización • Ficha 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

28

• Ficha 1 (soluciones) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Ampliación

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• Conceptos básicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

30

• Magnitudes y unidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

32

• Expresión de una medida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

33

• Expresión de una medida experimental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

35

• Sistema Internacional de unidades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

38

• Determinación de la masa, el volumen y la densidad . . . . . . . . . . . . . . . . . .

40

• Cómo trabaja un científico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Problemas resueltos • Problema resuelto 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

46

• Problema resuelto 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

47

Experiencias • ¿Puede utilizarse una balanza para medir longitudes? . . . . . . . . . . . . . . . . .

48

• Determinación de la velocidad con la que sale despedida una bolita de una rampa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

49

Recursos para la evaluación de contenidos. . . . . . .

51

Autoevaluación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

51

Controles • Control B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

52

• Control A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

54

Estándares de aprendizaje y soluciones . . . . . . . . . . . . . . . . . .

56

Recursos para la evaluación por competencias . . . 60 Prueba de evaluación de competencias • ¿Cómo trabajan los científicos? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

60

Estándares de aprendizaje y soluciones . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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PRESENTACIÓN Y PROGRAMACIÓN

LA CIENCIA Y LA MEDIDA

PRESENTACIÓN 1.

C

En esta unidad se introduce el método científico con varios ejemplos de leyes científicas. Es importante, a fin de que el alumno lo aprenda, que sepa aplicarlo a alguna observación sencilla de la vida cotidiana.

2.

Una de las herramientas más útiles en el trabajo científico es el uso de las gráficas.

1

En esta unidad se utilizan fundamentalmente a partir de los datos de observaciones recogidos en una tabla.

2

OBJETIVOS •   Aprender a diferenciar actividades científicas  de pseudocientíficas.

•   Identificar las magnitudes fundamentales  y las derivadas.

•   Ser capaces de aplicar el método científico  a la observación de fenómenos sencillos.

•   Utilizar las representaciones gráficas como  una herramienta habitual del trabajo científico.

•   Conocer el Sistema Internacional de unidades  y saber hacer cambios de unidades con los distintos múltiplos y submúltiplos.

•   Saber expresar gráficamente distintas observaciones.

3

•   Aprender a trabajar en el laboratorio con seguridad, orden  y limpieza.

•   Conocer la importancia que tiene utilizar las unidades  del Sistema Internacional a escala global.

CONTENIDOS SABER

•   La ciencia. •   Aproximación al método científico. Las etapas del método científico. •   Ordenación y clasificación de datos. •   Representación de gráficas. •   El Sistema Internacional de unidades. •   Magnitudes fundamentales y derivadas. •   Factores de conversión y notación científica. •   El trabajo en el laboratorio: seguridad y técnicas.

SABER HACER

•   Realizar cambios de unidades a fin de familiarizar al alumno en el uso de múltiplos  y submúltiplos de las distintas unidades. •   Elaborar tablas. •   Elaborar representaciones gráficas a partir de tablas de datos. •   Analizar gráficas. •  Interpretar gráficas. •   Plantear observaciones sencillas y aplicar el método científico.

C SABER SER

•   Valorar la importancia del lenguaje gráfico en la ciencia.

1

•   Gusto por la precisión y el orden en el trabajo en el laboratorio.

2

•   Potenciar el trabajo individual y en equipo.

3

4

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PRESENTACIÓN Y PROGRAMACIÓN

LA CIENCIA Y LA MEDIDA

CONSIDERACIONES A TENER EN CUENTA 1.   En la primera parte de la unidad se introducirá el método  científico comentando las etapas que lo componen.  Se puede elegir una observación de la vida cotidiana  y aplicarle el método científico a fin de conseguir que el  alumno tenga una aproximación más cercana al mismo. 2.   A pesar de ser una parte «aburrida» para muchos alumnos,  como los cambios de unidades acompañarán al alumno a lo largo de sus estudios, hay que hacer hincapié  en la importancia que tiene saber cambiar de unidades. 3. Por otro lado, un aspecto muy importante en la ciencia  es el tratamiento gráfico de los datos experimentales  obtenidos. Se trabajará la información que se puede sacar  de una representación gráfica, y se realizarán gráficos  sencillos a partir de los datos de una tabla.

4. Es especialmente interesante la aplicación de las nuevas  tecnologías en el aula. Seguramente haya alumnos  capaces de manejar con soltura una hoja de cálculo,  pero otros tendrán dificultades. Esta diversidad del alumnado es, sin duda alguna,  un inconveniente a la hora de emplear hojas de cálculo para analizar datos. No obstante, es interesante trabajar  en grupo en el aula de informática para mostrar la gran utilidad que tienen estas aplicaciones y realizar varias  tareas: •  Efectuar cálculos en tablas. •  Representar gráficamente los datos de una tabla.

COMPETENCIAS QUE SE TRABAJAN Competencia matemática, científica y tecnológica Ya en las tres primeras páginas que abren la unidad  se trabaja con el contenido matemático de medida del tiempo y se hace un repaso general de múltiplos y submúltiplos, resolución de ecuaciones y manejo  de la calculadora. En otro epígrafe se trabaja con tablas y gráficas. Cabe destacar el Saber hacer en el que se desarrolla  pormenorizadamente la construcción de una gráfica.  Se estudian la línea recta ascendente y descendente,  y la parábola, necesarias para futuras representaciones  gráficas. En el epígrafe La medida, se desarrollan los contenidos  propios del Sistema Internacional de unidades con  los múltiplos y submúltiplos. Las actividades de este  epígrafe refuerzan las competencias matemáticas de cursos anteriores.

Observamos en esta unidad el proceso de cambio  de unidades a través de factores de conversión,  y trabajamos la notación científica. Finalmente, en la página de trabajo sobre la competencia  científica se analiza con detalle una gráfica. En esta unidad se desarrolla sobre todo la importancia del método científico, no solo como un método para  trabajar, sino como un sistema que garantiza que las leyes  y los hechos que tienen su base de estudio de esta forma  garantizan su seriedad. De hecho, se hace especial  hincapié en el mal tratamiento de conceptos  científicos para vender ideas falsas: publicidad  engañosa, videntes, etc. Competencia en comunicación lingüística A través de Formas de pensar. ¿Compartirías tus descubrimientos? se trabaja la comprensión lectora.

CRITERIOS DE EVALUACIÓN 1. Diferenciar ciencia y pseudociencia.

5. Analizar e interpretar gráficas.

2. Explicar las distintas etapas que componen  el método científico.

6. Catalogar una magnitud como fundamental o derivada.

3. Aplicar el método científico a observaciones reales.

7. S   aber resolver cambios de unidades y manejar  el Sistema Internacional de unidades.

4. Representar gráficamente los datos recogidos  en una tabla.

8. C   onocer las normas de seguridad y las técnicas básicas  en el laboratorio de física y química

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REFUERZO

FICHA 1

LA CIENCIA Y LA MEDIDA

ACTIVIDADES DE REFUERZO 1

Expresa en kilogramos la masa de una manzana de 195 g.

2

Expresa en gramos la masa de tres cuartos de kilogramo de arroz.

3

Expresa en miligramos la masa de un tornillo de 2 g.

13

Llenamos un recipiente con agua y otro, exactamente igual, con aceite. Justifica: a) ¿Cuál tendrá más masa? b) Si añadimos uno sobre el otro, ¿cuál quedará encima? Busca los datos que necesites.

4

Expresa en litros el volumen de refresco contenido en una lata de 33 cL.

5

Indica el procedimiento que utilizarías para medir el volumen de un sólido regular de forma cúbica. Nombra los instrumentos que necesites utilizar.

6

7

¿Cuáles son las magnitudes fundamentales del Sistema Internacional? Cita la unidad que corresponde a cada una de las magnitudes.

15

Completa la tabla: Unidad

m3

Realiza la operación: 16

Indica la unidad de medida en el Sistema Internacional para las siguientes magnitudes:

Temperatura (°C)

0

25

1

29

d) Temperatura.

2

35

e) Superficie.

3

37

f) Volumen.

4

41

¿Cómo medirías la masa de un grano de arroz? Explica el procedimiento.

5

45

c) Longitud.

11

12

En un laboratorio se ha medido la temperatura que alcanza un líquido a intervalos regulares de tiempo, obteniéndose los siguientes resultados: Tiempo (min)

b) Tiempo.

10

Submúltiplos

kg

a) Masa.

9

Múltiplos

hm

Indica el procedimiento que utilizarías para medir el volumen de un sólido irregular. Nombra los instrumentos que necesites utilizar.

32,0 ? 103 g + 1,6 ? 104 g 8

14

a) Representa los datos en una gráfica. b) ¿Qué tipo de gráfica se obtiene?

Necesitas medir 45 mL de agua. ¿Qué instrumento de laboratorio utilizarías? Nombra los instrumentos de medida de volúmenes que conozcas. Completa la siguiente tabla:

Agua destilada

Masa (kg)

Volumen (L)

1,00

1,00

Agua de mar Hielo Mercurio

22 ES0000000006255 563068 Tema 1_18296.indd 22

3,40 3,10

Densidad (kg/L)

1,02 0,92

0,11

13,6

c) ¿Crees que algún punto puede corresponder a una medida mal hecha? 17

Un enfermero ha controlado la temperatura de un paciente durante el tiempo que permaneció ingresado en el hospital. 1. El primer día ingresó sin fiebre (37 °C). 2. El segundo día la fiebre le subió a 39 °C y se mantuvo así durante tres días. 3. A partir de entonces, la fiebre bajó a razón de medio grado por día. Cuando el enfermo estuvo tres días sin fiebre, se le dio el alta en el hospital. Reconstruye la gráfica de la temperatura del paciente.

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REFUERZO

FICHA 1

LA CIENCIA Y LA MEDIDA

ACTIVIDADES DE REFUERZO (soluciones) a) La gráfica sería:

1

195 g = 0,195 kg

2

3/4 kg = 750 g

Temperatura (°C)

3

2 g = 2000 mg

50

4

33 cL = 0,33 L

5

En este caso basta con utilizar una regla, medir la arista y calcular el volumen así:

16

40 30

V = L3 6

7

4,8 ? 104 g.

8

a) Kilogramo (kg).

d) Kelvin (K).

b) Segundo (s).

e) Metro cuadrado (m2).

c) Metro (m).

f) Metro cúbico (m3).

9

20

Si el sólido es irregular, es necesario utilizar una probeta. Se mide el volumen ocupado por cierta cantidad de líquido en la probeta, se echa el sólido en la misma y se anota el volumen nuevo. El volumen del sólido será la diferencia entre este segundo volumen (con el sólido dentro del líquido de la probeta) y el volumen inicial.

10 0 0

1

2

3

4

5

6

Tiempo (min)

b) Se obtiene una recta.

Se mide en la balanza la masa de un gran número de granos de arroz, contamos los granos y dividimos la masa total entre el número de gramos.

c) Hay un punto que se desvía más que los otros de la recta: (2 min, 35 °C). 17

Primero elaboramos la tabla: Día

Temperatura (°C)

Día

Temperatura (°C)

1

29

5

38,5

10

Una probeta.

2

35

6

38,0

11

Ejemplos: probeta, bureta, pipeta, vaso de precipitados, matraz aforado, erlenmeyer.

3

37

7

37,5

4

41

8

37,0

12

Agua destilada Agua de mar Hielo Mercurio

Masa (kg)

Volumen (L)

Densidad (kg/L)

1,00

1,00

1

3,468

3,40

1,02

3,10

3,37

0,92

1,496

0,11

13,6

A continuación elaboramos la gráfica: Temperatura (°C) 39,5 39,0 38,5 38,0

13

a) Tiene más masa el que se llena con agua, pues la densidad del agua es mayor que la del aceite.

37,5

b) El aceite quedará sobre el agua.

37,0

Datos: densidad del agua = 1 g/cm3; densidad del aceite = 0,8 g/cm3.

36,5

14

Ver respuesta en el libro del alumno.

15

Respuesta: Unidad

Múltiplos

Submúltiplos

hm

km

m, dm, cm, mm

kg

t

hg, dag, g, dg, mg

m3

km3, hm3, dam3

dm3, cm3, mm3

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2

3

4

5

6

7

Día 8

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1

REFUERZO

FICHA 2

LA CIENCIA Y LA MEDIDA

ACTIVIDADES DE REFUERZO 1

d) Con ayuda de las matemáticas determinamos la superficie, S = largo × ancho. Antes de realizar la operación, deduce en qué unidad estará expresada.

Copia en tu cuaderno esta tabla y complétala expresando los múltiplos y submúltiplos del metro. Unidad

Símbolo

Equivalencia

Notación científica

Ahora calcula: S = ______ × ______ = ______

103

Kilómetro hm

4

100

Decámetro Metro

Material necesario: cinta métrica y caja de zapatos. m

1

dm

0,1

1

El volumen de la caja de zapatos se calcula mediante la expresión: V = largo × ancho × alto

10-2

En nuestras medidas hemos obtenido los siguientes valores: 22 cm, 15 cm y 15 cm.

0,001 2

Utilizando la regla graduada medimos el volumen de una caja de zapatos.

a) Señala en la caja cada una de las tres dimensiones y realiza su medida con la regla.

Copia en tu cuaderno y completa las frases: a) Un kilómetro equivale a ____ metros. b) Un ____ equivale a diez metros. c) Un centímetro equivale a una centésima de ____. d) Un ____ equivale a mil milímetros.

3

Vamos a medir la superficie de una hoja de papel utilizando una regla graduada. En primer lugar observa la regla y determina.

Largo = ______ ; ancho = ______ ; alto = ______ b) ¿En qué unidad estará determinado el volumen?

Material necesario: cinta métrica, hoja de papel Din a 4.

c) Calcula el volumen V. 5

Material necesario: cinta métrica y caja de cerillas.

a) La longitud más pequeña que podemos medir con ella. b) La longitud más grande que podemos medir con la regla.

V = largo × ancho × alto = _______ A continuación, determina el número de cajas de cerillas que podemos colocar en el interior de la caja de zapatos.

A

c) Realiza las siguientes medidas y expresa el resultado en la unidad adecuada. 6

B

Utilizando el mismo procedimiento, mide el volumen de una caja de cerillas.

La altura de Juan es 1,73 m. ¿Cuál es su altura en cm? Recuerda que, como 1 m = 100 cm, entonces: 1,73 m = 1,73 ? 100 cm = 173 cm Utilizando este procedimiento para el cambio de unidades, expresa las siguientes medidas: a) El diámetro de una moneda de un euro. ¿Cuánto vale expresado en milímetros? b) El diámetro de un CD. ¿Cuál es el valor de la medida expresada en metros?

Largo = ______ ; ancho = ______

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c) Mide tu habitación y expresa su superficie en m2 y en cm2.

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REFUERZO

FICHA 2

LA CIENCIA Y LA MEDIDA

ACTIVIDADES DE REFUERZO (soluciones) 1

Entonces, el volumen de la caja de cerillas se calcula así:

La tabla queda así: Símbolo

Equivalencia

Notación científica

Kilómetro

km

1000

103

Hectómetro

hm

100

102

dam

10

101

Metro

m

1

1

Decámetro

dm

0,1

10-1

Centímetro

cm

0,01

10-2

Milímetro

mm

0,001

10-3

Unidad

Decámetro

2

a) Un kilómetro equivale a 1000 metros. b) Un decámetro equivale a diez metros. c) Un centímetro equivale a una centésima de metro. d) Un metro equivale a mil milímetros.

3

a) 1 mm. b) 30 cm. c) A " Largo = 7 cm; ancho = 1 cm; B " Largo = 6,5 cm; ancho = 4 cm. d) La superficie estará expresada en cm2, puesto que tanto el largo como el ancho están expresados en cm. Su valor será:

Vcerillas = 6 cm × 3 cm × 1,5 cm = 27 cm3 Para saber el número de cajas de cerillas que podemos colocar en el interior de la caja de zapatos debemos dividir el volumen de la caja de zapatos entre el volumen de la caja de cerillas. Debemos tener cuidado de expresar ambas cantidades en la misma unidad; en este caso, en cm3. Vcaja 4950 cm 3 = = 183,33 Vcerillas 27 cm 3 Por tanto, en una caja de zapatos podemos meter 183 cajas de cerillas. 6

a) Usando una regla graduada en milímetros podemos conocer el diámetro fácilmente: Diámetro = 23 mm b) Como antes, podemos usar una regla. 1m = 0,12 m 100 cm c) Respuesta modelo. Si la habitación mide 4 m de largo y 3 m de ancho, entonces: Diámetro = 12 cm = 12 cm #

Superficie = largo × ancho = 4 m × 3 m = 12 m2 Si queremos expresarla en cm2, debemos tener en cuenta la equivalencia entre el m2 y el cm2: 1 m2 = 104 cm2. 10 4 cm 2 Superficie = 12 m2 × = 1,2 ? 105 cm2 1 m2

•  SA = 7 cm × 1 cm = 7 cm2 •  SB = 6,5 cm × 4 cm = 26 cm2 3

a) 15 cm

15 cm 22 cm

Largo = 22 cm; ancho = 15 cm; alto = 15 cm. b) En cm3. c) Como sabemos, el volumen de la caja de zapatos se calcula mediante la expresión: V = largo × ancho × alto Por tanto: Vcaja = 22 cm × 15 cm × 15 cm = 4950 cm3 5

Como en el caso anterior, basta con medir el largo, el ancho y el alto de la caja de cerillas. Cada caja tiene unas dimensiones propias, pero una respuesta típica es la siguiente: Largo = 6 cm; ancho = 3 cm; alto = 1,5 cm

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1

REFUERZO

FICHA 3

LA CIENCIA Y LA MEDIDA

ACTIVIDADES DE REFUERZO 1

Indica la unidad de longitud que utilizarías para expresar las siguientes medidas:

5

Relaciona con flechas ambas columnas: •  Una manzana.  

d Toneladas.

a) La distancia de Sevilla a Granada.

•  Un automóvil.  

d Kilogramos.

b) La superficie del aula en la que estás.

•   Un hombre delgado de 1,80 m de altura.  d Miligramos.

c) El diámetro de la cabeza de un tornillo.

•  Un clavo. 

d Gramos.

d) La longitud de tu pie. 6

e) El volumen de tu teléfono móvil.

a) Expresa en kilogramos la masa de un melón de 3400 g.

Intenta deducir cuál sería el resultado de la medida en cada uno de los casos. 2

b) Expresa en gramos la masa de 3/4 de kilogramo de arroz.

Para medir el volumen de los líquidos podemos utilizar el siguiente material.



• Probeta.

• Vaso de precipitados.



• Bureta.

• Pipeta.

c) Expresa en miligramos la masa de 100 g de harina. 7

Ordénalos en función del volumen máximo que pueden medir. 3

Símbolo

Equivalencia

Indica, razonando la respuesta, cuál de los siguientes objetos tiene mayor densidad.

Algodón

Copia la tabla en tu cuaderno y complétala expresando los múltiplos y submúltiplos del gramo. Unidad

Realiza los siguientes cambios de unidades:

1 kg

Notación científica

Tonelada

hg

100

g

1

Decagramo Gramo

8

dg Centigramo

1 10-1

0,01

Corcho 2 kg

Dejamos caer agua, gota a gota, en un recipiente graduado (probeta) de 100 mL de capacidad y medimos el tiempo que tarda en llenarse. Observamos que cada dos minutos el volumen aumenta en 25 mL. a) Con los datos de esta observación completa la siguiente tabla:

mg 4

Hierro 1 kg

Corcho 1 kg

103

Kilogramo

Tiempo (minutos)

Observa la balanza.

Volumen (mL)

2 4 6 8 b) Representa gráficamente estos datos.

 

c) ¿Cuánto tiempo tarda en llenarse el recipiente a la mitad de su capacidad?

 

 

d) ¿Qué volumen de agua hay después de 5 minutos?

• ¿Cuál es la masa más pequeña que podríamos medir utilizando la balanza electrónica?

26 ES0000000006255 563068 Tema 1_18296.indd 26

Intenta diseñar un procedimiento experimental que te permita conocer el número de gotas de agua que hay en 1 L.

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D

1

FICHA 3

LA CIENCIA Y LA MEDIDA

ACTIVIDADES DE REFUERZO (soluciones) 1

 a   )  km.

7

   Tiene mayor densidad el objeto de hierro. La densidad  no depende de la cantidad de materia. La densidad   de un trozo de corcho de 1 kg de masa es la misma   que la de un trozo de corcho de 2 kg de masa.

8

   a)  La tabla de datos queda así:

b) m . 2

c) mm.

.

d) cm.

.

.

REFUERZO

e) cm3.  

El resultado de la medida será (más o menos):

Tiempo (minutos)

Volumen (mL)

2

25

c) 4 mm.

4

50

d) 22 cm.

6

75

e) 45 cm3.

8

100

a) 200 km. b) 55 m2.

2

                

Medida más pequeña

Medida más grande

1 mL

100 mL

Probeta

1 mL

30 mL

Pipeta

1 mL

10 mL

Vaso de precipitados

50 mL

350 mL

 

Vaso de precipitados > probeta > bureta > pipeta

Unidad

Símbolo

100 80

40

Equivalencia

20

Notación científica

t

10 00 000

10

Kilogramo

kg

1000

103

hg

100

102

dag

10

Gramo

g

1

1

Decigramo

dg

0,1

10-1

Centigramo

cg

0,01

10-2

Miligramo

mg

0,001

10-3

Hectogramo

Decagramo

 0   ,1 g (o 0,01 g).

5

  •    Una manzana " Gramos.

 

0 0

6

Tonelada

4

•  Un automóvil " Toneladas.

 

•   Un hombre delgado de 1,80 m de altura " Kilogramos.

 

•  Un clavo " Miligramos.

2

4

6

8

10 t (min)

c) 4 minutos. d) Como cada 2 minutos caen 25 mL, cada minuto caen  12,5 mL. Por tanto, a los 5 minutos han caído 62,5 mL.   

 

6

V (mL)

60

Por tanto, el orden sería:

                            

b) La gráfica correspondiente es:

120

Bureta

 

3

 

Para conocer el número de gotas de agua que hay en 1 L  podemos contar cuántas gotas hay en 10 mL, por ejemplo,  dejando caer gotas desde una pipeta. Y luego multiplicamos  el resultado obtenido por 100 (en 1 L hay 1000 mL).

 a   )  3400 g = 3,4 kg. b) 3/4 de kilogramo = 750 g. c) 100 g = 100 000 mg.

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1

PROFUNDIZACIÓN

LA CIENCIA Y LA MEDIDA

ACTIVIDADES DE AMPLIACIÓN 1

Explica el procedimiento que emplearías para medir el volumen de aire que hay en una habitación cerrada si solo dispones de una cinta métrica. ¿En qué unidades expresarías dicho volumen?

8

La masa de la Tierra es de 5,98 ? 1024 kg y su radio, 6400 km. Considerando la Tierra de forma esférica, calcula la densidad media de nuestro planeta.

2

Contesta:

9

La longitud de onda de una determinada radiación es de 10-7 m. Exprésala en micrómetros y en nanómetros.

10

El cabello humano crece con una velocidad de aproximadamente 0,5 mm/día. Expresa este crecimiento en m/s.

11

Sabiendo que la luz se propaga a una velocidad de 3 ? 108 m/s. ¿A qué distancia en metros equivale un año luz?

12

a) Una probeta de 100 mL.

Expresa las siguientes medidas en unidades del Sistema Internacional:

b) Una bureta de 50 mL.

a) 0,004 mm

c) Una pipeta de 20 mL.

b) 0,5 nm

a) La masa de un protón es 1,6 ? 10 la masa de 6,022 ? 1023 protones.

-27

kg. Calcula

b) ¿Cuánto vale la masa del protón expresada en gramos? 3

4

5

En un depósito de 6 m3 de volumen se pueden colocar 2,4 ? 109 bolitas de acero. ¿Cuántas podremos introducir en un depósito de 1 dm3? Necesitas medir 45 mL de agua con precisión. Justifica cuál de estos instrumentos utilizarías:

d) 2,5 mm2 e) 24 mg

b) Si la densidad de la Tierra es 5,52 g/cm3, calcula el volumen de la Tierra.

13

Masa Volumen

1000 g

1500 g

2000 g

2500 g

360 cm3

540 cm3

710 cm3

890 cm3

a) Calcula la densidad para cada muestra, expresando el resultado con tres cifras significativas. ¿Cuál es la densidad más probable para el granito? c) Explica por qué se han utilizado varias muestras de granito para medir la densidad. Calcula la masa de un bloque de hierro cilíndrico de 15 cm de diámetro y 56 cm de altura. Sabiendo que la densidad del hierro es 7,9 g/cm3, ¿qué volumen ocuparía una masa semejante de agua?

28 ES0000000006255 563068 Tema 1_18296.indd 28

b) 6,03 ? 10-4 ?

3,2 ? 1018 ? 1,2 ? 106 0,5 ? 1015 3,2 ? 1018 ? 2,7 ? 10 3 0,5 ? 10-3

14

La Estrella Polar se encuentra situada a 40 años luz de la Tierra. Sabiendo que la luz se propaga a una velocidad de 3 ? 108 m/s, expresa dicha distancia en kilómetros.

15

Un avión vuela a 10 000 pies de altura. ¿A cuántos metros equivale? Dato: 1 pie = 0,3048 m.

16

b) Realiza la gráfica masa‑volumen.

Realiza las siguientes operaciones, expresando el resultado en notación científica: a) 4,54 ? 10-12 ?

Para medir la densidad del granito se han medido la masa y el volumen de varias muestras de dicho material, obteniéndose los siguientes resultados: Muestra 1 Muestra 2 Muestra 3 Muestra 4

7

c) 25 km3

La masa de la Tierra es 5,98 ? 1024 kg, y la masa de Júpiter es 317,94 veces mayor. a) ¿Cuánto vale la masa de Júpiter en unidades del SI?

6



Realiza los siguientes cambios de unidades, expresando el resultado en unidades del Sistema Internacional: a) 1,2 cm/min b) 3,3 ? 103 km/s c) 2,6 g/mm3 d) 23,2 g/cm2 e) 7,2 km/h

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D

.

1

PROFUNDIZACIÓN

LA CIENCIA Y LA MEDIDA

ACTIVIDADES DE AMPLIACIÓN (soluciones) 1

Bastaría con medir la longitud, la anchura y la altura de la habitación. El resultado se expresaría en m3.

2

a) m = mP ? 6,022 ? 10 = 1,6 ? 10 23

= 9,6 ? 10

-4

-27

9

10-7 m = 0,1 nm = 100 nm.

10

El resultado es:

23

kg ? 6,022 ? 10 =

0,5

kg

b) m = 1,6 ? 10-27 kg ?

1000 g = 1,6 ? 10-24 g 1 kg

11

3

2,4 ? 10 9 bolitas 1 m3 ? ? 1 dm3 = 4 ? 105 bolitas 3 6m 1000 dm 3

4

La bureta de 50 mL.

5

a) MJúpiter = 317,94 ? MTierra = 317,94 ? 5,98 ? 1024 kg = = 1,90 ? 1027 kg



a) • 1 " 2,78 g/cm3

m 86 400 s 365,25 días ? ? ? 1 año = s 1 día 1 año = 9,467 ? 1015 m

12

• 2 " 2,78 g/cm



• 4 " 2,81 g/cm

d=

a) 4 ? 10-3 m b) 5 ? 10-7 m

• 3 " 2,82 g/cm3

3

La distancia se calcula multiplicando la velocidad por el tiempo: d = 3 ? 108

c) 2,5 ? 1010 m3

m m 5,98 ? 10 24 g b) d = = = 1,083 ? 1024 cm3 = "V= V d 5,52 g/cm 3 = 1,083 ? 1018 m3 6

mm 1m 1 día ? ? = 5,787 ? 10-9 m/s día 1000 mm 86 400 s

d) 2,5 ? 10-6 m2 e) 2,4 ? 10-5 kg 13

3

a) 3,48672 ? 10-2 b) 9,7686 ? 10-2

2,78 + 2,78 + 2,82 + 2,81 = 2,80 g/cm3 4

14

Como en la actividad 11: m 86 400 s 365,25 días ? ? ? s 1 día 1 año 1 km ? 1 año ? ? 40 = 3,786912 ? 1014 km 1000 m

b) La gráfica masa‑volumen es:

d = 3 ? 10 8

V (cm3) 1000 800

15

3048 m.

600

16

a) 2 ? 104 m/s b) 3,3 ? 106 m/s

400

c) 2,6 ? 106 kg/m3 d) 232 kg/m2

200

e) 2 m/s m (g)

0 0

500

1000

1500

2000

2500

3000

c) Se han utilizado varias muestras para obtener un resultado más preciso. 7

V = Sbase ? h = rr2 ? h = r (d/2)2 ? h = = r ? (15/2 cm)2 ? 56 cm = 9896 cm3 d = m/V " m = d ? V = 7,9 g/cm3 ? 9896 cm3 = = 78772,2 g = 78,7722 kg Esta masa de agua ocuparía un volumen: V=

m 78 772,2 g = = d 1 g/cm 3

= 78 772,2 cm3 = 0,0787722 m3 8

V = 4/3 rr3 = 4/3 r ? (6400 km)3 = 1,098 ? 1012 km3 La densidad media es: d=

m 5,98 ? 10 24 kg = = V 1,098 ? 1012 km 3

= 5,45 ? 1012 kg/km3 = 5,45 ? 1021 kg/m3

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1

AMPLIACIÓN

FICHA 1

LA CIENCIA Y LA MEDIDA

Nombre:  

     Curso:  

     Fecha:  

Conceptos básicos Recuerda que… •   Magnitud se denomina a cualquier propiedad que  presentan los cuerpos y que es posible cuantificar,   es decir, medir. •  Unidad de una magnitud es una cantidad de dicha  magnitud a la que arbitrariamente se le asigna   el valor 1. •   Medir es comparar una cantidad cualquiera de una  magnitud con su unidad correspondiente. El valor de  una magnitud se debe expresar siempre con la unidad  utilizada. Ejemplo: El aula tiene 10 metros de longitud  (10 m). Queremos decir que la longitud (magnitud)   de la clase es 10 veces (cantidad) mayor que un metro  (unidad). •   Errores de medida. Cualquier medida que se haga  conlleva un error. •   Error absoluto (Ea). de una medida es la diferencia,   en valor absoluto, entre el valor aproximado obtenido   en la medición (a) y el valor verdadero o exacto   de la medida ( x ).  Ea = qa - x q 

 

•   Error relativo de una medida es el cociente   entre el error absoluto y el valor verdadero o exacto   de la medida.

1

Dadas las siguientes medidas: a)  125 m2

b)  145 cm3

c)  40 °C

d)  150 g

¿Qué magnitud, cantidad y unidad corresponden a cada una de ellas? Completa la tabla. Medida

2

Magnitud

Cantidad

Unidad

Utilizando las potencias de 10, realiza las siguientes operaciones: 10-4 ? 10-3  =   10-6 15 ? 10 2 b)  =   10-7 1,3 ? 10-11 c)  =   10-2 ? 10-3 a)

30 ES0000000006255 563068 Tema 1_18296.indd 30

d)

23,1 ? 10 3 ? 10-8  =   10 2 ? 1014

g) 0,005 ? 0,06 =  

e) 900 ? 10000 =  

h) 1,5 ? 0,0001 =  

f) 0,003 ? 0,1 =  

i)

7  =   10-4

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31/07/2015 12:23:41

D

.

1

AMPLIACIÓN

FICHA 1

LA CIENCIA Y LA MEDIDA

Nombre:  

     Curso:  

     Fecha:  

3

Calcula el error absoluto y el error relativo si al pesar 12,2375 g de una sustancia obtenemos un valor de 12,21 g.

4

Halla el error absoluto y el porcentaje de error relativo al obtener un tiempo de 1,3 s en la medición, si el valor exacto era de 1,287 s.

5

Indica qué medida es mayor en cada caso. a) 2,38 dam o 238 dm   b) 53,86 g o 5,386 ? 10-3 kg   c) 275 dm2 o 2,75 ? 10-3 m2   d) 3,582 m3 o 3582 cm3  

6

Calcula el error absoluto y el error relativo de las medidas realizadas con cuatro cronómetros cuyos resultados para un tiempo exacto de 0,4675 s han sido: a) 0,46 s     b) 0,48 s     c) 0,44 s     d) 0,45 s     ¿A cuál de los cronómetros le corresponde un menor error?

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1

AMPLIACIÓN

FICHA 2

LA CIENCIA Y LA MEDIDA

Nombre:  

     Curso:  

     Fecha:  

Magnitudes y unidades

E

Recuerda que…

R

•   Magnitud es cualquier propiedad de un cuerpo que se puede medir (masa, volumen, etc.).

•

•   Masa es la cantidad de materia que tiene un cuerpo. •   Volumen es el espacio que ocupa un cuerpo. •   Densidad de un cuerpo es la masa que corresponde a un volumen unidad, y matemáticamente se expresa: d = m/V. •   Temperatura es una magnitud relacionada con la cantidad de calor que puede dar o recibir un cuerpo. Magnitudes Masa

Kilogramo (kg)

Volumen

Metro cúbico (m3)

Densidad

Kilogramo por metro cúbico (kg/m3)

Temperatura

Kelvin (K)

Tiempo

1

Equivalencias entre unidades utilizadas

Unidad SI

Segundo (s)

Gramo (g)

1 kg = 1000 g

Litro (L) Metro cúbico (m3)

1 L = 1 dm3 1 m3 = 1000 L 1 mL = 1 cm3

Grado centígrado (°C) Kelvin (K)

1 °C = 1 K T (K) = t (°C) + 273

•

•

Contesta: a) ¿Qué instrumentos conoces para medir las magnitudes masa y volumen? Descríbelos.    

•

b) ¿Cómo calcularías el volumen y la masa de una gota de agua?     2

a) d (H2O) = 1 g/cm3   3

 

Expresa en unidades del SI las siguientes densidades:

 

 

Completa la siguiente tabla: Sistema material Aire

Masa

Agua de mar

Volumen

60 kg

Vidrio

4

 

b) d (Hg) = 13,6 kg/L  

129,3 cg/L 50 cm3

510 kg

Densidad

2,60 g/cm3 1,02 g/cm3

Indica si son verdaderas (V) o falsas (F) las siguientes afirmaciones:

d   Si dos cuerpos con la misma densidad ocupan el mismo volumen, entonces tienen la misma masa. d   Los cuerpos más densos pesan más que los cuerpos menos densos. d   Si la temperatura de un cuerpo aumenta en 20 °C, también puede decirse que ha aumentado en 20 K. 32 ES0000000006255 563068 Tema 1_18296.indd 32

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D

.

1

AMPLIACIÓN

FICHA 3

LA CIENCIA Y LA MEDIDA

Nombre:  

     Curso:  

     Fecha:  

Expresión de una medida Recuerda que… •   Cifras significativas: toda medida experimental presenta cierto error. Por ello, expresamos las medidas   con sus cifras significativas. Son cifras significativas de una medida las que se conocen con certeza   más una dudosa. Los ceros a la izquierda no se consideran significativos.   Ejemplos: –   3,530 g tiene cuatro cifras significativas. –   0,045 m tiene dos cifras significativas. •   Redondeo: consiste en despreciar las cifras a la derecha de una determinada y se siguen las reglas:  –   Si la primera cifra que se desprecia es menor que 5, las cifras no despreciadas quedan igual   (7,84 puede redondearse a 7,8). –   Si la primera cifra a despreciar es mayor o igual a 5, la última cifra no despreciada   se aumenta en una unidad (7,85 y 7,87 se pueden redondear a 7,9). •  Cifras significativas de sumas y restas:  –   Se suman o restan los números tal como aparecen. –   Redondeamos el resultado de forma que tenga el mismo número de cifras después   de la coma decimal que el sumando que tiene el menor número de cifras decimales.   Ejemplos:

1,2 + 2,28 + 3,43 = 6,91 " 6,9   65,38 - 3,314 = 62,066 " 62,07 •   Cifras significativas de productos y cocientes: –   Multiplicamos o dividimos los números tal como aparecen. –   Redondeamos el resultado de forma que tenga el mismo número de cifras significativas   que el factor de menor número de cifras significativas.   Ejemplos:

 

 

1,7 ? 4,53 = 7,701 " 7,7

 

Cifras significativas: 

2 

 

 

19,87 : 2,51 = 7,9163 " 7,92

 

Cifras significativas: 

4 

1

2

3 

2 3 

3

Redondea hasta las centésimas las siguientes cantidades: a) 23,124  

c) 521,4376  

b) 26,899  

d) 32,9558  

Calcula y escribe el resultado con las cifras significativas. a) 1,438 cm + 19,83 cm + 3,7582 cm   b) 3,45 m ? 2,5 m   c)

62,3 m    2,73 m

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1

AMPLIACIÓN

FICHA 3

LA CIENCIA Y LA MEDIDA

Nombre:

3

Curso:

Fecha:

E

Efectúa las siguientes operaciones y expresa el resultado con sus cifras significativas: a) 27,16 L + 8,632 L

R

b) 18,007 s - 3,15 s

4

c) 43,205 m ? 0,548 m

S d

d) 3,15 dm ? 4,12 dm ? 7,30 dm

•

e)

34,85 m 3,25 s

f)

738,09 km 3,02 h

•

•

Redondea las cantidades a la cifra señalada: a) 25,687 " -

•

b) 234,108 " -

•

c) 0,0023 " d) 5824,008 23 " e) 0,020 907 " f) 1,101 08 " g) 10,119 887 " 5

Redondea las siguientes cantidades teniendo en cuenta la precisión de los aparatos de medida empleados: Cantidad

Aparato

23,2874 m

Regla graduada en mm.

3,005 s

Cronómetro capaz de medir centésimas de segundo.

26,182 °C

Termómetro con 10 divisiones entre grado y grado.

1,8888 A

Amperímetro que aprecia los miliamperios.

25,348 267 kg

Balanza que aprecia las décimas de gramo.

1,237 cL

Probeta que aprecia los mililitros

34 ES0000000006255 563068 Tema 1_18296.indd 34

Cifra redondeada

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D

.

1

AMPLIACIÓN

FICHA 4

LA CIENCIA Y LA MEDIDA

Nombre:

Curso:

Fecha:

Expresión de una medida experimental Recuerda que… Siempre que se realiza una medición de cualquier magnitud se cometen errores. Los instrumentos de medida no dan unos resultados matemáticamente exactos. •   Error accidental: se comete casualmente y no puede ser controlado. •   Error sistemático: es debido a defectos del aparato, al propio proceso de medida por parte del operario o a la sensibilidad del aparato (los dos primeros se pueden corregir, pero la sensibilidad impone límites a lo que podemos medir con cada aparato). Se producen errores por exceso o bien por defecto. •   Sensibilidad de un aparato es la mínima cantidad que podemos apreciar con él (por ejemplo, con una regla milimetrada podremos medir 15,3 cm, pero nunca 15,35 cm). Tendremos que optar por 15,3 cm o por 15,4 y aceptar que la medida exacta, aunque no podamos conocerla, debe estar comprendida entre 15,3 y 15,4 cm. •  Media aritmética. Al hacer una medida, el valor que demos no debe tener más decimales que los que marca la sensibilidad. Es conveniente medir varias veces para estar más seguros de que el valor medido sea el correcto. En estos casos, se toma como valor de la medida la media aritmética de las medidas realizadas, poniendo únicamente los decimales que pueda apreciar el aparato. •   Notación científica: consiste en escribir cada número mediante una parte entera de una sola cifra no nula, una parte decimal y una potencia de diez de exponente entero. Ejemplos: – La velocidad de la luz es 300 000 km/s = 3 ? 108 m/s. – La distancia máxima de la Tierra al Sol es 152 100 000 000 m = 1,521 ? 1011 m. Si se utiliza un método de medida exacto y preciso (grado de aproximación entre el resultado de una medida y una serie de medidas obtenidas de la misma forma, respectivamente), se toma como valor más probable el obtenido y como error absoluto la sensibilidad del aparato. Ejemplo: Si obtenemos un valor de 3,5 g en una balanza cuya sensibilidad es de 0,1 g, expresaremos la medida de la siguiente forma: (3,5 ! 0,1) g. Esta expresión significa que el valor exacto está situado dentro del intervalo de incertidumbre que va desde 3,4 g a 3,6 g.

1

Contesta: a) Si disponemos de una regla milimetrada y al medir un lápiz leemos 17,3 cm, ¿cómo debemos expresar la medida?

b) Si una probeta aprecia mL, ¿cómo expresaremos el resultado si al medir un volumen leemos 25 mL.

2

Calcula cuál de los siguientes periodos de tiempo es mayor: a) 2 400 750 s b) 0,5 años c) 7,5 ? 104 min d) 3350 h e) 10-2 siglos f) 3,04 ? 105 s

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1

AMPLIACIÓN

FICHA 4

LA CIENCIA Y LA MEDIDA

Nombre:

Fecha:

Los dibujos de la figura representan diferentes instrumentos de medida. Si las escalas que aparecen en los dibujos se supone que son las de los instrumentos:

8

9

3

Curso:

6

7

10 ml

100 ml 20 °C 100

20 °C

0

cm 1 2

3

4

5

0 1 2 3 4 5 6

55

60

50

5 10 15

45

90

40

s

20

35 30 25

80

Cronómetro

Regla

Pipeta

Probeta

a) ¿Cuál es la sensibilidad de cada uno?

b) Indica el valor de la medida en cada caso.

4

Es posible que en tu casa tengas diversos aparatos de medida: diferentes termómetros (clínico, el del frigorífico, el del horno, alguno de pared, etc.), cronómetro, alguna balanza, etc.





a) Indica la sensibilidad de cada uno.

b) ¿Crees que interesa utilizar siempre el aparato más sensible? Razona la respuesta.

PROBLEMA RESUELTO Al medir una mesa con una cinta métrica de 1 mm de resolución obtenemos 114,5 cm. Calcular el error absoluto y el error relativo cometidos. Datos: x = 114,5 cm El error absoluto será: Ea = resolución del aparato = 0,1 cm Para determinar el error relativo: Er =

36 ES0000000006255 563068 Tema 1_18296.indd 36

Ea 0,1 cm = = 8,7 ? 10–4 " 8,7 ? 10-2 % x 114,5 cm

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D

.

1

AMPLIACIÓN

FICHA 4

LA CIENCIA Y LA MEDIDA

Nombre:

Curso:

Fecha:

5

Al pesar dos sustancias de 3,3557 kg y 70,08 kg, obtenemos los valores de 3,34 kg y 70,04 kg, respectivamente. Calcula los errores y di qué medida es mejor.

6

Justifica cuál de las tres medidas siguientes es mejor. a) Una masa de 3 kg con un error absoluto de 1 g.

b) Una masa de 4 g con un error absoluto de 1 mg.

c) Una masa de 95 kg con un error absoluto de 1 kg.

7

La medida de la masa de una persona y la de un automóvil vienen dadas por los siguientes valores:



• Masa de la persona (62,2 ! 0,1) kg.



• Masa del automóvil (1,25 ? 103 ! 10) kg. Determina qué medida es la más precisa.

8

Indica qué instrumentos de medida serían necesarios para obtener las medidas siguientes. a) 1500 kg b) 1,00 m c) 15 s d) 5 kg e) 190 cm f) 15,0 s g) 1,000 m h) 5,0 kg i) 34 cm3 j) 0,5 L

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1

AMPLIACIÓN

FICHA 5

LA CIENCIA Y LA MEDIDA

Nombre:

Curso:

Fecha:

Sistema Internacional de unidades Recuerda que… En la XI conferencia general de pesos y medidas, celebrada en París en 1960, se adoptó el Sistema Internacional de unidades (SI), propuesto a principios del siglo xx por el italiano Giorgi. En 1967 fue declarado legal en España y ratificado en la ley de Metrología de 1985. Este sistema está siendo aceptado por todos los países. Las magnitudes y unidades fundamentales del SI son: Magnitud

Longitud

Masa

Tiempo

Temperatura

Intensidad de corriente

Cantidad de sustancia

Intensidad luminosa

Unidad

Metro

Kilogramo

Segundo

Kelvin

Amperio

Mol

Candela

Símbolo

m

kg

s

K

A

mol

cd

Múltiplos y submúltiplos de las unidades del SI Submúltiplos

Múltiplos Prefijo

Símbolo

Factor multiplicador

Prefijo

Símbolo

Factor multiplicador

exa

E

1018

deci

d

10-1

peta

P

1015

centi

c

10-2

tera

T

1012

mili

m

10-3

giga

G

109

micro

n

10-6

mega

M

106

nano

n

10-9

kilo

k

103

pico

p

10-12

hecto

h

102

femto

f

10-15

deca

da

101

atto

a

10-18

1

Define cada una de las unidades fundamentales del SI con la ayuda del libro de texto.

2

Escribe las siguientes medidas, con múltiplos o submúltiplos de sus unidades, utilizando notación científica. a) 0,5 Mg =

mg

b) 0,2 km =

Mm

c) 1 Tg = d) 0,002 cm =

38 ES0000000006255 563068 Tema 1_18296.indd 38

kg =

g m

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1

AMPLIACIÓN

FICHA 5

LA CIENCIA Y LA MEDIDA

Nombre:

3

Utiliza el lenguaje científico. a) La distancia entre la Tierra y el Sol es de 150 Gm. Expresa esta distancia, utilizando la notación científica, en metros.

b) La memoria RAM de un ordenador dado es de 1024 Mb (megabytes). Expresa con notación científica su capacidad aproximada en bytes.

c) El tamaño de un átomo de hidrógeno es de 10 nm. Expresa con notación científica su tamaño en metros.

Curso:

Fecha:

Magnitudes físicas Magnitudes derivadas son aquellas que pueden relacionarse con las fundamentales mediante alguna ecuación. Ejemplos: la magnitud superficie está relacionada con la magnitud fundamental longitud. Así, la unidad de superficie en el SI es la unidad derivada que recibe el nombre de metro cuadrado, que es la superficie que tiene un cuadrado de 1 m de lado y cuyo símbolo es m2. El volumen es una magnitud derivada que está relacionada también con la magnitud fundamental longitud. La unidad de volumen en el SI es una unidad derivada que recibe el nombre de metro cúbico cuyo símbolo es m3 y es el volumen de un cubo que tiene 1 m de arista. Otras magnitudes derivadas son la velocidad, la aceleración, la fuerza, etc.

d) El tamaño del núcleo de un átomo es de 2 fm. Expresa con notación científica su tamaño en metros.

4

5

Expresa en unidades del SI y con notación científica. a) 150 dam =

i) 19 km =

b) 15 hm =

j) 190 mm =

c) 700 cm2 =

k) 90 cm =

d) 70 m2 =

l) 730 mg =

e) 250 km2 =

m) 13 dam2 =

f) 23 cL =

n) 13 hm2 =

g) 60 mm3 =

ñ) 20 hL =

h) 60 dm3 =

o) 3000 cm3 =

Expresa las siguientes medidas en la unidad básica correspondiente. a) 770 hm =

d) 9,11 kmol =

b) 39 nK =

e) 2345 cg =

c) 4057 mm =

f) 0,54 mA =

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1

AMPLIACIÓN

FICHA 5

LA CIENCIA Y LA MEDIDA

Nombre:

Curso:

Fecha:

Determinación de la masa, el volumen y la densidad Recuerda que… La masa, el volumen y la densidad son conceptos básicos en la ciencia. •   La masa es una medida de la cantidad de materia que tiene un cuerpo; esta no varía cuando el cuerpo cambia de posición. •   El volumen de un cuerpo es el espacio o lugar que ocupa. •   La densidad de un cuerpo es el cociente entre la masa y el volumen de un cuerpo. masa m densidad = " d= volumen v Para medir la masa de sustancias y objetos existe una gran variedad de balanzas en los laboratorios: granatarios, digitales, etc. En el laboratorio se utilizan instrumentos de vidrio para medir volúmenes. Algunos indican  su capacidad, unos con mucha precisión y otros de forma aproximada: vaso de precipitados, matraz aforado, matraz erlenmeyer, probeta, bureta, pipeta.

1

Repasa el proceso de medida. a) Describe con ayuda del libro de texto la balanza o balanzas que conozcas.

b) Elige diferentes objetos y describe el procedimiento para pesarlos. Si es posible, anota los resultados.

2

Describe los siguientes instrumentos de vidrio para medir volúmenes: a) Vaso de precipitados: b) Matraz aforado: c) Matraz erlenmeyer: d) Probeta: e) Bureta:

f) Pipeta:

40 ES0000000006255 563068 Tema 1_18296.indd 40

Incorrecto

Correcto

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31/07/2015 12:23:52

D

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1

AMPLIACIÓN

FICHA 6

LA CIENCIA Y LA MEDIDA

Nombre:

3

Curso:

Fecha:

Observa los siguientes dibujos de tres probetas graduadas en cm3. A

80

B

600

C

1200

70

500

60

400

50

300

40

200

600

30

100

400

1000 800

a) Escribe el volumen de líquido almacenado en cada probeta.  

A: 

B:

C:

b) Indica el error absoluto de la medida para cada probeta.  

A: 

B:

C:

c) Expresa el volumen del líquido contenido en las probetas en litros y en m3.  

A:  B: C:

d) A partir de los resultados anteriores, ¿qué probetas son las más indicadas para medir volúmenes pequeños,  las estrechas o las anchas? Razona la respuesta.

4

Se introducen dos cubitos de hielo iguales en una probeta graduada en cm3 que contiene 30 cm3 de agua. a) ¿Hasta dónde sube el nivel del agua en la probeta?

1

b) ¿Cuál es el volumen de cada cubito de hielo?

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2

50

50

40

40

30

30

20

20

10

10

41 31/07/2015 12:23:53

1

AMPLIACIÓN

FICHA 6

LA CIENCIA Y LA MEDIDA

Nombre:

5

Curso:

Fecha:

2 cm

a

Calcula el volumen de los siguientes sólidos regulares:

b

a) Volumen =

5 cm

b) Volumen = c) Volumen =

c

d

d) Volumen =

e

e) Volumen = f) Volumen =

5 cm

3 cm

2 cm

1 cm

2 cm 1 cm

1 cm

6

2 cm 4 cm

1 cm

Calcula el volumen aproximado de: a) Tu habitación.

c) Un armario de tu vivienda.

Medidas:

Medidas:

Volumen =

Volumen =

b) Un lápiz.

7

f

d) Una canica.

Medidas:

Medidas:

Volumen =

Volumen =

Observa los siguientes sólidos regulares: a) Calcula el volumen de cada sólido. Cilindro: 6 cm

Esfera:

3 cm

6 cm

Cubo: 4 cm

b) Calcula el volumen de agua necesario para llenar el espacio existente cuando se introduce la esfera en el cilindro hueco.

8

4 cm 4 cm

¿Cómo es la masa después de inflar un balón de fútbol: mayor, igual o menor que antes de efectuar la operación? Justifica la respuesta.

42 ES0000000006255 563068 Tema 1_18296.indd 42

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D

.

1

AMPLIACIÓN

FICHA 6

LA CIENCIA Y LA MEDIDA

Nombre:

Curso:

9

Calcula la densidad media de la Tierra (suponiendo que es una esfera) sabiendo que su masa es 5,98 ? 1024 kg y el radio terrestre es 6,38 ? 106 m.

10

Completa la siguiente tabla: Sistema material

Masa

Madera Aire Gasolina

Volumen

Densidad

0,125 m3

0,5 g/cm3

69 kg 1500 kg

Fecha:

129,3 cg/L 2210 L

Cálculos:

11

El aluminio tiene una densidad de 2,7 g/cm3. Calcula: a) La masa que tendrán 0,8 m3 de aluminio.

b) El volumen que ocuparán 1,2 dg y 1,2 kg de aluminio.

12

Sabiendo que la densidad del agua es 1 kg/L, calcula: a) El volumen ocupado por 550 g de agua.

b) La masa de 7,5 L de agua.

c) La masa y el volumen si mezclamos 5 L, 300 mL, 1 kg y 450 g de agua.

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1

AMPLIACIÓN

FICHA 7

LA CIENCIA Y LA MEDIDA

Nombre:  

     Curso:  

     Fecha:  

Cómo trabaja un científico Recuerda que… •   El método científico no es una sucesión invariable de una serie  de etapas: observación, hipótesis, diseño… A veces, el trabajo  de un investigador puede tener origen en una teoría y, por deducción,  proyectar determinadas experiencias para comprobar una hipótesis;  también puede partir de un estudio bibliográfico sobre trabajos  científicos y de esta forma conseguir ideas que ayuden en la labor  de investigación.    •   El trabajo del científico se ve facilitado en la actualidad por calculadoras,  ordenadores, cámaras fotográficas, microscopios… En el diseño de experiencias se deben seguir las siguientes etapas:  1.   Analizar la propuesta y buscar el significado de palabras y conceptos  desconocidos.  2.   Basándonos en nuestros conocimientos, emitir una hipótesis en los casos en que sea posible, sobre los resultados   que se esperan. 3.   Diseñar las experiencias que se van a realizar, en el laboratorio o fuera de él, indicando los materiales y especificando   las etapas que se van a seguir. 4.   Exponer el proyecto al profesor. 1

Describe las etapas del método científico y pon un ejemplo de cómo se aplica.        

2

¿Qué procedimiento emplearías para hallar el volumen de una gota de agua utilizando un cuentagotas y una probeta, suponiendo que las gotas de agua son esféricas?        

3

¿Cómo determinarías la densidad de la madera disponiendo de un paralelepípedo de madera, una balanza y un metro? Explica el procedimiento.        

44 ES0000000006255 563068 Tema 1_18296.indd 44

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D

.

1

AMPLIACIÓN

FICHA 7

LA CIENCIA Y LA MEDIDA

Nombre:  

4

     Curso:  

     Fecha:  

Si se dispone de dos barras de tiza, una cilíndrica y otra prismática, de una balanza y de un calibrador, ¿cómo determinarías si las barras de tiza tienen la misma densidad? En caso negativo, ¿a qué crees que puede deberse?        

5

Redacta un breve informe sobre las ventajas y los inconvenientes de los avances científicos.              

6

Busca información sobre: a) Medida del tiempo.  

¿Cómo medían el tiempo cuando no existían los relojes actuales?            

b) Producción de papel.  

 En nuestra sociedad, el consumo de papel es muy grande y la mayor parte procede de la madera de millones   de árboles. Para conseguir 200 kg de papel se necesita una tonelada de madera verde.

 

–  Describe brevemente el proceso de producción de papel.

 

– Explica en qué consiste el reciclado de papel.            

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1

PROBLEMAS RESUELTOS

LA CIENCIA Y LA MEDIDA

PROBLEMA RESUELTO 1 Expresa las siguientes medidas en unidades del Sistema Internacional: a) 3,5 cm

b) 40 mg

c) 3 h

d) 15,3 °C

Planteamiento y resolución En estos ejercicios debes de realizar un cambio de unidades. En primer lugar vamos a analizar, para cada caso:

b) 40 mg es una medida de masa; la unidad de masa en el SI es el kilogramo (kg).

•   La unidad de medida de dicha magnitud en el Sistema  Internacional.

Multiplicando por el factor de conversión correspondiente: 1 kg 40 mg ? 3 = 4 ? 10-2 kg 10 mg

Hacemos los cambios de unidades utilizando el método de los factores de conversión.

c) 3 h es una medida de tiempo; la unidad en el SI  es el segundo (s).

•  La magnitud que corresponde a la medida.

Multiplicando por el factor de conversión correspondiente: 3600 s 3 h? = 10 800 s = 1,08 ? 104 s 1h

Un factor de conversión es una fracción que expresa  la equivalencia entre dos unidades de la misma magnitud.  El resultado final debe expresarse utilizando la notación  científica. a) 3,5 cm es una medida de longitud; la unidad de longitud en el SI es el metro (m). 

d) 15,3 ºC es una medida de temperatura; la unidad correspondiente en el SI es el kelvin (K).

Multiplicando por el factor de conversión correspondiente: 1m 3,5 cm ? 2 = 3,5 ? 10-2 m 10 cm

La equivalencia entre las dos unidades es:

T(K) = 273 + t (ºC) "

" T = 273 + 15,3 = 288,3 K

ACTIVIDADES 1

Expresa en metros las siguientes cantidades: a) 42 mm

2

b) 7,3 ? 10 hm 3

6

c) 0,0024 cm

a) 298 K a °C

d) 32 mg a kg

Realiza las siguientes conversiones de unidades:

b) 254 mm a km

e) 1,4 mL a L

a) 705 kg a mg

c) 2345 dm a km

c) 59 g a hg

f ) 3 dal a mL

b) 200 cL a L

d) 14,3 °C a K

Expresa las siguientes medidas en unidades del SI:

Expresa las siguientes medidas en la correspondiente unidad del Sistema Internacional:

a) 196 mm

a) -15 °C

c) 2 ? 166 mg

b) 3 ? 104 mm

d) 20 ns

7 3

4

b) 125 cm

c) 2000 L

Expresa en unidades del SI estas medidas: a) 70 km

5

Realiza las siguientes conversiones de unidades:

b) 10,5 mg

c) 2500 ng

8

a) 6,32 kg a mg

Realiza las siguientes operaciones, expresando el resultado en unidades del SI: a) 2 km + 20 dm + 120 cm =

Realiza los siguientes cambios de unidades: c) 320 K a °C

b) 42 h 20 min 32 s a s

b) 2 h + 20 min + 32 s =

Realiza la siguiente operación, expresando el resultado en mm:

c) 200 mL + 104 cL =

12,6 km + 34,15 hm + 4,03 dm + 1,25 m =

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D

.

1

PROBLEMAS RESUELTOS

LA CIENCIA Y LA MEDIDA

PROBLEMA RESUELTO 2 Expresa en unidades del Sistema Internacional las siguientes medidas: a) 20,3 dam2

b) 2,5 mm3

c) 1,7 g/cm3

d) 72 km/h

Planteamiento y resolución c) 1,7 g/cm3 es una medida de densidad; la unidad de densidad en el SI es el kg/m3. Por tanto, habrá que multiplicar por dos factores de conversión de forma sucesiva:

Identificamos la unidad correspondiente en el SI y multiplicamos por el factor de conversión preciso, expresando el resultado en notación científica: a) 20,3 dam2 es una medida de superficie; la unidad de superficie en el SI es el m2. 20,3 dam 2 ?

10 2 m 2 1 dam

2

1,7

= 20,3 ? 102 m2 =

109 mm 2

?

1 kg 106 cm 3 ? = 1 m3 10 3 g

d) 72 km/h es una medida de velocidad cuya unidad en el SI es el m/s. Multiplicamos sucesivamente por los dos factores de conversión correspondientes:

b) 2,5 mm3 es una medida de volumen; la unidad de volumen en el SI es el m3. 1 m3

cm

3

= 1,7 ? 103 kg/m3

= 2,03 ? 103 m2

2,5 mm 2 ?

g

= 2,5 ? 10-9 m3

72

km 10 3 m 1h ? ? = 20 m/s h 1 km 3600 s

ACTIVIDADES 1

Expresa en unidades del Sistema Internacional las siguientes medidas. Utiliza la notación científica: a) 120 km/min

2

c) 1,3 g/mL

Expresa las siguientes medidas en unidades del Sistema Internacional: a) 63,5 cm

b) 245,8 dm

2

3

b) 70 cm3

3

8

c) 0,8 g/cm

3

Realiza los siguientes cambios de unidades: a) 25 cm a m 3

3

9

c) 30 cm2 a m2

Realiza los siguientes cambios de unidades y expresa el resultado en notación científica: a) 10 kg/m3 a g/cm3

b) 0,042 km/min

d) 2,1 g/cm3

Las dimensiones de un terreno son 3 km de largo y 1,5 km de ancho. Calcula la superficie del terreno y exprésala en m2 y en cm2.

Una piscina mide 50 m × 25 m × 6 m. Calcula la cantidad de agua, expresada en litros, que cabe en la piscina, si el nivel del agua está a 50 cm del borde. Sol.: 6,875 ? 106 L

10

c) 5 mg/cm3 a kg/L

Un chico ha tardado 30 minutos en recorrer una distancia de 10 km en bicicleta. Calcula la velocidad que lleva expresada en m/s. Sol.: 5,56 m/s

b) 120 m/s a cm/h 6

c) 1100 g/cm3

Sol.: 4,5 ? 106 m2 = 4,5 ? 1010 cm2

b) 5 ? 10-4 t a g 5

a) 6,4 dm3

3

Realiza los siguientes cambios de unidades: a) 7 m/s a km/h

Expresa las siguientes medidas en unidades del Sistema Internacional:

c) 5 kg/m a g/cm 3

b) 10 km/h a m/s 4

7

a) 5 dm3

c) 0,05 km2

Calcula el volumen de un cubo de 0,12 cm de arista y expresa el resultado en unidades del SI.

b) 0,02 g/cm3

d) 3 m2

Sol.: 1,728 ? 10-9 m3

Transforma en unidades del Sistema Internacional:

11

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1

EXPERIENCIAS

FICHA 1

LA CIENCIA Y LA MEDIDA

¿Puede utilizarse una balanza para medir longitudes? OBJETIVO Medir la longitud de un rollo mediante una balanza.

D

Material •   Alambre enrollado. 

 

 

•   Balanza.

•   Cinta métrica, regla u otro aparato  que nos permita medir longitudes.

PROCEDIMIENTO 1. Corta un trozo pequeño de alambre.

1

2. Mide la longitud del trozo de alambre y anótala.

2

3. Coloca el rollo de alambre en la balanza y anota su masa.

3

4. La longitud total del rollo puede calcularse ya mediante una sencilla proporción: Masa del rollo LTotal = ? Longitud alambre Masa trozo 5. Repite los pasos anteriores con otros trozos de alambre. 6. Calcula la longitud total estimada para el rollo en cada caso. Recoge los resultados en una tabla. 7. Finalmente, calcula el valor medio para la longitud total del alambre a partir de los datos anteriores. Recuerda que el valor medio de una medida es el cociente de la suma de todos los valores que tengamos de esa medida, dividido por el número de valores. Medida

Longitud alambre (cm)

Masa alambre (g)

Masa rollo (g)

Longitud rollo (cm)

4

1

5

2

6

7

3 4

CUESTIONES 1

¿Por qué es mejor tomar varias medidas?

2

Si una medida es muy diferente de las demás, ¿la incluirías para calcular el valor medio? ¿Por qué?

3

Repite los cálculos de esta experiencia utilizando una hoja de cálculo. Luego imprime las tablas que has obtenido.

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D

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1

EXPERIENCIAS

FICHA 2

LA CIENCIA Y LA MEDIDA

Determinación de la velocidad con la que sale despedida una bolita de una rampa Material

OBJETIVO

•   Cronómetro. 

Estimar la velocidad con la que se mueve una bola que cae desde una rampa.

 

 

•   Papel blanco.

•   Cinta métrica.   

 

•   Bola de acero (o canica).

•   Libro (u otro objeto) que permita elaborar la rampa de salida.

PROCEDIMIENTO 1. Sitúa uno o varios libros (u otro objeto) a pocos centímetros del borde de una mesa formando una rampa. 2. Pon una cinta métrica en el suelo con el origen situado en el borde de la mesa. 3. Coloca varias hojas blancas en el lugar en el que caerá la bola, con el objeto de que se quede una marca que permita conocer el lugar exacto de la caída. (Haz primero una prueba para conocer dónde caerá la bola.) Bola de acero =0

t = tmedido G

Distancia F

Cinta métrica

4. Suelta la bola desde lo alto de la rampa. Previamente, mánchala con lápiz para leer la medida. 5. Pon en marcha el cronómetro justo cuando la bola se separa de la mesa. 6. Para el cronómetro en el momento del impacto de la bola con el suelo. Anota la medida. 7. Repite el lanzamiento de la bola y las medidas varias veces. Recoge los resultados en una tabla. Medida

Tiempo (s)

Distancia recorrida (m)

1 2 3

CUESTIONES 1

Calcula el valor medio del tiempo de caída y la distancia recorrida por la bola.

2

Calcula la velocidad con la que sale la bola de la rampa con la siguiente ecuación (a partir del valor medio de la distancia y del tiempo): distancia Velocidad = tiempo

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NOTAS

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D

LA CIENCIA Y LA MEDIDA

Nombre:

Curso:

Fecha:

AUTOEVALUACIÓN 1

¿Cuáles de las siguientes afirmaciones relativas a la ciencia son ciertas?

5

a) La ciencia se encarga únicamente del estudio de la materia y su composición.

a) Siete magnitudes básicas con sus correspondientes unidades derivadas.

b) La ciencia se organiza en áreas especializadas como la física o la química.

b) Siete magnitudes básicas y siete magnitudes derivadas.

c) La astrología es un ejemplo de ciencia.

c) Siete magnitudes fundamentales y sus unidades básicas.

d) Toda actividad científica necesita expresar el resultado de sus investigaciones empleando ecuaciones.

d) Siete unidades de siete magnitudes. 6

2

El método científico consta de las siguientes etapas: a) Observación, experimentación, análisis de resultados y emisión de conclusiones.

3

7

¿Cuál de las siguientes unidades no corresponde al SI? a) K

c) kg

b) km

d) m3

Indica cuál de las siguientes equivalencias es incorrecta:

b) Observación, emisión de hipótesis, experimentación, análisis de resultados, definición de leyes y publicación de estas leyes.

a) 2 MJ = 2 ? 106 J

c) Observación, emisión de hipótesis, experimentación, análisis de resultados, definición de leyes, establecimiento de teorías y publicación de resultados.

d) 37 000 mg = 0,037 kg

b) 3,5 pm = 3,5 ? 10-12 m c) 56 ns = 56 ? 10-6 s

8

Una hipótesis:

b) Debe formularse de forma concreta y se tiene que comprobar mediante la experimentación.

b) 2700 kg/m 9

c) Es una respuesta certera a un problema científico. d) Nunca puede comprobarse. La comunicación de los resultados de una investigación: a) Es una etapa esencial para el progreso científico. b) Es una fase optativa dentro del método científico. c) Se hace por medio de una ley científica. d) Solo se hace mediante páginas web.

La densidad del aluminio tiene un valor de 2,70 g/cm3. Si la expresamos en unidades del SI mediante factores de conversión obtenemos: a) 2700 kg/L

a) Es imposible de comprobar, ya que es una suposición ideal.

4

El Sistema Internacional de unidades (SI) está formado por:

10

c) 2,70 kg/L 3

d) 0,27 kg/L

El número 0,000 067 se escribe en notación científica como: a) 67 · 10-6

c) 6,7 · 105

b) 6,7 · 10-5

d) 6,7 · 10-7

¿Cuál de las siguientes operaciones que podemos realizar en el laboratorio de química no es correcta? a) Cogemos una pipeta Pasteur para medir un volumen de líquido con exactitud. b) Utilizamos una balanza para pesar sustancias. c) Empleamos pipetas, probetas o buretas graduadas para medir volúmenes. d) Usamos un vaso de precipitados para medir un volumen pequeño. 1 a, 2 c, 3 b, 4 a, 5 c, 6 b, 7 c, 8 b, 9 b, 10 a SOLUCIONES

.

1

EVALUACIÓN DE CONTENIDOS

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1

EVALUACIÓN

LA CIENCIA Y LA MEDIDA

Nombre:

Curso:

Fecha:

CONTROL B 1

Queremos conocer la densidad de una determinada sustancia sólida. Para ello, hemos medido la masa y el volumen de varias muestras de dicho material, y hemos obtenido los siguientes resultados: Masa (g)

1000

1500

2000

2500

Volumen (cm3)

360

540

710

890

a) Representa gráficamente la masa frente al volumen.

b) ¿Qué tipo de gráfica obtienes?

c) Calcula el valor de la densidad, expresando el resultado en unidades del Sistema Internacional. Explica el método que has seguido para realizar el cálculo.

d) ¿Podrías utilizar el valor de la densidad que has calculado en el apartado anterior para identificar de qué sustancia se trata?

e) Nombra los aparatos de laboratorio empleados para realizar estas medidas.

2

Sabiendo que la masa de un protón es 1,6 ? 10-27 kg, calcula: a) La masa de un protón en gramos.

b) La masa de 6,022 ? 1023 protones en miligramos.

Utiliza la notación científica para expresar todos los resultados.

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D

.

Nombre:

3

Curso:

Fecha:

Realiza las siguientes operaciones, y expresa el resultado en unidades del Sistema Internacional: a) 2 km + 20 dm + 120 cm.

b) 2 h + 20 min + 32 s.

c) 200 mL + 104 cL.

d) 0,3 kg + 6,500 g + 16 000 mg.

4

Expresa las siguientes medidas en unidades del Sistema Internacional y utiliza la notación científica para escribir el resultado. a) 19, 6 cm3.

b) 125 km/h.

c) 2,0 g/cm2.

d) 240 nm.

5

La masa de la Tierra es 5,98 ? 1027 g, y la masa de Júpiter es 317,94 veces mayor.

a) ¿Cuánto vale la masa de Júpiter en unidades del Sistema Internacional?

b) Si la densidad de la Tierra es 5,52 g/cm3, calcula el volumen de nuestro planeta.

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1

EVALUACIÓN

LA CIENCIA Y LA MEDIDA

Nombre:

Curso:

Fecha:

CONTROL A 1

María quiere conocer el consumo de gasolina de su coche. Para ello, ha recogido los datos que se muestran en la siguiente tabla: Distancia (km)

Gasto (L)

100

6

250

15

300

18

350

21

a) Representa estos datos en una gráfica.

b) ¿Qué relación existe entre las dos magnitudes?

c) Calcula, a partir de la gráfica, el consumo de gasolina por cada kilómetro.

d) Escribe una ecuación que relacione la distancia con el consumo.

e) Si el precio de la gasolina es 0,98 €/L, ¿cuánto le costará a María un viaje desde Madrid hasta Zaragoza si la distancia entre ellas es de 325 km? Dedúcelo, utilizando la gráfica, mediante cálculo matemático.

2

Explica: a) Indica qué procedimiento podrías utilizar para medir el volumen de aire que hay en una habitación cerrada si solo dispones de una cinta métrica. ¿En qué unidades expresarías dicho volumen?

b) ¿Qué procedimiento utilizarías para medir el volumen de una piedra de río si dispones de una probeta?

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D

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Nombre:

3

Curso:

Fecha:

Convierte las siguientes magnitudes en unidades del Sistema Internacional y expresa el resultado utilizando la notación científica. a) 10 kg/dm3.

b) 70 km2.

c) 3,5 ? 10-2 cg/mL.

d) 2300 ms.

Ten en cuenta que, en general, cuando el número es menor que 100 no se suelen emplear potencias de 10. 4

En un depósito de 6 m3 de volumen se pueden colocar 2,4 ? 106 bolitas de acero. a) ¿Cuál es el volumen de cada bolita?

b) ¿Cuántas podremos introducir en un depósito de 1 dm3?

5

Deseamos comprobar la siguiente hipótesis: «La sal se disuelve más rápidamente en agua caliente que en agua fría». ¿Qué experiencia te parece más adecuada? a) Añadir una cantidad de sal a un vaso con agua y calentar. Observar lo que sucede.

b) Añadir una cantidad de sal a un vaso con agua caliente y dejar enfriar. Observar lo que sucede.

c) Añadir la misma cantidad de sal en cuatro vasos con agua a distinta temperatura. Observar lo que sucede.

d) Añadir cantidades diferentes de sal en cuatro vasos con agua a diferente temperatura. Observar lo que sucede.

Elige la respuesta correcta y justifícala.

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1

EVALUACIÓN DE CONTENIDOS

ESTÁNDARES DE APRENDIZAJE Y SOLUCIONES

Criterio B1‑1. Reconocer e identificar las características del método científico.

Estándares de aprendizaje

Actividades Control B

B1‑1.1. Formula hipótesis para explicar fenómenos cotidianos utilizando teorías y modelos científicos.

Control A 2, 5

B1‑1.2. Registra observaciones, datos y resultados de manera organizada y rigurosa, y los comunica de forma oral y escrita utilizando esquemas, gráficos, tablas y expresiones matemáticas.

1

1

B1‑2. Valorar la investigación científica y su impacto en la industria y en el desarrollo de la sociedad.

B1‑2.1. Relaciona la investigación científica con las aplicaciones tecnológicas en la vida cotidiana.

1

2

B1‑3. Conocer los procedimientos científicos para determinar magnitudes.

B1‑3.1. Establece relaciones entre magnitudes y unidades utilizando, preferentemente, el Sistema Internacional de Unidades y la notación científica para expresar los resultados.

2, 3, 4, 5

3, 4

B1‑4. Reconocer los materiales, e instrumentos básicos presentes en el laboratorio de Física y de Química; conocer y respetar las normas de seguridad y de eliminación de residuos para la protección del medioambiente.

B1‑4.1. Reconoce e identifica los símbolos más frecuentes utilizados en el etiquetado de productos químicos e instalaciones, interpretando su significado.

1

5

B2‑1. Reconocer las propiedades generales y características específicas de la materia y relacionarlas con su naturaleza y sus aplicaciones.

B2‑1.1. Distingue entre propiedades generales y propiedades características de la materia, utilizando estas últimas para la caracterización de sustancias.

1

B2‑1.3. Describe la determinación experimental del volumen y de la masa de un sólido y calcula su densidad.

1

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1

EVALUACIÓN DE CONTENIDOS

ESTÁNDARES DE APRENDIZAJE Y SOLUCIONES

CONTROL B: SOLUCIONES 1

a) La gráfica tendrá este aspecto: V (cm3) 1000 800 600 400 200 0 0

500

1000

1500

2000

2500

3000

m (g)

b) Obtenemos una línea recta. La masa y el volumen son magnitudes directamente proporcionales. Cuando la masa se duplica, el volumen también se duplica. c) A partir de la recta obtenemos la densidad: m 2 - m1 V2 - V1

2500 g - 1000 g = 2,83 g/cm3 890 cm 3 - 360 cm 3

"

En unidades del SI: 2,83 g/cm3 ?

10-3 kg 10 4 cm 3 ? = 2830 kg/m3 1g 1 m3

d) Sí, porque la densidad es una propiedad característica de las sustancias. e) La masa la medimos con una balanza, y el volumen, mediante una probeta. 2

a) La masa de un protón será: m = 1,6 ? 10-27 kg ?

10 3 g = 1,6 ? 10-24 g 1 kg

b) La masa de 6,022 ? 1023 protones será: m = 1,6 ? 10-24 g ? 3

10 3 mg ? 6,022 ? 1023 = 9,6 ? 102 mg 1g

a) 2000 m + 2 m + 1,2 m = 2003,2 m b) 7200 s + 1200 s + 32 s = 8432 s c) 0,2 L + 1,04 L = 1,24 L d) 0,3 kg + 0,0065 kg + 0,016 kg = 0,3 kg

4

5

a) 19,6 cm3 ?

10-6 m 3 = 1,96 ? 1025 m3 1 cm 3

c) 2,0 g/cm 2 ?

b) 125 km/h ?

10 3 m 1h ? = 34,7 m/s 1 km 3600 s

d) 240 nm ?

10-3 kg 10 4 cm 2 ? = 20 kg/m2 1 m2 1g

1m = 2,4 ? 10-7 m 10 9 nm

a) La masa es: m = 5,98 ? 1027 g ?

10-3 kg ? 317,94 = 1,90 ? 1027 kg 1g

b) El volumen es: V=

m = d

5,98 ? 10 27 g 10 6 cm 3 5,52 g /cm ? 1 m3

= 1,08 ? 1021 m3

3

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EVALUACIÓN DE CONTENIDOS

ESTÁNDARES DE APRENDIZAJE Y SOLUCIONES

N CONTROL A: SOLUCIONES 1

a) La gráfica es: Gasto (L) 25 20 15 10 5 d (km)

0 0

100

200

300

400

b) El gasto en gasolina es directamente proporcional a la distancia recorrida; existe una relación lineal. c) La pendiente de la recta representa el consumo en cada kilómetro: 21 - 6 y 2 - y1 Pendiente = = 0,06 L/km "c= x 2 - x1 350 - 100 d) Gasto = c ? d e) Gasto = 0,06 L/km ? 325 km ? 0,98 €/L = 19,11 € 2

a) Calcular el volumen de la habitación midiendo las tres dimensiones: largo, ancho y alto. En m3. V=l×a×h b) Añadir agua y medir su volumen. A continuación, introducir la piedra. La diferencia entre el volumen inicial y final del agua es el volumen de la piedra.

3

10-3 kg 10 3 dm 3 ? = 10 kg/m3 1 m3 1g 10 6 m 2 b) 70 km 2 ? = 7 ? 107 m2 1 km 2

a) 10 g /dm 3 ?

c) 2300 ms ?

10-3 s = 2,3 s 1 ms

d) 3,5 ? 10-2 hg/mL ? 4

5

10-1 kg 10 3 mL ? = 3,5 kg/L 1L 1 hg

a) V =

6 m3 = 2,5 ? 10-6 m3/bolita 2,4 ? 10 6 bolitas

b) N =

10-3 m 3 = 400 bolitas 2,5 ? 10-6 m 3 /bolita

La respuesta correcta es la c), porque en el experimento la única variable es la temperatura y, por tanto, podemos comparar.

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NOTAS

DÍA A DÍA EN EL AULA FÍSICA Y QUÍMICA 3.° ESO Material fotocopiable © Santillana Educación, S. L.

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1

EVALUACIÓN

LA CIENCIA Y LA MEDIDA

Nombre:

Curso:

Fecha:

EVALUACIÓN POR COMPETENCIAS

¿Cómo trabajan los científicos? Un estudio científico realizado en el año 2005 determinó que la altura del monte Everest, el más alto de la Tierra, era de 8844,43 m. En 1 975 su altura había sido fijada en 8848,13 m. Es decir, que ha disminuido en 3,7 m. Según los científicos, esta disminución de altura puede deberse a tres causas: •   El espesor de la capa de hielo y nieve de su cumbre se ha  medido más exactamente y ha resultado ser de 3,5 m en  vez de los 0,9 m determinados en 1975. •   El cálculo del nivel de partida ha sido más perfecto, situándolo 0,7 m por encima del anterior. •   La tecnología empleada en la actualidad, basada en ondas de radio, es más exacta, con un margen de error de 0,21 m. Además, se ha sugerido que, desde 1975, el grosor de la capa de hielo puede haber disminuido debido al calentamiento global de la atmósfera.

Debes recordar El método científico al procedimiento que siguen los investigadores para estudiar los problemas y llegar  a conclusiones ciertas. Se compone de las siguientes etapas: 1. Observación.

5.  Definición de leyes.

2. Elaboración de hipótesis.

6. Establecimiento de teorías.

3. Experimentación.

7. Publicación de resultados.

4. Análisis de resultados.

1

¿Cuál era el objetivo del estudio científico?

3

a) Comprobar que la altura del Everest ha disminuido. b) Medir la altura del monte Everest. c) Demostrar que la altura del Everest ha disminuido su altura por los efectos del calentamiento global. 2

¿Qué periodo de tiempo se ha tenido en consideración para este estudio?

¿Qué magnitud se ha medido para determinar la altura del monte Everest?

a) ¿Se trata de una magnitud fundamental o derivada?

b) ¿En qué unidad está expresada?

c) Indica si esta unidad corresponde o no al Sistema Internacional.

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.

Nombre:

Curso:

4

Resume en una línea el resultado de este estudio.

5

¿Cuántas hipótesis valoran los científicos para explicar este cambio en la altura del Everest?

10

Fecha:

Una de las dificultades con que cuentan las expediciones al monte Everest es la falta de oxígeno, debida a la disminución de la presión atmosférica con la altura. Presión (mbar)

Altura (km)

1000

0

b) Dos

900

2

c) Tres

600

4

390

8

200

12

150

16

a) Una

Indica en qué consiste cada una de ellas.

6

Con la información de la que dispones, ¿podrías afirmar si alguna de estas hipótesis es cierta?

7

¿Qué tendrías que hacer para comprobar estas hipótesis?

a) Representa gráficamente los datos de la tabla, colocando la presión en el eje de ordenadas y la altura  en el de abscisas. ¿La presión varía de forma lineal  a medida que aumenta la altura?

a) Repetir el estudio. b) Llevar a cabo un experimento para comprobar  cada una de ellas. c) No se puede comprobar, ya que son simples  suposiciones. 8

Rellena la tabla siguiente referente al estudio realizado: m

b) Sabiendo que: 1 mbar = 100 Pa y 1 atm = 101 325 Pa, estima, a partir de la gráfica, y haciendo los cambios  de unidades necesarios, la presión atmosférica en la cima del monte.

km

Altura en 1975 Altura en 2005 Diferencia de altura ¿Puedes extraer alguna conclusión a partir de ella?

9

11

Ahora que conoces el trabajo científico opina: ¿Piensas que es importante divulgar los resultados de una investigación? ¿Por qué?

Expresa en notación científica el valor de la altura del Everest determinado en 1975.

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1

EVALUACIÓN POR COMPETENCIAS

ESTÁNDARES DE APRENDIZAJE Y SOLUCIONES

Competencia que se trabaja

Criterio

Estándares de aprendizaje

Actividades

B1‑1. Reconocer e identificar las características del método científico.

B1‑1.1. Formula hipótesis para explicar fenómenos cotidianos utilizando teorías y modelos científicos.

5, 6, 7

B1‑1.2. Registra observaciones, datos y resultados de manera organizada y rigurosa, y los comunica de forma oral y escrita utilizando esquemas, gráficos, tablas y expresiones matemáticas.

Comunicación lingüística

Competencia matemática y competencias básicas en ciencia y tecnología

Sentido de iniciativa y emprendimiento

62 ES0000000006255 563068 Tema 1_18296.indd 62

¿

8

B1‑5. Interpretar la información sobre temas científicos de carácter divulgativo que aparece en publicaciones y medios de comunicación.

B1‑5.1. Selecciona, comprende e interpreta información relevante en un texto de divulgación científica y transmite las conclusiones obtenidas utilizando el lenguaje oral y escrito con propiedad.

1, 2, 3, 4, 5

B1‑1. Reconocer e identificar las características del método científico.

B1‑1.2. Registra observaciones, datos y resultados de manera organizada y rigurosa, y los comunica de forma oral y escrita utilizando esquemas, gráficos, tablas y expresiones matemáticas.

B1‑3. Conocer los procedimientos científicos para determinar magnitudes.

B1‑3.1. Establece relaciones entre magnitudes y unidades utilizando, preferentemente, el Sistema Internacional de Unidades y la notación científica para expresar los resultados.

10

B1‑2. Valorar la investigación científica y su impacto en la industria y en el desarrollo de la sociedad.

B1‑2.1. Relaciona la investigación científica con las aplicaciones tecnológicas en la vida cotidiana.

11

8, 9, 10

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EVALUACIÓN POR COMPETENCIAS: SOLUCIONES

¿Cómo trabajan los científicos?

10

a) Respuesta gráfica.

p (mbar)

1

La opción correcta es la b).

2

Desde 1975 hasta 2005. Es decir, un período de 30 años.

1200

3

La longitud (l ).

1000

a) Es una magnitud fundamental. 800

b) En el texto aparece expresada en metros (m). c) Sí, el metro (m) es la unidad de longitud en el SI. 4

La altura del Everest se ha reducido en 3,7 m.

5

La opción correcta es la c).

600 400

Descripción de las hipótesis: •   El espesor de la capa de hielo y nieve de su cumbre  se ha medido más exactamente y ha resultado ser de 3,5 m en vez de los 0,9 m determinados en 1975.

200 0 0

•   El cálculo del nivel de partida ha sido más perfecto,  situándolo 0,7 m por encima del anterior. •   La tecnología empleada en la actualidad, basada  en ondas de radio, es más exacta, con un margen de error de 0,21 m.

10

15

20 Altura (km)

La variación no es lineal. A 8000 m la presión es de 390 mbar. b) 390 mbar ?

6

Con la información que tenemos no podemos saber si son ciertas o no, habría que comprobarlas.

7

La opción correcta es la b).

8

m

km

Altura en 1975

8848,13

8,848 13

Altura en 2005

8844,43

8,844 43

3,7

3,7 ? 10-3

Diferencia de altura

5

11

100 Pa 1 atm ? = 0,385 atm 1 mbar 101 325 Pa

En esta respuesta el alumno debe valorar la importancia de comunicar y compartir los resultados un trabajo de investigación. Algunos de los objetivos perseguidos con la divulgación científica son los siguientes: •  Promover nuevos descubrimientos científicos. •  Educar y concienciar a la sociedad •  Despertar la imaginación y la vocación científica. •  Contribuir al desarrollo cultural.

Podemos extraer la siguiente conclusión: la altura del Everest se ha reducido en 3,7 m. 9

8,848 13 ? 105 cm

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UNIDAD 2 Los gases y las disoluciones

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UNIDAD 2. Los gases y las disoluciones

Guion de la unidad y sugerencias didácticas. . . . . . 68 Presentación Objetivos Contenidos Consideraciones a tener en cuenta Competencias que se trabajan Criterios de evaluación

Enseñanza individualizada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

70

Refuerzo • Ficha 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

70

• Ficha 1 (soluciones) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

71

• Ficha 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

72

• Ficha 2 (soluciones) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

73

• Ficha 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

74

• Ficha 3 (soluciones) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

75

• Ficha 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

76

• Ficha 4 (soluciones) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

77

Profundización • Ficha 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

78

• Ficha 1 (soluciones) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

79

Ampliación

66 ES0000000006255 563068 Tema 02_28927.indd 66

• Ficha 1. Solubilidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

80

• Ficha 2. Disoluciones: concentración y solubilidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Problemas resueltos • Problema resuelto 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

84

• Problema resuelto 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

85

• Problema resuelto 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

86

• Problema resuelto 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

87

• Problema resuelto 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

88

Experiencias • Solubilidad de sustancias. ¿Cómo diferenciar la sal y el azúcar? . . . . . . . . .

89

• Preparación de disoluciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

90

Recursos para la evaluación de contenidos . . . . . . .

91

Autoevaluación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

91

Controles • Control B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

92

• Control A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

94

Estándares de aprendizaje y soluciones . . . . . . . . . . . . . . . . . .

96

Recursos para la evaluación por competencias . . . 100 Prueba de evaluación por competencias • Si quisieras ver el mundo desde lo alto, ¿te subirías en un globo lleno de oxígeno o de helio? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100

Estándares de aprendizaje y soluciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102

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2

PRESENTACIÓN Y PROGRAMACIÓN

LOS GASES Y LAS DISOLUCIONES

C

PRESENTACIÓN 1.

En esta unidad comenzamos retomando los contenidos sobre los estados de la materia y la teoría cinética que los alumnos ya conocen de temas o cursos anteriores. Estudiamos las leyes de los gases y su explicación mediante la teoría cinética.

2.

1

A continuación nos centramos en las disoluciones. Es importante que el alumno sepa identificar una disolución y distinguir entre disoluciones saturadas, concentradas o diluidas, manejando los conceptos de concentración y solubilidad.

OBJETIVOS •   Conocer las leyes de los gases.

•   Comprender el concepto de solubilidad.

•   Interpretar fenómenos macroscópicos a partir  de la teoría cinética de los gases.

•   Saber identificar disoluciones cercanas a la realidad  del alumno.

•   Conocer las disoluciones y las variaciones  de sus propiedades con la concentración.

CONTENIDOS SABER

•   La presión atmosférica. •   Leyes de los gases: ley de Boyle‑Mariotte, ley de Gay‑Lussac, ley de Charles  y ley de los gases ideales. •   Concentración de una disolución. •   Formas de expresar la concentración de una disolución: – % en masa. –  % en volumen. –  Masa / volumen. •   La solubilidad: propiedad característica. •   Procedimiento para preparar disoluciones en el laboratorio.

SABER HACER

•   Resolver problemas numéricos sencillos. •   Tratar de explicar algunas propiedades de los gases utilizando  la teoría cinético‑molecular. •   Analizar tablas. •   Analizar y elaborar gráficos. •   Realizar la lectura comprensiva de un texto. •  Realizar experiencias e interpretar datos. •   Manejar correctamente material de laboratorio.

SABER SER

•   Apreciar el orden, la limpieza y el rigor al trabajar en el laboratorio.

C

•   Valorar la importancia de los modelos teóricos a fin de poder explicar cualquier hecho  cotidiano.

1

•   Admitir la necesidad de no beber alcohol antes de conducir un vehículo. •   Tomar conciencia de la responsabilidad que tienen las personas que conducen los medios  de transporte públicos.

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2

3

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PRESENTACIÓN Y PROGRAMACIÓN

LOS GASES Y LAS DISOLUCIONES

CONSIDERACIONES A TENER EN CUENTA 1.   Como los alumnos y alumnas han estudiado en cursos  anteriores las propiedades generales de la materia, introducimos en esta unidad las leyes de los gases, recordando previamente algunas de las propiedades de los estados de la materia en general y de los gases en particular. La teoría cinético‑molecular nos ofrecerá  una explicación al comportamiento de los gases.

2. En lo referente a las disoluciones, es importante que conozcan distintas formas de expresar su  concentración. Hay que hacer notar que para el alumno  es fácil distinguir de una manera intuitiva las diferencias  existentes entre disoluciones saturadas, concentradas  o diluidas.

COMPETENCIAS QUE SE TRABAJAN Competencia lingüística En la sección UN CASO PRÁCTICO se trabaja de forma  explícita los contenidos relacionados con la comprensión  lectora, a través de un texto seguido de actividades. Competencia matemática y competencias básicas en ciencias y tecnología En el REPASA MATEMÁTICAS del principio de la unidad  se recuerdan los factores de conversión y el procedimiento para la resolución de problemas. El trabajo con las tablas y las gráficas que representan  las leyes de los gases ayudan a la consecución de esta competencia. Sirvan de ejemplo los distintos SABER  HACER propuestos a lo largo del apartado 2.  El cambio de unidades y el concepto de proporcionalidad (directa e inversa) son procedimientos básicos  en estos desarrollos. En el tratamiento de las disoluciones y las medidas de concentración, se trabaja el cambio de unidades, y en la solubilidad también se interpretan gráficas. El estudio del comportamiento físico de los gases es de  manifiesta importancia para el conocimiento del mundo físico que rodea al alumno. Se presta especial atención 

a este aspecto en toda la unidad, ya que sin estos conocimientos es imposible conocer la vida y sus interacciones con el medio: la respiración, la atmósfera,  la manipulación de sustancias gaseosas,etc. Competencia para aprender a aprender A lo largo de toda la unidad, en las actividades o en el desarrollo, se proponen reflexiones y experiencias para  que el alumno sea capaz de continuar aprendiendo  de forma autónoma de acuerdo con los objetivos marcados. En este sentido destacamos los  dos experimentos para  realizar en el laboratorio que aparecen en las dos últimas  páginas de la unidad. Iniciativa emprendedora El conocimiento sobre el comportamiento de los gases contribuye a desarrollar en el alumno las destrezas  necesarias para evaluar y emprender proyectos individuales o colectivos. Por ejemplo en la última actividad de UN CASO PRÁCTICO,  en la página 55, se anima al alumno a tomar la iniciativa  y decidir acerca de llevar a cabo, o no, una acción en concreto.

CRITERIOS DE EVALUACIÓN 1.   Conocer y saber realizar ejercicios numéricos  con las leyes de los gases.

4.   Realizar cálculos sencillos con la concentración  de una disolución.

2. Elaborar tablas justificadas por las diferentes leyes de los gases.

5.   Calcular la solubilidad de una disolución.

3. Resolver problemas numéricos en los que sea necesario  aplicar las leyes de los gases.

6. Expresar con rigor y orden los resultados  de los experimentos llevados a cabo  en el laboratorio.

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2

REFUERZO

FICHA 1

LOS GASES Y LAS DISOLUCIONES

ACTIVIDADES DE REFUERZO 1

Justifica, aplicando la teoría cinética: «Los sólidos tienen forma propia, mientras que los líquidos adoptan la forma del recipiente que los contiene».

9

Calcula la presión final de 2 L de gas a 50 °C y 700 mm de Hg si al final ocupan un volumen de 0,75 L a 50 °C.

2

Expresa la presión de 780 mm de Hg en atmósferas.

10

3

Un gas se encuentra a una presión de 2,5 atm. Expresa este valor en mm de Hg.

Calcula el volumen que ocupa a 350 K un gas que a 300 K ocupaba un volumen de 5 L (la presión no varía).

4

Explica, utilizando la teoría cinética, por qué la miel caliente sale con más facilidad de su envase que la miel fría.

11

Una masa de cierto gas a 100 °C de temperatura ocupa un volumen de 200 cm3. Si se enfría sin variar su presión hasta 50 °C, ¿qué volumen ocupará?

5

Aplicando la ley de Boyle‑Mariotte, completa la siguiente tabla:

12

¿Por qué se debe medir la presión del aire en el interior de las ruedas de un coche con los neumáticos en frío mejor que después de un largo viaje? Justifica tu respuesta aplicando las leyes de los gases.

50

13

Expresa en g/L la concentración de una disolución que contiene 10 g de soluto en 600 mL de agua.

10

14

Se diluyen 20 mL de alcohol en 200 mL de agua. ¿Cuál es el porcentaje en volumen de la disolución formada?

15

¿Qué cantidades tendrías que poner para preparar 0,25 L de disolución de alcohol en agua al 4 %?

16

En la etiqueta de una botella de ácido sulfúrico aparece: 98 % en peso, d = 1,8 g/cm3. Explica el significado de estos dos datos.

17

Deseas comprobar la siguiente hipótesis: «La sal se disuelve más rápidamente en agua caliente que en agua fría». ¿Qué experiencia te parece más adecuada? Razona la respuesta.

p (atm)

V (L)

0,25

80

1

Realiza la gráfica p‑V. 6

Aplica la ley de Gay‑Lussac y completa la siguiente tabla. Luego, elabora la gráfica correspondiente. p (atm)

T (K)

1,5

300 350

3 600 7

Aplicando la ley de Charles‑Gay‑Lussac completa la siguiente tabla. Luego, elabora la gráfica correspondiente. T (K)

V (L)

300

2

a) Añadir la misma cantidad de sal en cuatro vasos con agua a distinta temperatura. Observar lo que ocurre. b) Añadir cantidades diferentes de sal en cuatro vasos de agua a distinta temperatura. Observar lo que sucede.

4

c) Añadir una cantidad de sal a un vaso con agua y calentar. Observar lo que sucede.

600 6 8

18

Un gas que se encuentra a 2 atm de presión y a 25 °C de temperatura ocupa un volumen de 240 cm3. ¿Qué volumen ocupará si la presión disminuye hasta 1,5 atm sin variar la temperatura?

70 ES0000000006255 563068 Tema 02_28927.indd 70

El vinagre es una disolución de ácido acético en agua al 3 % en masa. Determina: a) Cuál es el soluto y cuál el disolvente. b) La cantidad de soluto que hay en 200 g de vinagre.

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REFUERZO

FICHA 1

LOS GASES Y LAS DISOLUCIONES

ACTIVIDADES DE REFUERZO (soluciones) 1

En los líquidos las partículas tienen más libertad para moverse, por lo que los líquidos pueden adoptar la forma del recipiente que los contiene.

2

780 mm Hg ?

3

2,5 atm ?

4

Porque la viscosidad del líquido disminuye en el líquido caliente. Esto ocurre porque las partículas se mueven con mayor rapidez y entonces pueden deslizar unas sobre otras con más facilidad.

5

1 atm = 1,0263 atm 760 mm Hg

8

Aplicamos la ley de Boyle: 2 atm ? 240 cm3 V1 V2 = p1 ? = = 320 cm3 1,5 atm p2

9

Como la temperatura no varía: 700 2 L V1 = 2,45 atm p1 ? = ? 760 atm 0,75 L V2

10

Como la presión no varía:

760 mm Hg = 1900 mm Hg 1 atm

V T

100 80 60 40

p (atm)

V (L)

0,25

80

0,4

50

1

20

2

10

11

T

" V2 = V1 ?

6

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

p (atm)

T (K)

1,5

300

3,0

1,75

350

2,5

3

600

3

600

2,0

7

400

500

600

T2 T1

= 200 cm3 ?

V2 T2

"

323 K 373 K

= 173,2 cm3

=

10 g

El porcentaje en volumen será: 20 mL alcohol = 0,1 " 10 % en volumen 200 mL de agua

15

4 % indica que en un litro hay 4 cm3 de alcohol. 4 cm3 alcohol 1 L disolución ? = 1 cm3 alcohol 1 L disolución 4 Por tanto, habrá: 250 cm3 - 1 cm3 = 249 cm3 de agua

V (L)

7

300

2

6

600

4

5

600

4

4

900

6

3 2

16

98 % en peso significa que por cada 100 g de disolución hay 98 g de ácido sulfúrico. Y d = 1,8 g/cm3 quiere decir que cada cm3 de disolución tiene una masa de 1,8 g.

17

La a): Añadir la misma cantidad de sal en vasos con agua a distinta temperatura, pues así veremos en cuál se disuelve más rápidamente.

18

a) Soluto: ácido acético; disolvente: agua. b) Los gramos de soluto serán:

T (K) 0 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

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ES0000000006255 563068 Tema 02_28927.indd 71

T2

=

14

700

T (K)

1

V1

= 16,67 g/L 0,6 L 600 mL (Hemos supuesto que la adición de 10 g a 600 mL de agua no significa un aumento de volumen).

Respuesta: V (L)

= 5,83 L

300 K

En este caso:

T (K) 300

"

13

1,5 0 200

T2 350 K

=5L?

= cte. "

10 g

p (atm)

V2

Porque después de un largo viaje la temperatura en el interior de los neumáticos es mayor y, por tanto, la presión también ha aumentado, ya que el volumen disponible en el neumático es el mismo.

Respuesta: 3,5

T1

=

12

p (atm) 0

T1

V1

Como la presión no varía: V

20 0

T2

" V2 = V1 ?

Respuesta: V (L)

= cte. "

3 g soluto 100 g vinagre

? 200 g vinagre = 6 g de soluto

71 31/07/2015 12:29:27

2

REFUERZO

FICHA 2

LOS GASES Y LAS DISOLUCIONES

ACTIVIDADES DE REFUERZO 1

Imagina que tomas una jeringa y realizas la siguiente experiencia:

Dibujo:

1. Levantas el émbolo de la jeringa para que se llene de aire. 2. Luego cierras el orifico con el dedo, con cuidado para que no escape nada de aire de la jeringa. 3. A continuación, empujas sobre el émbolo con fuerza sin quitar el dedo del agujero de la jeringa.

a) ¿Qué ocurre? b) ¿Qué ha pasado con el aire contenido en el globo? A continuación, saca el matraz del agua caliente y déjalo enfriar. c) ¿Qué ha ocurrido? d) Describe, utilizando tus propias palabras, el experimento que acabas de realizar.

a) Al empujarlo, ¿el émbolo baja? b) ¿Qué ocurre con el aire que está en el interior de la jeringa?

3

c) ¿Qué magnitudes están variando al bajar el émbolo?

a) Cuando aumentamos la __________ de un gas sin cambiar su __________ el volumen __________.

d) ¿Qué es la presión del gas?

b) Cuando __________ la __________ de un gas, sin cambiar su temperatura, el __________ aumenta.

e) ¿Qué ocurre con el volumen que ocupa el gas en el interior de la jeringa? f) ¿Qué ocurre si ahora sueltas el émbolo?

c) Cuando calentamos un gas, su volumen __________.

g) ¿Ocurrirá lo mismo si llenamos la jeringa con agua?

d) Cuando __________ un gas, su __________ disminuye.

h) Si imaginas a las moléculas presentes en los gases que forman el aire como esferitas, dibuja en un esquema lo que ocurre con las moléculas encerradas en la jeringa.

e) La disminución de volumen de un gas por efecto del __________ de la presión se explica mediante la ley de __________.

i) Describe, utilizando tus propias palabras, el experimento que acabas de realizar. 2

f) El aumento del volumen de un gas debido a un aumento de temperatura se explica mediante la ley de __________.

Imagina ahora otra experiencia: 1. Colocamos un globo en el cuello de un matraz. Con cuidado para que la boca del globo no se salga del matraz. 2. Luego, introducimos el matraz en un recipiente con agua caliente. 3. Dejamos el matraz en el recipiente durante unos minutos.

72 ES0000000006255 563068 Tema 02_28927.indd 72

A partir de los datos recogidos en las actividades anteriores completa:

g) Cuando un gas se expande, la distancia entre sus __________ aumenta. 4

Enuncia las leyes de los gases y relaciónalas con las actividades anteriores: a) Ley de Boyle‑Mariotte. b) Ley de Gay‑Lussac.

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D

.

2

REFUERZO

FICHA 2

LOS GASES Y LAS DISOLUCIONES

ACTIVIDADES DE REFUERZO (soluciones) 1

a) Sí, al empujarlo, el émbolo baja. b) El aire que está en su interior se comprime.

a) Cuando aumentamos la temperatura de un gas sin cambiar su presión el volumen aumenta.

c) Varía el volumen, que disminuye; y la presión del interior, que aumenta.

b) Cuando disminuye la presión de un gas, sin cambiar su temperatura, el volumen aumenta.

d) La presión del gas es la consecuencia del choque de las partículas que forman el gas con las paredes del recipiente que lo contiene. En este caso, las partículas chocan con las paredes interiores de la jeringa y el émbolo.

c) Cuando calentamos un gas, su volumen aumenta.

e) El volumen que ocupa el gas en el interior de la jeringa disminuye cuando apretamos el émbolo debido a que se reduce la distancia entre las partículas que forman el gas.

f) El aumento del volumen de un gas debido a un aumento de temperatura se explica mediante la ley de Charles.

f) Al soltar el émbolo de la jeringa, el volumen vuelve a aumentar. g) No, ya que los líquidos son mucho menos compresibles que los gases. Al empujar el émbolo con el orificio de la jeringa tapado, no podremos comprimir el líquido. h) Respuesta gráfica:

3

d) Cuando enfriamos un gas, su volumen disminuye. e) La disminución de volumen de un gas por efecto del aumento de la presión se explica mediante la ley de Boyle‑Mariotte.

g) Cuando un gas se expande la distancia entre sus partículas aumenta. 4

a) La ley de Boyle‑Mariotte dice que cuando la presión de un gas aumenta, manteniendo constante la temperatura, el volumen disminuye, de manera que el producto de la presión por el volumen es constante. p ? V = constante De igual manera, si la presión disminuye, el volumen aumenta.

i) Respuesta libre. Al empujar el émbolo, la distancia entre las partículas del interior de la jeringa se reduce. La presión aumenta y el volumen disminuye. 2

a) El matraz se calienta y el globo se infla. b) El aire del globo también se calienta. Por eso las partículas del aire se mueven cada vez más deprisa, aumenta la presión y el globo se infla un poco.

b) La ley de Gay‑Lussac dice que, cuando aumenta la temperatura de un gas sin variar el volumen, la presión del gas también aumenta. Esto se puede expresar con la ecuación: p = constante T Cuando la temperatura de un gas disminuye, es porque sus partículas se mueven más despacio. Entonces, si el volumen no varía, el número de choques por segundo de las partículas del gas con las paredes del recipiente que lo contiene será menor, lo que implica una disminución de la presión.

c) El globo se desinfla de nuevo. d) Respuesta modelo. Al sacar el matraz del agua caliente, las partículas del globo se mueven más despacio, disminuye la temperatura y la presión también disminuye, pues se producen menos choques por segundo de las partículas del interior del globo con las paredes de este.

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2

REFUERZO

FICHA 3

LOS GASES Y LAS DISOLUCIONES

ACTIVIDADES DE REFUERZO 1

Observa los dibujos que aparecen a continuación. Solo uno de ellos explica cómo cambia el comportamiento de las moléculas de agua al cambiar de estado. Elige el esquema correcto.

3

Explica, realizando dos o más esquemas, cómo se produce la evaporación del agua de un charco durante un día soleado. a) ¿Cómo es que se evapora el agua del charco, si no se alcanza la temperatura a la que el agua hierve, 100 ºC?

a)

b) En un día de verano, ¿se evaporará más o menos agua que en un día de invierno? ¿Por qué? 4

     Sólido

Líquido

Indica con flechas en los dibujos en qué caso se moverán más deprisa o más despacio las moléculas del gas.

Gas

b)

Sólido

Líquido

Gas T = -40 ºC

c)

Sólido 2

Líquido

T = 120 ºC

Gas T = 0 ºC

Observa la gráfica y contesta: 5

Solubilidad (g/L) A 90

B

T = 600 ºC

Localiza en la sopa de letras DIEZ palabras relacionadas con los estados de la materia:

80

M

I

R

E

V

A

P

O

R

A

C

I

O

N

70

C

A

Y

Q

U

E

D

O

R

S

F

T

E

A

50

O

S

M

E

O

G

A

S

T

R

U

C

O

T

40

N

A

B

C

X

B

A

O

B

U

S

A

Q

E

D

R

L

I

Q

U

I

D

O

M

I

A

R

M

E

X

T

R

A

S

B

I

D

A

O

I

N

P

N

A

R

G

U

V

A

T

G

A

N

A

R

E

T (ºC)

S

O

P

I

C

O

L

O

S

N

S

A

S

R

a) ¿Cuál de las dos sustancias tiene una mayor solubilidad a 40 °C?

A

S

E

B

U

L

L

I

C

I

O

N

A

A

C

E

N

O

S

U

I

O

N

N

L

J

A

T

I

F

A

N

I

M

A

C

I

O

I

N

T

U

O

A

O

T

S

E

Z

V

E

A

D

L

I

R

N

U

B

U

A

N

J

C

E

R

O

M

O

A

C

O

S

Q

I

B

P

R

E

S

I

O

N

N

60

30 20 10 0

0

10

20

30

40

50

60

70

80

b) ¿Cuál es la solubilidad de cada sustancia a 10 °C? c) ¿Cuál de las dos sustancias tiene una mayor solubilidad a 70 °C? d) ¿Qué ocurrirá si echamos 100 g de cada sustancia en dos recipientes con 2 L de agua cada uno a 50 °C? ¿Se disolverá todo?

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D

s

.

2

REFUERZO

FICHA 3

LOS GASES Y LAS DISOLUCIONES

ACTIVIDADES DE REFUERZO (soluciones) 1

El esquema correcto es el a). En el b) el número de partículas es diferente, lo que no es exacto. Además, la naturaleza de las partículas no varía cuando hay un cambio de estado. Lo que varía es la manera en que las partículas que forman el agua están unidas entre sí.

4

En el caso del líquido, las partículas tienen más libertad de movimiento que en el sólido. En el gas, además, la distancia entre las partículas es mucho mayor y las moléculas de agua tienen más libertad para moverse. 2

T = -40 ºC

T = 120 ºC

T = 0 ºC

T = 600 ºC

a) La sustancia B. b) Sustancia A " 50 g/L. Sustancia B " 10 g/L. c) La sustancia A. d) Primero hay que calcular la concentración en ambas disoluciones. Como hay 100 g de cada sustancia en 2 L de agua, la concentración será de 50 g/L. (Suponemos que no hay variación de volumen cuando echamos el sólido al agua). Para saber si se disuelve todo, debemos comparar esta concentración son la solubilidad.

3

5

M

I

R

E

V

A

P

O

R

A

C

I

O

N

C

A

Y

Q

U

E

D

O

R

S

F

T

E

A

O

S

M

E

O

G

A

S

T

R

U

C

O

T

En el caso de la sustancia A, la concentración resultante es mayor que la solubilidad a dicha temperatura, por lo que no se disolverá todo el soluto y una parte se quedará en el fondo del recipiente sin disolverse.

N

A

B

C

X

B

A

O

B

U

S

A

Q

E

D

R

L

I

Q

U

I

D

O

M

I

A

R

M

E

X

T

R

A

S

B

I

D

A

O

I

N

P

En el caso de la sustancia B, como la concentración es menor que la solubilidad para esta sustancia a esa temperatura, se disolverá todo el soluto.

N

A

R

G

U

V

A

T

G

A

N

A

R

E

S

O

P

I

C

O

L

O

S

N

S

A

S

R

A

S

E

B

U

L

L

I

C

I

O

N

A

A

C

E

N

O

S

U

I

O

N

N

L

J

A

T

I

F

A

N

I

M

A

C

I

O

I

N

T

U

O

A

O

T

S

E

Z

V

E

A

D

L

I

R

N

U

B

U

A

N

J

C

E

R

O

M

O

A

C

O

S

Q

I

B

P

R

E

S

I

O

N

N

Respuesta gráfica:

agua

Invierno

agua

Verano a) Porque algunas partículas se mueven más deprisa que otras. Así, algunas alcanzan una velocidad suficiente que les permite escapar de la atracción de otras partículas vecinas y abandonan el charco. b) En un día de verano se evaporará más agua que en un día de invierno, porque habrá más partículas moviéndose con una velocidad tal que les permita abandonar el charco, ya que la temperatura es mayor.

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2

REFUERZO

FICHA 4

LOS GASES Y LAS DISOLUCIONES

ACTIVIDADES DE REFUERZO 1

Cuando los componentes de una mezcla tienen diferentes propiedades, se pueden separar utilizando un método de separación basado en esa diferencia de propiedades.

2

a) ¿Cuál es la masa del agua? b) ¿Cuál es la masa de la disolución obtenida al añadir el azúcar?

a) Agua y aceite.

c) ¿Qué habrá que hacer para que la disolución sea más concentrada?

• ¿Cuál es la propiedad que permite separar los componentes de esta mezcla?



• ¿Qué método de separación utilizarías?



• Representa mediante un dibujo el procedimiento.

d) ¿Qué nombre reciben los dos componentes de la disolución? e) Indica cuál es la concentración de la disolución en: – Gramos por litro. – Tanto por ciento en masa. 3

b) Arena y azúcar.



• ¿Cuál de las dos sustancias es soluble en agua?



• ¿Podrías separar ambos componentes a partir de la solubilidad en agua?



• En caso afirmativo, explica el procedimiento.



Queremos preparar 200 mL de una disolución de cloruro de sodio (sal) en agua que tenga una concentración de 5 g/L. Para ello, empleamos sal, agua, una balanza electrónica, un vidrio de reloj, un vaso de precipitados, una probeta y una espátula. a) Realiza los cálculos necesarios para determinar la cantidad de sal que debes de añadir y la cantidad de agua, y completa las siguientes líneas en tu cuaderno.

• Cantidad de sal: _______



• Cantidad de agua: _______

b) Describe el procedimiento que seguirías para pesar en la balanza la cantidad de sal que has calculado.

c) Agua y arena.

En medio litro de agua añadimos 5 g de azúcar.

• ¿Podrías utilizar el mismo procedimiento de la mezcla anterior para separar el agua y la arena?

c) Indica ahora qué harías para calcular la cantidad de agua. d) A partir de esta disolución, ¿se podría añadir más sal hasta conseguir una disolución saturada?

• En caso contrario, ¿cuál utilizarías?

e) ¿Cómo podríamos saber que la disolución ha llegado a este punto?

d) Limaduras de hierro y arena. 4

El suero fisiológico es una disolución acuosa de cloruro de sodio de concentración 9 g/L que se utiliza a menudo, generalmente para la descongestión nasal. a) Explica cuáles son los componentes de la disolución. b) Explica qué significa que la concentración sea de 9 g/L.



• Diseña un procedimiento para separar los componentes de esta mezcla y explícalo detalladamente.

76 ES0000000006255 563068 Tema 02_28927.indd 76

c) Busca un frasco de suero y comprueba estos datos. ¿El suero fisiológico contiene alguna sustancia más?

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D

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2

REFUERZO

FICHA 4

LOS GASES Y LAS DISOLUCIONES

ACTIVIDADES DE REFUERZO (soluciones) 1

a) Agua y aceite.

e) La concentración de la disolución en gramos por litro es:

La densidad: el aceite es un líquido menos denso que el agua.

c=

c= =

El azúcar. La arena no es soluble.

5g 500 g + 5 g

? 100 =

? 100 = 1 %

a) Supondremos, como antes, que el volumen de la disolución es igual al volumen del disolvente empleado.

Para calcular la cantidad de sal, despejamos de la fórmula de la concentración:

Sí. Por ejemplo, podemos echar la mezcla en agua. El azúcar se disolverá en el agua, pero la arena no se disolverá. Luego, se hace pasar la mezcla (disolución + arena) por un papel de filtro. La disolución atravesará el filtro, pero la arena, no, que se podrá recoger en el papel.

c=

masa soluto volumen disolución

=

masa soluto 0,2 L

=

= 5 g/L " masa soluto = 5 ? 0,2 = 1 g •  Cantidad de sal: 1 g.

c) Agua y arena.

•  Cantidad de agua: 200 g.

Sí, porque la arena no se disuelve en el agua. Si echamos la mezcla en papel de filtro, el agua atravesará los poros del papel, pero la arena, no, ya que sus partículas son de mayor tamaño que las del agua.

b) Se conecta la balanza, se coloca el vidrio de reloj vacío sobre ella y luego se pone la balanza a cero. A continuación, se echa la sal hasta que la balanza indique 1 g. Hemos de tener cuidado porque la sal absorbe rápidamente la humedad del ambiente y enseguida, aunque echemos 1 g de sal, la balanza marcará algo más.

d) Limaduras de hierro y arena. Las limaduras de hierro son atraídas por un imán, mientras que las partículas que forman la arena, no. Así, si acercamos un imán a la mezcla, las limaduras de hierro se pegarán al imán, mientras que la arena no lo hará. Luego, podemos separar con golpecitos suaves las limaduras de hierro del imán.

c) Emplear una probeta o un vaso de precipitados. Teniendo cuidado de mirar desde el nivel señalado por la marca 200 mL. d) Sí.

a) La masa de agua es de 500 g, ya que la densidad del agua es de un gramo por mililitro.

c) Echar una mayor cantidad de soluto o bien retirar una parte del disolvente.

masa soluto masa disolución

Como queremos 200 mL de disolución, deberemos emplear 200 mL de agua (200 g).

b) Arena y azúcar.

Masa disolución = masa disolvente + + masa soluto

volumen disolución

=

La concentración de la disolución en tanto por ciento en masa es:

3

b) La masa total de la disolución se calcula sumando la masa del disolvente y del soluto:

5g

= 10 g/L 0,5 L Hemos supuesto que el volumen de la disolución permanece constante cuando añadimos el soluto, lo cual es bastante exacto en este caso.

La decantación. Como el aceite es menos denso que el agua, quedará por encima y podremos separarlo.

2

masa soluto

e) Si seguimos echando sal, llegará un momento en que no se disolverá. En ese momento, la disolución estará saturada. 4

a) Agua y sal. b) Que si tomamos un litro de disolución, tendremos 9 g de sal. c) Normalmente no, solo contiene agua y cloruro de sodio.

d) Disolvente y soluto.

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2

PROFUNDIZACIÓN

LOS GASES Y LAS DISOLUCIONES

ACTIVIDADES DE AMPLIACIÓN 1

A temperatura constante, si disminuimos a la cuarta parte el volumen de un gas, ¿qué le ocurre a la presión?

10

Si mezclamos dos gases de diferente densidad en un recipiente, ¿es posible que permanezcan separados?

2

La temperatura de un gas es de 20 °C. Determina cuál será la temperatura si el volumen se duplica y la presión se reduce a la mitad.

11

Una disolución está formada por agua y varios solutos. La siguiente gráfica muestra la masa de cada soluto en 5 L de disolución.

3

Determina, en grados centígrados, la temperatura de un gas que en condiciones normales ocupa un volumen de 150 L y que a 10 atm de presión solo ocupa un volumen de 20 L.

4

Masa de soluto

70

6

7

40 30 20 10

2

3

4

1

5

Calcula cuántas bombonas de 200 L, a una presión de 2 atm, podrán llenarse con el gas propano contenido en un depósito de 500 m3 a una presión de 4 atm.

Indica cuáles de las siguientes proporciones se deducen de la gráfica.

¿Qué ocurre con un gas a una temperatura de 0 K?

b) El soluto 4 es el más soluble en agua.

Justifícalo aplicando la teoría cinética.

c) La concentración del soluto 2 es de 50 g/L.

a) El soluto 4 es el más abundante.

d) La concentración del soluto 2 es de 10 g/L.

Observa los siguientes gráficos y explica qué tipo de proceso representa cada uno de ellos:

e) El soluto 1 es el menos soluble en agua.

p

f) El soluto 1 es el menos abundante en la disolución. 12

V B

V

C

Preparamos una disolución mezclando 20 g de hidróxido de sodio, NaOH, en 200 mL de agua. Calcula: a) La concentración expresada en g/L. b) La concentración expresada en % en masa.

T 13

A 500 mL de una disolución de cloruro de calcio cuya concentración es de 10 g/L, se le añaden 2 g de soluto. ¿Cuál es la nueva concentración?

V

14

La densidad del hidrógeno en condiciones normales de presión y temperatura es de 0,089 g/L. Calcula su densidad a 1,5 atm de presión y -10 °C de temperatura.

Una bebida alcohólica tiene un 12 % en volumen de alcohol. Calcula la cantidad de alcohol que se ingiere si bebemos dos vasos, de 125 cm3 cada uno, de dicha bebida.

15

En la etiqueta de una botella de ácido sulfúrico aparece: 98 % en peso; d = 1,8 g/cm3. ¿Qué cantidad de esta disolución habrá que utilizar para disponer de 2,5 g de ácido sulfúrico?

T

9

Soluto 3

50

Cuando la presión de cierta masa de gas es de 30 cm de Hg y su temperatura de 25 °C, ocupa un volumen de 200 L. ¿Cuál será entonces la presión necesaria para que el gas ocupe un volumen de 150 L si la temperatura aumenta hasta 50 °C?

A

8

Soluto 2 Soluto 5

60

0 5

Soluto 1 Soluto 4

Justifica la ley de Boyle de los gases mediante la teoría cinética.

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2

PROFUNDIZACIÓN

LOS GASES Y LAS DISOLUCIONES

ACTIVIDADES DE AMPLIACIÓN (soluciones) 1

Si el volumen se reduce a la cuarta parte, la presión se hace cuatro veces mayor.

2

En este caso tenemos: p1 ? V1

"

T1 p2 ? V2

T2 =

=

p2 ? V2 T2

3

Ahora tenemos: p1 ? V1

=

T1 p2 ? V2

" T2 = 4

p2 ? V2

=

" p2 = " p2 =

a) Verdadero. b) Falso. Esto no puede deducirse de la gráfica. En esta no se menciona la solubilidad. c) Falso. La gráfica nos indica que en 5 L de disolución hay 50 g de agua. Por lo tanto, la concentración del soluto 2 será: Masa soluto 2 Concentración = = Volumen disolución 50 g = = 10 g/L 5L d) Verdadero.

? 273 K =

p2 ? V2

T2 p1 ? V1 ? T2

"

T1 ? V2

"

30 cm Hg ? 200 L ? (273 + 25) K

298 K ? 150 L p = 43,36 cm Hg = 433,6 mm Hg " 2 p1 ? V1

=

4 atm ? 500 m3

f) Verdadero. 12

A: un proceso a temperatura constante.

C: primero un proceso a presión constante, luego un proceso a temperatura constante y, de nuevo, otro proceso a presión constante.

20 g NaOH 200 g disoluc. 13

1000 mL 1 L

= 100 g/L

= 0,1 " 10% en masa

En los 500 mL hay 5 g (10/2) de soluto. Si añadimos 2, habrá 7 g de soluto en 500 mL. Por tanto: 7 g soluto 500 mL

?

1000 mL 1L

= 14 g/L

14

2 vasos son 250 cm3. 12 cm3 alcohol ? 250 cm3 dis. = 30 cm3 alcohol 100 cm3 disoluc.

15

2,5 g ácido ?

100 g disoluc. 98 g ácido

?

1 cm3 disoluc. 1,8, g disoluc.

=

= 1,417 cm3 de disolución

En este caso: p1 ? V1 T1 =

?

200 mL disoluc. En tanto por ciento en masa:

B: un proceso a presión constante.

8

En este caso: 20 g NaOH

=

2 atm 1000 L = 1000 m3 ?  = 106 L 3 1m Y dividimos entre el volumen de cada bombona: 106 L N.o bombonas = = 5000 200 L A 0 K el movimiento de las partículas del gas cesa por completo. Por eso no se puede enfriar más. p2

e) Falso. Esto no puede deducirse de la gráfica. En esta no se menciona la solubilidad.

"

Aplicamos la ley de Boyle: V2 =

7

11

Partimos de la expresión: T1

6

No, porque según la teoría cinética, las partículas del gas se mueven ocupando todo el volumen disponible. El que tengan distinta densidad únicamente hace referencia a la masa de cada partícula en relación con el volumen ocupado.

"

T2 10 atm ? 20 L

? T1 = 1 atm ? 150 L p1 ? V1 = 364 K " T2 = 91 °C p1 ? V1

5

10

? 2 ? T1 = T1

2

p 1 ? V1 Por tanto, la temperatura no varía.

Según la teoría cinética, cuando la temperatura permanece constante, las partículas se siguen moviendo con la misma velocidad. Por tanto, si la presión se incrementa, es porque hay más choques de las partículas que forman el gas, y esto solo es posible si el volumen disminuye.

"

1

? T1 =

9

=

p2 ? V2 T2

" V2 =

1 atm ? (273 - 10) K 1,5 atm ? 273 K

p1 ? T2 p2 ? T1

? V1 =

? 1 L = 0,642 L

Por tanto, en las nuevas condiciones 0,089 g de hidrógeno ocuparán 0,642 L, con lo cual la densidad será: m 0,089 g d= = = 0,139 g/L V 0,642 L

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2

AMPLIACIÓN

FICHA 1

LOS GASES Y LAS DISOLUCIONES

Nombre:

Curso:

Fecha:

Solubilidad

D

La importancia de la solubilidad La solubilidad (s) es una propiedad característica de la materia. Se expresa en gramos de soluto disueltos en 100 g de agua, y sirve para la identificación de sustancias puras.

en caliente. En los gases ocurre al contrario: la solubilidad disminuye al aumentar la temperatura. Además, en la solubilidad de los gases influye también la presión de estos sobre el líquido: un aumento de presión favorece siempre la solubilidad.

La solubilidad de las sustancias varía con la temperatura. Los sólidos y los líquidos, en general, son más solubles

Tabla de solubilidades (g soluto/100 g agua) Sólidos

0 °C

20 °C

40 °C

60 °C

80 °C

100 °C

Cloruro de sodio

35,7

36,0

36,6

37,3

38,4

39,8

Cloruro de potasio

27,6

34,0

40,0

45,5

51,1

56,7

Nitrato de plata

122

222

Nitrato de potasio

13,3

31,6

Nitrato de sodio

73

88

Hidróxido de calcio

0,185

Sólidos

376 63,9 104

0,165

0 °C

525

669

952

110,0

169,0

246

124

148

180

0,141

20 °C

0,116

0,094

40 °C

0,077

60 °C

80 °C

Oxígeno

0,007

0,004

0,003

0,002

0,001

Dióxido de carbono

0,33

0,17

0,10

0,06

0,003

Hidrógeno

0,00019

0,00016

0,00014

0,00012

0,00008

Cloro

0,96

0,73

0,46

0,33

0,22

Nitrógeno

0,0029

0,0019

0,0014

0,0010

0,0007

Tabla de solubilidades (20 °C) Los valores de la solubilidad varían mucho de unas sustancias a otras. Las hay prácticamente insolubles en agua (arena, aceite); otras, en cambio, son muy solubles, como el azúcar.

80 ES0000000006255 563068 Tema 02_28927.indd 80

s (g soluto/ 100 g agua)

Sustancia

Sustancia

s (g soluto/ 100 g agua)

Nitrato de plata

222

Cloruro de bario

35

Nitrato de calcio

126

Cloruro de potasio

34

Hidróxido de sodio

108

Carbonato de sodio

19

Nitrato de sodio

88

Sulfato de calcio

0,20

Cloruro de calcio

73

Hidróxido de calcio

0,17

Sal común

36

Carbonato de calcio

0,0013

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D

.

2

AMPLIACIÓN

FICHA 2

LOS GASES Y LAS DISOLUCIONES

Nombre:  

     Curso:  

     Fecha:  

Disoluciones: concentración y solubilidad Recuerda que… •   Las disoluciones son sistemas materiales homogéneos formados   por dos o más sustancias diferentes (aire, agua de mar, etc.). •  La concentración de una disolución indica la cantidad de soluto   que hay en una determinada cantidad de disolución.  Esta magnitud se puede expresar en: % en peso o en masa =  % en volumen = 

masa de soluto masa de disolución

volumen de soluto masa de disolución

Concentración = 

 ? 100

 ? 100

gramos de soluto volumen de disolución

 

•  La solubilidad de una disolución indica la cantidad máxima de soluto que admite  una cierta cantidad de disolvente a una temperatura determinada.

1

La concentración de una disolución de hidróxido sódico (NaOH) en agua es del 2 % en masa. ¿Qué cantidad de hidróxido de sodio hay en medio kilogramo de disolución?

2

¿Cuál es el porcentaje en volumen de una disolución que se ha preparado disolviendo 50 mL de alcohol en 250 mL de agua?

3

Expresa en g/L la concentración de una disolución que tiene 500 mL de agua y 10 g de sal (NaCl).

DÍA A DÍA EN EL AULA   FÍSICA Y QUÍMICA 3.° ESO   Material fotocopiable © Santillana Educación, S. L.

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2

AMPLIACIÓN

FICHA 2

LOS GASES Y LAS DISOLUCIONES

Nombre:

4

Curso:

Fecha:

En el agua del mar hay unos 300 g de diferentes sales en cada 10 kg de disolución (10 L, aproximadamente). Entre estas sales se encuentran las cantidades en gramos que muestra el gráfico. 1,68 10,8 7,2 14,2 32,84

233,28

Cloruro de sodio Cloruro de magnesio Sulfato de magnesio Sulfato de calcio Cloruro de potasio Otros

Calcula la concentración en g/L de cada sal: a) Cloruro de sodio.

b) Cloruro de magnesio.

c) Sulfato de magnesio.

d) Sulfato de calcio.

e) Cloruro de potasio.

5

La solubilidad del fluoruro de bario (BaF2) es de 1,3 g/L a una temperatura de 26 ºC. a) Calcula la cantidad de soluto que podemos añadir a 5 L de disolución cuya concentración es de 0,8 g/L.

b) Calcula la cantidad de agua que habrá que añadir a 20 g de BaF2 para lograr una disolución saturada.

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DÍA A DÍA EN EL AULA FÍSICA Y QUÍMICA 3.° ESO Material fotocopiable © Santillana Educación, S. L.

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D

.

2

AMPLIACIÓN

FICHA 2

LOS GASES Y LAS DISOLUCIONES

Nombre:

6

Curso:

Fecha:

La gráfica adjunta representa la solubilidad del nitrato y sulfato de potasio en agua a distintas temperaturas. Determina: Masa (g) en 100 g agua 160 140

Nitrato de potasio

120 100 80 60 40 Sulfato de potasio

20 0

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (°C)

a) La solubilidad de las sales a 30 ºC.

b) La solubilidad de las sales a 60 ºC.

c) La masa de nitrato que se disuelve en 1 L de agua a 30 ºC.

d) La masa de nitrato que precipita al enfriar la solución anterior a 10 ºC.

e) Describe cómo varía la solubilidad de las sales en agua con la temperatura.

f) ¿Qué quiere decir que la solubilidad del nitrato de potasio es de 60 g en 100 g de agua a 40 ºC?

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2

PROBLEMAS RESUELTOS

LOS GASES Y LAS DISOLUCIONES

PROBLEMA RESUELTO 1 Una masa de gas ocupa un volumen de 4 litros a una presión de 780 mm de Hg y 20 °C de temperatura. Calcula el volumen que ocupará el gas si aumentamos la presión a 2 atm, manteniendo constante la temperatura.

Planteamiento y resolución Se produce una transformación isoterma (temperatura constante), desde el estado inicial:

En primer lugar expresamos todas las magnitudes en las unidades adecuadas:

p1 = 780 mm Hg ; V1 = 4 L ; T1 = 20 °C

p1 = 780 mm Hg ?

1 atm

760 mm Hg = 1,03 atm

Hasta el estado final: p2 = 2 atm ; V2 = ? ; T2 = 20 °C Por tanto, se cumplirá la ley de Boyle, según la cual: al aumentar la presión, a temperatura constante, el volumen debe disminuir.

=

Despejamos de la ecuación el volumen final y sustituimos los datos numéricos: V2 =

p1 ? V1

La ecuación matemática de dicha ley es:

p2

=

1,03 atm ? 4 L 2 atm

= 2,06 L

Resultado que satisface la ley de Boyle.

p1 ? V1 = p2 ? V2

ACTIVIDADES 1

Calcula la presión final de un gas que se ha sometido a una transformación isoterma en la que se ha triplicado su volumen, sabiendo que inicialmente se encontraba a una presión de 750 mm de Hg.

5

Sol.: 520 cm3

Sol.: 250 mm Hg 2

3

Un recipiente de 500 cm3 contiene 20 g de un gas a 780 mm de Hg. Se reduce la presión hasta 750 mm de Hg manteniéndose constante la temperatura. ¿Cuál será el volumen final del gas?

Un balón cuyo volumen es de 500 cm3 a una temperatura de 20 °C se introduce en la nevera y su volumen se reduce a 480 cm3. Suponiendo que la presión del aire contenido en el balón no cambia, calcula la temperatura en el interior de la nevera.

6

Sol.: 8 °C

7

Un gas se dilata isotérmicamente desde un volumen de 2,4 L hasta un volumen de 5,2 L. Si la presión inicial del gas era de 1,5 atm, ¿cuál es el valor de la presión final? Sol.: 0,7 atm

Una cierta cantidad de gas ocupa un volumen de 2,5 L a 80 °C. Se calienta hasta 180 °C manteniendo constante la presión. ¿Cuál es el volumen final ocupado por el gas?

Se introduce un gas en un recipiente de 25 cm3 de capacidad, a una temperatura de -23 °C. Si manteniendo la presión constante se calienta hasta 10 °C, ¿qué cantidad de gas saldrá del recipiente? Sol.: 3,3 cm3

Sol.: 3,2 L 8 4

Tenemos 20 cm3 de aire encerrado en un recipiente a la presión de 1 atm. Calcula el volumen que ocupará esa masa de aire si se le somete a la presión de 2,5 atm sin variar la temperatura.

Un gas sometido a una presión de 740 mm de Hg, ocupa un volumen de 1,8 L. Si aumentamos la presión hasta 1,5 atm, ¿qué volumen ocupará?

Sol.: 1,2 L

Sol.: 8 cm3

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D

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PROBLEMAS RESUELTOS

LOS GASES Y LAS DISOLUCIONES

PROBLEMA RESUELTO 2 En la rueda de una bicicleta hay aire a una presión de 1,20 atm y a 20 °C de temperatura. Después de circular durante un rato y, como consecuencia de la fricción con el suelo, la rueda se calienta hasta 30 °C. Considerando que el volumen no varía, calcula la presión final del aire contenido en el interior de la cámara.

Planteamiento y resolución Si suponemos que el volumen de aire que contiene la rueda no varía, como consecuencia del rozamiento, el aire se calienta, produciéndose una transformación isócora (volumen constante) que cumple la ley de Gay‑Lussac, según la cual la presión debe aumentar. Sabemos que la ecuación matemática de la ley de Gay‑Lussac es: p2 p1 = T2 T1

En primer lugar expresamos las temperaturas en kelvin: T1 = 20 °C + 273 = 293 K T2 = 30 °C + 273 = 303 K Despejamos la presión final, p2, y sustituimos los valores numéricos: 1,20 atm ? 303 K p1 ? T2 p2 = = " 293 K T1 " p2 = 1,24 atm

ACTIVIDADES 1

2

Un globo contiene 4 L de gas helio a 25 °C de temperatura. La presión que ejerce el gas sobre las paredes del globo es de 0,8 atm. Si se eleva la temperatura del gas hasta 40 °C, el volumen del globo pasa a ser de 4,5 L. ¿Cuál es la presión en este nuevo estado?

4

Sol.: 0,68 atm

5

En el interior de un neumático de automóvil el aire se encuentra a una presión de 2,2 atm y a una temperatura de 20 °C. Calcula la temperatura final del aire, después de haber recorrido unos cuantos kilómetros, sabiendo que la presión se ha elevado hasta 2,4 atm.

Sol.: 10 °C

6

En un recipiente hay 250 cm3 de oxígeno a 30 °C y 700 mm de Hg. Determina: a) El volumen, si la temperatura es de 30 °C y la presión es de 1 atm. b) La presión que habría que ejercer para que el volumen se reduzca a 150 cm3 sin modificar la temperatura. Sol.: a) 230 cm3; b) 1,54 atm

Una burbuja de aire de 3 cm3 de volumen está a una presión de 1 atm y a una temperatura de 20 °C. ¿Cuál será su volumen si asciende hasta un lugar donde la presión es de 0,95 atm y la temperatura no varía? Sol.: 3,16 cm3

Sol.: 319,6 °C 3

La temperatura de un gas es de 10 °C cuando el volumen es de 2 L y la presión de 1,5 atm. Determina el valor que alcanza la temperatura si el volumen se duplica y la presión se reduce a la mitad.

En un recipiente de 150 cm3 de capacidad se recoge gas nitrógeno a 25 °C de temperatura y 700 mm de Hg de presión. Aumentamos la presión a 2 atm. ¿Qué volumen ocupará el nitrógeno? Sol.: 69 cm3

7

Una bombona de 20 L contiene gas propano a 3,5 atm de presión y 15 °C de temperatura. La bombona se calienta hasta 40 °C. Determina cuál será la presión del gas en el interior de la bombona.

Sol.: 3,8 atm

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2

PROBLEMAS RESUELTOS

LOS GASES Y LAS DISOLUCIONES

PROBLEMA RESUELTO 3 La presión que soporta un gas es de 710 mm de Hg cuando se encuentra a 10 °C de temperatura en un recipiente de 20 L. Se comprime el recipiente hasta que el volumen es de 15 L, manteniéndose la presión constante. ¿Cuál es la temperatura final del gas?

Planteamiento y resolución Un gas que se encuentra en un estado inicial determinado por:

En primer lugar expresamos todas las magnitudes en las unidades adecuadas:

p1 = 710 mm Hg

•  Presión:

T1 = 10 °C

p1 = 710 mm Hg ?

V1 = 20 L p2 = 710 mm Hg ?

Evoluciona hasta un estado final determinado por las siguientes magnitudes:

1 atm 760 mm Hg 1 atm 760 mm Hg

= 0,3 atm = 0,3 atm

•  Temperatura:

p2 = 710 mm Hg

T1 = 10 °C + 273 = 283 K

T2 = ?

Despejamos la temperatura final y sustituimos los valores numéricos:

V2 = 15 L Según un proceso en el que varían, simultáneamente, el volumen y la temperatura; se cumple, por tanto:

V1 T1

=

T2 =

V2 T2

=

Esta ecuación es el enunciado de la ley de Charles‑Gay‑Lussac.

V2 ? T1 V1

15 L ? 283 K 20 L

=

= 212,25 K

ACTIVIDADES 1

Una masa de un cierto gas ocupa un volumen de 30 L a la presión de 1,1 atm y 20 °C de temperatura. Determina cuál será su volumen si, a temperatura constante, la presión aumenta hasta 2,5 atm.

4

Sol.: 13,2 L

¿Cuántos grados centígrados debe aumentar la temperatura de un gas que inicialmente se encontraba a 0 °C y 1 atm de presión para que ocupe un volumen cuatro veces mayor cuando la presión no varía? (Recuerda la diferencia entre escala Celsius y escala absoluta). Sol.: 819 °C

2

Determina la presión a que está sometido un gas cuando su temperatura es de 60 °C, si sabemos que, a 0 °C, la presión era de 760 mm de Hg y que el volumen no ha variado al calentarlo.

5

Sol.: 1,22 atm

¿Cuántos grados centígrados debe disminuir la temperatura de un gas para que, manteniendo la presión a la que se encontraba inicialmente, el volumen sea cinco veces menor? Temperatura inicial del gas: -10 °C. Sol.: 210,4 °C

3

3

En un recipiente se recogen 100 cm de hidrógeno a 20 °C y 1,5 atm de presión. ¿Qué volumen ocupará la misma masa de gas si la presión es de 750 mm de Hg y la temperatura no ha variado? Sol.: 152 cm3

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6

¿Cómo debe modificarse la presión de un gas para que al pasar de 20 a 0 °C el volumen se reduzca a la mitad? Sol.: Debe multiplicarse por 1,86

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PROBLEMAS RESUELTOS

LOS GASES Y LAS DISOLUCIONES

PROBLEMA RESUELTO 4 Se disuelven 15 g de azúcar en 200 cm3 de agua. Calcula la concentración de la disolución formada, expresada: b) En % en masa (dagua = 1 g/cm3).

a) En g/L.

Planteamiento y resolución a) Se forma una disolución cuyos componentes son: •  Soluto " azúcar: 15 g. •  Disolvente " agua: 200 cm3. La concentración es: c=

masa de soluto (g) volumen de disolución (L)

Suponemos que al añadir el soluto no cambia el volumen total, que expresado en litros será: 1 dm3 200 cm3 ? = 0,2 dm3 = 0,2 L 103 cm3 Por tanto: 15 g c= = 75 g/L 0,2 L

b) La concentración, expresada en porcentaje en masa, indica los gramos de soluto que hay contenidos en 100 g de disolución. Partimos de la definición de densidad para calcular la masa de disolvente que equivale a 200 cm3: m d= " m = d ? V = 1 g/cm3 ? 200 cm3 V m = 200 g Por tanto, la masa de disolución será: mdisoluc. = 200 + 15 = 215 g Y la concentración: 15 g c (%) = ? 100 = 7 % en masa 215 g

ACTIVIDADES 1

Calcula la concentración, en g/L, de una disolución con 10 g de cloruro de sodio y 350 mL de agua.

6

Sol.: 28,57 g/L

Se desea preparar 0,5 L una disolución cuya concentración sea de 0,15 g/mL. Calcula la cantidad de soluto necesaria y describe el procedimiento a seguir. Sol.: 75 g

2

Calcula el % en masa de una disolución que contiene 30 g de soluto en 1 L de agua.

7

Sol.: 2,9 % 3

4

La concentración de una disolución es de 15 g/L. ¿Qué cantidad de soluto habrá en 250 cm3?

a) En tanto por ciento en volumen.

Sol.: 3,75 g

Sol.: a) 40 % en volumen; b) 34,5 % en masa

Una disolución de azúcar en agua tiene una densidad de 1,08 g/mL, y una concentración de 20 g/L. Expresa su concentración en % en masa.

b) En tanto por ciento en masa.

8

Sol.: 1,81 % 5

Se mezclan 0,8 L de alcohol con 1,2 L de agua. dalcohol = 0,79 g/cm3; dagua = 1 g/cm3. Calcula la concentración de la disolución:

Calcula el tanto por ciento en masa de una disolución formada al disolver 30 g de cloruro de sodio en medio litro de agua. ¿Qué cantidad de soluto habría en 200 cm3 de agua? (dagua = 1 g/cm3) Sol.: 5,67 %; 12 g

Calcula la concentración, en g/L y en % en masa, de una disolución formada al mezclar 100 g de cloruro de sodio en 1,5 L de agua. Sol.: 66,7 g/L; 6,25 %

9

Calcula el volumen de una disolución de azúcar en agua cuya concentración es de 10 g/L, sabiendo que contiene 30 g de soluto. Si la densidad de la disolución es de 1,04 g/mL, calcula la masa de la disolución. Sol.: 3 L; 3120 g

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2

PROBLEMAS RESUELTOS

LOS GASES Y LAS DISOLUCIONES

S

PROBLEMA RESUELTO 5 Deseamos preparar 100 cm3 de una disolución de hidróxido de sodio cuya concentración sea de 20 g/L. a) ¿Qué cantidad de hidróxido de sodio necesitaremos utilizar? b) Explica el procedimiento para preparar la disolución. Indica el material empleado. c) Si la densidad de la disolución es 1,2 g/cm3, ¿cuál será su concentración expresada en %?

Planteamiento y resolución a) Partiendo de la definición de concentración, calculamos la cantidad de soluto necesaria ms (g) c= , donde ms es la masa de soluto Vd (L) (hidróxido de sodio) y Vd es el volumen de disolución: ms = c ? Vd. Siendo: 1 dm3 Vd = 100 cm3 ? 3 = 0,1 dm3 = 0,1 L 10  cm3 Por tanto: ms = 20 g/L ? 0,1 L = 2 g b) Para preparar la disolución hemos de disolver 2 g de hidróxido de sodio en agua hasta alcanzar un volumen de 0,1 L. Para ello:

2. Disolvemos el soluto en una pequeña cantidad de agua, utilizando un vaso de precipitados. 3. A continuación añadimos la mezcla en un matraz aforado de 100 cm3 de capacidad, y completamos con agua hasta la marca de enrase que aparece en el cuello del matraz.

L s p

c) La concentración en % en masa se refiere a la masa de soluto que hay en 100 g de disolución. La masa de 100 cm3 de disolución será: m d= " m=d?V " V " m = 1,2 g/cm3 ? 100 cm3 = 120 g Entonces:

1. Mediante una balanza pesamos la cantidad necesaria de hidróxido de sodio, utilizando un vidrio de reloj.

c (%) =

2 g de soluto 120 g de disolución = 1,66 % en masa

? 100 =

ACTIVIDADES 1

Deseamos preparar 1,5 L de una disolución de azúcar en agua al 5 % en masa. Determina la cantidad de soluto necesaria. ddisoluc. = 1200 kg/m3.

5

Sol.: 90 g 2

3

4

Se desea preparar una disolución de un determinado soluto sólido, al 5 % en masa. Si disponemos de 40 g de esta sustancia, ¿qué cantidad de agua habrá que añadir? Sol.: 760 mL

¿Cuántos gramos de una disolución de cloruro de sodio, NaCl, al 20 % en masa, son necesarios para preparar 200 mL de una disolución que contenga 5 g/L?

6

Se forma una disolución disolviendo 20 g de azúcar en 1 L de agua. Calcula: a) La densidad de dicha disolución, sabiendo que la densidad del agua es de 1 kg/L.

Sol.: 5 g

b) La concentración expresada en % en masa.

Explica cómo prepararías 2 L de disolución de alcohol en agua, al 30 % en volumen.

Sol.: a) 1,02 kg/L; b) 1,96 % 7

Disponemos de 250 mL de una disolución de cloruro de magnesio, MgCl2, cuya concentración es de 2,5 g/L. Indica qué cantidad de agua es necesario añadir para que la concentración se reduzca a la mitad.

Calcula la cantidad de nitrato de plata que se necesita para preparar 1 L de disolución que contenga 2 g/100 mL.

Sol.: 20 g

Sol.: 250 mL

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D

.

2

EXPERIENCIAS

FICHA 1

LOS GASES Y LAS DISOLUCIONES

Solubilidad de sustancias. ¿Cómo diferenciar la sal y el azúcar? OBJETIVO Diferenciar el azúcar de la sal a partir de la solubilidad en agua de ambas sales.

Material •   Sal. 

 

 

•   Azúcar.

•   Agua.   

 

•   Dos vasos de precipitados.

•   Dos balanzas.   

•   Varilla.

PROCEDIMIENTO La diferente solubilidad en agua de algunas sustancias (en este caso la sal y el azúcar) permite su identificación sin llegar a probar su sabor. Recuerda que no se deben probar las sustancias desconocidas por su posible toxicidad. 1. Prepara dos vasos de precipitados con 100 mL de agua cada uno. 2. Colócalos en sendas balanzas. A continuación, acciona la tecla de la «tara» para poner la pantalla en el cero. 3. Añade poco a poco la sal en el primer vaso y agita con la varilla hasta que no se disuelva más cantidad. Anota el dato de la solubilidad de la sal en g/100 mL agua. 4. Repite el proceso con el azúcar. Anota el dato de la solubilidad del azúcar en g/100 mL agua. 5. Consultando la tabla de solubilidades podrás identificar y diferenciar ambas sustancias.

Solubilidad (g/100 mL agua, 25 ºC)

Sal

Azúcar

36

204

CUESTIONES 1

Compara el valor obtenido para la solubilidad de la sal y el azúcar con los datos de la tabla (tomados a 25 ºC). ¿Qué diferencias observas?

2

Contesta: a) ¿Por qué es importante echar la sal y el azúcar poco a poco al realizar esta experiencia? b) ¿Qué ocurrirá si echamos mucha sal o mucho azúcar a la vez?

3

¿Podrías deducir a partir de esta experiencia cuál de las dos sustancias tiene una densidad mayor?

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2

EXPERIENCIAS

FICHA 2

LOS GASES Y LAS DISOLUCIONES

Preparación de disoluciones Material

OBJETIVO Preparar dos disoluciones con unas cantidades dadas de soluto y de disolvente, calcular sus concentraciones y guardarlas en frascos debidamente etiquetados. a) La primera disolución contendrá sal de cocina (cloruro de sodio) y se expresará en %.

•   Sal.

•   Frascos.

•   Vidrio de reloj.

•  Embudo

•  Vaso.

•  Azúcar.

•  Agua

•  Matraz aforado.

•   Probeta.

•  Espátula.

•   Varilla.

•  Guantes.

b) La segunda disolución se expresará en g/L y contendrá azúcar (sacarosa).

PROCEDIMIENTO A. Disolución de sal de cocina (cloruro sódico) 1. Pesa 24,3 g de sal de cocina utilizando un vidrio de reloj. Sigue las instrucciones del profesor. 2. Échalos en un vaso, con cuidado de no perder nada, y añade 220 mL de agua medidos con la probeta. 3. Agita con la varilla hasta que todo el sólido se disuelva. Vierte luego la disolución en un frasco, ayudándote con un embudo. 4. Pon la etiqueta al frasco. Debe decir «Disolución de cloruro de sodio» y, debajo, la concentración en %. Calcula dicha concentración. B. Disolución de azúcar (sacarosa) 1. Pesa 32,5 g de azúcar utilizando un vidrio de reloj. 2. Échalos en el matraz aforado con ayuda de la cucharilla-espátula y con mucho cuidado para no perder nada. 3. Utilizando el embudo, echa agua en el matraz aforado hasta la señal de enrase. Ten cuidado de no sobrepasar la señal. 4. Agita ligeramente el matraz hasta que todo el sólido esté disuelto. Vierte luego la disolución en un frasco. 5. Pon la etiqueta al frasco. Debe decir «Disolución de sacarosa» y, debajo, la concentración en g/L. Calcula dicha concentración.

CUESTIONES 1

Imagina que, en el apartado A te equivocas y, en lugar de pesar 24,3 g de sal, solo pesas 23,9 g. Además, mides 240 mL de agua, en lugar de lo 220 mL pedidos. ¿Cuál es el valor de la concentración en %?

2

¿Qué diferencias has obtenido respecto al valor exacto que te pidió el profesor? ¿Y en qué tanto por ciento?

3

Supón que, a la disolución obtenida en el apartado B, añades 100 mL más de agua. ¿Cuál es su nueva concentración en g/L?

4

Si tuvieras que medir 250 mL justos de agua, ¿qué prefirirías utilizar, un matraz aforado de 250 mL o una probeta de 500 mL de capacidad? ¿Por qué?

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D

LOS GASES Y LAS DISOLUCIONES

Nombre:

Curso:

Fecha:

AUTOEVALUACIÓN 1

Una temperatura de 20 °C equivale a:

7

a) 273 K

a) No existen fuerzas de unión entre las partículas de un gas, y por este motivo tienen libertad de movimiento.

b) 293 K c) – 293 K 2

b) Las partículas del gas se mueven en línea recta, pero cuando chocan con otra partícula varían su dirección y su rapidez.

Para medir la presión atmosférica utilizaremos un instrumento denominado: a) Barómetro.

c) La presión que ejerce el gas es una medida del número de choques por segundo de sus partículas contra las paredes del recipiente.

b) Manómetro. c) Termómetro. 3

¿Qué volumen ocupa un gas si la presión se duplica? a) El doble del volumen inicial.

8

b) Ocupará exactamente el mismo volumen.

b) La masa de soluto que hay en cada unidad de volumen de disolución.

Según la ley de Gay‑Lussac: a) La presión y la temperatura son directamente proporcionales.

c) La riqueza en soluto de la disolución. 9

b) La presión y la temperatura son inversamente proporcionales. c) La presión y el volumen son inversamente proporcionales. 5

b) Ocupará la mitad del volumen que ocupaba inicialmente. c) Ocupará exactamente el mismo volumen. 6

¿Cuál de las siguientes expresiones se corresponde con la ley de los gases ideales? a) p1 ? V1 = p2 ? V2 p1 ? V1 p 2 ? V2 b) = T1 T2 V1 V2 c) = T1 T2

En el laboratorio disolvemos 100 g de sal en 1 L de agua. ¿Qué podemos decir de la disolución resultante? a) Su densidad es de 100 g/L. b) Su concentración en masa coincide con su densidad.

¿Qué volumen ocupa un gas si la temperatura se duplica? a) El doble del volumen inicial.

¿Qué expresa el porcentaje en masa de una disolución? a) La masa de soluto por cada cien unidades de masa de disolvente.

c) La mitad del volumen que ocupaba inicialmente. 4

Señala cuál de estas premisas no tiene relación con la teoría cinética de los gases:

c) Su concentración en masa es de 100 g/L. 10

¿Cuál de las siguientes afirmaciones referentes a la solubilidad de las sustancias es falsa? a) La solubilidad de los gases aumenta con la temperatura. b) La solubilidad de los sólidos normalmente aumenta con la temperatura, aunque en algunos casos se mantiene constante. c) Una disolución saturada puede ser diluida o concentrada.

1 b, 2 a, 3 c, 4 a, 5 a, 6 b, 7 b, 8 c, 9 c, 10 a SOLUCIONES

.

2

EVALUACIÓN DE CONTENIDOS

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2

EVALUACIÓN DE CONTENIDOS

LOS GASES Y LAS DISOLUCIONES

Nombre:

Curso:

Fecha:

CONTROL B 1

Aplica la teoría cinética y explica las siguientes propiedades: a) Los gases ocupan todo el volumen del recipiente en que se encuentran.

b) La presión que ejerce el gas.

c) La temperatura del gas.

d) Si aumenta la temperatura, sin variar el volumen, la presión aumenta.

2

El volumen del aire dentro de un balón es de 400 cm3 a una temperatura de 20 °C. Se introduce en una nevera y su volumen se reduce a 0,38 L. Suponiendo que la presión del aire no cambia, calcula la temperatura que hay en el interior de la nevera.

3

Una masa de aire está contenida en un recipiente provisto de un émbolo, a temperatura constante. Empujamos el émbolo obteniendo los siguientes resultados: p (atm)

V (L)

1

20

2 4

5 4

a) Completa la tabla, aplicando la ley correspondiente.

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D

.

Nombre:

Curso:

Fecha:

b) Dibuja la gráfica p‑V.

c) Determina, a partir de la gráfica, el volumen que ocupará el gas cuando se encuentre sometido a una presión de 2,5 atm.

d) ¿Qué ocurrirá si disminuimos la presión por debajo de la presión atmosférica?

4

En un vaso con 200 cm3 de agua añadimos 15 g de azúcar y a continuación removemos hasta que se disuelven completamente. Determina la concentración de la disolución formada y exprésala en: a) g/L.

b) Porcentaje de masa.

(dagua = 1 g/cm3) 5

La solubilidad del cloruro de sodio en agua es: de cloruro de sodio:

36,0 g de soluto 100 g de agua

Disolución

. Si tenemos tres disoluciones

Contenido

1

Hemos disuelto 10,0 g de cloruro de sodio en 1 L de agua.

2

Hemos disuelto 200,0 g de cloruro de sodio en 1 L de agua.

3

Hemos disuelto 40,0 g de cloruro de sodio en 100 mL de agua.

Tipo

Realiza los cálculos necesarios y clasifícalas como: •  Diluida.  •  Concentrada.  •  Saturada. 

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2

EVALUACIÓN DE CONTENIDOS

LOS GASES Y LAS DISOLUCIONES

Nombre:

Curso:

Fecha:

CONTROL A 1

En la rueda de una bicicleta hay aire a una presión de 1,20 atm y a 20 °C de temperatura. Después de rodar durante un rato, la rueda se calienta, por efecto de la fricción con el suelo, hasta 30 °C. Si suponemos que el volumen no varía: a) ¿Qué presión ejerce ahora el aire?

b) ¿Qué ocurre con la cantidad de aire que hay en el interior de la cámara?

2

A temperatura constante, el volumen que ocupa un gas depende de la presión según la ecuación: p ? V = 20 a) Despeja la variable V.

b) ¿Qué tipo de gráfica vas a obtener?

c) Completa la tabla de valores. p (atm)

V (L)

0,25 0,50 1,00 1,25 2,00 d) Coloca las dos variables en los ejes correspondientes y realiza la representación gráfica.

e) ¿Qué relación matemática existe entre la presión y el volumen que ocupa un gas a temperatura constante?

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D

.

Nombre:

3

Curso:

Fecha:

Aplicando la ley de Gay‑Lussac, completa la siguiente tabla y luego dibuja la gráfica p‑T a partir de los datos recogidos en ella. p (atm)

T (K)

1,5

300 350

3 650 4

Explica cómo prepararías las siguientes disoluciones: a) 250 mL de disolución de hidróxido de potasio (KOH) con una concentración de 15 g/L.

b) Medio litro de disolución de cloruro de sodio (NaCl) en agua con una concentración del 10 % en masa.

5

Queremos comprobar cómo cambia la solubilidad del nitrato de potasio cuando varía la temperatura. Para ello hemos medido la cantidad de nitrato de potasio que se disuelve en 100 g de agua a diferentes temperaturas y hemos obtenido los siguientes datos: Temperatura (°C)

0

10

30

45

Solubilidad (g/100 mL de agua)

12

20

40

70

a) Haz una representación gráfica de los datos de la tabla.

b) Explica cómo varía la solubilidad del nitrato de potasio con la temperatura.

c) ¿Qué cantidad de nitrato de potasio quedará sin disolver si se añaden 80 g y se disuelven en 100 mL de agua a 35 °C?

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2

EVALUACIÓN DE CONTENIDOS

ESTÁNDARES DE APRENDIZAJE Y SOLUCIONES

Criterio

Estándares de aprendizaje

B2‑3. Establecer las relaciones entre las variables de las que depende el estado de un gas a partir de representaciones gráficas y/o tablas de resultados obtenidos en, experiencias de laboratorio o simulaciones por ordenador.

B2‑4. Identificar sistemas materiales como sustancias puras o mezclas y valorar la importancia y las aplicaciones de mezclas de especial interés.

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Actividades Control B

Control A

B2‑3.1. Justifica el comportamiento de los gases en situaciones cotidianas relacionándolo con el modelo cinético‑molecular.

1

1

B2‑3.2. Interpreta gráficas, tablas de resultados y experiencias que relacionan la presión, el volumen y la temperatura de un gas utilizando el modelo cinético‑molecular y las leyes de los gases.

2, 3

1, 2, 3

B2‑4.2. Identifica el disolvente y el soluto al analizar la composición de mezclas homogéneas de especial interés.

4, 5

4, 5

B2‑4.3. Realiza experiencias sencillas de preparación de disoluciones, describe el procedimiento seguido y el material utilizado, determina la concentración y la expresa en gramos por litro.

4, 5

4, 5

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.

CONTROL B: SOLUCIONES 1

a) Los gases están formados por pequeñas partículas en continuo movimiento, separadas unas de otras, y que se distribuyen ocupando todo el volumen disponible. b) Las partículas, en su movimiento, chocan unas con otras y con las paredes del recipiente. Estos choques son la causa de la presión del gas. c) La temperatura mide la rapidez con que se mueven las moléculas. A mayor temperatura, mayor velocidad y mayor energía. d) Al aumentar la temperatura, las moléculas se mueven con mayor velocidad y el número de choques aumenta; por tanto, aumenta la presión.

2

Cambiamos las unidades: V1 = 400 cm3 = 0,4 L; T1 = 20 °C + 273 = 293 K; V2 = 0,38 L. Aplicando la ley de Charles y Gay‑Lussac: V1 T1

3

a)

b)

=

V2 T2

" T2 = V2 ?

T1 V1

= 0,38 L ?

293 K 0,4 L

= 278,35 K " T2 = 5,35 °C

p (atm)

1

2

4

5

c) Si p = 2,5 atm; V = 8 L.

V (L)

20

10

5

4

d) Si p disminuye, el volumen aumenta.

p (atm) 5

4

3

2

1

0 0

4

2

4

6

8

12

14

16

18

20

a) El volumen es V = 200 cm3 = 200 mL = 0,2 L. La concentración es: c = b) mdisolución = 215 g. Por tanto: c % =

5

10

Disolución

15 g de soluto 215 g de disolución

22

ms (g) V (L)

V (L)

=

15 g 0,2 L

= 75 g/L

? 100 g de disolución = 6,97 %

Contenido

Tipo

1

Hemos disuelto 10,0 g de cloruro de sodio en 1 L de agua.

c = 1 g/100 g de agua: diluida.

2

Hemos disuelto 200,0 g de cloruro de sodio en 1 L de agua.

c = 20 g/100 g de agua: concentrada.

3

Hemos disuelto 40,0 g de cloruro de sodio en 100 mL de agua.

c = 40 g/100 g de agua > que la solubilidad: saturada.

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2

EVALUACIÓN DE CONTENIDOS

ESTÁNDARES DE APRENDIZAJE Y SOLUCIONES

CONTROL A: SOLUCIONES 1

a) p1 = 1,20 atm; T1 = 20 °C + 273 = 293 K; T2 = 30 °C + 273 = 303 K Si V = constante, la transformación sigue la ley de Gay‑Lussac: p1 T1

2

=

p2 T2

"p

2

= p1 ?

T2 T1

= 1,20 atm ?

303 K 293 K

= 1,24 atm

b) La cantidad de aire en el interior de la cámara es la misma. 20 a) p1 ? V = 20 V= p

"

b) Se obtendrá una hipérbola. c)

p (atm)

V (L)

0,25

80

0,50

40

1,00

20

1,25

16

2,00

10

d) Representación gráfica: p (atm) 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0,00

V (L) 0,25 0,50

0,75

1,00 1,25

1,50

1,75 2,00

e) p ? V = cte.

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D

.

3

La tabla queda así:

La gráfica es: p (atm)

p (atm)

V (L)

1,5

300

1,75

350

3,0

3

600

2,5

3,25

650

3,5

2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 0

4

200

400

600

800

T (K)

a) La masa de soluto es: ms = 15 g/L ? 0,25 L = 3,75 g Medimos 3,75 g de KOH utilizando una balanza y los disolvemos en agua hasta que el volumen sea de 250 mL usando un matraz aforado. b) Tenemos: ms =

10 g de soluto 100 g de disolución

? 500 g de disolución = 50 g de soluto

Medimos 50 g de NaCl utilizando una balanza y los disolvemos en agua hasta que el volumen sea de 0,5 L usando un matraz aforado. 5

a) La gráfica es: Solubilidad (g/100 mL agua) 70 60 50 40 30 20 10 0 0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

T (°C)

b) La solubilidad del nitrato de potasio aumenta con la temperatura. c) La solubilidad a 35 °C es de 50 g/100 mL de agua. Quedan sin disolver: 80 g - 50 g = 30 g de soluto

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2

EVALUACIÓN POR COMPETENCIAS

LOS GASES Y LAS DISOLUCIONES

Nombre:

Curso:

Fecha:

EVALUACIÓN POR COMPETENCIAS

Si quisieras ver el mundo desde lo alto, ¿te subirías en un globo lleno de oxígeno o de helio? El gas contenido en el interior de un globo está formado por innumerables moléculas que se mueven caóticamente con una gran velocidad del orden de 400 m/s. En este movi‑ miento chocan entre ellas y con las paredes del globo, de forma que, a la presión atmosférica y a una temperatura de unos 25 °C, las moléculas chocan unos 2000 millones de veces por segundo.

cordel y el gas queda encerrado en su interior. Si el gas conte‑ nido en el globo es, por ejemplo, helio, el globo ascenderá al dejarlo en libertad y terminará estallando en lo alto. Sin em‑ bargo, si lo llenamos de aire, el globo terminará por caer al suelo. ¿Todo esto es casual? No, los globos siempre obedecen las leyes de la física.

El globo se hincha debido a la fuerza que hacen las moléculas contra las paredes. Una vez inflado, atamos la boca con un N.º relativo de moléculas O2 a 273 K

O2 a 1000 K

H2 a 273 K

0

1

Identifica en el texto la teoría cinética de los gases.

3

1000

2000

3000

4000

v (m/s)

Observa la gráfica y contesta: a) ¿Qué representa?

2

¿Qué es la presión del gas? ¿En qué parte del texto se describe?

b) ¿Se mueven todas las partículas siempre a la misma velocidad?

c) A 0 °C, ¿qué partículas se mueven más deprisa, las de hidrógeno o las de oxígeno?

100 ES0000000006255 563068 Tema 02_28927.indd 100

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D

.

Nombre:

4

Curso:

Fíjate en la siguiente tabla:

9

Densidad (kg/m3) (1 atm y 25 °C) 1,205

1,293

Oxígeno

1,331

1,429

Hidrógeno

0,0893

0,09

Helio

0,1664

0,178

El equipo formado por el madrileño Anulfo González y el catalán Ángel Aguirre ha ganado la 19 edición de a America’s Challenge, competición de globos de gas que tuvo lugar en Albuquerque (Nuevo México, EE. UU.). El objetivo era realizar la máxima distancia en vuelo continuo desde el punto de despegue hasta el aterrizaje. La pareja española consiguió un vuelo de 1912 km que recorrieron en 53 horas y 27 minutos, estableciendo un nuevo récord nacional.

a) Razona por qué los valores de la densidad de la segunda columna son mayores que los de la primera.

Fuente: Mundo Deportivo, 14 de octubre de 2014.

b) ¿Por qué un globo lleno de helio asciende y un globo lleno de aire no lo hace?

5

6

En un periódico podemos leer la siguiente noticia:

Victoria española en el America’s Challenge de globos aerostáticos

(1 atm y 0 °C)

Aire

Fecha:

a) Indica cuál o cuáles de los siguientes gases emplearías en la fabricación de un globo aerostático: aire, oxígeno, hidrógeno, helio.

Suponiendo que al ascender el globo, la temperatura no varía, ¿por qué el globo que contiene helio estalla? ¿Qué ley se cumple?

b) ¿Crees que las condiciones meteorológicas del día de la competición pudieron influir en el récord conseguido por los españoles?

Imagina que introducimos el globo en un frigorífico. ¿A qué ley obedecerá?

c) Busca en Internet qué es un globo sonda o globo meteorológico y para qué sirve.

a) Ley de Charles. b) Ley de Boyle Mariotte. c) Ley de Gay‑Lussac. 7

10

Si un globo contiene 1 L de aire a la presión atmosférica y a la temperatura ambiente (25 °C), calcula cuál será su volumen al introducirlo en un frigorífico que se encuentra a -3 °C (la presión no varía).

Imagina que haces un viaje en globo aerostático y llevas un refresco contigo. Según asciendes, notas que la temperatura va disminuyendo… a) ¿Qué pasará con las burbujas de dióxido de carbono contenidas en la lata del refresco?

b) ¿Ocurrirá lo mismo durante el descenso?

c) Si la lata tiene una capacidad de 33 mL y contiene 0,30 g de CO2 disueltos por cada 100 mL de refresco, ¿cuál es la concentración de la disolución en g/L? 8

En el globo de la cuestión anterior, calcula el volumen si disminuimos la presión hasta 0,6 atm sin modificar la temperatura.

11

Ahora que tienes más información, decide: Si quisieras ver el mundo desde lo alto, ¿te subirías en un globo lleno de oxígeno o de helio?

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2

EVALUACIÓN POR COMPETENCIAS

ESTÁNDARES DE APRENDIZAJE Y SOLUCIONES

Competencia que se trabaja

Comunicación lingüística

Competencia matemática y competencias básicas en ciencia y tecnología

Sentido de iniciativa y emprendimiento

102 ES0000000006255 563068 Tema 02_28927.indd 102

Criterio

Estándares de aprendizaje

Actividades

B2‑3. Establecer las relaciones entre las variables de las que depende el estado de un gas a partir de representaciones gráficas y/o tablas de resultados obtenidos en, experiencias de laboratorio o simulaciones por ordenador.

B2‑3.1. Justifica el comportamiento de los gases en situaciones cotidianas relacionándolo con el modelo cinético‑molecular.

1, 2, 9

B2‑3.2. Interpreta gráficas, tablas de resultados y experiencias que relacionan la presión, el volumen y la temperatura de un gas utilizando el modelo cinético‑molecular y las leyes de los gases.

3, 4

B2‑3. Establecer las relaciones entre las variables de las que depende el estado de un gas a partir de representaciones gráficas y/o tablas de resultados obtenidos en experiencias de laboratorio o simulaciones por ordenador.

B2‑3.1. Justifica el comportamiento de los gases en situaciones cotidianas relacionándolo con el modelo cinético‑molecular.

5, 10

B2‑3.2. Interpreta gráficas, tablas de resultados y experiencias que relacionan la presión, el volumen y la temperatura de un gas utilizando el modelo cinético‑molecular y las leyes de los gases

5, 6, 7, 8

B2‑4. Identificar sistemas materiales como sustancias puras o mezclas y valorar la importancia y las aplicaciones de mezclas de especial interés.

B2‑4.2. Identifica el disolvente y el soluto al analizar la composición de mezclas homogéneas de especial interés.

10

B2‑4.3. Realiza experiencias sencillas de preparación de disoluciones, describe el procedimiento seguido y el material utilizado, determina la concentración y la expresa en gramos por litro.

10

B2‑3. Establecer las relaciones entre las variables de las que depende el estado de un gas a partir de representaciones gráficas y/o tablas de resultados obtenidos en experiencias de laboratorio o simulaciones por ordenador.

B2‑3.1. Justifica el comportamiento de los gases en situaciones cotidianas relacionándolo con el modelo cinético‑molecular.

11

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D

.

EVALUACIÓN POR COMPETENCIAS: SOLUCIONES 1

2

3

«El gas contenido en el interior de un globo está formado por innumerables moléculas que se mueven caóticamente con una gran velocidad del orden de 400 m/s. En este movimiento chocan entre ellas y con las paredes del globo». La presión del gas se debe a la fuerza que ejercen las moléculas al chocar entre ellas y con las paredes del recipiente. En el texto aparece en el párrafo: «En este movimiento chocan entre ellas y con las paredes del globo, de forma que, a la presión atmosférica y a una temperatura de unos 25 °C, las moléculas chocan unos 2000 millones de veces por segundo». El globo se hincha debido a la fuerza que ejercen las moléculas contra las paredes. a) La gráfica representa el número de moléculas de un gas que se mueven a una temperatura determinada. A una mayor temperatura hay más moléculas moviéndose con una velocidad elevada. b) No todas las partículas se mueven a la misma velocidad. Como se ve en la gráfica, unas pocas se mueven muy deprisa o muy despacio. Además, las partículas no conservan su velocidad, porque continuamente se producen choques entre ellas.

9

a) Hidrógeno o helio, porque son menos densos que el aire. b) Sí, influyen tanto la presión como la temperatura. c) Un globo sonda o globo meteorológico mide la presión atmosférica, la temperatura y la humedad por medio de un dispositivo llamado radiosonda.

10

a) Al disminuir la temperatura aumentará la solubilidad del CO2 en el agua. b) En el descenso ocurrirá justamente lo contrario. c) m = 0,30 g; V = 100 mL = 0,100 L. m 0,30 g c= = = 3 g/L V 0,100 L

11

El alumno debe haberse dado cuenta de que un globo con oxígeno no ascenderá, dado que la densidad del oxígeno es mayor que la del aire. Por el contrario, un globo de helio se elevará sin problema, al ser este gas menos denso que el aire.

c) Se mueven más deprisa (en general) las de hidrógeno, como se aprecia en la curva, que está más desplazada hacia la derecha. 4

a) La densidad responde a la fórmula: m d= V Como, según la ley de Charles, el volumen y la temperatura son magnitudes directamente proporcionales, al disminuir la temperatura el volumen que ocupa el gas también disminuirá. Como consecuencia, la densidad aumentará. b) Como vemos en la tabla, el helio es un gas menos denso que el aire, y por eso el globo asciende.

5

Al subir el globo, la presión disminuye con la altura. Si suponemos que la temperatura no cambia, de acuerdo con la ley de Boyle‑Mariotte, el volumen aumenta.

6

La opción correcta es la c).

7

V1 = 1 L; p1 = 1 atm; T1 = (25 + 273) = 298 K; T2 = (-3 + 273) = 270 K; Según la ley de Charles: V1 V2 T 270 K = = 0,9 L "V2 = V1 ? T2 = T2 = 1 L ? T1 T2 298 K 1

8

V1 = 1 L; p1 = 1 atm; T1 = (25 + 273) = 298 K; p 2 = 0,6 atm Según la ley de Boyle‑Mariotte: p1 ? V1 = p 2 ? V2 "V2 =

p1 1 atm ? V1"V2 = 1 L ? = 1,6 L p2 0,6 atm

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UNIDAD 3 El átomo

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UNIDAD 3. El átomo

Guion de la unidad y sugerencias didácticas. . . . . . 108 Presentación de la unidad Objetivos Contenidos Consideraciones a tener en cuenta Competencias que se trabajan Criterios de evaluación

Enseñanza individualizada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 Refuerzo • Ficha 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 • Ficha 1 (soluciones) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 • Ficha 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 • Ficha 2 (soluciones) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113

Profundización • Ficha 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 • Ficha 1 (soluciones) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115

• Ampliación • Ficha 1: Isótopos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 • Ficha 2: Electrostática. Electrización . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 • Ficha 3: Ley de Coulomb. Intensidad del campo eléctrico . . . . . . . . . . . . . . 120 • Ficha 4: El átomo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 • Ficha 5: Átomos, elementos, iones e isótopos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124

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Problemas resueltos • Problema resuelto 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 • Problema resuelto 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127

Experiencias • Ficha 1: Alto voltaje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 • Ficha 2: El péndulo eléctrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129

Recursos para la evaluación de contenidos . . . . . . . 131 Autoevaluación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 Controles • Control B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 • Control A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134

Estándares de aprendizaje y soluciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136

Recursos para la evaluación por competencias . . . 138 Prueba de evaluación por competencias • ¿Puede resolver la fusión nuclear nuestro problema energético? . . . . . . . . 138

Estándares de aprendizaje y soluciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140

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3

PRESENTACIÓN Y PROGRAMACIÓN

EL ÁTOMO

PRESENTACIÓN 1.

2.

C

Tras un breve repaso de la naturaleza eléctrica de la materia y los fenómenos eléctricos introducimos las partículas subatómicas que forman el átomo, analizando la estructura y la carga eléctrica del átomo, que queda patente en la experiencia de electrización por frotamiento. Estudiamos el concepto de isótopo y el de ion, y aprendemos a calcular la masa atómica

1

de un elemento a partir de las masas atómicas y abundancias de sus isótopos respectivos. 3.

Nos centramos en el modelo atómico de Bohr y en la idea del átomo cuantizado.

4.

Por último explicamos qué es la radiactividad, los procesos radiactivos y sus aplicaciones en la generación de energía, en investigación y en medicina.

2

OBJETIVOS •   Conocer la estructura última de la materia y su constitución  por partículas cargadas eléctricamente.

•   Aprender los conceptos de número atómico,  número másico y masa atómica.

•   Conocer el modelo atómico de Bohr.

•   Entender los conceptos de isótopo e ion.

•   Aprender a identificar las partículas subatómicas  y sus propiedades más relevantes.

•   Conocer las aplicaciones de los isótopos  radiactivos.

•   Explicar cómo está constituido el núcleo atómico  y cómo se distribuyen los electrones en los distintos niveles electrónicos.

CONTENIDOS SABER

•   Las partículas que forman el átomo. •  Los átomos y la electricidad. •  Átomos, isótopos e iones: número atómico, número másico y masa atómica. •  Modelos atómico de Bohr.  •  Radiactividad.

SABER HACER

•   Realizar experiencias que muestren los dos tipos de cargas existentes. •   Realizar experiencias sencillas que pongan de manifiesto la naturaleza eléctrica  de la materia. •   Calcular masas atómicas de elementos conocidas las de los isótopos que los forman y sus abundancias. •  Completar tablas con los números que identifican a los diferentes átomos. •  Describir el átomo según el modelo de Bohr.

SABER SER

C

•   Valorar la importancia del lenguaje gráfico en la ciencia.

1

•   Potenciar el trabajo individual y en equipo.

2

•   Analizar críticamente el impacto que los residuos radiactivos pueden tener  sobre la salud y el medio ambiente.

3

4

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D

.

3

PRESENTACIÓN Y PROGRAMACIÓN

EL ÁTOMO

CONSIDERACIONES A TENER EN CUENTA 1. Se presta especial atención a que el conocimiento de los modelos atómicos y las limitaciones que obligaron a cambiarlos es parte del avance y del desarrollo de la ciencia. Se describirán entonces las partículas subatómicas que componen el átomo y sus principales características.

de la materia (neutra, pero curiosamente formada  por partículas cargadas). 3.   Analizaremos la importancia que tiene la radiactividad  tanto en factores positivos (medicina y ciencia)  como en factores negativos (contaminación  y residuos).

2.   Incidiremos de forma expresa en la importancia que tiene  el fenómeno de la electricidad en la constitución 

COMPETENCIAS QUE SE TRABAJAN Comprensión de textos En la sección UN CASO PRÁCTICO se trabaja de forma  explícita los contenidos relacionados con la comprensión lectora, a través de un texto seguido de actividades. Competencia científica y matemática En los ejercicios relacionados con el tamaño y la carga  de las partículas atómicas se trabaja con la notación  científica y las potencias de diez. En la determinación  de la masa atómica, teniendo en cuenta la riqueza de los isótopos, se trabajan los porcentajes. En el REPASA FÍSICA Y QUÍMICA del inicio de la unidad  y en el apartado 1.2 se estudia la electrización por frotamiento y se pone de manifiesto la existencia  de «electricidad positiva y negativa». A partir de aquí  nos adentramos en el estudio de las partículas que componen el átomo, sin alejarnos de la cronología  de los descubrimientos.

En el apartado 4 vemos la presencia de la radiactividad  en nuestra vida cotidiana y la problemática de los residuos que genera. Aprender a aprender En la actividad 50 se propone un debate sobre  la energía nuclear. Así, el alumno deberá opinar  en base a un análisis crítico de la información  estudiada. También destacamos la experiencia de laboratorio  propuesta al final de la unidad, que permitirá  un aprendizaje autónomo. Toma la iniciativa En la última actividad de UN CASO PRÁCTICO,  se anima al alumno a tomar la iniciativa y decidir acerca de llevar a cabo, o no, una acción en concreto.

CRITERIOS DE EVALUACIÓN 1.   Indicar las diferencias principales entre protón,  electrón y neutrón. 2.   Conocer la relación existente entre las cargas eléctricas  y la constitución de la materia. 3.   Describir el modelo atómico de Bohr.

5.   Calcular la masa atómica de un elemento conociendo  la masa de los isótopos que lo forman  y sus abundancias. 6.   Conocer los principios fundamentales de la radiactividad  y sus aplicaciones.

4.   Dados el número atómico y el número másico, indicar  el número de protones, electrones y neutrones de un elemento, y viceversa.

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3

REFUERZO

FICHA 1

EL ÁTOMO

ACTIVIDADES DE REFUERZO 1

Dado el siguiente átomo: 168O.

7

a) Determina cuántos protones y neutrones tiene en el núcleo.

Especie atómica

b) Escribe la representación de un isótopo suyo. 2

3

4

Determina el número atómico y el número másico de un elemento que tiene 18 protones y 22 neutrones en su núcleo. Un átomo neutro tiene 30 neutrones en su núcleo y 25 electrones en la corteza. Determina cuál es el valor de su número atómico y de su número másico.

3

Z

9

35

11

A

18

72

23

N.o de electrones

10

35

10







b) ¿Cuál es un catión?

" …

8

" …+1e c) O + … " O2d) Fe " … + 3 e-

-

b) Tiene el mismo número de protones que de neutrones.

El átomo de hierro está constituido por 26 protones, 30 neutrones y 26 electrones. Indica cuál de las siguientes afirmaciones está de acuerdo con el modelo atómico propuesto por Rutherford:

c) Ha perdido sus electrones. d) Tiene el mismo número de protones que de electrones. 9

c) Los 26 protones y los 30 neutrones están en el núcleo, mientras que los 26 electrones se encuentran pegados a él en reposo.

+

+

10

Ion fluoruro

Plata Cu+

Z

12

29

A

24

c) Todos los cuerpos tienen electrones y protones. Por tanto, todos los cuerpos están cargados. d) Un cuerpo neutro tiene tantos protones como electrones. 11

N.o de protones

47

N.o de neutrones

60

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Responde si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas:

b) Un cuerpo se carga positivamente si pierde electrones, y negativamente si los gana.

Mg2+

110

q

a) Un cuerpo se carga positivamente si gana protones, y negativamente si gana electrones.

Completa la siguiente tabla:

N.o de electrones

q

b)

d) El átomo de hierro es una esfera maciza en la cual los protones, electrones y neutrones forman un todo compacto.

Especie atómica

En las figuras, indica el signo de la carga «q»: a)

b) Los 26 electrones y los 30 neutrones están en el núcleo, mientras que los 26 protones giran alrededor del mismo.

Símbolo

Elige la respuesta adecuada. Un cuerpo es neutro cuando: a) No tiene cargas eléctricas.

a) Los 26 protones y los 30 neutrones están en el núcleo, mientras que los 26 electrones giran alrededor del mismo.

6

2

c) ¿Cuál es un anión?

b) Na

5

1

a) ¿Cuál de las especies atómicas es un átomo neutro?

Completa: a) F + 1 e-

Observa la siguiente tabla y responde a las cuestiones:

34

9 10

Dibuja un esquema con las fuerzas que aparecen entre dos cargas q1 y q2 cuando: a) Ambas son positivas. b) Ambas son negativas. c) Una es positiva, y la otra, negativa.

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3

REFUERZO

FICHA 1

EL ÁTOMO

ACTIVIDADES DE REFUERZO (soluciones) 1

a) Tiene 8 protones y 8 neutrones.

b) Negativa.

b) Un isótopo suyo sería: 178O. Los isótopos estables de oxígeno son:



• 168O





• 178O





• 188O

+ 10

El número atómico es 18 (argón), y el número másico, 40.

3

El número atómico es 25 (manganeso), y el número másico, 55. a) F + 1 e-

" F-

c) Falsa. Existen cuerpos neutros. Son aquellos que tienen tantos protones como electrones. d) Verdadera. 11

Respuesta gráfica: a)

" Na+ + 1 ec) O + 2 e- " O2d) Fe " Fe3+ + 3 eb) Na

5

a) Falsa. Un cuerpo se carga positivamente si pierde electrones, y negativamente si los gana. b) Verdadera.

2

4

-

b) c)

a) Sí. b) No.

+q1

+q2

-q1

-q2

-q1

+q2

c) No. d) No. 6

La tabla quedará así: Especie atómica

Mg2+

Ag

Cu+

F-

Z

12

47

29

9

A

24

107

63

18

N.o de protones

12

47

29

9

N.o de neutrones

12

60

34

9

N.o de electrones

12

46

28

10

Símbolo

7

Ion Ion Ion Plata magnesio cobre fluoruro

a) La 2. b) La 3. c) La 1.

8

Respuesta correcta: d), debido a que las cargas positivas y negativas están compensadas.

9

a) Positiva.

+

+

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3

REFUERZO

FICHA 2

EL ÁTOMO

ACTIVIDADES DE REFUERZO 1

Completa la tabla buscando los datos que no conozcas. Partícula

5

Carga

Con las letras de las casillas marcadas encontrarás la respuesta a la siguiente definición: «Nombre que se da a los átomos del mismo elemento que se diferencian en el número de neutrones»:

Masa

Protón Neutrón Electrón

1 2

Utiliza el dato de la masa del protón para calcular el número de protones necesario para formar una masa de 1 kg. 2

3 4

Según el modelo atómico propuesto por Bohr y dibujando las partículas como bolitas de diferentes colores, haz un esquema que represente al átomo de litio de número atómico 3.

5 6 7

a) Indica el número de protones que hay en el núcleo.

8

b) Señala el número de neutrones. c) Indica el número de electrones.

1. Átomo con carga eléctrica.

d) ¿Cuál es la carga neta del átomo?

2. Carga que adquiere un átomo cuando pierde electrones.

e) Repite el dibujo quitándole un electrón. f) Cuál es la carga del nuevo átomo. ¿En qué se ha convertido? 3

3. Partícula con carga negativa. 4. Científico británico que descubrió el electrón.

Completa las frases:

5. Partícula sin carga eléctrica.

a) El número atómico, Z, representa el número de ________ que un átomo tiene en su ________.

6. Partícula con carga eléctrica positiva. 7. Fuerza que existe entre las partículas con carga de distinto signo.

b) El número másico, A, representa el número de ________ y de ________ que un átomo tiene en su ________.

8. Fuerza existente entre las partículas con cargas del mismo signo.

c) El número de electrones en un átomo neutro coincide con el número _______.

6

d) El número de electrones en un átomo neutro coincide con el número ________.

Las reacciones nucleares pueden emplearse para obtener energía. a) ¿Qué ventajas tienen las centrales nucleares? b) ¿Qué son los residuos nucleares?

4

Completa la tabla: Elemento

c) ¿Qué se hace con ellos? ¿Dónde se almacenan?

Carbono Calcio Oxígeno

d) ¿Qué quiere decir que la vida de los residuos nucleares es de cientos o de miles de años?

Flúor

Símbolo

e) ¿Por qué son peligrosos los residuos nucleares?

N.° atómico

6

N.° másico

12

7

N.° de protones 20

N.° de electrones

20

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g) ¿Por qué crees entonces que se siguen utilizando las centrales nucleares?

8

N.° de neutrones

112

f) ¿Por qué son tan peligrosos los accidentes que se producen en las centrales nucleares?

16

7

7

Cita tres aplicaciones de los isótopos radiactivos en investigación y ciencia.

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3

REFUERZO

FICHA 2

EL ÁTOMO

ACTIVIDADES DE REFUERZO (soluciones) 1

Partícula

5

Carga

Masa

+1,602 ? 10-19 C

1,67 ? 10-27 kg

Neutrón

-

1,67 ? 10-27 kg

Electrón

-1,602 ? 10-19 C

9,1 ? 10-31 kg

Protón

Nombre que se da a los átomos del mismo elemento que se diferencian en el número de neutrones:

I S Ó T O P O S 1 I O N

El número de protones necesario para formar una masa de 1 kg se calculará a partir de la masa del protón: 1 kg N.° protones = = 1,67 ? 10-27 kg/protón 26 = 5,988 ? 10 protones

2 P O S I T I V A 3 E L E C T R Ó N 4 T H O M S O N 5 N E U T R Ó N

2

6 P R O T Ó N 7 A T R A C C I Ó N 8 R E P U L S I Ó N 6

a) 3 protones.

c) 3 electrones.

b) 3 neutrones.

d) El átomo es neutro.

e)

a) Producen una gran cantidad de energía a partir de muy poca cantidad de combustible. Además, no emiten gases que contribuyen al incremento del efecto invernadero, como el dióxido de carbono. b) Los desechos producidos en instalaciones nucleares. c) Los residuos se almacenan bajo tierra. d) Que emiten radiación durante cientos o miles de años. Es decir, que son tóxicos durante mucho tiempo. e) Porque siguen emitiendo radiación durante muchos años.

f) +1. Se ha convertido en un ion. 3

a) El número atómico, Z, representa el número de protones que un átomo tiene en su núcleo.

f) Porque emiten a la atmósfera materiales radiactivos que ocasionan graves daños en la salud de las personas, produciendo cáncer y malformaciones en los recién nacidos.

b) El número másico, A, representa el número de protones y de neutrones que un átomo tiene en su núcleo.

g) Porque producen una gran cantidad de energía y no emiten gases de efecto invernadero.

c) El número de electrones en un átomo neutro coincide con el número atómico.

7

d) El número de electrones en un átomo neutro coincide con el número de protones. 4

Elemento

Carbono Calcio Oxígeno

Flúor

Símbolo

C

Ca

O

F

N.° atómico

6

20

8

7

N.° másico

12

40

16

18

N.° de protones

6

20

8

9

N.° de neutrones

6

20

8

6

N.° de electrones

6

20

8

7

Teniendo en cuenta la velocidad de desintegración de los isótopos radiactivos se han desarrollado técnicas con las funciones como las siguientes: •  Datación de la edad de los restos arqueológicos y fósiles.

 

•   Rastreadores para conocer el transcurso  de las reacciones químicas.

 

•   Detección de residuos de arsénico en personas  envenenadas.

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3

PROFUNDIZACIÓN

EL ÁTOMO

ACTIVIDADES DE AMPLIACIÓN 1

Dados los siguientes átomos: 4 2

2

3

Dado el átomo: 86 37X, señala razonadamente si las afirmaciones siguientes son verdaderas o falsas.

9

A; 168B; 136C; 178D; 188E

¿Cuáles de ellos son isótopos entre sí? ¿Por qué?

a) Si le quitamos un electrón se transformará en un ion del mismo elemento.

La existencia de isótopos, ¿está en contradicción con la teoría atómica de Dalton?

b) Si se le añaden dos protones se transformará en un elemento diferente.

Justifica la respuesta.

c) Si se le quita un protón se transformará en un ion del mismo elemento.

El boro se presenta en la naturaleza en forma de dos isótopos: uno de masa atómica 10 y otro de masa atómica 11. Si la masa atómica del boro es 10,8, determina la proporción en que se encuentran ambos isótopos.

d) Si se le añaden dos neutrones se transformará en un isótopo del mismo elemento.

4

Expresa en gramos la masa equivalente a 1 u.

5

Calcula la masa (en gramos) en cada caso:

10

Dado el átomo 126 53I, indica qué partículas le faltan o le sobran para transformarse en un anión monovalente.

11

Completa la tabla:

a) 1 átomo de 16O.

Especie atómica

b) 1024 átomos de 16O.

Z

12

c) Una molécula de agua (H2O). (AH = 1; AO = 16).

A

24

d) 6,022 ? 1023 moléculas de agua. (AH = 1; AO = 16). e) Una molécula de glucosa (C6H12O6). (AH = 1; AC = 12; AO = 16).

" 51,82 %. •  Ag " 48,18 %. 107 47

Ag

N.o de neutrones

20

N.o de electrones

18

4 16

25

32

12

12

12

18

b) ¿Cuál de ellas es un ion positivo? c) ¿Cuáles son isótopos? 12

109 47

¿Cuál será entonces la masa atómica de la plata? 7

20

3

a) ¿Cuál de ellas es un ion negativo?

La plata se presenta en la naturaleza con dos isótopos estables: • 

N.o de protones

2

 

Contesta:

f) 1024 moléculas de glucosa (C6H12O6). (AH = 1; AC = 12; AO = 16). 6

1

 

El argón se presenta en la naturaleza con tres isótopos estables:

Explica las siguientes experiencias: a) Cuando frotamos dos globos con un paño y luego acercamos un globo al otro, los globos se repelen. b) Después de cepillarnos el pelo, el cepillo atrae al pelo. c) Cuando despegamos dos tiras de celofán pegadas a una mesa, las tiras se repelen.

" 0,337 %. •  1388Ar " 0,063 %. •  1480Ar " 99,6 %. •  1386Ar

a) ¿A cuál de los tres isótopos se parece más la masa atómica del argón?

d) Cuando tocamos con nuestra mano una bola de un péndulo que está cargada eléctricamente, se descarga, aunque nosotros no sentimos ningún calambre.

b) ¿Crees que siempre sucede esto? Piensa en elementos que tengan 5 o 6 isótopos estables. 8

 

 

Explica la siguiente frase:

 

«Según el modelo de Bohr el átomo está cuantizado».

114 ES0000000006255 563068 Tema 03_28928.indd 114

 

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D

.

3

PROFUNDIZACIÓN

EL ÁTOMO

ACTIVIDADES DE AMPLIACIÓN (soluciones) 1

Son isótopos entre sí aquellos que tienen el mismo número atómico, es decir:

a) Verdadero.

9

b) Verdadero. c) Falso, se transformará en un ion de otro elemento.

16 8

B, 178D y 188E

2

3

Sí, porque la teoría de Dalton especificaba que todos los átomos de un mismo elemento eran iguales entre sí, y los isótopos tienen distinto número de neutrones en el núcleo.

Le falta un electrón para transformarse en el anión I-.

11

La tabla queda así:

Se realiza una media ponderada:

Especie atómica

1

2

3

4

Z

20

12

12

16

Por tanto, habrá:

A

40

24

25

32

• 20 % de 10B.

N.o de protones

20

12

12

16

N.o de neutrones

20

12

13

16

N.o de electrones

18

12

12

18

10x + 11 ? (100 - x)

mB =



d) Verdadero. 10

100

= 10,8 " x = 20

11



• 80 % de B. 4

1 u = 1,66 ? 10

5

La masa en cada caso será:

-27

kg = 1,66 ? 10

-24

g

a) 1 átomo de 16O:

a) La especie 4.

16 ? 1,66 ? 10

-24

g = 2,66 ? 10

-23

b) La especie 1.

g

c) Las especies 2 y 3.

b) 10 átomos de O: 24

16

24

16 ? 10 ? 1,66 ? 10

-24

g = 26,6 g

c) Una molécula de agua (H2O): 18 u = 18 ? 1,66 ? 10-24 g = 2,99 ? 10-23 g d) 6,022 ? 1023 moléculas de agua: 6,022 ? 1023 ? 18 ? 1,66 ? 10-24 g = 18,0 g e) Una molécula de glucosa (C6H12O6): (6 ? 12 + 12 + 6 ? 16) ? 1,66 ? 10-24 g = 2,99 ? 10-22 g f) 1024 moléculas de glucosa: 1024 ? (6 ? 12 + 12 + 6 ? 16) ? 1,66 ? 10-24 g = 298,8 g 6

La masa atómica de la plata será: mAg =

7

107 ? 51,82 + 109 ? 48,18 100

= 107,96

12

a) Al frotar los globos, estos adquieren carga eléctrica. Si los frotamos con el mismo paño, la carga eléctrica de ambos globos será del mismo tipo, por lo que los globos se repelerán. b) El pelo queda cargado eléctricamente, pues existe un flujo de cargas eléctricas entre el cepillo y el pelo, que quedan electrizados con cargas de diferente tipo. Por eso se atraen luego al acercar el cepillo al pelo. c) Al despegar las tiras, estas se cargan eléctricamente, con carga del mismo tipo. Al acercarlas, las cargas del mismo tipo se repelen. d) La carga pasa de la bola a nuestro cuerpo. Pero es una carga bastante pequeña, por lo que no notamos ninguna sensación especial.

a) La masa atómica del argón se parece más a la del isótopo 40 18Ar, pues este isótopo es, con diferencia, el más abundante. b) Esto es lo habitual, pero no siempre sucede. En el estaño, que tiene 10 isótopos estables, la masa atómica es 118,7 y, aunque existe el isótopo 11509Sn, este no es el más abundante (8,59 %). El más abundante es el 12500Sn (32,85 %).

8

El modelo atómico de Bohr se conoce como el «modelo de capas»: en el átomo los electrones se organizan en capas y en cada capa tienen una cierta energía. Se dice que los átomos están cuantizados. Y sabemos cuántos electrones puede haber en cada capa:



• En la primera capa puede haber hasta 2 electrones.



• En la segunda capa puede haber hasta 8 electrones.



• En la tercera capa puede haber hasta 18 electrones.



• En la cuarta capa puede haber hasta 32 electrones.

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3

AMPLIACIÓN

FICHA 1

EL ÁTOMO

Nombre:

Curso:

Fecha:

Isótopos

E

(Del griego «isos», igual, y «topos», lugar, ya que ocupan el mismo número de orden en la tabla del sistema periódico). Son átomos de un mismo elemento con diferente número másico, pero las propiedades químicas son las mismas esencialmente, al venir determinadas por el número atómico.

Todos los elementos conocidos tienen dos o más isótopos. Algunos, como el aluminio, tienen un solo isótopo natural; los otros son inestables. El estaño presenta, con diez, el mayor número de isótopos estables.

R

•

•

Abundancia relativa de los isótopos naturales de algunos elementos Elemento Hidrógeno

Boro

Carbono Nitrógeno

Isótopo

Neón

H

1,007825

2

H

2,0140

0,015

Estaño

116 ES0000000006255 563068 Tema 03_28928.indd 116

99,985

10

B

10,0129

19,78

11

B

11,00931

80,22

12

C

12,0000

98,89

13

C

13,00335

1,11

14

N

14,00307

99,63

16

15,99491

99,759

17

16,99884

0,037

18

O

17,9972

0,204

20

Ne

19,99244

89,97

21

20,99385

0,30

22

21,99138

9,73

O

Ne Ne

Cloro

Abundancia (%)

1

O

Oxígeno

Masa (u)

35

Cl

34,96885

75,53

37

Cl

36,96600

24,47

112

Sn

111,904826

0,97

114

Sn

113,902784

0,66

115

Sn

114,903348

0,34

116

Sn

115,901747

14,54

117

Sn

116,902956

7,68

118

Sn

117,901609

24,22

119

Sn

118,903311

8,59

120

Sn

119,902199

32,58

122

Sn

121,903440

4,63

124

Sn

123,905274

5,79

Masa atómica (u)

•

1,00798

10,812

•

12,01114 14,0067

15,9994

20,190

35,457

118,710

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D

.

3

AMPLIACIÓN

FICHA 2

EL ÁTOMO

Nombre:

Curso:

Fecha:

Electrostática. Electrización Recuerda que… •   La electrización es el fenómeno por el cual los cuerpos adquieren carga eléctrica. Se debe a la transferencia de electrones de un cuerpo a otro. •   La carga eléctrica es la propiedad que adquieren algunos cuerpos por frotamiento, por contacto o por inducción. Existen dos clases de carga eléctrica que, por convenio, reciben el nombre de positiva, la que adquiere una varilla de vidrio frotada con seda, y negativa, la que adquiere una varilla de plástico frotada con lana. Las cargas de distinto signo se atraen y las del mismo signo se repelen. •   Un cuerpo es neutro si sus átomos tienen tantas cargas positivas como negativas, es decir, el mismo número de protones que de electrones. Un cuerpo está cargado positivamente si sus átomos tienen un exceso  de protones por haber cedido electrones; un cuerpo está cargado negativamente si sus átomos tienen un exceso de electrones por haber recibido electrones. La unidad de carga en el SI es el culombio (C) y equivale a la cantidad de carga eléctrica que poseen 6,24 ? 1018 electrones. En electrostática se utilizan en los cálculos cantidades de carga pequeñas y se emplean mucho el microculombio (nC) y el nanoculombio (nC). 1 nC = 10-6 C

;

1 nC = 10-9 C

•   Para que el fenómeno de la electrización se produzca, los electrones han de tener movilidad.  Aquellas sustancias que permiten el movimiento de las cargas eléctricas reciben el nombre de conductores eléctricos, y las que no lo permiten se denominan aislantes.

1

El péndulo eléctrico consiste en una pequeña bola de médula de saúco, papel o corcho, colgada de un hilo de seda muy fino. Observa las experiencias y explica lo que sucede. A

B

Varilla de vidrio

C

Varilla de vidrio

Varilla de plástico

a) Frotamos la varilla de vidrio con un pañuelo de seda. La varilla atrae a la bola del péndulo.

b) Hacemos que la bola del péndulo entre en contacto con la varilla de vidrio. A continuación, la bola es repelida por la varilla.

c) Frotamos la varilla de plástico con un paño de lana y la acercamos a la bola del péndulo. La varilla de plástico atrae a la bola.

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3

AMPLIACIÓN

EL ÁTOMO

Nombre:

2

Curso:

Fecha:

Señala verdadero (V) o falso (F) en los siguientes enunciados: Un átomo neutro no contiene cargas eléctricas. Un cuerpo cargado positivamente no tiene electrones. Un átomo queda cargado positivamente cuando gana protones. Los átomos con carga negativa tienen más electrones que protones.

En un fenómeno de electrización no se crea carga neta. 3

Considera la figura: a) ¿Qué signo tienen las cargas a, b, c?

a

b

b) Representa las fuerzas a que están sometidas las cargas b y c. c

4

+

q

Para determinar la existencia de cargas en un cuerpo y el tipo de carga que posee podemos utilizar un electroscopio. Un electroscopio es un recipiente de vidrio cuyo tapón está atravesado por una varilla metálica que tiene en uno de sus extremos dos finas láminas de oro o de aluminio, y en el otro, una esfera metálica. a) Si tocas la esfera del electroscopio con una varilla de vidrio previamente frotada con seda, ¿qué les sucederá a las laminillas metálicas? ¿Por qué? Esfera metálica Varilla metálica

b) Si tocas la esfera con otro cuerpo y las laminillas metálicas se separan más, ¿qué carga tiene este cuerpo? ¿Por qué?

c) Si las laminillas se acercan, ¿qué clase de carga tiene el cuerpo? ¿Por qué? Hojas metálicas

118 ES0000000006255 563068 Tema 03_28928.indd 118

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D

.

3

AMPLIACIÓN

EL ÁTOMO

Nombre:

Curso:

Fecha:

5

Representa mediante esquemas los hechos observados en la actividad anterior e interprétalos.

6

En el dibujo se indica el sentido de las fuerzas eléctricas a las que están sometidas las cargas a, b, c, d. Señala el signo de dichas cargas.

a

a) b) c)

d

b c

d) 7

Expresa en culombios el valor las siguientes cargas eléctricas: •  103 nC: •  10-5 kC: •  104 mC:

8

¿Qué variación experimenta la masa de un cuerpo cuando se carga con -1 C sabiendo que la carga de un electrón es -1,6 ? 10-19 C y su masa es 9 ? 10-31 kg?

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3

AMPLIACIÓN

FICHA 3

EL ÁTOMO

Nombre:

Curso:

Fecha:

Ley de Coulomb. Intensidad del campo eléctrico Recuerda que… •   Ley de Coulomb. La intensidad de la fuerza de atracción o de repulsión entre dos cargas puntuales  es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado  de la distancia que las separa. Su expresión matemática es: F=K – F: intensidad de la fuerza electrostática

q 1 ? q2 r2

– d: distancia entre las cargas

– q1 y q2: cantidad de carga

– K: constante de proporcionalidad 9

2

2

En el vacío o en el aire, K = 9 ? 10 N ? m /C . F21 +q1

F21

F12

+q1

+q2

-q1

-q2

F12

-q2

F12 = F21 Con la misma intensidad atrae la carga 1 a la carga 2, que la carga 2 a la carga 1.

F21

F12

•   Llamamos campo eléctrico a la región del espacio que rodea a un cuerpo cargado en la que  se manifiestan fuerzas electrostáticas sobre otro cuerpo cargado colocado en ella. •   Recibe el nombre de intensidad del campo eléctrico en un punto la fuerza que ejerce dicho campo sobre  una unidad de carga positiva (q) colocada en dicho punto: E = F/q . Se mide en N/C.

1

2

Expresa en culombios las siguientes cargas eléctricas: •  20 nC

•  7,3 nC 

•  2,7 ? 104 nC

•  0,065 nC 

•  3 ? 10-2 nC

•  2500 nC 

Dos cargas, q1 = +2 ? 10-5 C y q2 = -5 ? 10-6 C, están situadas en el aire a una distancia de 45 cm una de la otra. a) Calcula el valor de la intensidad de las fuerzas con que interaccionan.

b) Representa en un esquema su dirección y sentido.

3

Cuánto crees que se debe modificar la distancia entre dos cargas eléctricas para que la fuerza de interacción entre ellas: a) Se triplique.

b) Se reduzca a la mitad.

c) Aumente cinco veces.

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D

.

3

AMPLIACIÓN

EL ÁTOMO

Nombre:  

     Curso:  

     Fecha:  

4

Una carga de -3 nC está colocada en el vacío y atrae a otra carga situada a 0,5 m de distancia con una fuerza de 0,45 N. ¿Cuál es el valor de la otra carga? ¿Cuál es su signo?

5

Dos cargas puntuales de -2 nC y +3 nC están situadas en el vacío y se atraen con una fuerza de 1,3 ? 10-4 N. Calcula la distancia a la que están colocadas.

6

Calcula el valor de dos cargas iguales que en el vacío se repelen con una fuerza de 0,09 N cuando están colocadas a una distancia de 0,9 m.

7

Una carga q1 crea a su alrededor un campo eléctrico. Si a 10 cm de ella se coloca otra carga q2 de +3 nC, esta es repelida con una fuerza de 7,9 N. Calcula la intensidad del campo en el punto en que se encuentra q2.

8

Calcula el valor de una carga q que produce un campo eléctrico de 2,5 ? 104 N/C en un punto que está situado a 12 cm.

9

Una carga de 4 ? 10-3 nC se sitúa en un punto de un campo eléctrico. Calcula el valor de la fuerza que se ejercerá sobre dicha carga, sabiendo que la intensidad del campo eléctrico en ese punto es de 1125 N/C.

10

Si el valor de la intensidad del campo eléctrico en un punto coincide con el valor de la constante K de Coulomb, ¿qué condiciones se deben cumplir?

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3

AMPLIACIÓN

FICHA 4

EL ÁTOMO

Nombre:

Curso:

Fecha:

El átomo Recuerda que… El átomo consta de dos partes bien diferenciadas: el núcleo y la corteza. Los protones y neutrones se encuentran en el núcleo del átomo, y los electrones se mueven alrededor del núcleo del átomo. •  Los protones son partículas con carga eléctrica positiva, y cuya masa aproximada es de 1,67 ? 10-27 kg. •   Los electrones tienen carga eléctrica negativa de igual valor absoluto que la de los protones y cuya masa es aproximadamente 2000 veces menor que la de los protones. •  Los neutrones son partículas sin carga y de masa aproximadamente igual a la de los protones. La masa de un átomo se concentra en el núcleo. La masa de los electrones es despreciable en comparación con la de los protones y neutrones. El átomo es eléctricamente neutro, es decir, no tiene carga. Los descubrimientos realizados con posterioridad a la teoría atómica de Dalton demostraron que los átomos no eran tan simples como este había supuesto. Investiga en Internet y completa el cuadro:

1

Modelos atómicos y partículas fundamentales Año

1897

Científico

Electrón

Descubrimiento

J. J. Thomson (1856-1940) Físico británico

Materia cargada positivamente

1911

E. Rutherford (1871-1937) Físico neozelandés

Electrones en órbita Protones en el núcleo

Energía creciente de los niveles electrónicos

1913

Órbitas circulares

Electrón Nivel fundamental

1932

N. Bohr (1885-1962) Físico danés

Núcleo

Protones

J. Chadwick (1891-1974) Físico británico

Electrones Neutrones

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3

AMPLIACIÓN

EL ÁTOMO

Nombre:

Curso:

Fecha:

2

¿Qué diferencias fundamentales mantiene el modelo atómico de Rutherford con el modelo atómico de Thomson?

3

Suponiendo que la materia estuviera formada de átomos según el modelo de Thomson, ¿los cuerpos serían más densos, igual de densos o menos densos? Justifica la respuesta.

4

Dibuja un átomo según el modelo de nube electrónica.

Modelo atómico de la nube de carga Según este modelo, los electrones se mueven constantemente en torno al núcleo, sin describir ningún tipo de órbita concreta. No es posible conocer con precisión la posición de un electrón en un instante dado; únicamente se puede determinar la probabilidad de que en dicho instante se halle el electrón en una región concreta del espacio orbital. De esta forma, las órbitas de Bohr se sustituyen por los llamados orbitales que especifican la zona donde es probable que se encuentre cada electrón dentro del átomo.

5

Compara la relación de dimensiones del átomo y del sistema solar, sabiendo: •   Diámetro del átomo: 1 ? 10-10 m; diámetro del núcleo: 1 ? 10-14 m.

•  Tamaño del sistema solar: 5 ? 1012 m; diámetro del Sol: 1,4 ? 109 m.

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3

AMPLIACIÓN

FICHA 5

EL ÁTOMO

Nombre:

Curso:

Fecha:

Átomos, elementos, iones e isótopos Recuerda que… Un átomo se define mediante dos números: •   El n.o atómico (Z), que es el número de protones que tiene un átomo y coincide con el número  de electrones del mismo, por ser el átomo eléctricamente neutro. •   El n.o másico (A), que es el número de partículas que tiene un átomo en su núcleo.   e cumple: A = Z + N, siendo Z = N.o de protones = N.o de electrones; N = N.o de neutrones S y A = N.o de protones + N.o de neutrones, y también se cumple: N = A - Z. Elementos químicos son las sustancias simples formadas por átomos que tienen todos el mismo N.o atómico.  Los elementos químicos se representan mediante símbolos. Por ejemplo: litio (Li); azufre (S); flúor (F); etc. Iones son partículas de tamaño atómico con carga eléctrica y se forman cuando un átomo  pierde o gana electrones. En la naturaleza hay iones positivos o cationes, y también iones negativos o aniones. Isótopos son átomos de un elemento químico que tienen igual número atómico y distinto número másico.  La notación de los isótopos es: 5A Número másico  6 Símbolo del elemento 5Z Número atómico 

X

1

Indica el número de protones, neutrones y electrones de un elemento cuyo número atómico es 26 y su número másico es 56.

2

Indica qué diferencias hay entre: a) O y O2-.

b) N2 y 2 N.

c) H- y H+.

3

El número atómico de un átomo de nitrógeno es 7 y el de un átomo de estaño es 50, expresa el proceso: a) El átomo de nitrógeno se convierte en el anión N3-.

b) El átomo de estaño se convierte en el catión Sn4+.

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3

AMPLIACIÓN

EL ÁTOMO

Nombre:

4

Curso:

Fecha:

Indica si las siguientes afirmaciones son verdaderas (V) o falsas (F):      Los electrones tienen una masa mucho mayor que los protones.      La carga del protón es la misma que la del electrón, pero de signo contrario.      Un elemento químico es una sustancia formada por átomos con igual número de protones.      Un ion se forma cuando un átomo pierde o gana protones.      Los isótopos son átomos de un mismo elemento que tienen el mismo número de protones pero distinto número de electrones.

5

Completa la siguiente tabla: Isótopos

Z

23 11

Na

3 1

H

Mg C

N=A-Z

23

12

1

26 12

13 6

A

Electrones

1 26

6

12 6

La radiactividad •   La radiactividad natural es el proceso de emisión espontánea de radiaciones por parte de núcleos naturales inestables que se transforman en otros  núcleos. •   Los isótopos radiactivos se comportan igual que los no radiactivos del mismo elemento, aunque la emisión de radiactividad de los primeros nos permite  utilizarlos como marcadores o indicadores al seguir la posición que ocupan. •   Los isótopos radiactivos se utilizan especialmente en la industria y en la medicina. Podemos detectar el desgaste de piezas de una máquina, localizar  obstrucciones de tuberías subterráneas. En medicina, los trazadores radiactivos permiten seguir el funcionamiento de órganos como la captación de yodo  por la glándula tiroides, estudios metabólicos con carbono-14; el uso del  cobalto-60 en el tratamiento del cáncer, etc.

6

Un isótopo del yodo tiene de número atómico 53 y de número másico 127. Determina el número de protones, neutrones y electrones.

7

Si el cobalto‑60 tiene 33 neutrones, indica el número atómico y el número másico.

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3

PROBLEMAS RESUELTOS

EL ÁTOMO

PROBLEMA RESUELTO 1 65 El cobre se presenta en forma de dos isótopos estables: 63 29Cu y 29Cu, que aparecen en la naturaleza con una abundancia de 69,1% y 30,9%, respectivamente.

a) ¿Qué diferencia existe entre ellos?

b) Calcula la masa atómica del cobre.

Planteamiento y resolución a) Un átomo se representa mediante la notación: AZ X, siendo Z = número atómico y A = número másico.

Por tanto, los dos isótopos se diferencian en el número de neutrones que tienen en el núcleo.

•  Z representa el número de protones que el átomo tiene en el núcleo.

b) La masa atómica de un elemento depende de la proporción en que se presentan sus isótopos en la naturaleza y viene dada por la media ponderada de las masas de dichos isótopos, es decir:

•   A representa la suma del número de protones y el número de neutrones que hay en el núcleo: A = Z + N.

mCu = 

Un elemento químico puede estar constituido por especies atómicas diferentes, llamadas isótopos, que son átomos con el mismo número atómico y distinto número másico. 63 29 65 29

63 ? 69,1 + 65 ? 30,9

100 " mCu = 63,62 u

 "

Este valor de la masa atómica es el que encontramos en la tabla periódica para cada elemento.

" N = 63 - 29 = 34 neutrones Cu " N = 65 - 29 = 36 neutrones Cu

ACTIVIDADES 1

El uranio se presenta en forma de tres isótopos:

5

234 92

238 U (0,0057 %); 235 92U (0,72 %); 92U (99,27 %)

Completa la siguiente tabla para los isótopos del hidrógeno: Protio

a) ¿En qué se diferencian estos isótopos?

2

b) ¿Cuál es la masa atómica del uranio natural?

Representación

Sol.: 237,97

A

Se conocen dos isótopos del elemento cloro: 35 17Cl y 37 17Cl, que existen en la naturaleza en la proporción 3 a 1. Calcula la masa atómica del cloro.

Z

Deuterio

1 1

2 1

H

Tritio 3 1

H

H

N.o de protones N.o de neutrones

Sol.: 35,5

N.o de electrones 3

107

Se conocen dos isótopos de la plata: el isótopo Ag aparece en la naturaleza en una proporción del 56%. Sabiendo que la masa atómica de la plata es 107,88. ¿Cuál es el número másico del otro isótopo?

6

Existen tres isótopos del oxígeno: 16

O (99,76 %); 17O (0,04 %); 18O (0,20 %)

Calcula la masa atómica del oxígeno.

Sol.: 109

Sol.: 16,0044 4

Indica cuáles de las siguientes especies atómicas son isótopos: 12 6

X;

12 8

Y;

14 6

Z;

19 9

U;

14 8

V

7

Observa los siguientes átomos: 10 5

B;

11 5

B;

12 5

B;

14 7

N;

16 8

O;

12 6

C;

12 7

C

Agrupa los átomos anteriores según: a) Sean isótopos. b) Tengan el mismo número másico. c) Tengan el mismo número de neutrones.

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PROBLEMAS RESUELTOS

EL ÁTOMO

PROBLEMA RESUELTO 2 Completa la tabla: Especie atómica

Z

A

S2-

8

16

Na+

23

Ca2+

40

N.o protones

N.o neutrones

N.o electrones

11 18

Planteamiento y resolución Un ion negativo o anión es un átomo que ha ganado electrones:

El anión tendrá 2 electrones más que protones. Na

número de protones < número de electrones

El catión tendrá 1 electrón menos que protones.

Tiene carga neta negativa.

Ca

Un ion positivo o catión es un átomo que ha perdido electrones:

La última capa electrónica de un ion debe estar completa con 8 electrones.

Tiene carga neta positiva. Así, en la tabla aparecen: S+2e

" Ca2+ + 2 e-

El catión tendrá 2 electrones menos que protones.

número de protones < número de electrones

Con todos estos datos completamos la tabla del enunciado:

" S

2-

-

" Na+ + 1 e-

Especie atómica

Z

A

N.o protones

N.o neutrones

N.o electrones

S2-

8

16

8

8

10

Na+

11

23

11

12

10

Ca2+

20

40

20

20

18

ACTIVIDADES 1

Completa la siguiente tabla: Símbolo del ion

3

Br-

Al3+

O2-

N3-

Tipo de ion

a) El hidrógeno pierde un electrón.

N.o de e- ganados

b) El hidrógeno gana un electrón. c) El cloro gana un electrón.

N.o de e- perdidos 2

Escribe el símbolo del ion que se forma y determina si son aniones o cationes cuando:

d) El calcio pierde dos electrones.

Completa la siguiente tabla: Especie atómica Z

Li

4 +

Se

2-

2+

Sr

3

N. de electrones

N

7

N.o de protones o

3-

38 36

Completa: a) Na " … 1eb) … + 2e- " O2c) N + … " N3d) Be " Be2+ + …

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3

EXPERIENCIAS

FICHA 1

EL ÁTOMO

Alto voltaje OBJETIVO Comprobar la existencia de cargas eléctricas en la materia.

E Material •   Periódico. 

 

 

 

•   Bolsas de plástico.

•   Lata de conservas.

PROCEDIMIENTO Se pueden obtener elevados potenciales sin peligro al realizar la siguiente experiencia.

P

1

1. Frota una bolsa de plástico con fuerza sobre una hoja de periódico para electrizar la hoja de periódico. 2. Coloca una tapa de lata de conservas en el lugar del periódico donde has frotado anteriormente con la bolsa de plástico.

2

3. Al levantar la hoja de periódico y tocar con el dedo, salta una chispa entre la lata y el dedo.

3

Los fenómenos observados en esta experiencia se deben a que hemos arrancado electrones de unos átomos y se han transferido a otros, formándose iones positivos y negativos.

4

La chispa se produce cuando pasan electrones de la hoja de periódico a nuestra mano. Los electrones chocan con los átomos presentes en el aire y se produce luz (la chispa).

5

R y CUESTIONES

•

• 1

Haz un esquema mostrando cómo se cargan los cuerpos que intervienen en esta experiencia en cada paso.

2

¿Por qué siempre que frotamos un cuerpo las cargas que se transfieren de un objeto a otro son electrones y no protones? Elige la respuesta correcta.

•

a) Porque los electrones tienen carga negativa. b) Porque los electrones están en la corteza del átomo y los protones, en el núcleo. c) Porque los electrones tienen una masa muy pequeña. d) Porque los átomos son neutros. 3

Imagina ahora que colocas una tapa de plástico sobre el periódico después de frotarlo con la bolsa de plástico. a) ¿Crees que saltarán chispas al acercar la mano a la tapa? b) Explica por qué.

4

Clasifica los cuerpos que intervienen en esta experiencia en conductores de la electricidad y aislantes.

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3

EXPERIENCIAS

FICHA 2

EL ÁTOMO

El péndulo eléctrico OBJETIVO

Material •   Esfera de saúco.

Experimentar la atracción entre cargas eléctricas de distinto signo y la repulsión entre cargas eléctricas del mismo signo.

•   Hilo. •   Soporte. •   Varillas de vidrio y de plástico. •   Paños de seda y de lana.

PROCEDIMIENTO Para comprobar cómo se comportan los cuerpos cargados eléctricamente podemos realizar la siguiente experiencia: 1. Ata un hilo a la esfera de saúco y cuélgalo de un soporte. Deja la esfera de saúco en posición vertical, sin que nada la toque. Ya has construido un péndulo. 2. Frota una varilla de vidrio con un paño de seda. Así la varilla se electriza, pues se produce un trasvase de cargas eléctricas entre la varilla y el paño.

A

+ + + + +

3. Toca la esfera con la varilla. Así se carga eléctricamente la bola del péndulo. 4. Frota una varilla de plástico con un paño de lana. Así se electriza la varilla. 5. Acerca la varilla de plástico a la esfera de saúco sin llegar a tocarla. Recuerda que las cargas eléctricas del mismo tipo se repelen y las cargas eléctricas de distinto tipo se atraen: •  + y + " repulsión.

B

+ +

•  - y - " repulsión.

+

•  + y - " atracción.

+ +

CUESTIONES 1

¿Qué sucede al acercar la varilla de plástico a la esfera de saúco? ¿La atrae? ¿La repele?

2

¿Por qué ocurre esto?

3

¿Cómo puedes conseguir que una varilla repela la esfera de saúco?

4

¿Qué ocurre si tocas la esfera de saúco antes de acercar la segunda varilla? ¿Por qué luego la varilla de plástico no atrae a la esfera de saúco?

5

¿Se podría realizar esta misma experiencia con una esfera metálica en lugar de saúco? ¿Por qué?

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NOTAS

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EL ÁTOMO

Nombre:

Curso:

Fecha:

AUTOEVALUACIÓN 1

2

La carga eléctrica de un electrón:

6

a) Es negativa y tiene un valor de -1,6 ? 10-19 C.

a) Tiene Z = 23 y A = 11.

b) Es igual que la de un protón.

b) Tiene 11 protones y 12 neutrones.

c) Su valor varía de un átomo a otro.

c) Tienes 11 protones y 12 electrones.

La masa del electrón es:

7

a) Aproximadamente igual a la del protón.

b) Dos átomos son isótopos si tienen el mismo número de neutrones.

c) 1 u.

c) Dos átomos son isótopos si tienen el mismo número de protones y distinto número de electrones.

Según el modelo planetario: a) El átomo es indivisible. b) El átomo está formado por un núcleo, donde están los protones, y una corteza, alrededor de la que giran los electrones.

8

b) Ha ganado electrones. c) Es un ion positivo. 9

¿Cuál de las siguientes afirmaciones relacionadas con el átomo es falsa?

b) Propone que un electrón no puede pasar de una órbita a otra.

b) El átomo es aproximadamente 10 000 veces mayor que su núcleo.

c) Afirma que los átomos se comportan del mismo modo que las partículas eléctricas macroscópicas.

c) Para expresar el tamaño del átomo se emplea normalmente el milímetro (mm). Un átomo que pierde electrones se queda con carga: a) Negativa.

El modelo atómico de Bohr: a) Se conoce como «modelo de capas», ya que considera que el átomo está cuantizado.

a) El radio aproximado de un átomo es de 10-10 m.

5

Un anión: a) Ha perdido electrones.

c) El átomo está formado por un núcleo, donde están los protones y los neutrones, y una corteza, alrededor de la que giran los electrones. 4

Señala cuál de las siguientes afirmaciones es correcta: a) Los isótopos son átomos con distinto número másico, pero mismo número atómico.

b) 1836 veces menor que la del protón.

3

El átomo 23 11Na:

10

El proceso por el que los núcleos de los isótopos radiactivos se rompen, dando lugar a núcleos de átomos más pequeños se denomina:

b) Depende del material con el que ha sido frotado para perder esos electrones.

a) Fusión nuclear.

c) Positiva.

c) Desintegración radiactiva.

b) Fisión nuclear.

1 a, 2 b, 3 b, 4 c, 5 c, 6 b, 7 a, 8 b, 9 a, 10 b SOLUCIONES

.

3

EVALUACIÓN

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3

EVALUACIÓN DE CONTENIDOS

EL ÁTOMO

Nombre:

Curso:

Fecha:

CONTROL B 1

En las figuras que aparecen a continuación, indica el signo de la carga q: a)

b)

q

2

q

+

+

Responde a las siguientes frases con verdadero o falso. En el caso de que sea falso, modifica la frase para que resulte verdadera: a) Cuando un cuerpo tiene carga positiva, es que ha ganado protones.

b) Un cuerpo cargado negativamente tiene más electrones que protones.

c) Todos los cuerpos tienen electrones y protones.

d) Un cuerpo neutro no tiene electrones ni protones.

e) Los electrones se ganan o se pierden con más facilidad que los protones porque están en la parte externa de los átomos.

3

Dado el átomo 136C: a) Escribe el valor de su número atómico y de su número másico. Luego, explica el significado de estos dos valores.

b) Escribe los valores del número atómico y número másico de un posible isótopo suyo. ¿En qué se diferencian los isótopos?

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Nombre:

4

Curso:

Fecha:

Completa el siguiente cuadro: Especie atómica Oxígeno

Símbolo

Z

A

N.o de protones

N.o de electrones

N.o de neutrones

16 8

O

Sodio

23

Helio

11

2

2

14 7

N

Ion fluoruro

9

19

20

40

18

Comprueba la relación entre Z y A y el número de neutrones: A = Z - N.º de neutrones

5

235 238 Se conocen tres isótopos del elemento uranio: 234 92U, 92U y 92U, que existen en la naturaleza en los porcentajes:

•  234 92U " 0,0057 % •  235 92U " 0,72 % •  238 92U " 99,27 % a) ¿Cuál es la masa atómica del uranio?

b) ¿Cuál de ellos tiene propiedades radiactivas?

c) ¿En qué consisten esas propiedades?

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3

EVALUACIÓN DE CONTENIDOS

EL ÁTOMO

Nombre:

Curso:

Fecha:

CONTROL A 1

La bolita de un péndulo eléctrico se toca con una varilla de plástico que previamente hemos frotado con un paño de lana. Con la misma varilla tocamos la bolita de otro péndulo. Explica lo que ocurrirá si: a) Acercamos los dos péndulos.

b) Ponemos los dos péndulos en contacto.

c) Tocamos el segundo péndulo con una varilla de vidrio electrizada y lo acercamos al primero.

2

A partir de los siguientes datos. •  mprotón = 1,6 ? 10-27 kg

•  qprotón = +1,6 ? 10-19 C

•  melectrón = 9,11 ? 10-31 kg

•  qelectrón = -1,6 ? 10-19 C

•  mneutrón = 1,6 ? 10-27 kg a) Calcula la masa, en gramos, y la carga, en culombios, del ion Li+ (Z = 3; A = 6).

b) ¿Por qué se dice en todos los libros que la masa de un átomo coincide casi exactamente con la masa de su núcleo?

3

Sabiendo que la carga de un electrón es: e = 1,6 ? 10-19 C. a) ¿A cuántos electrones equivale la carga de 1 C?

b) Imagina que un cuerpo gana un millón de electrones, ¿qué carga eléctrica adquiere, expresada en culombios?

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Nombre:

4

Curso:

Completa la siguiente tabla: Especie atómica

Símbolo

Z

S2-

A

N.o de protones

32

16

Si Argón

N.o de electrones

N.o de neutrones

14

15

18

Calcio

22 40

Cl

5

Fecha:

17

20

36

En la naturaleza existen dos isótopos de litio. a) Haz un esquema de los isótopos del litio: 63Li y 73Li, y explica en qué se diferencian y qué tienen en común los isótopos de un elemento.

b) Sabiendo que la masa del litio que se encuentra en la naturaleza, formado por la mezcla de los dos isótopos, es 6,94 u, determina el porcentaje en que aparecen cada uno de los isótopos.

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3

EVALUACIÓN DE CONTENIDOS

ESTÁNDARES DE APRENDIZAJE Y SOLUCIONES

Criterio

Actividades

Estándares de aprendizaje

Control B

Control A

B2‑6. Reconocer que los modelos atómicos son instrumentos interpretativos de las distintas teorías y la necesidad de su utilización para la interpretación y comprensión de la estructura interna de la materia.

B2‑6.1. Representa el átomo, a partir del número atómico y el número másico, utilizando el modelo planetario.

3

2

B2‑6.2. Describe las características de las partículas subatómicas básicas y su localización en el átomo.

2

2

B2‑6.3. Relaciona la notación AZX con el número atómico y el número másico determinando el número de cada uno de los tipos de partículas subatómicas básicas.

3, 4

4

B2‑7. Analizar la utilidad científica y tecnológica de los isótopos radiactivos.

B2‑7.1. Explica en qué consiste un isótopo y comenta aplicaciones de los isótopos radiactivos y la problemática de los residuos originados y las soluciones para su gestión.

3, 5

5

B2‑9. Conocer cómo se unen los átomos para formar estructuras más complejas y explicar las propiedades de las agrupaciones resultantes.

B2‑9.1. Conoce y explica el proceso de formación de un ion a partir del átomo correspondiente, utilizando la notación adecuada para su representación.

4

2, 3, 4

B4‑8. Conocer los tipos de cargas eléctricas, su papel en la constitución de la materia y las características de las fuerzas que se manifiestan entre ellas.

B4‑8.1. Explica la relación existente entre las cargas eléctricas y la constitución de la materia y asocia la carga eléctrica de los cuerpos con un exceso o defecto de electrones.

1

1

CONTROL B: SOLUCIONES 1

2

a) q es una carga positiva, porque entre las dos cargas de la figura aparece una fuerza de repulsión.

d) Falso: un cuerpo neutro tiene el mismo número de electrones que de protones.

b) q es una carga negativa, porque la fuerza que aparece entre dicha carga y la barra cargada negativamente es de repulsión.

e) Verdadero.

Especie atómica Oxígeno

a) Z = 6 " n.º de protones que un átomo tiene en el núcleo. A = 13 " n.º de protones + n.º de neutrones que un átomo tiene en el núcleo.

a) Falso: cuando un cuerpo se carga positivamente, es que ha perdido electrones. b) Verdadero.

4

3

b) Ejemplo: Z = 6 y A = 14.

c) Verdadero.

Los isótopos se diferencian en el n.º de neutrones del núcleo. Z

A

N.o de protones

N.o de electrones

N.o de neutrones

O

8

16

8

8

8

Na

11

23

11

11

12

Símbolo 16 8

Sodio

23 11

Helio

4 2

He

2

4

2

2

2

Nitrógeno

14 7

N

7

14

7

7

7

Ion fluoruro

F-

9

19

9

10

10

Ca2+

20

40

20

18

9

Ion calcio

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D

5

m = 234 ? b)

235 92

0,0057 100

+ 235 ?

0,72 100

+ 238 ?

99,27 100

= 237,96 u

U tiene propiedades radiactivas.

c) Esto quiere decir que puede romperse espontáneamente produciendo dos núcleos de menor tamaño mediante una reacción de fisión nuclear. En este proceso se libera una gran cantidad de energía.

CONTROL A: SOLUCIONES 1

a) Se repelen porque ambos han adquirido la misma carga eléctrica. b) Se repelen porque, mediante el contacto, adquieren la misma carga eléctrica. c) Se atraen. La varilla de vidrio induce cargas eléctricas de signo contrario.

2

a) El Li+ está formado por 3 protones, 3 neutrones y 2 electrones. La masa será: m = 3 ? (1,6 ? 10-27 kg) + 3 ? (1,6 ? 10-27 kg) + 2 ? (9,11 ? 10-31 kg) = 9,6 ? 10-27 kg " 103 g = 9,6 ? 10-24 g " m = 9,6 ? 10-27 kg ? 1 kg q = +1,6 ? 10-19 C, puesto que tiene una carga positiva. b) Porque la masa del protón y del neutrón es mucho mayor que la masa de los electrones. Por tanto, la masa del núcleo es mucho mayor.

3

a) Como e = 1,6 ? 10-19 C: N.° electrones = 1,6 ? 10

-19

b) q = 106 electrones ?

4

.

.

a) La masa atómica es:

5

C

1 electrón

1C 1,6 ? 10-19 C/e

= 6,25 ? 1018 electrones

? 1,6 ? 10-13 C " q = 1,6 ? 10-13 C ?

1 nC 10-6 C

= 1,6 ? 10-13 nC

Especie atómica

Símbolo

Z

A

N.o de protones

N.o de electrones

N.o de neutrones

Ion sulfuro

S2-

16

32

16

18

16

Silicio

Si

14

29

14

14

15

Argón

Ar

18

38

18

18

22

Calcio

Ca

20

40

20

20

20

Cloro

Cl

17

36

17

17

19

a) 36Li:

7 3

Li:

Los isótopos son átomos de un mismo elemento que tienen el mismo número atómico y diferente número másico; es decir, se diferencian en el número de neutrones que tienen en el núcleo.

b) 6,94 = 6 ? P1 + 7 ? P2 " 6,94 = 6 ? P1 + 7 ? (1 - P1). Resolviendo la ecuación: •  P1 = 6 % (isótopo de litio con A = 6). 

•  P2 = 94 % (isótopo de litio con A = 7).

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3

EVALUACIÓN POR COMPETENCIAS

EL ÁTOMO

Nombre:

Curso:

Fecha:

EVALUACIÓN POR COMPETENCIAS

¿Puede resolver la fusión nuclear nuestro problema energético? El mismo proceso que emplean las estrellas para mantenerse activas se considera una fuente energética inagotable y limpia. La energía de las estrellas y, por tanto, del Sol, procede de las reacciones de fusión nuclear que se producen en su interior. La luz y el calor que percibimos del Sol es el resultado de estas reacciones nucleares de fusión. La fusión es el proceso por el que un gas se calienta y se separa en sus iones y electrones. Cuando los iones se calientan lo suficiente, pueden superar su repulsión mutua y chocan, fusionándose juntos. Cuando esto sucede, se libera una gran cantidad de energía: aproximadamente un millón de veces más que en una reacción química y cuatro veces más que en una reacción de fisión nuclear convencional. Los componentes predominantes de una estrella son 11H y 4 2He, pero en su interior encierran una verdadera factoría de átomos. El núcleo de un átomo de hidrógeno está formado por una sola partícula, el protón. De la fusión de dos núcleos de hidrógeno resulta un núcleo de deuterio, 21H, que es un isótopo del hidrógeno abundante en el agua del mar. Al unirse el deuterio a otro núcleo de hidrógeno, forma un isótopo del helio de número másico 3. En este proceso se libera energía. A continuación, dos núcleos de 32He chocan y forman un núcleo de helio ordinario: 42He. Después de la formación de helio, el proceso de las transformaciones nucleares continúa con la creación sucesiva de otros elementos más pesados que el helio: el 73Li, 74Be, para continuar hasta el carbono, el nitrógeno, el oxígeno, etcétera.

1

¿Cómo se genera la luz que irradia el Sol?

138 ES0000000006255 563068 Tema 03_28928.indd 138

1

Ciclo protón-protón

H 2

1

H

H

3

1

He 1

H

H

4

1

1

H

1

3

H 2

1

H

2

H

He

H

He

Protón Energía

Neutrón Neutrino

¿Qué elementos químicos intervienen en la fisión nuclear que tiene lugar en las estrellas?

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D

.

Nombre:

3

Curso:

En la representación 11H y 42He:

Fecha:

6

El hidrógeno se presenta en forma de tres isótopos: el protio, 11H, que tiene una abundancia del 99,98 %; el deuterio, 21H, con el 0,012 %, y el tritio, 31H, con solo el 0,003 %. Determina la masa atómica del hidrógeno.

7

Observa el gráfico y describe en qué consiste la fusión nuclear. ¿Qué especies atómicas intervienen?

8

Entra en el siguiente enlace y lee la noticia:

a) ¿Qué significa cada uno de los números?

b) Rellena la siguiente tabla: N.o de protones 1 1

H

4 2

He

N.o de neutrones

N.o de electrones

c) Describe, según el modelo de Bohr, la ubicación en el átomo de las partículas subatómicas anteriores.

http://www.abc.es/ciencia/20140212/abci‑sueno‑fusion‑ nuclear‑cerca‑201402121402.html Explica la posibilidad de emplear la reacción de fusión nuclear en la obtención de energía, y las ventajas que puede presentar respecto a las reacciones de fisión nuclear.

4

Cuando dos núcleos de hidrógeno se encuentren a muy corta distancia, ¿cómo será la fuerza que aparece entre sus protones? a) Atractiva. b) Repulsiva.

9

¿Qué hay en una estrella? Nosotros mismos. Todos los elementos de nuestro cuerpo y del planeta estuvieron en las entrañas de una estrella. Somos polvo de estrellas.

c) En ese caso no se establece ninguna fuerza entre ellos. 5

Lee el siguiente poema y explica su significado:

Contesta:

E. Cardenal

a) ¿Por qué el protio, 11H, y el deuterio, 21H, son isótopos? ¿Qué tienen en común y en qué se diferencian?

10

¿Por qué la energía procedente de la fusión nuclear es inagotable y limpia?

11

Ahora que tienes más información, contesta:

b) Escribe la representación del isótopo del helio de número másico 3.

c) Los átomos 74Be y 73Li, ¿son isótopos? ¿Son iones?

¿Puede resolver la fusión nuclear nuestro problema energético?

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3

EVALUACIÓN POR COMPETENCIAS

ESTÁNDARES DE APRENDIZAJE Y SOLUCIONES

Competencia que se trabaja

Comunicación lingüística

Competencia matemática y competencias básicas en ciencia y tecnología

Sentido de iniciativa y emprendimiento

140 ES0000000006255 563068 Tema 03_28928.indd 140

Criterio

Estándares de aprendizaje

Actividades

B2‑7. Analizar la utilidad científica y tecnológica de los isótopos radiactivos.

B2‑7.1. Explica en qué consiste un isótopo y comenta aplicaciones de los isótopos radiactivos, la problemática de los residuos originados y las soluciones para la gestión de los mismos.

1, 2, 8, 9

B2‑6. Reconocer que los modelos atómicos son instrumentos interpretativos de las distintas teorías y la necesidad de su utilización para la interpretación y comprensión de la estructura interna de la materia.

B2‑6.1. Representa el átomo, a partir del número atómico y el número másico, utilizando el modelo planetario.

3

B2‑6.2. Describe las características de las partículas subatómicas básicas y su localización en el átomo.

3, 4

B2‑6.3. Relaciona la notación AZX con el número atómico y el número másico determinando el número de cada uno de los tipos de partículas subatómicas básicas.

3, 5, 7

B2‑7. Analizar la utilidad científica y tecnológica de los isótopos radiactivos.

B2‑7.1. Explica en qué consiste un isótopo y comenta aplicaciones de los isótopos radiactivos, la problemática de los residuos originados y las soluciones para la gestión de los mismos.

B2‑9. Conocer cómo se unen los átomos para formar estructuras más complejas y explicar las propiedades de las agrupaciones resultantes.

B2‑9.1. Conoce y explica el proceso de formación de un ion a partir del átomo correspondiente, utilizando la notación adecuada para su representación.

B2‑7. Analizar la utilidad científica y tecnológica de los isótopos radiactivos.

B2‑7.1. Explica en qué consiste un isótopo y comenta aplicaciones de los isótopos radiactivos, la problemática de los residuos originados y las soluciones para la gestión de los mismos.

5, 6

5

10, 11

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D

.

EVALUACIÓN POR COMPETENCIAS: SOLUCIONES 1

La luz solar se genera mediante las reacciones de fisión nuclear que tienen lugar en su interior. Los átomos de hidrógeno se transforman en átomos de helio.

2

El hidrógeno y el helio, que son sus principales componentes.

3

a) AZX

8

Se podría utilizar como fuente de energía con la ventaja de que no produce residuos radiactivos. Aunque presenta el inconveniente de que, para que se produzca, la temperatura debe ser extraordinariamente alta.

9

Si todos los elementos químicos (con Z > 3) se han producido mediante reacciones químicas de fusión en el interior de las estrellas, los elementos que forman los seres vivos también tienen el mismo origen.

10

Es una fuente de energía prácticamente inagotable, porque el deuterio se encuentra en el agua de mar, y el tritio es fácil de producir a partir del neutrón que escapa de la reacción. Además, se trata de una energía limpia porque, a diferencia de la fisión nuclear, no genera residuos radiactivos (duraderos y tóxicos) que comprometan a futuras generaciones.

11

El alumno debe responder basándose en la información analizada. Efectivamente, la fusión nuclear puede ser una solución al problema energético del planeta. El inconveniente es su viabilidad tecnológica en el momento actual.

Z: número atómico = N.º de protones que tiene en el núcleo. A: número másico = N.º de protones + N.º de neutrones que tiene en el núcleo. H " A = 1; Z = 1. Formado por un protón.

1 1

He " A = 4; Z = 2. Formado por dos protones y dos neutrones. 4 2

b)

N.o de protones

N.o de neutrones

N.o de electrones

1 1

H

1

0

1

4 2

He

2

2

2

c) Protón: partícula con carga positiva. Neutrón: partícula sin carga eléctrica y de masa semejante al protón. Electrón: partícula con carga eléctrica negativa y de masa despreciable frente a las anteriores. El átomo está formado por un núcleo en el que se encuentran los protones y los neutrones. Los electrones giran alrededor del núcleo formando la corteza. 4

La opción correcta es la b).

5

a) Porque son dos átomos diferentes del mismo elemento con igual número atómico y distinto número másico. Por tanto, tienen el mismo número de protones y se diferencian en el número de neutrones. b) 32He. c) No son isótopos, porque tienen diferente número atómico. Tampoco son iones, ya que carecen de carga eléctrica.

6

Escribimos el porcentaje de cada isótopo multiplicado por su masa: 1 ? 99,98 u + 2 ? 0,012 u + 3 ? 0,003 u Masa atómica (H) = = 100 = 1,00013 u

7

Dos átomos de hidrógeno unen sus núcleos y se convierten en un átomo de helio desprendiendo una gran cantidad de energía.

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UNIDAD 4 Elementos y compuestos

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UNIDAD 4. Elementos y compuestos

Guion de la unidad y sugerencias didácticas. . . . . . 146 Presentación de la unidad Objetivos Contenidos Consideraciones a tener en cuenta Competencias que se trabajan Criterios de evaluación

Enseñanza individualizada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148 Refuerzo • Ficha 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148 • Ficha 1 (soluciones) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149 • Ficha 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150 • Ficha 2 (soluciones) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 • Ficha 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 • Ficha 3 (soluciones) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153

Profundización • Ficha 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 • Ficha 1 (soluciones) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155

• Ampliación • Ficha 1. El sistema periódico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156 • Ficha 2. La química de la vida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158 • Ficha 3. Clasificación de los elementos químicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

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.

Problemas resueltos • Problema resuelto 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161 • Problema resuelto 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162

Experiencias • Ficha 1. Química con monedas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163 • Ficha 2. Metales y compuestos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164 • Ficha 3. Propiedades de algunos elementos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

Recursos para la evaluación de contenidos . . . . . . . 167 Autoevaluación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167 Controles • Control B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168 • Control A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170

Estándares de aprendizaje y soluciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172

Recursos para la evaluación por competencias . . . 176 Prueba de evaluación por competencias • ¿Qué supone el descubrimiento de nuevos elementos? . . . . . . . . . . . . . . . 176

Estándares de aprendizaje y soluciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178

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4

PRESENTACIÓN Y PROGRAMACIÓN

ELEMENTOS Y COMPUESTOS

C

PRESENTACIÓN 1. En primer lugar estudiamos la historia de los elementos y cómo ha ido cambiando su clasificación hasta la tabla periódica actual. 2. A continuación analizamos la estructura del sistema periódico como base para explicar las propiedades de los elementos químicos existentes. 3. Especial interés tiene la relación de los elementos químicos mas usuales y mas importantes

1

para la vida que mostramos en el apartado 3 de esta unidad. 4. Explicamos cómo se presentan los elementos en naturaleza, centrándonos en los conceptos de átomos, moléculas y cristales. 5. Por último, prestamos atención a la relación de los compuestos mas comunes en la vida cotidiana.

OBJETIVOS •   Distinguir entre elemento y compuesto químico.

•   Distinguir entre bioelementos y oligoelementos.

•   Aprender a clasificar los elementos en metales,  no metales y gases nobles.

•   Saber cómo se agrupan los elementos químicos  en la naturaleza.

•   Conocer el criterio de clasificación de los elementos  en el sistema periódico

•   Ser capaces de identificar algunos compuestos  orgánicos comunes y algunos compuestos inorgánicos comunes.

•  Identificar los grupos de elementos más importantes. •   Conocer los símbolos de los elementos.

CONTENIDOS SABER

•   Elementos y compuestos. •   Clasificación de los elementos: metales, no metales y gases nobles. •   Sistema periódico actual. •   Los elementos químicos más comunes. •   Bioelementos y oligoelementos. •   Agrupación de elementos: átomos, moléculas y cristales. •   Compuestos inorgánicos y orgánicos comunes.

SABER HACER

•   Identificar símbolos de diferentes elementos químicos. •   Sintetizar la información referente a los compuestos orgánicos e inorgánicos en tablas. •   Completar textos con información obtenida de unas tablas. •   Elaborar tablas. •   Interpretar la tabla periódica. •   Realizar experiencias en las que intervienen sustancias simples y compuestos.

SABER SER

C

1

•   Valorar el conocimiento científico como instrumento imprescindible  en la vida cotidiana.

2

•   Apreciar la utilidad de toda la información que nos ofrece la tabla periódica  de los elementos.

3

4

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D

.

4

PRESENTACIÓN Y PROGRAMACIÓN

ELEMENTOS Y COMPUESTOS

CONSIDERACIONES A TENER EN CUENTA 1. En esta unidad se introducirá al alumno en el estudio del sistema periódico. De una forma muy detallada  se hará una breve descripción del estado físico, nombre  de las familias químicas y curiosidades de la tabla.  Si se quiere profundizar más en el estudio, se puede  encargar a cada alumno un trabajo breve sobre un  elemento y su posterior exposición en el aula en formato  digital. (En Internet es fácil encontrar la información  necesaria).

2. Por otro lado, prestaremos especial atención en la diferenciación entre elementos y compuestos  químicos, haciendo hincapié en que la circunstancia  clave en este caso es la posible separación  o no en sustancias más simples. 3. La representación de los elementos y de los compuestos  químicos mediante fórmulas es un aspecto clave  a considerar dentro del lenguaje químico, y sin él  no se entendería la química tal como hoy se conoce.

COMPETENCIAS QUE SE TRABAJAN Comprensión de textos y expresión escrita

Usa las TIC

En la sección UN CASO PRÁCTICO se trabaja de forma  explícita los contenidos relacionados con la comprensión  lectora y expresión escrita, a través de un texto seguido  de actividades.

El alumno debe buscar información en Internet para  ampliar sus conocimientos y poder responder a algunas  de las cuestiones planteadas durante la unidad.

Competencia científica y matemática Al estudiar los elementos y compuestos químicos  necesarios para la vida, repasamos, de nuevo, los porcentajes. Esta unidad es fundamental para adquirir las destrezas  necesarias para entender el mundo que nos rodea. A partir del conocimiento de todos los elementos  químicos, se llega a la información de cuáles son  imprescindibles para la vida, así como los compuestos  que forman. En la unidad se define oligoelemento y bioelemento,  así como la CDR (cantidad diaria recomendada)  de los elementos fundamentales. También se muestra cómo se analiza un espectro y cuál  es la función de esta técnica en la identificación  de los compuestos químicos presentes en una muestra.

Aprender a aprender A lo largo de toda la unidad se trabajan habilidades,  en las actividades o en el desarrollo, para que el alumno sea capaz de continuar aprendiendo de forma autónoma  de acuerdo con los objetivos de la unidad. Toma la iniciativa Conocer los elementos fundamentales para la vida  contribuye a la adquisición de destrezas básicas  para desenvolverse en los aspectos relacionados con la nutrición y la alimentación y, por extensión, en la habilidad de toma de decisiones y diseño  de la propia dieta. En la última actividad de UN CASO PRÁCTICO,  se propone al alumno que dé su opinión sobre un tema controvertido. Para ello debe  tener en cuenta los conocimientos adquiridos en esta unidad.

La experiencia final acerca al alumno la composición  del agua, sustancia esencial para la vida.

CRITERIOS DE EVALUACIÓN 1. Distinguir un elemento químico de un compuesto. 2. C   lasificar elementos en metales, no metales  y cristales. 3.  Conocer el nombre y el símbolo de los elementos químicos  más usuales. 4. D   eterminar cuál es el criterio de clasificación  de los elementos en el sistema periódico.

5.  Saber situar en el sistema periódico los elementos  más significativos. 6.  Indicar la función principal de los elementos químicos más  abundantes en el cuerpo humano. 7.  Distinguir entre átomo, molécula y cristal. 8.  Catalogar un compuesto como orgánico  o inorgánico.

DÍA A DÍA EN EL AULA FÍSICA Y QUÍMICA 3.° ESO   Material fotocopiable © Santillana Educación, S. L.

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4

REFUERZO

FICHA 1

ELEMENTOS Y COMPUESTOS

ACTIVIDADES DE REFUERZO 1

El potasio y el calcio tienen números atómicos consecutivos: 19 y 20. Elige las afirmaciones que pueden deducirse de esta información:

Describe las partículas fundamentales constituyentes del átomo. Indica el número de partículas que hay en el átomo representado por:

5

190 76

Os

a) El potasio tiene 19 protones en su núcleo y el calcio tiene 20. b) El potasio tiene 19 neutrones en su núcleo, y el calcio, 20. c) El potasio tiene 19 electrones girando alrededor de su núcleo, y el calcio, 20. d) Los dos elementos tienen propiedades químicas semejantes. e) Los dos elementos pertenecen al mismo grupo del sistema periódico. f) Los dos elementos pueden combinarse fácilmente entre sí para formar un compuesto químico. g) La masa atómica del potasio es 19 u, y la del calcio, 20 u. 2

Completa la tabla: Elemento

Completa la siguiente tabla:

6

Símbolo Nombre

N.o másico

55

80

N.o de protones

6

o

N. de neutrones

6

20

N.o de electrones

20

Indica la posición en el sistema periódico de los siguientes elementos: a) Z = 5.

b) Z = 14.

c) Z = 26.

Especie atómica

Cobre

Oxígeno

Sodio

Fósforo

Z

Estaño

A

23

N.o protones

11

Escribe el símbolo y clasifica los siguientes elementos como metales o no metales: a) Hierro.

e) Aluminio.

b) Cobre.

f) Cloro.

c) Yodo.

g) Azufre.

d) Nitrógeno.

h) Plata.

Elemento

Sodio

N.o neutrones

Símbolo

8

2

Mg2+

S2-

Fe3+

12

N.o de protones

29

N.o de neutrones

N.o neutrones

12

N.o de electrones

12

16 18

30

Z

35

A

80

ES0000000006255 563068 Tema 04_28929.indd 148

19

26

11

148

9

N.o másico

N.o protones

N.o electrones

2

Completa la tabla: Símbolo

Cinc

Ion fluoruro

8

N.o atómico Bromo

Helio

N.o electrones

9

Completa la siguiente tabla:

d) Z = 18.

Completa la tabla:

8

Hierro

4

Bromo 35

Cloro

3

Carbono 25

Tipo de elemento

Litio

Ca

N.o atómico

7

Símbolo

Mn

10

32 Dados los elementos: 23 11Na y 16S, determina:

a) La constitución de sus núcleos. 65

b) Su posición en el sistema periódico.

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D

.

4

REFUERZO

FICHA 1

ELEMENTOS Y COMPUESTOS

ACTIVIDADES DE REFUERZO (soluciones) 1

a) Verdadero. El número atómico coincide con el número de protones del núcleo.

b) Falso. El número de neutrones no coincide, en general, con el número de protones. c) Verdadero. En los átomos neutros, el número de electrones coincide con el número de protones. Por tanto, también coincide con el número atómico.

2



• 76 protones.



• 76 electrones.



• 114 neutrones. La tabla queda así:

6

e) Falso. Pertenecen al mismo periodo.

Nombre

f) Falso. Ambos forman iones positivos.

N.o atómico

6

g) Falso. La masa atómica se calcula a partir del número de protones (Z) más el número de neutrones.

N.o másico N.o de protones

La tabla queda así:

C

Ca

Br

Calcio

Bromo

25

20

35

5

55

40

80

6

25

20

35

N. de neutrones

6

30

20

45

N.o de electrones

6

25

20

35

Símbolo

Símbolo

Tipo de elemento

Cloro

Cl

No metal

Litio

Li

Metal

Hierro

Fe

Metal

Cobre

Cu

Metal

Fósforo

P

No metal

Estaño

Sn

Metal

7

Mn

Carbono Manganeso

o

a) • Grupo 13. • Periodo 2.

c) • Grupo 8.

b) • Grupo 14. • Periodo 3.

d) • Grupo 18. • Periodo 3.

• Periodo 4.

La tabla queda así:

8

Especie atómica

Oxígeno

Sodio

Helio

Ion fluoruro

a) Hierro: Fe " metal.

Z

8

11

2

9

b) Cobre: Cu " metal.

A

16

23

4

19

N.o protones

8

11

2

9

N.o electrones

8

11

4

9

N.o neutrones

8

12

2

10

c) Yodo: I " no metal. d) Nitrógeno: N " no metal. e) Aluminio: Al " metal. f) Cloro: Cl " no metal. g) Azufre: S " no metal. h) Plata: Ag " metal. 4

En el átomo 190 76Os hay:

d) Falso. Esto es válido para los elementos del mismo grupo; y el potasio y el calcio no pertenecen al mismo grupo.

Elemento

3

En los átomos hay protones y neutrones (en el núcleo) y electrones (en la corteza).

5

La tabla completa será:

9

La tabla queda así: Sodio

Bromo

Cinc

Símbolo

Na

Br

Zn

N.o protones

11

35

30

Elemento

N.o neutrones

12

45

35

N.o electrones

11

35

30

Z

11

35

30

A

23

80

65

Símbolo

Mg2+

S2-

Fe3+

N.o atómico

12

16

26

N.o másico

24

34

26

N. de protones

12

16

29

N.o de neutrones

12

16

30

N.o de electrones

12

18

26

o

10

a)

23 11

Na: 11 protones y 12 neutrones.

32 16

S: 16 protones y 32 neutrones.

b)

23 11

Na: periodo 3; grupo 1.

32 16

S: periodo 3; grupo 16.

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4

REFUERZO

FICHA 2

ELEMENTOS Y COMPUESTOS

ACTIVIDADES DE REFUERZO 1

Observa las sustancias que aparecen en la fotografía y clasifícalas en elementos y compuestos. Completa las frases.

3

Utiliza el sistema periódico como referencia y completa la tabla: Elemento Cloro

Símbolo

Tipo de elemento

Cl

No metal

Sodio Cobre Azufre

Potasio Magnesio

Galena

Fósforo Oxígeno Estaño

Mercurio

Nitrógeno Azufre Bario

Helio

Arsénico Bismuto Bromo

Cristal de azufre

Calcio

El azufre cristalino es un ________.

Carbono

Cristal de galena

Cinc

La galena es un mineral formado por sulfuro de hierro, que es un ________.

Flúor

Mercurio en un termómetro

Plomo

El mercurio contenido en los termómetros es un ________.

Manganeso

Tubo de escape de un coche El dióxido de carbono que hay en el aire es un ________.

2

4

Elige la respuesta correcta. En el sistema periódico los elementos se ordenan en función de:

Globo

a) Su color.

El gas helio que llena el globo es un ________.

b) El número másico, A.

Completa las siguientes frases:

c) El número de protones del núcleo.

a) Un elemento está formado por ________ que son iguales.

d) La cantidad de compuestos químicos que pueden formar.

b) Un compuesto está formado por ________ que son ________. c) Un compuesto se puede descomponer en los ________ que lo forman. d) Un elemento no se puede ________ en sustancias más sencillas.

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5

Señala los iones que formarán los siguientes elementos químicos. a) Sodio.

d) Litio.

b) Flúor.

e) Cloro.

c) Potasio.

f) Bromo.

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D

.

4

REFUERZO

FICHA 2

ELEMENTOS Y COMPUESTOS

ACTIVIDADES DE REFUERZO (soluciones) 1

El azufre cristalino es un elemento.

4

La galena es un mineral formado por sulfuro de hierro, que es un compuesto.

La respuesta correcta es la c): El número de protones del núcleo. Es decir, el número atómico, Z.

5

a) Sodio " Na+.

El mercurio contenido en los termómetros es un elemento. El dióxido de carbono que hay en el aire es un compuesto. El gas helio que llena el globo es un elemento. 2

a) Un elemento está formado por átomos que son iguales. b) Un compuesto está formado por elementos que son diferentes. c) Un compuesto se puede descomponer en los elementos que lo forman. d) Un elemento no se puede descomponer en sustancias más sencillas.

3

La tabla completa queda así: Elemento

Símbolo

Tipo de elemento

Cloro

Cl

No metal

Sodio

Na

Metal

Cobre

Cu

Metal

K

Metal

Mg

Metal

Fósforo

P

No metal

Oxígeno

O

No metal

Estaño

Sn

Metal

Nitrógeno

N

No metal

Azufre

S

No metal

Bario

Ba

Metal

Arsénico

As

No metal

Bismuto

Bi

Metal

Bromo

Br

No metal

Calcio

Ca

Metal

Carbono

C

No metal

Cinc

Zn

Metal

Flúor

F

No metal

Plomo

Pb

Metal

Manganeso

Mn

Metal

Potasio Magnesio

b) Flúor " F-. c) Potasio " K+. d) Litio " Li+. e) Cloro " Cl-. f) Bromo " Br-. El sodio, el potasio y el litio son metales. Por tanto, pierden electrones con facilidad y se transforman en iones positivos (cationes). El flúor, el cloro y el bromo son no metales. Por tanto, ganan electrones con facilidad y se transforman en iones negativos (aniones).

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4

REFUERZO

FICHA 3

ELEMENTOS Y COMPUESTOS

ACTIVIDADES DE REFUERZO 1

Fósforo: P4

Observa los gráficos y responde.

d) ¿Qué clase de elemento es, metal o no metal? e) ¿Cómo será la molécula que forma? ¿Lo puedes saber a partir de la fórmula?

Hidrógeno Helio Oxígeno Neón Carbono Otros

Dióxido de carbono: CO2 f) ¿Qué elementos forman el dióxido de carbono? g) ¿En qué proporción están combinados? h) ¿Cómo es la molécula de dióxido de carbono? Haz un dibujo.

Abundancia de los elementos en el universo. Oxígeno Silicio Aluminio Hierro Calcio Magnesio Sodio Potasio Otros

Hierro: Fe i) ¿Qué clase de elemento es, metal o no metal? j) ¿Se encontrará en forma de átomos aislados, moléculas o cristales? k) ¿En qué estado físico aparece normalmente? Cloruro de sodio: NaCl

Abundancia de los elementos en la corteza terrestre.

l) ¿Qué elementos forman el cloruro de sodio?

a) ¿Cuáles son los dos elementos más abundantes en el universo?

m) ¿En qué proporción están combinados? n) ¿Qué tipo de cristal forma este compuesto?

b) ¿Y en la corteza terrestre?

Recuerda: Las sustancias químicas pueden estar en forma de átomos aislados, moléculas o cristales.

c) Explica si estos elementos se encuentran como elementos o estarán formando compuestos. 2

Busca los elementos cuyos símbolos son: K; Li; Fe; Hg; He; S; Ag; I; Cu; B.

4

Observa la tabla. 1 2

G

I

S

A

Z

U

F

R

E

M

L

A

N

O

S

E

C

O

B

R

E

N

A

D

3

H

V

T

Y

E

R

N

S

Y

P

A

Z

4

E

C

O

O

R

B

A

N

I

O

S

B

5

L

R

D

D

A

O

P

L

A

T

A

N

6

I

T

B

O

R

O

E

A

H

A

D

U

7

O

G

I

Q

Y

F

L

U

P

S

O M

K

T

C

H

E

J

L

I

T

I

O

E

Y

O

D

U

R

B

J

M U

O

V

R

N

E

O

I

S

B

R

O M O

L

O

b) Colorea de azul los elementos que correspondan a los metales alcalinos y alcalinotérreos.

D

F

L

L

M

E

R

C

U

R

I

O

c) Colorea de rojo el grupo de los gases nobles.

H

I

E

R

R

O

A

C

G

X

K

Z

d) Colorea de verde los elementos no metálicos.

a) Rellena la tabla con 10 elementos escribiendo su símbolo y su nombre.

e) Colorea de amarillo los metales de transición. 3

A partir de las siguientes fórmulas, responde a las cuestiones.

f) Localiza y nombra los elementos de número atómico 7, 14, 25 y 52.

Hidrógeno: H2 a) ¿Es un elemento o un compuesto? b) ¿Que significa la fórmula? c) Haz un dibujo que represente la molécula de hidrógeno.

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D

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4

REFUERZO

FICHA 3

ELEMENTOS Y COMPUESTOS

ACTIVIDADES DE REFUERZO (soluciones) 1

a) El hidrógeno y el helio.

Hierro: Fe

b) El oxígeno y el silicio.

i) Es un metal.

c) El oxígeno forma numerosos compuestos (óxidos, ácidos, bases, compuestos orgánicos…). Pero en la atmósfera también aparece como elemento (es un componente del aire, en forma de moléculas, O2).

j) Se encontrará formando cristales. k) Sólido. Cloruro de sodio: NaCl l) El cloro y el sodio.

El silicio aparece normalmente combinado con otros elementos. Por ejemplo, con el oxígeno formando sílice (arena). 2

3

m) Hay un átomo de cloro por cada átomo de sodio. n) Un cristal iónico. 4

Respuesta modelo.

G

I

S

A

Z

U

F

R

E

M

L

A

N

O

S

E

C

O

B

R

E

N

A

D

1

H

V

T

Y

E

R

N

S

Y

P

A

Z

2

E

C

O

O

R

B

A

N

I

O

S

B

3

L

R

D

D

A

O

P

L

A

T

A

N

4

I

T

B

O

R

O

E

A

H

A

D

U

5

O

G

I

Q

Y

F

L

U

P

S

O

M

K

T

C

H

E

J

L

I

T

I

O

E

Y

O

D

U

R

B

J

M

U

O

V

R

N

E

O

I

S

B

R

O

M

O

L

O

D

F

L

L

M

E

R

C

U

R

I

O

H

I

E

R

R

O

A

C

G

X

K

Z

Hidrógeno: H2 a) El hidrógeno molecular es un elemento: todos sus átomos son del mismo tipo; es decir, todos tienen el mismo número de protones. b) La fórmula significa que dos átomos de hidrógeno se combinan para formar una molécula.

H

He C

Na

O P

Ca

6

Fe I Hg

7 a) H: hidrógeno; C: carbono; O: oxígeno; Na: sodio; P: fósforo; Ca: calcio; Fe: hierro; I: yodo; Hg: mercurio. b) El color corresponde a los metales alcalinos y alcalinotérreos. c) El color

corresponde al grupo de los gases nobles.

d) El color

corresponde a los elementos no metálicos.

e) El color

corresponde a los metales de transición.

f) Z = 7 " nitrógeno; Z = 14 " silicio; Z = 25 " " manganeso; Z = 52 " teluro. Representados con borde más grueso en la tabla.

c) Molécula de H2: Fósforo: P4 d) Es un no metal. e) La molécula tiene cuatro átomos de fósforo, como puede deducirse de la fórmula. Dióxido de carbono: CO2 f) El oxígeno y el carbono. g) Por cada átomo de carbono hay dos átomos de oxígeno. h) La molécula está formada por dos átomos de oxígeno y un átomo de carbono. O

C

O

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PROFUNDIZACIÓN

ELEMENTOS Y COMPUESTOS

ACTIVIDADES DE AMPLIACIÓN 1

f) La capacidad de los elementos para formar iones  y combinarse con otros varía de manera   periódica.

Clasifica cada sustancia en metal, no metal o gas noble. •  Argón:   e emplea en las bombillas de incandescencia debido   S a su baja reactividad.

4

•  Cobalto:  Conduce muy bien la corriente eléctrica.

Cuando consultamos un sistema periódico podemos observar que el cloro se sitúa justo encima del bromo. ¿Qué nos indica esto? a) Que tienen el mismo número de protones   en su núcleo.

 Es de color gris. Su densidad es mucho mayor que la del agua.

 

 

b) Que ambos elementos forman iones del mismo tipo.

•  Flúor

c) Que si el cloro se combina con el oxígeno, es probable  que el bromo también lo haga.

 Forma iones con carga -1.   e combina muy fácilmente con otros elementos  S químicos.

d) Que la masa atómica del bromo es, casi con seguridad,  mayor que la del cloro.

  orma cristales iónicos cuando se combina   F con algunos metales.

e) Que ambos elementos son radiactivos.

•  Cinc

f) Que si uno de ellos es un metal, el otro también.

 Forma iones con carga positiva. Su fórmula es Zn.

5

Los gases nobles forman el grupo 18 del sistema periódico. Todos ellos presentan la misma tendencia a no formar compuestos. A partir de su posición en el sistema periódico, ¿podrías explicar esta similitud en su inercia química?

6

Dado el átomo: 27 13Al, expresa toda la información, acerca de su estructura y sus propiedades, que puedes sacar con esta representación.

7

e) Todas las moléculas están formadas por iones.

Un elemento X está situado en el periodo 3, grupo 17 del sistema periódico. Contesta a las siguientes cuestiones:

f) Todas las sustancias están formadas por cristales.

a) ¿Cuál es su número atómico?

Tiene puntos de fusión y de ebullición elevados. 2

 

Señala si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas. a) Todas las sustancias están formadas por átomos. b) Todas las sustancias están formadas por moléculas. c) Todas las sustancias puras están formadas por  moléculas. d) Todas las moléculas están formadas por átomos.

g) Todos los cristales están formados por moléculas.

b) ¿De qué elemento se trata?

h) Todos los cristales están formados por iones.

3

i) En los cristales iónicos hay el mismo número  de aniones que de cationes.

8

¿Cuál es la estructura electrónica de un elemento que pertenezca al segundo periodo y al grupo 17?

La tabla donde se ordenan los elementos químicos se llama periódica porque:

9

Señala si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas, justificando adecuadamente las respuestas.

a) Apareció publicada por primera vez en un periódico  firmada por D. Mendeleiev.

a) Todos los elementos del sistema periódico   son metales.

b) La dificultad para arrancar electrones de los átomos  varía de manera periódica.

b) Todos los elementos metálicos del sistema periódico  pertenecen al mismo grupo. 

c) La IUPAQ la revisa periódicamente y se publica cada  año.

c) Todos los elementos metálicos del sistema periódico  pertenecen al mismo periodo.

d) Las propiedades de los elementos químicos se repiten  de manera periódica a lo largo de la tabla.

d) Solo puede existir un elemento con átomos   con una masa atómica de 58.

e) Los elementos se ordenan en ella en función   de su masa atómica.

e) No es posible que átomos de distintos elementos  químicos tengan el mismo número másico.

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PROFUNDIZACIÓN

ELEMENTOS Y COMPUESTOS

ACTIVIDADES DE AMPLIACIÓN (soluciones) 1

• Argón:

4

Gas noble. La pista clave: no se combina con otros elementos.

a) Falso.

• Cobalto:



b) Verdadero.

Metal. Conduce bien la electricidad.

c) Verdadero.

• Flúor



d) Verdadero.

No metal. Forma iones con carga -1 y forma cristales iónicos cuando se combina con algunos metales.

e) Falso. f) Falso. Esto es cierto en general, pero no siempre. La línea que divide a los metales de los no metales es una línea quebrada que va desde el aluminio hasta el astato.

• Cinc



Metal. Forma iones con carga positiva y tiene puntos de fusión y de ebullición elevados. 2

a) Verdadero.

5

Todos los gases nobles tienen completo su último nivel electrónico. No tienen tendencia a ceder ni a tomar ningún electrón, puesto que su estructura electrónica es muy estable.

6

El número atómico es 13, lo que indica que este átomo tiene 13 protones en su núcleo. Por tanto, también tendrá 13 electrones en la corteza.

b) Falso. Los cristales iónicos y los cristales metálicos, por ejemplo, no tienen moléculas. c) Falso. El oro, por ejemplo, es una sustancia pura y no tiene moléculas, sino cationes rodeados por una nube de electrones. d) Verdadero. El número puede variar: dos, tres, cuatro… miles… e) Falso. Están formadas por átomos.

El número másico es 27. Esto quiere decir que habrá 27 - 13 = 14 neutrones en el núcleo.

f) Falso. El agua o los componentes del agua, por ejemplo, están formados por moléculas.

Este elemento se encuentra en el grupo 3 del sistema periódico.

g) Falso (en general). Hay cristales formados por átomos o por iones. h) Falso. Algunos cristales están formados por átomos unidos entre sí formando una red tridimensional, como en el caso del diamante, formado por átomos de carbono. i) Falso. Depende de la carga de los iones. Si el catión y el anión tienen la misma carga, entonces hay el mismo número de cationes que de aniones. Esto ocurre, por ejemplo, en la sal común (NaCl). Pero, si la carga del anión y del catión no coinciden en valor absoluto, entonces habrá más o menos cationes en función de los iones que intervienen. Así, en el cloruro de magnesio (MgCl2) hay dos iones cloruro por cada ion magnesio. 3

Al observar la posición del cloro y del bromo en el sistema periódico podemos afirmar que las siguientes afirmaciones son:

a) Falso. Apareció publicada en ámbitos científicos. b) Verdadero. c) Falso. d) Verdadero. e) Falso.

7

a) Su número atómico es 17, porque tiene 17 protones y 17 electrones alrededor del núcleo. b) Se trata del cloro.

8

En este caso, la estructura electrónica es: (2, 7).

9

a) Falso. Hay metales y no metales (y semimetales, con propiedades intermedias entre ambos). b) Falso. Hay 18 grupos diferentes (las columnas del sistema periódico). c) Falso. Hay 7 periodos diferentes (las columnas del sistema periódico). d) Falso, porque la masa atómica viene determinada por el número de protones y de neutrones. Así, aunque el número de protones sea diferente, en función del número de neutrones podrían existir átomos de distintos elementos con el mismo número másico 58. Así, existe un isótopo de hierro con masa atómica 58, y también un isótopo de níquel con esa misma masa. e) Sí, ya hemos visto un ejemplo en el apartado anterior. Todo depende del número de neutrones.

f) Verdadero.

DÍA A DÍA EN EL AULA FÍSICA Y QUÍMICA 3.° ESO Material fotocopiable © Santillana Educación, S. L.

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4

AMPLIACIÓN

FICHA 1

ELEMENTOS Y COMPUESTOS

Nombre:  

     Curso:  

     Fecha:  

El sistema periódico Recuerda que… •   En la actualidad se conocen más de cien elementos que se han ordenado en   una tabla por su número atómico, colocando en los mismos grupos o columnas   los elementos que tienen propiedades semejantes. El sistema periódico actual  presenta 18 grupos o columnas y 7 periodos o filas. Hay también otros periodos:  los elementos químicos cuyos números atómicos van del 58 al 71 constituyen   el periodo de los lantánidos; y los que van del 90 al 103, el periodo   de los actínidos. •   Masa atómica de un átomo de un elemento químico es un número relativo   que nos indica cuántas veces la masa del átomo contiene a la unidad   de masa atómica.  •   La unidad de masa atómica es, por convenio, la doceava parte de la masa   de un átomo de carbono-12. Se representa por u (1 u = 1,66 ? 10-24 g).

Platino

1 u = 

masa del átomo 126 C 10-6

•   Normalmente, la masa atómica de un elemento suele tener un valor muy cercano   al número másico, aunque decimal. Esto es debido a la existencia de isótopos,   ya que cada uno de ellos tiene su número másico y están presentes   en la naturaleza en una determinada proporción. En general: Papel de aluminio

Masa atómica = 

A1  %1 + A 2  %2 + … 100

  onde A1… son los números másicos de cada isótopo y %1…,   D sus porcentajes respectivos.

1

Resume con ayuda del libro de texto cómo se ha llegado al sistema periódico actual.

2

Ordena de mayor a menor, según el número atómico, los siguientes elementos químicos e indica el símbolo correspondiente: oxígeno, selenio, litio, flúor, hidrógeno, plata, calcio, bario, oro.

3

Clasifica los siguientes elementos en metales, no metales y gases nobles: •   Litio 

•   Carbono 

•   Helio

•   Mercurio 

•   Oro 

•   Boro 

•   Neón 

•   Silicio 

•   Argón

•   Cloro 

•   Nitrógeno 

•   Yodo

•   Arsénico 

•   Xenón 

•   Magnesio

156 ES0000000006255 563068 Tema 04_28929.indd 156

Metales

No metales

Gases nobles

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D

.

4

AMPLIACIÓN

ELEMENTOS Y COMPUESTOS

Nombre:  

4

5

     Curso:  

     Fecha:  

Indica los grupos y periodos de los elementos siguientes en el sistema periódico: •  Mg  

•  As  

•  Mn  

•  Na  

•  Cl  

•  Xe  

•  C  

•  Cr  

•  Hg  

•  Fe  

•  Al  

•  Au  

Completa el siguiente cuadro consultando la tabla periódica: Periodo

Comienza con el elemento…

Con número atómico…

Termina con el elemento…

Con número atómico…

Número de elementos que tiene el periodo

1 2 3 4 5 6 7 6

Define las propiedades periódicas siguientes: a) Volumen atómico:       b) Potencial o energía de ionización:       c) Carácter metálico:      

7

Dados los elementos siguientes, agrupa las parejas que deberán tener propiedades similares por pertenecer al mismo grupo. •  Sodio

•  Silicio

•  Germanio

•  Calcio

•  Argón

•  Magnesio

•  Teluro

•  Potasio

•  Selenio

•  Helio

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4

AMPLIACIÓN

FICHA 2

ELEMENTOS Y COMPUESTOS

Nombre:  

     Curso:  

     Fecha:  

La química de la vida Recuerda que… •   La bioquímica es la parte de la química que se ocupa del estudio   de las reacciones y procesos que tienen lugar en los seres vivos.  Hay que mencionar dos aspectos básicos relacionados con la bioquímica:   los elementos químicos que forman la materia viva y las reacciones químicas  necesarias para que la vida se desarrolle. •   Bioelementos primarios: los elementos básicos que forman los seres vivos son:  el carbono (C), el hidrógeno (H), el oxígeno (O), el nitrógeno (N),   el fósforo (P) y el azufre (S).  •   Bioelementos secundarios: en menor cantidad, existen otros elementos   muy importantes para el desarrollo de los seres vivos. Algunos   de estos elementos son: el calcio (Ca), el magnesio (Mg), el sodio (Na),   el potasio (K), el hierro (Fe), el flúor (F), el yodo (I) y el cinc (Zn). •   Para que la vida se desarrolle son necesarias reacciones químicas;   por ejemplo, todas las plantas y animales necesitan respirar, así,   en este proceso, se toma oxígeno del aire y se emite dióxido de carbono;   y las plantas, a su vez, absorben dióxido de carbono y desprenden oxígeno,   contribuyendo así al equilibrio de gases en la atmósfera.  •   Aunque los seres vivos obtienen los elementos químicos del medio   en el que se encuentran, su composición química no es parecida a la de dicho   medio, en el que abundan el nitrógeno (aire) o el silicio (suelo). •   Las células que forman los organismos vivos están constituidas   por una serie de compuestos químicos básicos: glúcidos o hidratos   de carbono, lípidos y proteínas. También tienen un papel importante   los ácidos nucleicos. Todas estas sustancias, con la excepción   de los lípidos, están constituidas por moléculas gigantes o biopolímeros.

1

Calcula la masa molecular de la hemoglobina, C2952H4664O832N812S8Fe4, e indica cuántas moléculas de agua son necesarias para que su masa sea igual.

2

Calcula la masa molecular de la celulosa, sabiendo que está formada por unas 10 000 unidades de C6H12O5, y compárala con la de las moléculas de agua, H2O, de dióxido de carbono, CO2, y de sulfato de amonio, (NH4)2SO4.

3

Casi todas las sustancias orgánicas arden en presencia de oxígeno, dando como resultado dióxido de carbono, CO2, y agua, H2O. a) ¿Qué elementos son comunes a todas las sustancias orgánicas?   b) Cita sustancias y objetos de tu entorno que sean compuestos orgánicos.  

158 ES0000000006255 563068 Tema 04_28929.indd 158

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D

.

4

AMPLIACIÓN

ELEMENTOS Y COMPUESTOS

Nombre:  

4

     Curso:  

     Fecha:  

¿Qué diferencias existen entre los compuestos orgánicos y los inorgánicos? Propiedades características de los ácidos y de las bases Ácidos

Bases

Tienen sabor agrio.

Tienen sabor amargo.

Son corrosivos para la piel.

Son suaves al tacto y corrosivas   para la piel.

Sus disoluciones cambian el color   de muchos colorantes orgánicos  y vegetales.

Sus disoluciones modifican el color   de los colorantes en sentido opuesto  al realizado por los ácidos.

Atacan a numerosos metales  desprendiendo gas hidrógeno.

Disuelven muchas grasas.

Conducen en disolución   la corriente eléctrica.

Conducen en disolución  la corriente eléctrica.

Pierden sus propiedades   al reaccionar con las bases.

Pierden sus propiedades  al reaccionar con los ácidos.

Cita compuestos de uso frecuente en casa e indica para qué se utilizan. a) Ácidos orgánicos.       b) Ácidos inorgánicos.       c) Bases.       5

Calcula la composición porcentual de la glucosa (C6H12O6) y de la sacarosa (C12H22O11), y compáralas.

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4

AMPLIACIÓN

FICHA 3

ELEMENTOS Y COMPUESTOS

Nombre:

Curso:

Fecha:

Clasificación de los elementos químicos A principios del siglo xix, a medida que se descubrían nuevos elementos, los investigadores fueron disponiendo de abundantes datos, observando que las propiedades de algunos (metales) eran muy semejantes.

Investigador, fecha

Esto dio lugar a la primitiva clasificación de los elementos en metales y no metales. A lo largo de la historia se han sucedido diferentes intentos hasta llegar al sistema periódico actual. Los más interesantes se recogen en la siguiente tabla:

Avance

1789, Antoine‑Laurent Lavoisier (francés)

Agrupación de 33 elementos según sus propiedades químicas.

1829, Johann W. Döbereiner (alemán)

Grupos de 3 elementos (tríadas).

1830‑1860, Jean‑Baptiste Dumas (francés)

Clasificación de los elementos en metales y metaloides (5 familias: H, F, O, N y C).

1862, Alexander B. de Chancourtois (francés)

«Anillo telúrico»: ordenación en forma de hélice en orden creciente de masas atómicas.

1865, John A. R. Newlands (británico)

Grupos de 8 elementos (octavas).

1869, Lothar Meyer (alemán) y Dmitri I. Mendeleiev (ruso)

Períodos largos (63 elementos ordenados por su masa atómica).

1888, William Crookes (británico)

Modelo de agrupación de los elementos en espiral tridimensional.

1900

Se incorporan los gases nobles.

1915, Henry G. Moseley (británico)

Ordenación de los elementos químicos por el número atómico.

1939

El sistema periódico termina en el elemento uranio.

1940

Se van incorporando a la tabla los elementos transuránidos.

2015

Se conocen 118 elementos. 90 aparecen en la naturaleza y el resto se han creado artificialmente en el laboratorio. Sin embargo, los átomos de estos elementos creados artificialmente se desintegran en un tiempo muy pequeño.

160 ES0000000006255 563068 Tema 04_28929.indd 160

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D

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1

PROBLEMAS RESUELTOS

LA CIENCIA Y LA MEDIDA 1

GRUPO

2

3

4

5

6

7

9

8

10

11

12

13

14

15

16

17

18

PERIODO

PROBLEMA RESUELTO 1

1

1

1,008

2

H*

NO METALES

Hidrógeno 6,941

3

Li

2

Observa el sistema periódico y contesta.

Litio

11

3

23,00

Na Sodio

39,10

19

K

4

Potasio

37

5

85,47

Rb

Rubidio

55

6

132,9

Cs

Cesio

87

(223)

4,003

He Helio

SEMIMETALES 4

9,012

METALES

Be

Berilio

Boro

13

Mg

40,08

Ca

21

Calcio

38

87,62

Sr

44,96

Sc

Escandio

39

Estroncio 137,3

56

Ba Bario

(226)

88

88,91

Y

Itrio

57-71 Lantanoides

89-103

22

47,87

Ti

Titanio

40

91,22

Zr

Circonio 178,5

72

Hf

Hafnio

104

(265)

23

50,94

V

Vanadio 92,91

41

Nb Niobio

73

180,9

Ta

Tántalo

105

(268)

24

52,00

Cr

Cromo 95,96

42

Mo

Molibdeno

74

183,8

W

Wolframio

106

(271)

25

54,94

Mn

Manganeso

43

(98)

Tecnecio

75

186,2

Re Renio

107

(270)

26

55,85

Fe

Hierro

44

101,1

Ru

Rutenio

76

190,2

Os

Co

(277)

102,9

Rh

Ni

Níquel

192,2

Ir

Pd

Paladio

78

Iridio

109

(276)

106,4

46

Rodio

77

58,69

28

Cobalto

45

Osmio

108

58,93

27

195,1

Pt

Platino

110

(281)

63,55

29

Cu

Cobre 107,9

47

Ag Plata

197,0

79

Au Oro

111

(280)

65,38

30

14

Al

Zn Cinc

48

112,4

Cd

200,6

Hg

Mercurio

112

(285)

Germanio

114,8

In

Sn

Estaño

204,4

207,2

82

Tl

Pb

Talio

113

118,7

50

Indio

81

72,64

Ge

Galio

Cadmio

80

Si

32

Ga

49

28,09

Silicio

69,72

31

C

Carbono

26,98

Aluminio

Magnesio

20

12,01

6

B

GASES NOBLES

24,31

12

10,81

5

Plomo

(284)

114

(289)

14,01

7

N

Nitrógeno

15

30,97

P

Fósforo 74,92

33

As

Arsénico 121,8

51

Sb

Antimonio

83

209,0

Bi

Bismuto

115

(288)

16,00

8

O

19,00

9

F

Oxígeno

16

32,06

S

Flúor

Azufre

34

78,96

Se

127,6

Te

Cloro

(209)

Bromo

(293)

126,9

53

I

Yodo (210)

85

Polonio

116

79,90

Br

Teluro

84

Cl

35

Selenio

52

35,45

17

Astato (294)

117

20,18

10

Ne Neón

39,95

18

Ar

Argón

36

83,80

Kr

Kriptón

54

131,3

Xe

Xenón

86

(222)

Radón

118

(294)

7 Francio

Actinoides

Radio

57 Lantanoides

138,9

La

6

Lantano

89 Actinoides

(227)

7 Actinio

Rutherfordio

58

140,1

Ce Cerio

90

232,0

Th Torio

Dubnio

59

140,9

Pr

Praseodimio

91

(231)

Pa

Protactinio

Seaborgio

60

144,2

Nd

Neodimio

92

238,0

U

Uranio

a) Coloca los siguientes elementos en la tabla. • Hierro: es un metal de transición. • Oro: su número atómico es 79. • Neón: es un gas noble. • Sodio: forma iones con carga +1. • Cloro: forma iones con carga -1.

Bohrio

61

(145)

Prometio

93

(237)

Neptunio

Hassio

62

150,4

Sm

Samario

94

(244)

Plutonio

Meitnerio

63

152,0

Eu

Darmstadtio Roentgenio

64

Europio

95

(243)

157,3

Gd

Gadolinio

96

Americio

(247)

Curio

65

158,9

Tb

Terbio

97

(247)

Berkelio

Copernicio

66

162,5

Dy

Disprosio

98

(251)

Californio

Ununtrio

67

164,9

Ho

Flerovio

68

Holmio

99

(252)

167,3

Er

Erbio

100

Einstenio

(257)

Fermio

Ununpentio

168,9

69

Tm Tulio

101

(258)

Mendelevio

Livermorio

70

173,1

Yb

Ununseptio

71

(259)

175,0

Lu

Iterbio

102

Ununoctio

Lutecio

103

Nobelio

(262)

Lawrencio

b) Señala tres elementos químicos que formen iones con carga +2. c) Señala tres elementos químicos que formen iones con carga -1. d) Indica dos elementos que tengan propiedades químicas parecidas al magnesio.

Planteamiento y resolución a) El hierro está situado entre el manganeso y el cobre.

b) Por ejemplo, el berilio, el calcio y el magnesio. c) Por ejemplo, el flúor, el bromo y el yodo.

El oro se encuentra entre el platino y el mercurio.

d) El berilio y el calcio.

El neón está a la derecha, bajo el helio. El sodio está en la primera columna, bajo el litio. El cloro está a la derecha, bajo el flúor.

ACTIVIDADES 1

2

Localiza en la tabla los siguientes elementos y ordénalos según el número de electrones que tienen sus átomos neutros.

3

Con los siguientes elementos químicos, forma grupos de tres elementos agrupando aquellos que tienen propiedades químicas parecidas.

•  Cobre 

•  Arsénico 

•  Boro 

•  Litio 

•  Arsénico 

•  Boro

•  Silicio 

•  Platino 

•  Hidrógeno

•  Galio 

•  Sodio 

•  Aluminio

•  Oxígeno 

•  Carbono 

•  Nitrógeno

•  Xenón 

•  Nitrógeno 

•  Potasio

•  Fósforo 

•  Neón 

•  Argón

Indica tres elementos que formen iones con carga -2.

4

Indica tres elementos que formen iones con carga +1.

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4

PROBLEMAS RESUELTOS

ELEMENTOS Y COMPUESTOS

Q

PROBLEMA RESUELTO 2 Observa los dibujos que representan diferentes sustancias químicas y responde. Helio

Argón

Ozono

Átomo   de cloro

Átomo de argón

Átomo de helio

Cloruro de sodio

Átomo de oxígeno Átomo de sodio

Metano

Óxido de cloro (III)

Diamante

L D e

Plata

1

2

Átomo de carbono

Átomo de carbono

Átomo de oxígeno

Átomo de hidrógeno

Átomo de plata

3

Átomo de cloro

4 a) ¿Qué sustancias son elementos? ¿Cuáles son compuestos? b) ¿Qué sustancias aparecen formando moléculas?

d) ¿Cuáles corresponden a átomos aislados? e) Escribe la fórmula que representa a cada sustancia de los dibujos.

c) ¿Cuáles forman cristales?

Planteamiento y resolución a) Los elementos son el helio, el argón, el ozono,  el diamante y la plata. Los compuestos son el cloruro  de sodio, el metano y el óxido de cloro (III).

d) El helio y el argón están formados por átomos aislados. e) •   Helio " He;  •   Argón " Ar;    •   Ozono " O3;  •  Cloruro de sodio " NaCl;   

b) Forman moléculas el ozono, el metano y el óxido  de cloro (III).

•   Metano " CH4;  •  Diamante " C;     •   Óxido de cloro (III) " Cl2O3;  •  Plata " Ag. 

c) Forman cristales el cloruro de sodio, el diamante   y la plata.

ACTIVIDADES 1

Asocia cada frase de la izquierda con la columna de la derecha correspondiente.

d) HNO3

g) Cl2

b) CO2

e) ClO

f) H2SO4

❏ Moléculas

c) O3

f) CO

i) N2

❏ Cristales

Haz un esquema para representar las moléculas.   ¿Cuáles corresponden a elementos químicos?   ¿Cuáles corresponden a compuestos.

❏ Átomos aislados

•   Los gases nobles   se ordenan así.  •   Están formados por unos   cuantos átomos.

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Escribe cuántos átomos de cada elemento forman las siguientes moléculas: a) NO2

•   Los átomos se ordenan en una   estructura tridimensional. 

162

2

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D

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4

EXPERIENCIAS

FICHA 1

ELEMENTOS Y COMPUESTOS

Química con monedas OBJETIVO Comprobar cómo influye el oxígeno del aire en las monedas de 1, 2 y 5 céntimos de euro.

Material •   Monedas de 1, 2 y 5 céntimos de euro. 

•   Sal.

•   Vaso. 

•   Agua del grifo.

•   Vinagre. 

•   Papel de filtro.

PROCEDIMIENTO Las monedas de 1, 2 y 5 céntimos de euro contienen cobre. Debido al contacto con el oxígeno del aire se ennegrecen y pierden su brillo. 1. Introduce varias monedas de cobre en el interior de un vaso con una mezcla de vinagre y sal. 2. Tras unos minutos, verás cómo las monedas recuperan el brillo, debido al efecto del ácido del vinagre, que disuelve la capa de óxido de cobre. 3. Sacamos algunas monedas y las limpiamos bajo el agua del grifo para comprobar su brillo. 4. Dejamos otras monedas que se sequen encima de papel de filtro. Observamos que se recubren de un tono verdoso. Esto es debido a la acción del cloro de la sal y del oxígeno del aire con el cobre de las monedas, para formar malaquita.

CUESTIONES 1

Clasifica las sustancias que se mencionan en esta experiencia en elementos y compuestos. Organiza tu respuesta en una tabla: Elementos

2

Compuestos

Contesta: a) ¿Por qué las monedas pierden su brillo? b) ¿Qué compuesto se forma? c) ¿Por qué recuperan el brillo las monedas tras meterlas en un vaso con vinagre? d) ¿A qué sustancia se debe el brillo? e) ¿Qué medidas debes tomar antes de verter cualquier sustancia química por el desagüe?

3

¿Por qué se vuelven de un tono verdoso las monedas que no limpiamos con el agua del grifo?

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4

EXPERIENCIAS

FICHA 2

ELEMENTOS Y COMPUESTOS

Metales y compuestos OBJETIVO En esta práctica vas a comprobar algunas de las diferentes propiedades físicas y químicas de dos metales: el magnesio y el hierro. Al reaccionar con otras sustancias, los metales se pueden convertir en compuestos.

1

Material •   Cinta de magnesio, limaduras  de hierro y lana de hierro (en su defecto, lana de acero). •   Imán. •   Pinzas de madera. •   Mechero. •   2 vidrios de reloj. •   Fenolftaleína (indicador). •   Espátula. •   Frasco lavador. •   Varilla de vidrio. •   2 vasos de precipitados de 500 mL. •   2 embudos de cristal que quepan invertidos dentro de cada vaso. •   2 placas calefactoras. •   2 tubos de vidrio de grosor suficiente para que en su interior quepa el vástago  del embudo. •   Termómetro. •   3 pipetas Pasteur o cuentagotas. •   Gradilla y tubos de ensayo. •   Papel de lija.

PROCEDIMIENTO 1

Reacción de los metales con el oxígeno del aire

1. Coge un trozo de cinta de magnesio de unos 15 cm de longitud. Si está recubierto de polvillo blanco, límpialo con el papel de lija, para que se vea el metal. Acércale el imán y comprobarás que este metal no es atraído.

4. Si añades unas gotas de fenolftaleína, verás que se vuelve de color fucsia; esto indica que el óxido de magnesio ha reaccionado con el agua dando hidróxido de magnesio: MgO (s) + H2O " Mg(OH)2 (aq)

1

5

H e e

E p p E c d

C c q

A c d

2

H e n h

•   El imán atrae al hierro. •   El hierro arde, pero su llama tiene un color y aspecto distinto del magnesio [2]. El óxido de hierro tiene un color oscuro:

E y c

Fe (s) + O2 (g) " Fe2O3 (s) El óxido de hierro no reacciona con el agua para dar hidróxido de hierro. Al añadir fenolftaleína al tubo de ensayo con agua y óxido de hierro, no hay cambio de color.

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4

¿

Repite el procecimiento anterior usando lana de hierro. Observarás que:

164

3

C c d d u h E u D

2. Sujeta un extremo de la cinta con la pinza de madera y acerca un mechero encendido a su otro extremo. Aparecerá una llama blanca muy brillante [1]. Mantén la cinta ardiendo sobre un vidrio de reloj con el fin de depositar en él la sustancia que se obtiene en esta combustión. Observarás que es un polvo blanquecino: se trata del óxido de magnesio que se formó al reaccionar el metal con el oxígeno del aire: 1 Mg (s) + O2 (g) " MgO (s) 2 3. En un tubo de ensayo, echa agua destilada hasta una altura de 3 cm. Añade una punta de espátula del polvo de óxido de magnesio y remueve con la varilla.

2

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.

2

Reacción de los metales con el agua

1. Corta una cinta de magnesio de unos 20 cm y rómpela en trozos de 2 o 3 cm.

Magnesio

Hierro

2. Colócalos en uno de los vasos de 500 mL y coloca el embudo de vidrio invertido de forma que cubra los trozos de metal. 3. Echa agua al vaso hasta que cubra toda la parte cónica y 1 cm del vástago del embudo. 4. Llena uno de los tubos gruesos de agua hasta el borde e inviértelo de forma que en su interior esté el vástago del embudo (observa la figura). 5. Marca con un rotulador permanente el nivel del agua en el tubo invertido. Haz un montaje similar al anterior, pero colocando en el interior las limaduras de hierro que quepan en la cucharilla de una espátula. El magnesio reacciona con el agua a temperatura ambiente, pero la reacción es tan lenta que es necesario esperar un día para apreciar que ha bajado el nivel del agua en el tubo. En ese tiempo apenas se aprecia variación en el tubo colocado en el vaso que contiene las limaduras de hierro. Coloca ahora cada uno de los vasos sobre una de las placas calefactoras y calienta suavemente. Controla la temperatura del agua de forma que no pase de 60 °C, para asegurarte de que no entra en ebullición. En ambos tubos aparece un burbujeo que indica que se está desprendiendo gas hidrógeno (observa el pequeño tamaño de las burbujas). En unos quince minutos se debe haber producido un descenso evidente en el nivel de agua en ambos tubos. Desconecta la placa calefactora. ¿Qué ha ocurrido? Coge un tubo de ensayo y, con la ayuda de una pipeta, coloca en su interior un poco del agua que ha estado en contacto con el magnesio. Añade unas gotas de fenolftaleína y verás que toma coloración fucsia, lo que indica que se ha formado hidróxido de magnesio.

Magnesio

Hierro

Haz esto mismo en otra pipeta con el agua que ha estado en contacto con el hierro y verás que el contenido del tubo no cambia de color, lo que indica que no se ha formado hidróxido de hierro. En ambos casos, el metal reacciona con el agua caliente y desprende gas hidrógeno. Se forma un segundo compuesto que es diferente en cada caso: Mg (s) + 2 H2O " Mg(OH)2 (aq) + H2 (g) 2 Fe (s) + 3 H2O " Fe2O3 + 3 H2 (g)

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4

EXPERIENCIAS

FICHA 3

ELEMENTOS Y COMPUESTOS

Propiedades de algunos elementos OBJETIVO Conocer algunos elementos químicos y las propiedades que los caracterizan.

Material •   Cristalizador. 

•   Sodio. 

•   Carbono.

•   Agua destilada. 

•   Mercurio. 

•   Azufre.

•   Espátula. 

•   Hierro. 

•   Cobre.

•   Pinzas. 

•   Plomo. 

•   Yodo.

•   Cualquier otro elemento químico disponible. •   Cápsula de porcelana. •   Montaje eléctrico para determinar la conductividad.

PROCEDIMIENTO Con los elementos químicos disponibles, podrás ir comprobando las distintas propiedades y completando la siguiente tabla. Es necesario, sin embargo, hacer alguna observación preliminar. Se puede observar el comportamiento del sodio con el agua, pero que lo realice siempre el profesor (sería peligroso dejar manipular el sodio). En el caso del mercurio, también es recomendable una prudencia y vigilancia extremas por parte del profesor, debido a la toxicidad del elemento. Completa la tabla: Elemento (símbolo)

Estado físico (20 °C)

Color

Densidad (alta o baja)

Conductividad eléctrica

Otras propiedades y características

Sodio (Na) Mercurio (Hg) Carbono (grafito) (C) Azufre (S)

CUESTIONES 1

¿Cómo se conserva el sodio en el laboratorio? ¿Por qué? ¿Qué gas se forma cuando reacciona el sodio con el agua?

2

Clasifica los siguientes elementos en metales y no metales:

3

a) Aluminio.

f) Carbono.

k) Flúor.

o) Oxígeno.

b) Azufre.

g) Cinc.

l) Helio.

p) Plomo.

c) Arsénico.

h) Cloro.

m) Hidrógeno.

q) Potasio.

d) Bromo.

i) Cobalto.

n) Níquel.

r) Sodio.

e) Calcio.

j) Cromo.

ñ) Nitrógeno.

s) Titanio.

Busca información y contesta: a) ¿Cuáles son los elementos más abundantes en la Tierra? ¿Y en el universo? b) ¿Cuál es la aplicación más habitual de los siguientes elementos? •  Cobre.                  •  Plata.                  •  Aluminio.                  •  Cloro.                  •  Estaño.

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D

ELEMENTOS Y COMPUESTOS

Nombre:

Curso:

Fecha:

AUTOEVALUACIÓN 1

La primera tabla de elementos químicos fue publicada por:

6

¿Cuál es el elemento más abundante en los seres vivos? a) El carbono.

a) John A. R. Newlands.

b) El oxígeno.

b) Dmitri I. Mendeleiev.

c) El hidrógeno

c) Johann W. Döbereiner. 7 2

¿Cómo están ordenados los elementos en el sistema periódico?

a) Bioelementos primarios. b) Oligoelementos.

a) En orden creciente a su masa.

c) Bioelementos secundarios.

b) En orden creciente a su número másico. c) En orden creciente a su número atómico. 3

8

Señala cuál de las siguientes afirmaciones es falsa: a) Las filas de la tabla periódica se llaman periodos.

4

b) Molécula. c) Sustancia molecular. 9

b) Metano (CH4)

a) 7 periodos y 18 filas.

c) Cloruro de sodio (NaCl).

b) 18 periodos y 7 grupos.

5

Los elementos que tienden a perder electrones y formar cationes reciben el nombre de:

¿Cuál de los siguientes no es un compuesto inorgánico? a) Amoniaco (NH3).

¿La tabla periódica actual está formada por:

c) 7 periodos y 18 grupos.

La agrupación de numerosos átomos o iones con una estructura interna perfectamente ordenada e ilimitada en las tres direcciones del espacio se denomina: a) Cristal.

b) Los elementos del mismo periodo tienen distinto número de capas de electrones. c) Todos los elementos de un mismo grupo tienen el mismo número de electrones en la última capa.

Na, K, Ca, Mg y Cl son:

10

Los compuestos orgánicos están formados, fundamentalmente, por:

a) Alcalinos.

a) Carbono e hidrógeno, aunque pueden tener algún átomo de oxígeno, de nitrógeno y, en menor proporción, de fósforo y azufre.

b) Metales.

b) Carbono e hidrógeno únicamente.

c) No metales.

c) Depende de si son naturales o sintéticos.

1 b, 2 c, 3 b, 4 c, 5 b, 6 b, 7 c, 8 a, 9 b, 10 a SOLUCIONES

.

4

EVALUACIÓN DE CONTENIDOS

DÍA A DÍA EN EL AULA FÍSICA Y QUÍMICA 3.° ESO Material fotocopiable © Santillana Educación, S. L.

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4

EVALUACIÓN DE CONTENIDOS

ELEMENTOS Y COMPUESTOS

Nombre:

Curso:

Fecha:

CONTROL B 1

  Dados los siguientes elementos químicos:  •  Sodio. 

…………

•  Argón. 

…………

•  Cobalto.  …………

•  Aluminio.  …………

•  Azufre. 

…………

•  Hierro. 

…………

•  Calcio. 

…………

•  Carbono.  …………

•  Helio. 

…………

•  Nitrógeno.  …………

•  Oxígeno.  …………

a) Escribe su símbolo. b) Clasifícalos en metales, no metales y gases nobles.

c) A temperatura ambiente, ¿en qué estado físico se encuentran?

2

  Dadas las siguientes sustancias:  •  Cloruro de magnesio.

•  Cobre.

•  Cloruro de sodio.

•  Hidrógeno.

•  Dióxido de carbono.

•  Monóxido de nitrógeno.

•  Yoduro de potasio.

•  Sodio.

a) Identifícalas como elementos o compuestos químicos.

b) Escribe su fórmula.

c) ¿Cuáles se encontrarán en forma de moléculas y cuáles en forma de cristales?

3

  Responde a las siguientes cuestiones: a) ¿Qué es una molécula?

b) ¿Cuáles son las sustancias que están en forma de átomos aislados?

c) ¿Qué es un cristal?

d) ¿En qué estado físico se encuentran las sustancias que forman cristales?

Pon un ejemplo de una sustancia que se encuentre en cada una de las formas.

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D

.

Nombre:

4

Curso:

Clasifica los siguientes compuestos como inorgánicos u orgánicos: •  Propano.

•  Amoniaco.

•  Etanol.

•  Dióxido de carbono.

•  Metano.

•  Ácido ascórbico.

•  Glucosa.

•  Nitrato de potasio.

•  Agua.

Inorgánicos

5

Fecha:

Orgánicos

  En la siguiente tabla aparece la abundancia de los elementos en la corteza terrestre. Haz un diagrama de barras con estos datos y explica su significado. Elemento

Abundancia (%)

Oxígeno

46

Silicio

27

Aluminio

8

Hierro

6

Calcio

5

Magnesio

3

Sodio

2

Potasio

2

Otros

1

Explicación:

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4

EVALUACIÓN DE CONTENIDOS

ELEMENTOS Y COMPUESTOS

Nombre:

Curso:

Fecha:

CONTROL A 1

Completa las siguientes frases: a) Un elemento está formado por _____________ del mismo tipo. b) Un compuesto está formado por dos o más _____________

_____________.

c) Mediante calor, el óxido de mercurio se puede descomponer en _____________ y _____________, que son _____________. 2

Completa la tabla: Elemento

Símbolo

Z

Litio

3

Oxígeno

8

Sodio

11

Cloro

17

Potasio

19

Grupo

Metal o no metal

Periodo

Iones (+/-)

a) ¿Qué elementos pertenecen al mismo grupo?

b) ¿Qué tienen en común?

3

Para determinar el tipo de enlace que une a los átomos en tres compuestos desconocidos: A, B y C, se han tomado los siguientes datos: Sustancia

Estado

¿Conduce la corriente?

A

Sólido

No

B

Sólido

Sí

C

Gas

No

a) ¿Cuál de ellos es un metal?

b) ¿Cuál de ellos es un cristal iónico?

c) ¿Cuál de ellos está formando moléculas?

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.

Nombre:

4

Curso:

Fecha:

Responde a las siguientes cuestiones: a) ¿Cuál es la fórmula del hidrógeno? ¿Por qué?

b) El cloruro de calcio, de fórmula CaCl2, se encuentra en forma de cristales iónicos. ¿Qué información nos proporciona la fórmula?

c) El elemento carbono puede aparecer en la naturaleza en forma de diamante. ¿Qué tipo de cristal es? ¿Cómo está formado?

d) El helio es un gas noble. ¿Cuál es su fórmula? ¿Por qué?

5

La información nutricional de una caja de cereales dice que estos contienen 3,5 mg de hierro/100 g de cereales. La CDR es de 14 mg/día, pero el organismo solo es capaz de absorber el 10 % de lo que se ingiere. a) El hierro es un bioelemento o un oligoelemento. ¿Por qué?

b) ¿Qué función tiene el hierro en el organismo?

c) ¿Qué problemas provoca su falta?

d) Si una persona toma una ración de 30 g de cereales en el desayuno, ¿qué cantidad de hierro está ingiriendo? ¿Qué cantidad absorbe?

e) ¿Qué cantidad de cereales habría que tomar al día para absorber la CDR en hierro?

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4

EVALUACIÓN DE CONTENIDOS

ESTÁNDARES DE APRENDIZAJE Y SOLUCIONES

Criterio

Estándares de aprendizaje

Actividades Control B

Control A

B2‑8. Interpretar la ordenación de los elementos en la tabla periódica y reconocer los más relevantes a partir de sus símbolos.

B2‑8.1. Justifica la actual ordenación de los elementos en grupos y periodos en la tabla periódica.

B2‑9. Conocer cómo se unen los átomos para formar estructuras más complejas y explicar las propiedades de las agrupaciones resultantes.

B2‑9.1. Conoce y explica el proceso de formación de un ion a partir del átomo correspondiente, utilizando la notación adecuada para su representación. B2‑9.2. Explica cómo algunos átomos tienden a agruparse para formar moléculas interpretando este hecho en sustancias de uso frecuente y calcula sus masas moleculares.

2, 3

3, 4

B2‑10. Diferenciar entre átomos y moléculas, y entre elementos y compuestos en sustancias de uso frecuente y conocido.

B2‑10.1. Reconoce los átomos y las moléculas que componen sustancias de uso frecuente, clasificándolas en elementos o compuestos, basándose en su expresión química.

2, 4, 5

1, 4

B2‑8.2. Relaciona las principales propiedades de metales, no metales y gases nobles con su posición en la tabla periódica y con su tendencia a formar iones, tomando como referencia el gas noble más próximo.

B2‑10.2. Presenta, utilizando las TIC, las propiedades y aplicaciones de algún elemento y/o compuesto químico de especial interés a partir de una búsqueda guiada de información bibliográfica y/o digital.

172 ES0000000006255 563068 Tema 04_28929.indd 172

2

1

2, 3

2

5

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EVALUACIÓN DE CONTENIDOS

ELEMENTOS Y COMPUESTOS

CONTROL B: SOLUCIONES 1

a) Na, S, N, Ar, Fe, O, Co, Ca, He, Al y C. b) Metales: sodio, hierro, cobalto, calcio y aluminio. No metales: azufre, nitrógeno, oxígeno y carbono. Gases nobles: argón y helio. c) Sólidos: sodio, azufre, hierro, cobalto, calcio, aluminio y carbono. Gases: nitrógeno, argón, oxígeno y helio.

2

a) Elementos: hidrógeno, cobre, sodio. Compuestos: cloruro de magnesio, yoduro de potasio; dióxido de carbono; cloruro de sodio y monóxido de nitrógeno. b) Fórmulas: MgCl2, H2, KI, Cu, CO2, Na, NaCl y NO. c) Moléculas: H2, CO2 y NO. Cristales: MgCl2, KI, Cu, Na y NaCl.

3

a) Es un agrupación de átomos que pueden pertenecer al mismo elemento; por ejemplo, O2. O a elementos diferentes formando compuestos; por ejemplo, CO2. b) Los gases nobles; por ejemplo, el helio (He). c) Es una forma de materia cuyas partículas tienen una estructura interna perfectamente ordenada. d) Aparecen en estado sólido. Por ejemplo, el cloruro de sodio (NaCl).

4

•  Compuestos inorgánicos: dióxido de carbono, nitrato de potasio, amoniaco, agua, cloruro de sodio. •  Compuestos orgánicos: propano, glucosa, metano, etanol y ácido ascórbico.

5

La gráfica queda así: Abundancia (%) 50 40 30 20 10

ro s Ot

sio Po ta

di o So

ne sio

lc

io

M ag

Ca

rro Hi e

in io

io

Al um

lic Si

Ox

íg

en o

0

Los elementos más abundantes en la corteza terrestre son el oxígeno y el silicio, que forman parte de la mayoría de las rocas.

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4

EVALUACIÓN DE CONTENIDOS

ESTÁNDARES DE APRENDIZAJE Y SOLUCIONES

N

CONTROL A: SOLUCIONES 1

a) Un elemento está formado por átomos del mismo tipo. b) Un compuesto está formado por dos o más átomos distintos. c) Mediante calor, el óxido de mercurio se puede descomponer en oxígeno y mercurio, que son elementos.

2

Símbolo

Z

Grupo

Periodo

Metal o no metal

Iones (+/-)

Litio

Li

3

1

2

Metal

+

Oxígeno

O

8

16

2

No metal

-

Sodio

Na

11

1

3

Metal

+

Cloro

Cl

17

17

3

No metal

-

Potasio

K

19

1

4

Metal

+

Elemento

a) El litio, el sodio y el potasio pertenecen al mismo grupo. b) Ambos tienen un solo electrón en el último nivel y tienen tendencia a perderlo para formar un ion positivo. Los elementos de un mismo grupo presentan propiedades físicas y químicas semejantes. 3

a) B. b) A. c) C.

4

a) H2, debido a que el hidrógeno está formado por moléculas en las cuales hay dos átomos unidos. b) En el cristal hay el mismo número de átomos de sodio que átomos de cloro, en proporción 1:1. c) Es un cristal covalente. Está formado por un gran número de átomos de carbono unidos entre sí. d) He, porque se encuentra en forma de átomos aislados.

5

a) El hierro es un oligoelemento. Se encuentra en el organismo en pequeña proporción, pero es indispensable para todos los seres vivos. b) Interviene en la producción de la hemoglobina. c) Anemia. d) Operando: m = 30 g de cereales ?

3,5 ? 10-3 g de hierro 100 g de cereales

= 1,05 mg de hierro

Absorbe el 10 %: 1,05 mg de hierro? e) Operando: m = 0,014 g de hierro ?

174 ES0000000006255 563068 Tema 04_28929.indd 174

10 100

= 0,105 mg de hierro

100 g de cereales 3,5 ? 10-3 g de hierro

= 400 g

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NOTAS

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EVALUACIÓN POR COMPETENCIAS

ELEMENTOS Y COMPUESTOS

Nombre:

Curso:

Fecha:

EVALUACIÓN POR COMPETENCIAS

¿Qué supone el descubrimiento de nuevos elementos? Hacia 1830 se conocían cincuenta y cinco elementos diferentes, un buen paso desde los cuatro elementos de la antigua teoría. De hecho, el número era demasiado grande para no inquietar a los químicos. Los elementos variaban extensamente en sus propiedades, y parecía existir poco orden entre ellos. ¿Por qué había tantos? Y ¿cuántos más quedaban por descubrir? ¿Diez? ¿Cien? ¿Mil? ¿Un número infinito?

1

GRUPO

2

3

4

5

6

7

Era tentador buscar un orden en el conjunto de los elementos ya conocidos. Quizá de esta manera podría encontrarse una razón que explicase su número, y alguna manera de justificar la variación de las propiedades que poseían. Breve historia de la Química, Isaac asImov

9

8

10

11

12

13

14

15

16

17

18

PERIODO

1

1

1,008

2

H*

NO METALES

Hidrógeno 6,941

3

Li

2

Litio

11

3

23,00

Na Sodio

19

4

39,10

K

Potasio

37

5

85,47

Rb

Rubidio

55

6

132,9

Cs

Cesio

87

(223)

4,003

He Helio

SEMIMETALES 4

9,012

5

METALES

Be

Berilio

Boro

13

Mg

40,08

Ca

Calcio

38

87,62

Sr

21

56

Ba Bario

(226)

88

44,96

Sc

Escandio

39

Estroncio 137,3

26,98

Al

Aluminio

Magnesio

20

B

GASES NOBLES

24,31

12

10,81

88,91

Y

Itrio

57-71 Lantanoides

89-103

22

47,87

Ti

Titanio

40

91,22

Zr

Circonio

72

178,5

Hf

Hafnio

104

(265)

23

50,94

V

Vanadio 92,91

41

Nb Niobio

73

180,9

Ta

Tántalo

105

(268)

24

52,00

Cr

Cromo 95,96

42

Mo

Molibdeno

74

183,8

W

Wolframio

106

(271)

25

54,94

Mn

Manganeso

43

(98)

Tecnecio

75

186,2

Re Renio

107

(270)

26

55,85

Fe

Hierro

44

101,1

Ru

Rutenio

76

190,2

Os

Co

Cobalto

(277)

102,9

45

Rh Rodio

77

Osmio

108

58,93

27

192,2

Ir

Iridio

109

(276)

58,69

28

Ni

Níquel 106,4

46

Pd

Paladio

78

195,1

Pt

Platino

110

(281)

63,55

29

Cu

Cobre 107,9

47

Ag Plata

197,0

79

Au Oro

111

(280)

65,38

30

Zn Cinc

48

112,4

Cd

Ga Galio

49

Cadmio

80

200,6

Hg

(285)

114,8

In Indio

81

Mercurio

112

69,72

31

204,4

Tl

Talio

113

(284)

12,01

6

C

Carbono

14

28,09

Si

Silicio 72,64

32

Ge

Germanio 118,7

50

Sn

Estaño 207,2

82

Pb

Plomo

114

(289)

14,01

7

N

Nitrógeno

15

30,97

P

Fósforo 74,92

33

As

Arsénico 121,8

51

Sb

Antimonio

83

209,0

Bi

Bismuto

115

(288)

16,00

8

O

19,00

9

F

Oxígeno

16

32,06

S

Flúor

17

Azufre

34

78,96

Se

Selenio

52

127,6

Te

84

Polonio

116

(293)

Cl

Cloro 79,90

35

Br

Bromo 126,9

53

I

Teluro (209)

35,45

Yodo

85

(210)

Astato

117

(294)

10

20,18

Ne Neón

18

39,95

Ar

Argón

36

83,80

Kr

Kriptón

54

131,3

Xe

Xenón

86

(222)

Radón

118

(294)

7 Francio

Radio

Actinoides

57 Lantanoides

6

138,9

La

Lantano

89

58

140,1

Ce Cerio

90

232,0

Dubnio

59

140,9

Pr

Praseodimio

91

(231)

Seaborgio

60

144,2

Nd

Neodimio

92

238,0

Bohrio

61

(145)

Prometio

93

(237)

Hassio

62

150,4

Sm

Samario

94

(244)

Th Pa U Neptunio Torio Plutonio Actinio ¿Se corresponde la imagen con Protactinio la tablaUranioperiódica del año 1830? Justifica tu respuesta. Actinoides

1

(227)

Rutherfordio

Meitnerio

63

152,0

Eu

Europio

95

(243)

Darmstadtio Roentgenio

64

157,3

Gd

Gadolinio

96

(247)

65

158,9

Tb

Terbio

97

(247)

Copernicio

66

162,5

Dy

Disprosio

98

(251)

Ununtrio

67

164,9

Ho

Holmio

99

(252)

Flerovio

68

167,3

Er

Erbio

100

(257)

Ununpentio

168,9

69

Tm Tulio

101

(258)

Livermorio

70

173,1

Yb

Iterbio

102

(259)

Ununseptio

71

Ununoctio

175,0

Lu

Lutecio

103

(262)

7

176 ES0000000006255 563068 Tema 04_28929.indd 176

Americio

2

Fermio Lawrencio Nobelio Californio Berkelio Mendelevio Curio ¿Por qué surgió la Einstenio necesidad entre los científicos de clasificar los elementos químicos?

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D

.

Nombre:

3

¿Cuántos elementos químicos se conocen en la actualidad? a) 117

4

Curso:

b) 118

6

c) 119

La clasificación es uno de los métodos de trabajo usuales en la ciencia: clasificación de plantas, animales, etc.

7

En la tabla de la figura no aparecen todos los elementos. Indica cuáles de los siguientes faltan: •  Elementos de transición

•  Lantanoides

•  Semimetales

•  Actinoides

La tabla periódica actual se debe a D. I. Mendeleiev. a) ¿Sirvió para calmar las inquietudes de los químicos?

a) ¿Cómo se realiza una clasificación?

b) ¿El criterio empleado por Mendeleiev para ordenar los elementos era el mismo que el actual? Justifica tu respuesta.

b) ¿Qué utilidad tiene la clasificación de los elementos químicos?

5

Fecha:

c) ¿Por qué dejó huecos Mendeleiev cuando elaboró su tabla?

Fíjate en la figura y responde a las siguientes cuestiones sobre la tabla periódica actual: a) ¿Cuál es el criterio de clasificación de los elementos?

b) ¿Hubo otros criterios anteriores? ¿Cuáles?

8

c) ¿En qué cuatro grandes grupos se clasifican los elementos?

9

Entra en la siguiente tabla periódica interactiva, selecciona un elemento y elabora un informe en formato digital en el que plasmes esta información: historia de su descubrimiento, propiedades y usos. http://ntic.educacion.es/w3/eos/MaterialesEducativos/ mem2002/quimica/

La posición que ocupa un elemento en el sistema periódico puede explicar sus propiedades, como el estado físico en que se va a encontrar el elemento y los compuestos que forme. Consulta la tabla periódica y completa la tabla siguiente: Elemento o compuesto

Fórmula

Tipo de elemento

Átomo aislado, molécula o cristal

Estado físico

Oxígeno Sodio Cobalto Dióxido de carbono Cloruro de sodio Monóxido de nitrógeno 10

Ahora que tienes más información, contesta: ¿qué supone el descubrimiento de nuevos elementos?

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4

EVALUACIÓN POR COMPETENCIAS

ESTÁNDARES DE APRENDIZAJE Y SOLUCIONES

Competencia que se trabaja

Comunicación lingüística

Competencia matemática y competencias básicas en ciencia y tecnología

Usa las TIC

Sentido de iniciativa y emprendimiento

178 ES0000000006255 563068 Tema 04_28929.indd 178

Criterio

Estándares de aprendizaje

Actividades

B2‑8. Interpretar la ordenación de los elementos en la tabla periódica y reconocer los más relevantes a partir de sus símbolos.

B2‑8.1. Justifica la actual ordenación de los elementos en grupos y periodos en la tabla periódica.

1, 2, 3, 4

B2‑8.2. Relaciona las principales propiedades de metales, no metales y gases nobles con su posición en la tabla periódica y con su tendencia a formar iones, tomando como referencia el gas noble más próximo.

5

B2‑8. Interpretar la ordenación de los elementos en la tabla periódica y reconocer los más relevantes a partir de sus símbolos.

B2‑8.1. Justifica la actual ordenación de los elementos en grupos y periodos en la tabla periódica.

5, 7

B2‑8.2. Relaciona las principales propiedades de metales, no metales y gases nobles con su posición en la tabla periódica y con su tendencia a formar iones, tomando como referencia el gas noble más próximo.

5, 6

B2‑9. Conocer cómo se unen los átomos para formar estructuras más complejas y explicar las propiedades de las agrupaciones resultantes.

B2‑9.2. Explica cómo algunos átomos tienden a agruparse para formar moléculas interpretando este hecho en sustancias de uso frecuente y calcula sus masas moleculares.

9

B2‑10. Diferenciar entre átomos y moléculas, y entre elementos y compuestos en sustancias de uso frecuente y conocido.

B2‑10.2. Presenta, utilizando las TIC, las propiedades y aplicaciones de algún elemento y/o compuesto químico de especial interés a partir de una búsqueda guiada de información bibliográfica y/o digital.

8

B2‑8. Interpretar la ordenación de los elementos en la tabla periódica y reconocer los más relevantes a partir de sus símbolos.

B2‑8.1. Justifica la actual ordenación de los elementos en grupos y periodos en la tabla periódica.

10

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D

.

EVALUACIÓN POR COMPETENCIAS: SOLUCIONES 1

No. Según el texto en el año 1830 solo se conocían 55 elementos químicos. En la tabla periódica de la imagen hay muchos más, y además, según la información indicada, algunos de ellos han sido descubiertos en los últimos años.

2

Debido a que el número de elementos conocidos aumentaba y era necesario buscar alguna relación entre sus propiedades. Cuando aparecen muchos elementos de una categoría, es probable que existan subcategorías en las que poder clasificarlos.

3

La opción correcta es la b).

4

a) Es necesario establecer un criterio de clasificación que agrupe a aquellos elementos que tienen las mismas características. b) Porque así podemos comprender mejor sus propiedades, buscar regularidades, etc.

5

7

b) No, Mendeleiev clasificó los elementos en orden creciente a su masa atómica. Actualmente se clasifican en orden creciente a su número atómico. c) Porque predijo que se descubrirían nuevos elementos químicos que estarían situados donde él dejó los huecos. La posición de los huecos indicaba las propiedades que deberían tener los elementos que aún no se habían descubierto. 8

a) El orden creciente de número atómico (Z). b) Sí. La primera clasificación se realizó utilizando la masa atómica y no el número atómico.

6

a) Sí. La tabla elaborada por Mendeleiev mostró que la posición en el sistema periódico sirve para predecir las propiedades de un elemento, ya que todos los elementos de un mismo grupo presentan propiedades semejantes.

El alumno o alumna debe elegir un elemento químico y elaborar un informe en formato digital, por ejemplo en un procesador de textos o mediante una presentación multimedia, en el que ordene la información. Debe responder a la siguiente estructura: 1. Nombre del elemento.

c) Metales, no metales, semimetales y gases nobles.

2. Historia de su descubrimiento.

Faltan los lantanoides y los actinoides.

3. Propiedades. 4. Usos y aplicaciones.

9

10

Átomo aislado, molécula o cristal

Tipo de elemento

Estado físico

Elemento o compuesto

Fórmula

Oxígeno

O2

No metal

Molécula

Gas

Sodio

Na

Metal

Cristal metálico

Sólido

Cobalto

Co

Metal

Cristal metálico

Sólido

Dióxido de carbono

CO2

No metal + no metal

Molécula

Gas

Cloruro de sodio

NaCl

Metal + no metal

Cristal iónico

Sólido

Monóxido de nitrógeno

NO

No metal + no metal

Molécula

Gas

El alumno debe responder basándose en la información analizada y los conocimientos adquiridos en la unidad. El descubrimiento de nuevos elementos químicos supone conocer mejor el mundo que nos rodea. Este hecho está íntimamente relacionado con el avance científico tanto en el campo de la química como en otras disciplinas que requieren de este conocimiento, como puede ser la tecnología, la física, la biología o la medicina.

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UNIDAD 5 La reacción química

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UNIDAD 5. La reacción química

Guion de la unidad y sugerencias didácticas. . . . . . 184 Presentación de la unidad Objetivos Contenidos Consideraciones a tener en cuenta Competencias que se trabajan Criterios de evaluación

Enseñanza individualizada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186 Refuerzo • Ficha 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186 • Ficha 1 (soluciones) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187 • Ficha 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188 • Ficha 2 (soluciones) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189 • Ficha 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190 • Ficha 3 (soluciones) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191 • Ficha 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192 • Ficha 4 (soluciones) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193

Profundización • Ficha 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194 • Ficha 1 (soluciones) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195 • Ficha 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196 • Ficha 2 (soluciones) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197

Ampliación • Ficha 1. Los cambios químicos a nivel microscópico . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198 • Ficha 2. Cómo suceden las reacciones químicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200 • Ficha 3. Estequiometría . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201 • Ficha 4. Energía y reacción química . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204 • Ficha 5. Química y medio ambiente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206

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D

.

• Ficha 6. Química y medicina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209 • Ficha 7. Química y recursos energéticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210 • Ficha 8. Los principios activos de los medicamentos . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212

Problemas resueltos • Problema resuelto 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213 • Problema resuelto 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214 • Problema resuelto 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215 • Problema resuelto 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216

Experiencias • Ficha 1. Reacciones químicas entre sólidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217 • Ficha 2. Reacción del mármol con ácido clorhídrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218 • Ficha 3. Comprobación del efecto invernadero . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220 • Ficha 4. La ley de la conservación de la masa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221 • Ficha 5. Extintor casero . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222

Recursos para la evaluación de contenidos . . . . . . . 223 Autoevaluación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223 Controles • Control B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224 • Control A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226

Estándares de aprendizaje y soluciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228

Recursos para la evaluación por competencias . . . 232 Prueba de evaluación por competencias • Año 2050: ¿cómo nos afectará el calentamiento global? . . . . . . . . . . . . . . . 232

Estándares de aprendizaje y soluciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234

DÍA A DÍA EN EL AULA FÍSICA Y QUÍMICA 3 .° ESO Material fotocopiable © Santillana Educación, S. L.

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5

PRESENTACIÓN Y PROGRAMACIÓN

LA REACCIÓN QUÍMICA

PRESENTACIÓN

C

1.

En primer lugar recordamos diferenciar entre cambio físico y cambio químico.

2.

A continuación definimos las reacciones químicas y descubrimos el mecanismo por el que unas sustancias se transforman en otras.

3.

Trabajamos con ecuaciones químicas, aprendemos a ajustarlas y llevamos a cabo cálculos estequiométricos.

4.

Por otro lado, prestamos atención a la problemática medioambiental actual y toda la repercusión que tienen determinados efectos de la actividad industrial sobre

el medio natural. Asuntos como la destrucción de la capa de ozono, el incremento del efecto invernadero o la lluvia ácida están presentes todos los días en los medios de comunicación. 5.

1

A su vez, comprendemos que la química esta presente en la sociedad actual en todos los ámbitos (aditivos para alimentos, medicamentos, producción de nuevos materiales, etc.). Por ello, los conocimientos básicos de química deben formar parte de la cultura general de cualquier persona en la actualidad.

2

3

OBJETIVOS •   Comprender qué son las reacciones químicas y cómo  se representan.

•   Comprender las implicaciones que tienen distintas  actividades humanas en el medio ambiente.

•   Saber utilizar la teoría de las colisiones para explicar  los cambios químicos.

•   Conocer y proponer soluciones a los problemas  medioambientales más graves que afectan a la Tierra.

•   Realizar cálculos con masas y volúmenes a partir  de reacciones químicas. •   Aprender a ajustar ecuaciones químicas teniendo  en cuenta la ley de conservación de la masa. •   Saber qué información podemos obtener a partir  de una ecuación química dada.

•   Aprender a hacer un buen uso de los medicamentos. •   Comprender la relación de la química con campos como  la agricultura, la alimentación o el desarrollo de nuevos materiales.

CONTENIDOS SABER

•   Reacciones químicas. Teoría de las colisiones. •   Ecuación química: información que proporciona y ajuste. •   Cálculos estequiométricos sencillos en masa y en volumen. •   Ley de conservación de la masa: Lavoisier. •  Química y medio ambiente. •  Medicamentos y drogas. •  La química y el progreso: agricultura, alimentación y materiales.

SABER HACER

•   Interpretar ecuaciones químicas. •   Realizar cálculos estequiométricos con masas y volúmenes. •   Aplicar las leyes de las reacciones químicas a ejemplos sencillos. •   Interpretar esquemas según la teoría de colisiones para explicar reacciones químicas. •   Realizar experiencias en el laboratorio donde se producen reacciones químicas. •   Buscar relaciones entre la química y la mejora en la calidad de vida.

C

•   Comentar artículos periodísticos en los que se ponga de manifiesto alguno  de los problemas medioambientales tratados en la unidad.

1

•   Buscar soluciones para evitar el deterioro que sufre el medio ambiente. SABER SER

2

•   Apreciar el orden, la limpieza y el trabajo riguroso en el laboratorio.

3

•   Valorar la gran importancia que ha tenido la química en el desarrollo  que se ha producido en nuestra sociedad.

184 ES0000000006255 563068 Tema 05_28930.indd 184

•   Ser consciente de los problemas medioambientales que afectan a nuestro planeta.

4

•   Hacer un uso adecuado de los medicamentos.

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DÍA A DÍA EN EL AULA FÍSICA Y QUÍMICA 3.° ESO   Material fotocopiable © Santillana Educación, S. L.

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PRESENTACIÓN Y PROGRAMACIÓN

LA REACCIÓN QUÍMICA

CONSIDERACIONES A TENER EN CUENTA 1. Para comprender el concepto de reacción química, experimentaremos con reacciones químicas en el laboratorio. Así, el alumno al observará cambios de color, desprendimiento de gases, etc. Luego escribiremos las ecuaciones químicas correspondientes. 2. A lo largo de la unidad citaremos diversos ejemplos de reacciones químicas cotidianas. 3. Es importante que el alumno aprenda a realizar cálculos estequiométricos, siguiendo un procedimiento establecido.

4. Prestaremos especial atención a la gran interacción existente entre la química y todo lo que nos rodea: los alimentos, los medicamentos, la agricultura, etc. 5. Por ultimo, detallaremos algunos de los inconvenientes que produce la actividad industrial; en concreto generación de contaminantes que afectan tanto al medio ambiente como a los seres vivos. Propondremos medidas en este sentido para minimizar estos efectos negativos.

COMPETENCIAS QUE SE TRABAJAN Comprensión de textos y expresión escrita

Usa las TIC

En la secciones APLICA UNA TÉCNICA y UN CASO PRÁCTICO se trabaja de forma explícita los contenidos relacionados con la comprensión lectora y expresión escrita, a través de un texto seguido de actividades.

En la sección UN CASO PRÁCTICO se trabaja con artículos de prensa para contextualizar la información de la unidad en temas actuales relacionados con la vida cotidiana.

Competencia científica y matemática

Aprender a aprender

En los cálculos estequiométricos aplicamos proporciones y factores de conversión.

A lo largo de toda la unidad se trabajan las destrezas necesarias para que el aprendizaje sea lo mas autónomo posible. Las actividades están diseñadas para ejercitar habilidades como: analizar, adquirir, procesar, evaluar, sintetizar y organizar los conocimientos nuevos.

También se trabaja con gráficos y procentajes en las actividades propuestas sobre contaminantes químicos. El conocimiento de los cambios químicos ayuda a conocer mejor el mundo que nos rodea. La teoría de las colisiones aporta claridad para entender la naturaleza de los cambios. De esta forma se construyen las bases del estudio en profundidad de las reacciones químicas, tan necesario en cursos posteriores. En el apartado 4 se evalúan los efectos negativos que la actividad industrial produce sobre el medio ambiente: lluvia ácida, efecto invernadero, destrucción de la capa de ozono y contaminación del aire y del agua. En el apartado 5 se muestra cómo la química contribuye al progreso de nuestra sociedad. Es el caso del desarrollo de medicamentos, de alimentos o de nuevos materiales.

Toma la iniciativa Conocer los elementos fundamentales para la vida contribuye a la adquisición de destrezas básicas para desenvolverse en los aspectos relacionados con la nutrición y la alimentación y, por extensión, en la habilidad de toma de decisiones y diseño de la propia dieta. En la última actividad de UN CASO PRÁCTICO se propone al alumno que dé su opinión sobre un tema controvertido. Para ello debe tener en cuenta los conocimientos adquiridos en esta unidad.

CRITERIOS DE EVALUACIÓN 1. Identificar las reacciones químicas y poner ejemplos concretos.

6. Calcular masas a partir de ecuaciones quimicas.

2. Conocer la ley de conservación de la masa de Lavoisier.

8. Explicar la relación existente entre la química y otras industrias: alimentaria, farmacéutica, etc.

3. Escribir la ecuación química correspondiente a reacciones químicas sencillas. 4. Ajustar ecuaciones químicas sencillas.

7. Calcular volúmenes a partir de ecuaciones químicas.

9. Analizar los efectos no deseados para el medio ambiente de algunas de las actividades industriales.

5. Realizar cálculos estequiométricos sencillos.

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REFUERZO

FICHA 1

LA REACCIÓN QUÍMICA

ACTIVIDADES DE REFUERZO 1

Escribe la fórmula y calcula la masa molecular de las siguientes sustancias: a) Dióxido de azufre. b) Hidruro de potasio.

7

Escribe y ajusta la ecuación química correspondiente a la reacción de combustión del metano: CH4.

8

En la reacción: PbO + NH3 " Pb + N2 + H2O

c) Ácido sulfúrico.

a) ¿Cuáles son los reactivos y cuáles los productos de la reacción? Escribe sus nombres.

d) Cloruro de berilio. 2

En un laboratorio disponemos de 45,5 g de trióxido de dinitrógeno: a) Escribe la fórmula del compuesto.

b) Escribe la reacción ajustada. 9

Óxido de calcio + cloruro de hidrógeno " " cloruro de calcio + agua

b) ¿Qué representa dicha fórmula? c) Calcula su masa molecular.

a) Escribe y ajusta la ecuación química correspondiente.

d) Calcula el número de moléculas.

b) Si reaccionan 84 g de calcio, ¿cuántos gramos de cloruro de calcio se obtienen?

e) Halla el número de átomos de cada elemento. 3

Explica qué es una reacción química y cómo se produce. Indica mediante un modelo de bolas la reacción representada por la siguiente ecuación química:

10

¿Qué cantidad de óxido de hierro se obtiene? 11

Escribe y ajusta las ecuaciones: a) Hidrógeno (g) + oxígeno (g) " agua (l)

5

Al hacer reaccionar 2,33 g de hierro con oxígeno, según la reacción: Fe + O2 " Fe2O3

H2 (g) + O2 (g) " H2O (g) 4

Dada la siguiente reacción química:

El etano (C2H6) se combina con el oxígeno para dar dióxido de carbono y agua:

b) Hidrógeno (g) + cloro (g) " cloruro de hidrógeno (g)

a) Escribe la reacción de combustión correspondiente y ajústala.

Señala cuál o cuáles de las siguientes ecuaciones químicas no están bien ajustadas:

b) Si partimos de 30 g de etano, halla las masas de todas las sustancias que participan en la reacción.

a) CaO + HCl " CaCl2 + H2O 12

b) Hg + S " Hg2S c) Cu2S + O2 " 2 Cu + SO2

El cloruro de hidrógeno se descompone por electrolisis, obteniéndose hidrógeno y cloro gaseosos. Escribe la reacción ajustada.

d) Cl2 + 2 Na " 2 NaCl Ajústalas convenientemente. 6

Observa la siguiente ecuación química: Na (s) + O2 (g) " Na2O (s) a) Ajústala. b) Explica toda la información que proporciona esta ecuación acerca de la reacción química que representa.

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REFUERZO

FICHA 1

LA REACCIÓN QUÍMICA

ACTIVIDADES DE REFUERZO (soluciones) 1

a) SO2. La masa molecular es: 64.

6

a) La reacción ajustada es: 4 Na (s) + O2 (g) " 2 Na2O (s)

b) KH. La masa molecular es: 40,1. c) H2SO4. La masa molecular es: 98.

b) La ecuación indica que cuatro átomos de sodio (sólido) reaccionan con una molécula de oxígeno (gas) y dan un compuesto cuya unidad fundamental está formada por dos átomos de sodio y un átomo de oxígeno (en estado sólido).

d) BeCl2. La masa molecular es: 80. 2

a) N2O3. b) En este caso, la fórmula representa los átomos que hay en una molécula. Es decir, 2 átomos de N y 3 de O.

7

CH4 + 2 O2 " CO2 + 2 H2O

c) La masa molecular es: 2 ? 14 + 3 ? 16 = 76.

8

d) El número de moléculas será el número de Avogadro, es decir: 6,022 ? 1023 moléculas.

a) Reactivos: PbO [óxido de plomo(II)] y NH3 (amoniaco). Productos: Pb (plomo), N2 (nitrógeno) y H2O (agua). b) La reacción ajustada es:

e) El número de átomos de nitrógeno será: 23

La ecuación ajustada es:

3 PbO + 2 NH3 " 3 Pb + N2 + 3 H2O

24

2 ? 6,022 ? 10 = 1,2044 ? 10 átomos N 9

El número de átomos de oxígeno será: 23

a) La ecuación es: CaO + 2 HCl " CaCl2 + H2O

24

3 ? 6,022 ? 10 = 1,8066 ? 10 átomos O 3

Una reacción química es una transformación en la cual aparecen unas sustancias nuevas y desaparecen otras que existían. Se produce cuando «chocan» dos o más partículas.

b) En este caso: 84 g Ca ? 10

4

O2

Ahora calculamos la cantidad de óxido de hierro: 2,33 g Fe ?

H2O

a) 2 H2 (g) + O2 (g) " 2 H2O (l )

11

a) Mal ajustada. La ecuación bien ajustada es: CaO + 2 HCl " CaCl2 + H2O b) Mal ajustada. La ecuación bien ajustada es: 2 Hg + S " Hg2S

2 ? 159,6 g Fe2O3 4 ? 55,8 g Fe

= 3,33 g Fe2O3

a) La ecuación ajustada será: 2 C2H6 + 7 O2 " 4 CO2 + 6 H2O

b) H2 (g) + Cl2 (g) " 2 HCl (g) 5

= 232,7 g CaCl2

4 Fe + 3 O2 " 2 Fe2O3

"

H2

40,1 g Ca

Primero se ajusta la reacción:

La reacción ajustada es: 2 H2 + O2 " 2 H2O.

+

111,1 g CaCl2



b) Si partimos de 30 g de etano: 7 ? 32 g O2 • 30 g C2H6 ? = 112 g O2 2 ? 30 g C2H6





• 88 g CO2





• 54 g H2O

12

La ecuación ajustada será:

c) Bien ajustada.

2 HCl " H2 + Cl2

d) Bien ajustada.

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REFUERZO

FICHA 2

LA REACCIÓN QUÍMICA

ACTIVIDADES DE REFUERZO 1

Clasifica, de forma razonada, las siguientes transformaciones en cambios físicos o cambios químicos:

3.

Añadimos hierro, un clavo, etc., al vaso.

B

A

c) ¿Se disuelve el hierro? d) ¿Observas algún cambio?

a) Es un cambio _______ porque ________.

e) ¿De qué color es ahora la disolución?

b) Es un cambio _______ porque ________. C

f) ¿Ha cambiado el color del sólido?

D

g) ¿Cuál crees que es la razón de estos cambios? 3

La reacción química que se produce en la actividad anterior es: Sulfato de cobre + hierro " " sulfato de hierro + cobre

c) Es un cambio _______ porque ________. Determina:

d) Es un cambio _______ porque ________.

a) ¿Qué sustancia produce una disolución azulada? 2

En una experiencia de laboratorio:

b) ¿De qué color es el hierro?

1.

c) ¿Qué sustancia produce una disolución verdosa?

Añadimos agua en el tubo de ensayo hasta que ocupe dos tercios de su capacidad, aproximadamente.

d) De todas las sustancias implicadas, ¿cuáles son solubles en agua y cuáles no? 4

Una ecuación química está ajustada cuando el número de átomos que hay en el primer miembro es igual al número de átomos del segundo. Cuando reaccionan el nitrógeno y el hidrógeno, en las condiciones adecuadas, se obtiene amoniaco. a) Escribe, con letra, la reacción química que se produce en este caso.

Reactivo 1 + reactivo 2 " producto b) Escribe las fórmulas correspondientes a cada sustancia.

2.

c) Usa los siguientes dibujos para completar el modelo molecular que representa dicha reacción, de forma que esté ajustada:

Añadimos sulfato de cobre.

• Átomo de nitrógeno • Átomo de hidrógeno

+ a) ¿El sulfato de cobre se disuelve?

Reactivos

b) ¿De qué color es la disolución obtenida?

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" Productos

d) Escribe la ecuación química ajustada.

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REFUERZO

FICHA 2

LA REACCIÓN QUÍMICA

ACTIVIDADES DE REFUERZO (soluciones) 1

a) Es un cambio químico porque unas sustancias desaparecen y aparecen otras nuevas.

b) El hierro es de color gris.

b) Es un cambio físico porque no aparecen ni desapare­ cen sustancias.

d) El sulfato de cobre es soluble, mientras que el hierro no es soluble.

c) Es un cambio físico porque no aparecen ni desapare­ cen sustancias. d) Es un cambio químico porque desaparecen unas sustancias y aparecen otras nuevas. Conclusión: en los cambios químicos desaparecen unas sustancias y se formas otras nuevas. Mientras que en los cambios físicos no aparecen ni desaparecen sustancias. 2

c) Los iones de hierro: Fe2+.

4

a) La reacción química que se produce en este caso es. Nitrógeno + hidrógeno " amoniaco b) Nitrógeno " N; hidrógeno " H; amoniaco " NH3. c) La representación de la reacción ya ajustada es la siguiente: H N

a) Sí. b) La disolución obtenida es de color azul. Esto se debe a la presencia de los iones Cu2+. c) El hierro no se disuelve. d) Sí. Las partículas de hierro hacen que se produzca una reacción química. e) La disolución adquiere un tono verdoso. f) Sí. Se ha vuelto rojizo. g) Se ha producido un cambio químico.

3

La reacción química es: Sulfato de cobre + hierro " " sulfato de hierro + cobre

+ Reactivos

NH3

" Productos

d) La ecuación química ajustada es: N2 + 3 H2 " 2 NH3 Es decir, una molécula de nitrógeno se combina con tres moléculas de hidrógeno para dar dos moléculas de amoniaco. Cada molécula de amoniaco está formada por un átomo de nitrógeno y tres átomos de hidrógeno. La reacción tiene lugar entre muchas moléculas de nitrógeno y muchas moléculas de hidrógeno.

a) El ion Cu2+.

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REFUERZO

FICHA 3

LA REACCIÓN QUÍMICA

ACTIVIDADES DE REFUERZO 1

a) ¿Qué cantidad de sulfuro de hierro hay?

Dada la reacción: 2 CO (g) + O2 (g) " 2 CO2 (g)

b) Escribe la ecuación química ajustada correspondiente a esta reacción.

a) Escribe la reacción dando nombre a todas las sustancias que intervienen. b) Completa:





• Dos __________ de monóxido de carbono reaccionan con __________ molécula de __________ y se forman _________ moléculas de __________.

c) ¿Qué cantidad de hierro se necesita para obtener 88 g de sulfuro de azufre a partir de 32 g de azufre? 3

Une mediante una flecha los reactivos con sus correspondientes productos: • Fe2O3 + 3 CO

• __________ moléculas de __________ reaccionan con __________ molécula de oxígeno y se forman __________ moléculas de dióxido de carbono.

• 2 H2 + O2

❏ FeSO4 + Cu

• 2 Cu + O2

❏ H2O



❏ 2 Fe + 3 CO2

• CuSO4 + Fe

Cuando mezclamos hierro con azufre y calentamos se produce sulfuro de hierro.





❏ CO2 + 2 H2O

• CH4 + 2 O2

• __________ litros de __________ reaccionan con __________ litros de oxígeno y se forman __________ litros de dióxido de carbono. 4

2

Azufre + hierro " sulfuro de hierro



❏ 2 CuO

Ajusta la siguiente reacción química y completa la tabla. NO (g) + O2 (g) " NO2 (g) NO

O2

NO2

40 L



6 moléculas



32 kg





100 L 60 g 14 g de hierro

100 moléculas 5

Explica por qué las siguientes reacciones químicas se producen a distinta velocidad. A

B

Más lenta

8 g de azufre.



Más rápida

Sulfuro de hierro

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REFUERZO

FICHA 3

LA REACCIÓN QUÍMICA

ACTIVIDADES DE REFUERZO (soluciones) 1

La reacción es: 2 CO (g) + O2 (g) " 2 CO2 (g) a) CO " monóxido de carbono. O2 " oxígeno. CO2 " dióxido de carbono. b) Completa:

 

 

 

 

 

 

2

•   Dos moléculas de monóxido de carbono reaccionan con una molécula de oxígeno y se forman dos moléculas de dióxido de carbono. •   Dos moléculas de monóxido de carbono reaccionan con una molécula de oxígeno y se forman dos moléculas de dióxido de carbono. •   44,8 litros de monóxido de carbono reaccionan con 22,4 litros de oxígeno y se forman 44,8 litros de dióxido de carbono.

a) 14 g. b) La ecuación correspondiente es:

 

S + Fe " FeS

 

c) Como se cumple la ley de conservación de la masa, basta con realizar una resta: mFe = mFeS - mS = 88 g - 32 g = 56 g 3

5

NO

O2

NO2

80 L

40 L

80 L

12 moléculas

6 moléculas

12 moléculas

60 kg

32 kg

92 kg

100 L

50 L

100 L

60 g

32 g

92 g

100 moléculas

50 moléculas

100 moléculas

Porque en un caso uno de los componentes está más troceado. Esto significa que existe una mayor superficie de contacto entre los dos reactivos (cloruro de hidrógeno y cobre en este caso). Cuando la superficie de contacto aumenta, es decir, cuando los reactivos que intervienen están más fraccionados, la velocidad de la reacción aumenta. Cuando la superficie de contacto disminuye, es decir, cuando los reactivos que intervienen están menos fraccionados, la velocidad de la reacción disminuye.

  •   Fe2O3 + 3 CO " 2 Fe + 3 CO2

 

•   2 H2 + O2 " H2O

 

•   2 Cu + O2 " 2 CuO

 

•   CH4 + 2 O2 " CO2 + 2 H2O •   CuSO4 + Fe " FeSO4 + Cu

  4

La reacción ajustada es: 2 NO (g) + O2 (g) " 2 NO2 (g) Para completar la tabla hay que tener en cuenta la información que nos facilita la ecuación química. Los coeficientes estequiométricos que aparecen antes de cada sustancia nos indican la proporción en que reaccionan. En este caso, la ecuación nos indica que dos moléculas de óxido de nitrógeno reaccionan con una molécula de oxígeno molecular para dar dos moléculas de dióxido de nitrógeno. Luego, esta relación puede convertirse en relación entre masas, litros (en el caso de sustancias gaseosas)…

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REFUERZO

FICHA 4

LA REACCIÓN QUÍMICA

ACTIVIDADES DE REFUERZO 1

¿Qué es el agujero de la capa de ozono? ¿Qué efectos tiene?

2

¿En qué consiste el incremento del efecto invernadero? ¿Qué sustancias lo producen?

3

¿Qué es un antibiótico? Nombra los que conozcas.

4

Completa la siguiente frase:

7

Explica el siguiente esquema sobre el incremento del efecto invernadero:

8

El efecto invernadero es beneficioso para el desarrollo de la vida en la Tierra. Explica entonces por qué existe tanta alarma entre los científicos relacionando efecto invernadero, calentamiento global y cambio climático.

9

Señala algunas medidas interesantes desde tu punto de vista destinadas a rebajar la cantidad de dióxido de carbono emitido a la atmósfera.

El uso de productos en spray provoca la …, que protege a la atmósfera de las radiaciones … 5

Observa la siguiente gráfica: Concentración de C02 atmosférico (ppm) 360 350 340 330 320 310 1950

1960

1970

1980

1990

2000

a) ¿Qué representa? ¿Qué tendencia se observa? b) Comenta las posibles causas de esa tendencia. 6

Señala cuál es el efecto de los siguientes medicamentos sobre el organismo humano: a) Antipiréticos. b) Analgésicos. c) Antibióticos. d) Antiinflamatorios.

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REFUERZO

FICHA 4

LA REACCIÓN QUÍMICA

ACTIVIDADES DE REFUERZO (soluciones) 1

2

El agujero de la capa de ozono consiste en una disminución en el grosor de la capa de ozono presente en la atmósfera. La consecuencia de esta destrucción del ozono es una mayor penetración de la radiación ultravioleta procedente del Sol. Esto trae consigo una mayor incidencia de enfermedades en la vista, así como un aumento en las mutaciones genéticas que experimentan los seres vivos. En el aumento de la temperatura en nuestro planeta debido a la reflexión de la radiación solar ascendente en la atmósfera terrestre tras reflejarse en el suelo. Las sustancias que lo producen son el dióxido de carbono y el vapor de agua, fundamentalmente.

3

Un antibiótico es un tipo de medicamento empleado para combatir infecciones. Ejemplo: penicilina.

4

El uso de productos en spray provoca la destrucción de la capa de ozono, que protege a la atmósfera de las radiaciones ultravioletas.

5

a) Representa el aumento en la concentración de dióxido de carbono atmosférico a lo largo de los últimos 50 años. Se observa un claro aumento, más acusado en las últimas décadas. b) Posibles causas: emisión de gases contaminantes por los vehículos que queman combustibles fósiles, por las centrales eléctricas térmicas o por las actividades industriales.

6

7

La radiación procedente del Sol atraviesa la atmósfera terrestre. Luego, una parte de esta radiación se refleja en la superficie de la Tierra y es reemitida de nuevo hacia el exterior. Pero una parte de esta radiación reflejada por la Tierra choca en la atmósfera con ciertos gases que vuelven a hacer que se refleje hacia la Tierra, lo que produce en definitiva un calentamiento de nuestro planeta. Los gases que producen este incremento del efecto invernadero son el dióxido de carbono (el principal contribuyente), el vapor de agua o el metano.

8

El problema medioambiental proviene del incremento del efecto invernadero, que causa un sobrecalentamiento excesivo debido a la concentración elevada de ciertos gases en la atmósfera (dióxido de carbono fundamentalmente). Como consecuencia de este calentamiento se produce un cambio climático a escala global, con aumento de las temperaturas, sequías más prolongadas, deshielo de casquetes polares y glaciares…

9

Ejemplos: emplear filtros en las actividades que generan CO2; premiar a las empresas que reducen sus emisiones de CO2; fomentar el uso de transportes públicos y de energías renovables.

a) Combaten la fiebre. b) Alivian el dolor. c) Combaten infecciones. d) Combaten las inflamaciones.

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PROFUNDIZACIÓN

FICHA 1

LA REACCIÓN QUÍMICA

ACTIVIDADES DE AMPLIACIÓN 1

a) ¿Qué sustancia reacciona completamente y cuál sobra?

Dado el siguiente proceso: Óxido de plomo(II) + carbono " " dióxido de carbono + plomo

b) Calcula la cantidad sobrante. c) Entonces, ¿qué cantidad de óxido de hierro se obtiene?

Escribe la ecuación química ajustada. 2

Completa las siguientes reacciones, ajústalas y clasifícalas:

8

a) N2 + O2 " …

Ajusta las siguientes reacciones químicas y escribe los nombres de los reactivos y los productos que intervienen en ellas. a) CuO + H2SO4 " CuSO4 + H2O b) N2 + H2 " NH3 c) Ca(OH)2 + HCl " CaCl2 + H2O

4

9

Dada la reacción: H2 + O2 " H2O Si tenemos 40 átomos de hidrógeno y 30 átomos de oxígeno.

10



a) Ajusta la ecuación.



b) Calcula los gramos de hidróxido de calcio que se forman.



c) Calcula la cantidad de hidruro de calcio que sería necesaria para obtener 20 L de hidrógeno, medidos en condiciones normales de presión y temperatura.



Al hacer reaccionar 1 g de cobre con 0,5 g de azufre, la reacción es completa y se forma CuS. ¿Qué ocurrirá si hacemos reaccionar 20 g de cobre con 20 g de azufre?











En la reacción: 2 SO2 (g) + O2 (g) " 2 SO3 (g)

a) ¿Cuántas moléculas de agua se podrán formar?

a) ¿Cuántas moléculas de SO3 se podrán obtener si reaccionan 200 moléculas de SO2 con 200 moléculas de O2?

b) ¿Cuántos átomos quedarían sin reaccionar? 5



CaH2 + H2O " Ca(OH)2 + H2

b) HCl + NaOH " … 3



Dada la reacción química:

Dada la reacción de descomposición del clorato de potasio:

b) Explica cómo transcurrirá la reacción.

KClO3 " KCl + O2 a) ¿Está ajustada? En caso negativo, ajusta correctamente la ecuación química. b) ¿Cuántos gramos de KCl se producen a partir de 1,5 mol de KClO3? c) ¿Qué volumen de O2, medido en condiciones normales de presión y temperatura, se obtiene en esta reacción? 6

Al combinarse el nitrógeno con el oxígeno se obtiene un cierto óxido NaOb. Sabiendo que la proporción en que se produce la reacción es:

11

Cuando se mezcla cinc en polvo con ácido clorhídrico se produce una reacción en la que se desprende hidrógeno. Esta reacción se produce más rápidamente cuando el cinc está en virutas.



a) Explica este hecho a partir de la teoría cinética de la materia. b) Explica por qué aumenta la velocidad de la reacción si calentamos el tubo de ensayo con un mechero Bunsen.

1 volumen de N2 + 1 volumen de O2 " " 2 volúmenes de NaOb determina la fórmula del óxido. 7

Al hacer reaccionar 2,33 g de hierro con 2 g de oxígeno, según la reacción: Fe + O2 " Fe2O3 se obtiene óxido de hierro(III).

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PROFUNDIZACIÓN

FICHA 1

LA REACCIÓN QUÍMICA

ACTIVIDADES DE AMPLIACIÓN (soluciones) 1

2 PbO + C " CO2 + 2 Pb

2

a) N2 + O2 " 2 NO Síntesis de óxido de nitrógeno (II).

7

a) Primero es necesario ajustar la reacción: 2 Fe + 3 O2 " 2 Fe2O3

a) CuO + H2SO4 " CuSO4 + H2O

Veamos ahora qué cantidad de hierro reacciona con 2 g de oxígeno. 2 ? 55,8 g Fe 2 g O2 ? = 2,33 g Fe 3 ? 32 g O2





• CuO: óxido de cobre(II).

b) Por tanto, no sobra ni oxígeno ni hierro.





• H2SO4: ácido sulfúrico.

c) Como se conserva la masa en la reacción:





• CuSO4: sulfato de cobre(II).





• H2O: agua.

b) HCl + NaOH " NaCl + H2O Reacción ácido-base. 3

b) N2 + 3 H2 " 2 NH3



• N2: nitrógeno molecular.





• H2: hidrógeno molecular.





• NH3: amoniaco.

c) Ca(OH)2 + 2 HCl " CaCl2 + 2 H2O



• Ca(OH)2: hidróxido de calcio.





• HCl: cloruro de hidrógeno.





• CaCl2: cloruro de calcio.





• H2O: agua.

4

2 + 2,33 = 4,33 g de Fe2O3 8

CaH2 + 2 H2O " Ca(OH)2 + 2 H2 b) 11,09 g Ca(OH)2 c) 18,8 g 9

Sobrarán 10 g de azufre. Es decir, los 20 g de cobre reaccionarán con 10 g de azufre para dar 30 g de CuS.

10

a) La reacción ajustada nos indica que 2 moléculas de SO2 reaccionan con 1 molécula de O2 para dar 2 moléculas de SO3. Es decir, reaccionarán 200 moléculas de SO2 con 100 moléculas de O2 (quedarán, por tanto, sin reaccionar 100 moléculas de O2). Y se obtendrán 200 moléculas de SO3.

a) Se podrán formar 20 moléculas de agua. b) Quedan sin reaccionar 10 átomos de oxígeno.

5

b) 111,9 g KCl c) 50,4 L O2 6

b) En la reacción sobrarán 100 moléculas de O2. Es decir, la reacción no es completa.

a) No. La reacción ajustada sería: 2 KClO3 " 2 KCl + 3 O2

La reacción con volúmenes nos permite conocer también la proporción en la que interviene la cantidad de sustancia de cada reactivo o producto. En este caso, 1 mol de N2 reacciona con 1 mol de O2 y obtenemos 2 mol de NaOb. Escribimos la reacción:

a) La reacción ajustada es:

11

a) Cuando las partículas de los reactivos son más pequeñas, hay más probabilidad de que las colisiones necesarias para que tenga lugar la reacción sean eficaces. Por esto aumenta la velocidad de la reacción. b) Cuando calentamos el tubo de ensayo, las partículas de los reactivos se moverán más deprisa. Esto hará que se produzcan más colisiones y, por tanto, habrá más colisiones eficaces y la velocidad de la reacción aumentará.

N2 + O2 " 2 NaOb

Por tanto, para que la reacción esté ajustada: a = 1 y b = 1. Y la fórmula será: NO.

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5

PROFUNDIZACIÓN

FICHA 2

LA REACCIÓN QUÍMICA

ACTIVIDADES DE AMPLIACIÓN 1

2

El cloro tiene un importante papel en la destrucción de la capa de ozono estratosférico, según las reacciones:

4

Explica los peligros del uso inadecuado de antibióticos.

5

a) Cl + O3 " ClO + O2

En la combustión de butano (C4H10) se producen dióxido de carbono y agua.

b) ClO + O " Cl + O2

a) Escribe la reacción ajustada.

Se ha calculado que un solo átomo de cloro es capaz de destruir 100 000 moléculas de ozono. ¿Puedes explicar esto a partir de las reacciones anteriores?

b) Calcula la cantidad de CO2 se produce al quemar una tonelada de butano.

Analiza la siguiente frase: «Las lluvias ácidas son frecuentes en las zonas industrializadas y en las regiones vecinas. Sus efectos pueden observarse en zonas muy alejadas de los lugares donde se origina la contaminación».

3

c) Entonces, ¿la combustión de butano contribuye al incremento del efecto invernadero? ¿Por qué? 6

a) La ecuación química ajustada. b) La cantidad de CO2 que se forma.

Analiza el gráfico sobre el uso de las fuentes de energía y comenta la relación que tienen con la contaminación ambiental los datos que en él aparecen.

c) El número de moléculas de agua que aparecen. d) El volumen de oxígeno necesario, medido en condiciones normales de presión y temperatura. 7

Petróleo

Gas

E. renovables

Nuclear

196 ES0000000006255 563068 Tema 05_28930.indd 196

El metano se quema con oxígeno y da lugar a dióxido de carbono y agua. Si reaccionan 59,5 g de metano, determina:

En 1997 se redacto en Kyoto (Japón) un documento que proponía reducir las emisiones de CO2 en un 7 % para la siguiente década. Comenta las razones. ¿Por qué crees que EE. UU. se negó a firmar tal acuerdo?

Carbón

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D

.

5

PROFUNDIZACIÓN

FICHA 2

LA REACCIÓN QUÍMICA

ACTIVIDADES DE AMPLIACIÓN (soluciones) 1

2

3

4

Un solo átomo de cloro puede destruir muchas moléculas de ozono porque, en el proceso, se vuelve a obtener cloro, que queda libre y dispuesto para reaccionar con otra molécula de ozono. Es decir, el cloro no se destruye en el proceso.

5

2 C4H10 + 13 O2 " 8 CO2 + 10 H2O b) La masa molar del butano es de 58 g/mol. La del CO2 es de 44 g/mol. Sabemos que 2 moléculas de C4H10 producen 8 moléculas de CO2. Por tanto:

En las regiones industrializadas se emiten óxidos de nitrógeno y de azufre a la atmósfera. Estos óxidos, al combinarse con el agua de las nubes, forman ácidos, que pueden recorrer grandes distancias hasta que tienen lugar las precipitaciones. Por eso pueden afectar a vastas regiones alejadas del lugar donde se origina la contaminación. Las energías menos contaminantes, las energías renovables, tienen poco peso en el gráfico. Es decir, las energías que más se emplean son las que más contaminan. Si se utilizasen más las energías limpias renovables (eólica, solar, etc.), la contaminación del medio ambiente disminuiría. Los antibióticos deben usarse con precaución, y solo bajo la prescipción del médico. Además, el tratamiento debe seguirse tal y como lo recomienda el médico, y no dejar de tomar el medicamento a los dos o tres días de haberlo comenzado porque el enfermo «ya se encuentra bien». Tampoco es conveniente medicarse en exceso, pues entonces, cuando el organismo necesita verdaderamente el antibiótico, este quizá no actúe con la misma eficacia.

a) La reacción ajustada es:

?

106 g C4H10 1 t C4H10

c) La combustión del butano y de otros combustibles sí que contribuye al incremento del efecto invernadero, pues emite CO2 a la atmósfera. 6

a) CH4 + 2 O2 " CO2 + 2 H2O b) 163,6 g CO2 c) 4,479 ? 1024 moléculas H2O d) El volumen de oxígeno necesario será: 22,4 L O2 2 59,5 g CH4 ? ? = 166,6 L O2 16 g CH4 1

7

La razón principal para limitar las emisiones de dióxido de carbono a la atmósfera es la lucha contra el incremento del efecto invernadero y sus consecuencias sobre el cambio climático. Probablemente porque EE. UU. es uno de los países que más dióxido de carbono emite a la atmósfera.

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1 tonelada C4H10 ? 44 g CO2 8 ? ? = 3,0345 ? 106 g CO2 58 g C4H10 2

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5

AMPLIACIÓN

FICHA 1

LA REACCIÓN QUÍMICA

Nombre:  

     Curso:  

     Fecha:  

Los cambios químicos a nivel microscópico Recuerda que… •   En una transformación física no se produce variación de la naturaleza   química de las sustancias que intervienen. •   En las transformaciones o reacciones químicas, una o más sustancias  se transforman en otras sustancias totalmente diferentes, es decir,   con nuevas propiedades. Una reacción química es una reorganización   de los átomos que forman las sustancias reaccionantes para obtener   otras nuevas o productos de reacción. •   Una ecuación química es una representación, mediante fórmulas químicas,  de una reacción química. Las sustancias químicas iniciales se llaman reactivos  y las que se producen en la reacción se denominan productos. El número  de átomos de cada elemento debe ser el mismo en los reactivos   y en los productos; es decir, en ambos miembros de la ecuación.   Cuando esto ocurre, se dice que la ecuación está ajustada.  •   Para ajustar una ecuación química se escriben números delante   de las fórmulas que representan a cada sustancia que reciben el nombre  de coeficientes estequiométricos; y representan la proporción   en que reaccionan las moléculas de los reactivos y las moléculas   que se obtienen. •   En una reacción química, la masa se conserva; es decir, la masa   de las sustancias reaccionantes es igual a la masa de los   productos de la reacción (ley de Lavoisier de conservación   de la masa).

1

Clasifica los siguientes procesos en fenómeno químico o fenómeno físico: Disolución de sal en agua.

Oxidación del hierro.

Combustión de madera.

Reflexión de la luz en un espejo.

Putrefacción de un trozo de carne.

Respiración humana.

Evaporación del agua.

Circulación de la corriente eléctrica por un hilo conductor.

Mezcla de azufre con limaduras de hierro.

Fermentación del zumo de uva.

Físico

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Químico

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D

5

AMPLIACIÓN

LA REACCIÓN QUÍMICA

Nombre:  

2

FICHA 1

     Curso:  

     Fecha:  

Cuando echamos café sobre leche observamos un cambio de color. ¿Ha habido alguna reacción química? Razona la respuesta.      

3

Una vela se consume lentamente cuando está encendida. ¿En la combustión se cumple la ley de Lavoisier? ¿Cómo se demuestra?          

4

En un recipiente se quema una pequeña cantidad de alcohol y se observa que al final no hay líquido. Razona la/las respuesta/as que creas correcta/as: a) Los gases producidos seguirán siendo alcohol.     b) El alcohol ha desaparecido y no se ha convertido en ninguna otra sustancia.     c) Los gases producidos en la combustión son sustancias distintas del alcohol.    

.

.

5

Escribe las fórmulas de las sustancias y ajusta las ecuaciones que corresponden a las reacciones siguientes: a) Hidrógeno + oxígeno  "  agua   b) Cloruro de hidrógeno + cinc  "  cloruro de cinc + hidrógeno   c) Nitrógeno + hidrógeno  "  amoniaco   d) Dióxido de azufre + oxígeno  "  trióxido de azufre  

6

Indica si son correctas o no las siguientes ecuaciones químicas, razonando la respuesta: a) S8 + O2  "  SO2 + H2O   b) N2 + O2  "  N2O5   c) HCl + Ca(OH)2  "  CaCl2 + H2O   d) HCl2 + CaOH  "  CaCl2 + H2O  

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5

AMPLIACIÓN

FICHA 2

LA REACCIÓN QUÍMICA

Nombre:  

     Curso:  

     Fecha:  

Cómo suceden las reacciones químicas

E

Recuerda que…

R

•   La teoría de colisiones, propuesta hacia 1920 por Gilbert Lewis y otros químicos,  afirma que, para que ocurra un cambio químico entre dos sustancias se necesita,  en primer lugar, que las partículas entren en contacto mediante una colisión.

•

•   Ahora bien, no todas las colisiones producen el cambio químico. Para que este  se realice, es necesario que la colisión libere una cantidad de energía suficiente  como para romper los enlaces químicos en las sustancias iniciales   (energía de activación). Además, para que los choques sean eficaces,  las partículas de los reactivos deben poseer la velocidad suficiente para romper  sus enlaces y chocar con la orientación adecuada. •   La velocidad de una reacción química es la cantidad de sustancia formada  o transformada por unidad de tiempo. Los factores que afectan a la velocidad  de una reacción son:

•

•

•

–   La naturaleza de los reactivos. –   La concentración de los reactivos.

•

–   La temperatura.  –   La presencia o ausencia de catalizadores. –   La superficie de contacto entre los reactivos.

1

Contesta: a) ¿Por qué conservamos los alimentos en el frigorífico?     b) Busca información y di qué diferencia hay entre energía de activación y energía de reacción.     c) El carbón se quema mejor cuando está pulverizado que cuando se presenta en trozos grandes. ¿Por qué?    

2

Los gases nitrógeno (N2) y oxígeno (O2) reaccionan para formar, monóxido de nitrógeno (NO), calentando los reactivos hasta 2000 °C. ¿Por qué la reacción no tiene lugar a temperatura ambiente? Razona la respuesta.  

3

Ordena de mayor a menor velocidad de reacción los siguientes cambios químicos:

a) Combustión del alcohol  

 

1.   

b) Oxidación del hierro  

 

2.   

c) Explosión de la dinamita  

 

3.   

d) Descomposición de una fruta  

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4.   

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5

AMPLIACIÓN

FICHA 3

LA REACCIÓN QUÍMICA

Nombre:  

     Curso:  

     Fecha:  

Estequiometría Recuerda que… •   La estequiometría es la parte de la química que estudia las relaciones cuantitativas entre las sustancias   que intervienen en una reacción. •   A partir de la cantidad de un compuesto que interviene en una reacción, puede conocerse la cantidad   de los restantes compuestos que intervienen. •   Un mol es la cantidad de sustancia cuya masa en gramos es numéricamente igual a la masa molecular   y contiene la constante de Avogadro de partículas (átomos o moléculas), NA = 6,022 ? 1023.   Ejemplo: Un mol de átomos de Na es igual a 6,022 ? 1023 átomos de sodio; un mol de moléculas   de H2O es igual a 6,022 ? 1023 moléculas de agua. masa (g) m Cantidad de sustancia =  ;        n =  ;        N.o de moléculas = n ? NA Masa de un mol (g) M •   Volumen molar de sólidos y líquidos: la relación que existe entre la masa molar y el volumen molar   de un sólido o de un líquido es su densidad. La unidad de densidad en el SI es el kg/m3; no obstante,   en los cálculos químicos suele utilizarse otra unidad, el g/cm3. •   Volumen molar de gases: el volumen molar de cualquier gas en condiciones normales de presión   y de temperatura (p = 1 atm y t = 0 °C) es 22,4 L, y contiene el número de Avogadro   de moléculas, 6,022 ? 1023.

1

Las masas atómicas del carbono (C), del oxígeno (O) y del sodio (Na) son, respectivamente, 12, 16 y 23. Calcula: a) La masa molecular del carbonato de sodio.   b) La masa de un mol de ese compuesto.  

2

Determina la masa molar de las siguientes sustancias: a) Oxígeno, O2:   b) Agua, H2O:   c) Cloruro de hierro(III), FeCl3:   d) Hidróxido de magnesio, Mg(OH)2:   e) Ácido nítrico, HNO3:   f) Sulfato de aluminio, Al2(SO4 )3:  

3

Calcula la composición centesimal de las siguientes sustancias: a) Bromuro de plata, AgBr.    

b) Sulfato de sodio, Na2SO4.    

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5

AMPLIACIÓN

FICHA 3

LA REACCIÓN QUÍMICA

Nombre:

Curso:

Fecha:

4

La composición centesimal de un óxido de hierro es 69,92% Fe y 30,08% O. Sabiendo que su masa molecular es 159,6 u, determina su fórmula.

5

Contesta: a) ¿Cuántas moléculas de ácido sulfúrico, H2SO4, hay en cinco moles de dicho compuesto?

b) ¿Cuántos moles de SO2 hay en 100 g de dicho gas?

c) ¿Cuántas moléculas de amoniaco, NH3, hay en 100 g de dicho gas?

d) Calcula la masa en gramos de una molécula de N2.

6

Determina el volumen molar de las siguientes sustancias: a) Bromo líquido, Br2, sabiendo que su densidad es 3,2 g/cm3.

b) Mercurio, Hg, sabiendo que su densidad es 13,6 g/cm3.

7

Calcula: a) El volumen que ocupan 187,6 g de gas nitrógeno, N2, en condiciones normales.

b) Cuántas moléculas de vapor de agua están contenidas en 1 m3 de vapor.

c) La masa en gramos de 28 L de gas dióxido de azufre, SO2, en condiciones normales.

d) El volumen que ocuparán 2,5 ? 1022 moléculas de gas hidrógeno, H2, en condiciones normales.

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D

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5

AMPLIACIÓN

LA REACCIÓN QUÍMICA

Nombre:

8

FICHA 3

Curso:

Fecha:

Ajusta las siguientes reacciones químicas y nombra las sustancias que intervienen:

" Fe + CO2 b) N2 + H2 " NH3 c) Sn + HCl " SnCl2 + H2 d) C3H8 + O2 " CO2 + H2O e) CaCO3 + HCl " CaCl2 + CO2 + H2O a) Fe2O3 + C

9

El mármol es una roca formada por carbonato de calcio y se descompone por la acción del ácido clorhídrico en cloruro de calcio, agua y dióxido de carbono. a) Expresa la ecuación química de la reacción y ajústala.

b) Calcula la cantidad de cloruro de calcio que se obtiene al reaccionar 300 g de carbonato cálcico.

10

El amoniaco se forma a partir de hidrógeno molecular y nitrógeno molecular. a) Escribe la ecuación de la reacción ajustada.

b) Calcula la cantidad de nitrógeno necesaria para obtener una tonelada de amoniaco.

c) Calcula el volumen de hidrógeno necesario, sabiendo que un mol de hidrógeno gaseoso (c.n.) ocupa un volumen de 22,4 L.

d) ¿Cuántos moles de amoniaco se forman si reaccionan 280 g de nitrógeno?

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5

AMPLIACIÓN

FICHA 4

LA REACCIÓN QUÍMICA

Nombre:

Curso:

Fecha:

Energía y reacción química Recuerda que… •   En todas las reacciones químicas se absorbe o se desprende energía en forma de calor generalmente.  •   Las reacciones químicas pueden ser endotérmicas o exotérmicas. Las reacciones endotérmicas absorben energía: Reactivos + Energía  " Productos. Las reacciones exotérmicas desprenden energía: Reactivos

" Productos + Energía.

•   En las reacciones hay que indicar el estado de agregación de cada sustancia porque influye en el calor  de reacción. •   Se llama calor de reacción a la cantidad de calor que se desprende o se absorbe en una reacción química. Se mide en kJ/mol (kilojulios por mol): su valor es positivo si la reacción es endotérmica y negativo si la reacción es exotérmica. •   Utilizamos sustancias como la madera, el carbón, el gas natural, etc., para aprovechar el calor producido  cuando las quemamos. La combustión es la reacción de una sustancia, llamada combustible, con el oxígeno, al que llamamos comburente, en la que se desprende una gran cantidad de energía en forma de luz y calor. Combustible + O2 (g)

" CO2 (g) + H2O (g) + Energía

1

¿Por qué las reacciones de combustión hay que realizarlas con buena ventilación? Enumera algunos combustibles de uso frecuente.

2

Al quemar una piedra de roca azufrada, con el 90% de riqueza en azufre, se obtienen 100 g de dióxido de azufre. Calcula la cantidad de piedra que es necesario quemar.

3

En la descomposición del carbonato cálcico, CaCO3, mediante calor, se obtienen dióxido de carbono y óxido de calcio. a) Escribe la ecuación química e indica si es endotérmica o exotérmica.

b) ¿Se pueden obtener a partir de 100 g de carbonato cálcico, 60 g de óxido de calcio?

4

En los cilindros de los motores de explosión se quema la gasolina: a) ¿Qué reacción se produce?

b) ¿Es una reacción endotérmica o exotérmica?

c) ¿Qué gases se expulsan por el tubo de escape de los automóviles?

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D

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5

AMPLIACIÓN

FICHA 4

LA REACCIÓN QUÍMICA

Nombre:

Curso:

Fecha:

5

Mediante la combustión del alcohol etílico, C2H5OH, se obtiene dióxido de carbono y vapor de agua. Calcula la cantidad de dióxido de carbono que se obtiene con 10 kg de alcohol, sabiendo que el rendimiento de la reacción es del 90%.

6

La reacción de la combustión del butano, C4H10, es una reacción exotérmica: C4H10 + O2

" CO2 + H2O - 2877,7 kJ/mol

a) Ajusta la ecuación química.

b) Calcula el volumen de oxígeno (medido en condiciones normales) necesario para quemar 13,6 kg de butano.

7

La reacción de formación del agua es la siguiente: H2 (g) + O2 (g)

" H2O (l) + 570 kJ

Se pide: a) Ajustar la reacción.

b) ¿La reacción es endotérmica o exotérmica? ¿Por qué?

c) Calcular la cantidad de energía que se desprende al obtener 18 g de agua.

(Datos: masas atómicas: H = 1 u; O = 16 u). 8

Cuando el agua se descompone en hidrógeno y oxígeno, se cumple la reacción: H2O (l) + 570 kJ

" H2 (g) + O2 (g)

Se pide: a) Ajustar la reacción.

b) ¿La reacción es exotérmica o endotérmica? ¿Por qué?

c) Calcular la cantidad de energía necesaria para producir 40 g de oxígeno.

(Datos: masas atómicas: H = 1 u; O = 16 u).

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5

AMPLIACIÓN

FICHA 5

LA REACCIÓN QUÍMICA

Nombre:

Curso:

Fecha:

Química y medio ambiente

R

Recuerda que…

•

•   En muchas reacciones químicas se producen gases. Existen procesos naturales como erupciones volcánicas, algunos incendios forestales… que pueden provocar  graves alteraciones en la atmósfera.  •   Mediante algunos procesos industriales, las actividades humanas son  responsables de provocar la emisión de compuestos, como el dióxido  de carbono y óxidos de azufre que pueden contaminar la atmósfera. 

•

•   Contaminante es todo agente que produce consecuencias negativas sobre  el medio ambiente y cuya cantidad, densidad o concentración en un lugar  y un tiempo definido es superior a la que se puede esperar por causas  naturales.   •   Algunas consecuencias de la actividad humana en la atmósfera son: –   El incremento del efecto invernadero. –   La lluvia ácida. –   La disminución del grosor de la capa de ozono. •   Efecto invernadero: una parte de la energía solar recibida por la Tierra  es reflejada otra vez al espacio, pero una mayor concentración  del dióxido de carbono y del vapor de agua en la atmósfera absorben  parte de esa energía (radiación infrarroja). De esta forma se impide  su emisión al espacio y, por tanto, se produce un aumento  de la temperatura media terrestre. (El vapor de agua y el CO2 actúan  como el techo de vidrio de un invernadero, que deja entrar la energía solar,  pero impide la salida de una gran parte de esta energía.) Explica:

1

a) ¿Cuáles son las causas del aumento de la concentración de los «gases invernadero»?

Una parte de la radiación infrarroja reflejada atraviesa la atmósfera y se pierde en el espacio Una parte de la radiación es reflejada por la atmósfera

Otra parte es absorbida por la superficie y luego es remitida a la atmósfera en forma de radiación infrarroja

b) ¿Qué consecuencias tiene el incremento del efecto  invernadero?

c) ¿Qué actividades cotidianas pueden tener influencia sobre  el aumento del efecto invernadero?

La radiación solar pasa a través de la atmósfera Una parte de la radiación infrarroja se refleja en la atmósfera y vuelve hacia la superficie

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AMPLIACIÓN

FICHA 5

LA REACCIÓN QUÍMICA

Nombre:  

     Curso:  

     Fecha:  

Recuerda que… •   Se llama lluvia ácida a la que contiene ácidos en una concentración importante como consecuencia   de una acción contaminante. Gases como el dióxido de azufre, SO2, el trióxido de azufre, SO3, el sulfuro   de hidrógeno, H2S, y los óxidos de nitrógeno que se lanzan a la atmósfera, debido   a procesos industriales, vehículos, etc., cuando se combinan con el agua en la atmósfera, producen ácido   sulfuroso, H2SO3, ácido sulfúrico, H2SO4, y ácido nítrico, HNO3, y disueltos en la lluvia caen al suelo,   lo que se conoce con el nombre de lluvia ácida. •   La capa de ozono (O3) es muy importante para la vida en la Tierra porque actúa de filtro frente a los rayos   ultravioleta del Sol, que perjudican la salud.   l ozono se forma por la acción de los rayos ultravioleta sobre el oxígeno, pero estos rayos también producen   E la reacción contraria: la descomposición del ozono en oxígeno. Se alcanza así un equilibrio que forma la capa   del gas ozono en la estratosfera. L  os compuestos denominados clorofluorocarbonos (CFCl3, CF2Cl2, C2F3Cl3, etc.), que se utilizan en mezclas   frigoríficas y aerosoles, y los óxidos de nitrógeno y el bromometano (CH3Br), que se utilizan en los cultivos   agrícolas como pesticida, son los responsables de la destrucción progresiva de la capa de ozono.   También los aviones y los volcanes contribuyen a su destrucción.

2

Explica cuáles son las consecuencias de la lluvia ácida.    

3

¿Qué ácidos son los que convierten el agua de lluvia y la nieve en lluvia ácida? ¿Cómo se forman?   SO3 y NO2 " H2SO4 y HNO3 Viento

H2SO4 y HNO3

     

Acidificación  de los lagos Acidificación  de los suelos 4

Muerte   de los bosques

     

Contesta: a) ¿Qué elementos químicos aportan a las tierras de cultivo los fertilizantes?     b) ¿Sabes qué son los cultivos ecológicos?     c) ¿Encuentras algún inconveniente en el empleo abusivo de fertilizantes químicos?    

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AMPLIACIÓN

FICHA 5

LA REACCIÓN QUÍMICA

Nombre:

Curso:

Fecha:

5

La urea, CONH2, y el nitrato amónico, NH4NO3, se utilizan como abonos nitrogenados. ¿Cuál de los dos contiene mayor porcentaje en masa de nitrógeno?

6

Contesta:

Q

a) ¿Sabrías explicar en qué consiste «el agujero de la capa de ozono»?

b) ¿Qué sustancias utilizadas cotidianamente son las causantes de ese problema?

c) ¿Por qué es aconsejable que, en las horas centrales del día, no nos expongamos excesivamente al Sol?

7

Comenta la siguiente afirmación: «Las sociedades de alto desarrollo tecnológico producen elevados índices de contaminación».

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AMPLIACIÓN

FICHA 6

LA REACCIÓN QUÍMICA

Nombre:

Curso:

Fecha:

Química y medicina Recuerda que… •   La esperanza de vida de la población es mayor en los países desarrollados. Este hecho se atribuye a factores sociales como la mejor alimentación y las mejores condiciones de trabajo, que son la consecuencia del desarrollo tecnológico y de los avances de la medicina. •   La química ha contribuido a aliviar y evitar muchas enfermedades mediante la obtención de numerosos medicamentos. •   Un medicamento es una sustancia que sirve para prevenir, curar o aliviar una enfermedad. 1

Contesta: a) ¿Qué es un analgésico? Cita algunos.

b) ¿Qué son los antibióticos? ¿Cuáles son los más utilizados?

c) Busca información sobre las indicaciones, contraindicaciones, efectos secundarios y caducidad de los analgésicos y antibióticos.

d) Haz un breve resumen sobre el uso adecuado de los medicamentos.

El alcohol etílico El zumo de todos los frutos es una fuente de principios alimenticios, sobre todo azúcares y vitaminas; los zumos de naranja y de uva son dos ejemplos de bebidas muy nutritivas. •   La disolución azucarada que es el mosto de uva, mediante un proceso llamado  fermentación alcohólica, en el que intervienen determinados microorganismos que se encuentran en el propio zumo de uva, se transforma en etanol o alcohol etílico y en dióxido de carbono según la siguiente ecuación: C6H12O6

" 2 (CH3-CH2OH)

glucosa

etanol

+

2 CO2

dióxido de carbono

•   Los vinos contienen alcohol etílico. La alcoholemia es la presencia de alcohol  etílico en la sangre, y es la consecuencia directa de la ingestión de bebidas alcohólicas. Hasta una cantidad de 0,50 g en cada litro de sangre no suele alterar el comportamiento. El alcohol ingerido en dosis elevadas produce una intoxicación y actúa sobre el sistema nervioso central, lo que ocasiona una alteración del comportamiento y puede llegar a ser extremadamente perjudicial. •   La concentración de las bebidas alcohólicas se expresa en grados alcohólicos.  Un grado alcohólico se refiere al porcentaje en volumen que hay de alcohol en ese líquido. Un vino de 13° indica que en 100 cm3 hay 13 cm3 de alcohol puro y 87 cm3 de agua y otras sustancias. •   Para calcular la concentración en % en peso debe  tenerse en cuenta  que la densidad del alcohol es aproximadamente 0,80 g/cm3.

2

¿Cuántos gramos de alcohol se ingieren cuando se bebe una botella de cerveza de 33 cL que indica 5 % en volumen de alcohol?

3

Contesta: a) ¿Cuántos gramos de alcohol pueden ingerirse con una copa de 20 mL de un licor de 40°?

b) Calcula la concentración de ese licor en % en masa.

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AMPLIACIÓN

FICHA 7

LA REACCIÓN QUÍMICA

Nombre:

Curso:

Fecha:

Química y recursos energéticos Recuerda que… •   El petróleo es, probablemente, el recurso energético más importante que se ha empleado a lo largo de la historia. El precio del petróleo influye notablemente en la economía a nivel mundial.    l petróleo es un líquido de aspecto oleoso y de color oscuro, menos denso que el agua que está formado  E por una mezcla de hidrocarburos líquidos, sólidos y gaseosos en disolución; también tiene, en cantidades pequeñas,  compuestos que contienen oxígeno, nitrógeno y azufre. •   Se denominan procesos nucleares a los que producen la transformación de unos núcleos atómicos  en otros, liberando una gran cantidad de energía. Hay dos tipos de procesos nucleares, fusión y fisión. –   Se llama fusión nuclear al proceso de unión de dos núcleos ligeros para formar uno más pesado.  –   Se llama fisión nuclear al proceso de división de un núcleo pesado en dos más ligeros. •  Residuos nucleares. Los residuos nucleares, cuya vida media puede alcanzar  millones de años, proceden principalmente de la utilización de combustibles  nucleares en las centrales; también existe un pequeño porcentaje derivado  del uso de sustancias radiactivas en medicina, en la industria  y en investigación.

1

En las refinerías de petróleo se obtiene: propano, butano, gasolina, fuel‑oil, asfalto, etc. Observa la siguiente tabla: Fracción Gases

Intervalo de destilación 30 °C

Usos Combustible, gas doméstico, petroquímica.

Gasolina

30 a 180 °C

Combustible para motores.

Nafta

110 a 195 °C

Disolventes, petroquímica.

Queroseno

170 a 290 °C

Combustible para aviación, alumbrado.

Gasóleo

260 a 350 °C

Combustible Diesel, calefacción, craqueo para gasolina.

Lubricantes

300 a 370 °C

Lubricantes para automóviles y maquinaria, pomadas.

Residuo

370 °C

Asfalto, impermeabilizantes, parafina.

a) ¿El petróleo es una sustancia pura o un tipo de mezcla?

b) ¿Los procesos a los que se somete el petróleo en una refinería son físicos o químicos?

c) ¿En qué consiste el craqueo del petróleo?

2

¿Cuáles son los países productores de petróleo? ¿Son los más desarrollados?

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AMPLIACIÓN

FICHA 7

LA REACCIÓN QUÍMICA

Nombre:

3

Curso:

Fecha:

Contesta: a) Describe los dos tipos de procesos que permiten la obtención de energía nuclear.

b) ¿Qué es una reacción nuclear en cadena?

4

¿Qué ventajas e inconvenientes presenta el uso de la energía nuclear?

5

En una central nuclear, el recorrido del combustible quemado es el siguiente: Combustible quemado

"

Años

Almacenamiento en el propio reactor

Años-decenios

"

Almacenamiento en forma líquida

"

Decenios

Almacenamiento vitrificado

"

Almacenamiento definitivo

Milenios

•  ¿Qué opinas sobre los residuos?

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AMPLIACIÓN

FICHA 8

LA REACCIÓN QUÍMICA

Nombre:

Curso:

Fecha:

Los principios activos de los medicamentos Existen miles de medicamentos en el mercado. Muchos de ellos, sin embargo, tienen una composición similar; es decir, utilizan el mismo principio activo para combatir la enfermedad del paciente.

Medicamento (principio activo)

Uno de los principios activos más empleados es el paracetamol, que tiene efectos analgésicos (combate el dolor). A continuación te presentamos algunos de los principios activos más utilizados. ¿Es necesaria receta?

¿Para qué se utiliza?

Precauciones

Posibles efectos adversos

Acecilcisteína

Aclara las secrecciones mucosas.

Tomar mucha agua durante el tratamiento.

Náuseas, dolor abdominal, vómitos, somnolencia, urticaria y dolor de cabeza.

Sí

Ácido sacetilsalicídico

Dolor leve o moderado, fiebre e inflamación no reumática.

Respetar los horarios a la hora de tomar la medicación.

Indigestión. Altera los resultados de análisis de sangre y de orina.

No

Almagato

Neutraliza el ácido del estómago.

Separar las tomas 2 horas de otros medicamentos.

Estreñimiento, diarrea. Alteración de los resultados de análisis de sangre y de orina.

No

Amoxicilina

Es un antibiótico que combate infecciones de garganta, nariz, oídos, bronquios y otras.

Respetar el horario indicado. No abandonar el tratamiento aunque haya mejoría.

Dolor de cabeza, náuseas, dolor de estómago, diarrea.

Sí

Bromazepam

Combate la ansiedad, la angustia.

Puede crear dependencia. Abandonar el tratamiento gradualmente.

Somnolencia, confusión, mareos, sequedad de boca, dolor de cabeza.

Sí

Diclofenaco

Reduce la inflamación y el dolor.

En tratamientos prolongados, visitar al médico para comprobar la eficacia.

Náuseas, vómitos, indigestión, acidez, dolor abdominal, dolor de cabeza, mareos.

Sí

Eritromicina

Es un antibiótico que combate infecciones en las vías respiratorias, en la piel y en tejidos blandos.

Extender el tratamiento al menos 10 días, aunque el paciente note mejoría.

Dolor abdominal, náuseas, vómitos, diarrea, hepatitis, ictericia, erupciones cutáneas.

Sí

Fluoxetina

Combate la depresión y la ansiedad.

No combinar con alcohol. No conducir ni manejar máquinas peligrosas.

Dolor de cabeza, náuseas, pérdida de apetito, insomnio, pérdida de peso, debilidad muscular, diarrea.

Sí

Ibuprofeno

Combate el dolor leve o moderado, el dolor menstrual y la fiebre.

Procurar no olvidar tomar una dosis. No duplicar dosis en caso de olvido.

Náuseas, dolor abdominal, mareos, acidez de estómago y dolor de cabeza. Altera resultados de análisis.

No

Lorazepam

Tratamiento de ansiedad, insomnio, alcoholemia o las náuseas provocadas por la quimioterapia.

No conducir ni manejar máquinas peligrosas. Abandonar el tratamiento gradualmente.

Somnolencia, confusión, mareos, sequedad de boca, diarrea, estreñimiento, temblor, desorientación.

Sí

Omeprazol

Tratamiento de úlceras de estómago y duodeno, reflujo gastroesofágico.

Respetar el horario sin duplicar dosis.

Dolor abdominal, vértigos, náuseas, diarrea, estreñimiento, mareos, dolor muscular, erupciones en la piel.

Sí

Paracetamol

Combate el dolor leve o moderado y la fiebre.

No beber alcohol. Dosis elevadas pueden dañar el hígado o el riñón.

Malestar, hipotensión, alteraciones sanguíneas.

No

Paroxetina

Combate la depresión, las crisis de angustia y la ansiedad.

Respetar el horario sin duplicar dosis. No usar en niños.

Náuseas, sequedad de boca, estreñimiento, mareos, dolor de cabeza.

Sí

Ranitidina

Úlceras de estómago y duodeno, reflujo gastroesofágico, acidez.

No fumar ni beber alcohol. Respetar el horario sin duplicar dosis.

Alteración del ritmo intestinal, mareos, cansancio, dolor de cabeza.

Sí

Salbutamol

Combate el asma bronquial y la bronquitis.

Respetar el horario sin duplicar dosis. Puede dar positivo en control antidopaje

Palpitaciones, taquicardia, hipotensión, nerviosismo, debilidad, dolor de cabeza.

Sí

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PROBLEMAS RESUELTOS

LA REACCIÓN QUÍMICA

PROBLEMA RESUELTO 1 En el proceso: Hidrógeno (gas) + nitrógeno (gas) " amoniaco (gas) a) Identifica los reactivos y los productos de la reacción. Escribe sus fórmulas. b) Escribe la ecuación química correspondiente y ajústala por el método de tanteo. c) Clasifica la reacción. ¿Es una reacción de síntesis? ¿Es una reacción de descomposición? d) Representa la reacción mediante un modelo de bolas.

Planteamiento y resolución a) Reactivos: el hidrógeno y el nitrógeno son gases a temperatura ambiente:

• Hidrógeno: su fórmula es H2.



• Nitrógeno: su fórmula es N2.

A continuación igualamos el número de átomos de hidrógeno. Como hay 2 moléculas de NH3, tenemos en total 6 átomos de H; por tanto, multiplicamos por 3 la molécula H2 del primer miembro:

Productos:

3 H2 (g) + N2 (g) " 2 NH3 (g)

• Amoniaco: su fórmula es NH3. El N actúa con valencia 3 y el H actúa con valencia 1.

b) La ecuación química correspondiente a este proceso será: H2 (g) + N2 (g) " NH3 (g)

De esta forma, la ecuación queda ajustada. c) Es una reacción de síntesis o de formación, en la que a partir de sus elementos (H2 y N2) se obtiene un compuesto (NH3). d) Representamos la molécula H2 mediante:

Para ajustar la ecuación química colocaremos delante de la fórmula de cada una de las sustancias los coeficientes necesarios para que se cumpla la ley de conservación de la masa: el número de átomos que aparecen en el primer miembro debe de ser igual al número de átomos que aparecen en el segundo miembro.

Representamos la molécula de N2 mediante:

La reacción será:

Igualamos el número de átomos de nitrógeno multiplicando por 2 la molécula de amoniaco (cada coeficiente multiplica a todos los átomos de la molécula):

+

"

H2 (g) + N2 (g) " 2 NH3 (g)

ACTIVIDADES 1

2

Escribe y ajusta las siguientes ecuaciones químicas: a) Cloro (g) + oxígeno (g) " óxido de cloro (g)

Ajusta las siguientes ecuaciones químicas y nombra todas las sustancias implicadas:

b) Monóxido de carbono (g) + oxígeno (g) " " dióxido de carbono (g)

b) Na (s) + H2O (l) " NaOH (aq) + H2 (g)

Dado el proceso:

3

a) ZnS (s) + O2 (g) " SO2 (g) + ZnO (s)

4

Aluminio (s) + azufre (s) " sulfuro de aluminio (s) a) Identifica los reactivos y los productos de la reacción. b) Escribe la ecuación química ajustada.

Completa y ajusta las siguientes ecuaciones químicas: a) Cl2 + Mg " …

5

Ajusta la ecuación química siguiente: Fe2O3 (s) + CO (g) " Fe (s) + CO2 (g)

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b) Cu + HCl " … + H2

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PROBLEMAS RESUELTOS

LA REACCIÓN QUÍMICA

PROBLEMA RESUELTO 2 Al reaccionar cloruro de hidrógeno con óxido de bario se produce cloruro de bario y agua: a) Escribe la ecuación química correspondiente a esta reacción y ajústala. b) Calcula la cantidad de cloruro de bario que se produce cuando reaccionan 20,5 g de óxido de bario con la cantidad necesaria de ácido. c) Si ponemos 7 g de cloruro de hidrógeno, ¿qué cantidad de cloruro de bario se formará?

Planteamiento y resolución a) A partir de las fórmulas de los reactivos y los productos escribimos la ecuación química correspondiente a esta reacción y la ajustamos:

c) Ahora disponemos de 7 g de HCl y queremos calcular la masa de BaCl2 que se obtiene. Planteamos la proporción correspondiente a estas dos sustancias y calculamos la cantidad de HCl obtenida: 208 g de Ba Cl2 7 g de HCl ? = 2 ? 36,5 g de HCl

2 HCl + BaO " BaCl2 + H2O b) Identificamos las sustancias cuyos datos conocemos y las sustancias cuyos datos deseamos calcular. Disponemos de 20,5 g de BaO y deseamos conocer la masa de BaCl2 que se obtiene.

= 19,95 g de BaCl2

Calculamos las masas molares: M (BaO) = 137 + 16 = 153 g M (HCl) = 1 + 35,5 = 36,5 g M (BaCl2) = 137 + 35,5 ? 2 = 208 g

20,5 g de BaO ?

208 g de BaCl2 153 g de BaO

= 27,87 g de BaCl2

ACTIVIDADES 1

En el conversor catalítico de un automóvil se produce la reacción: Monóxido de carbono (g) + oxígeno (g) " " dióxido de carbono (g) a) Escribe la ecuación química ajustada. b) Si reaccionan 112 g de monóxido de carbono, ¿cuánto dióxido de carbono aparece?

2

Dada la reacción: Óxido de hierro(II) (s) + hidrógeno (g) " " hierro (s) + agua (l) a) Escribe la reacción y ajústala. b) Calcula la masa de hierro que podría obtenerse al reaccionar 40 g de óxido de hierro(II).

c) ¿Qué cantidad de oxígeno es necesaria?

c) Calcula la cantidad de hidrógeno que será necesaria para que la reacción sea completa.

Sol.: b) 176 g de CO2; c) 64 g de O2

Sol.: b) 31 g de Fe; c) 1,1 g de H2

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PROBLEMAS RESUELTOS

FICHA 4

LA REACCIÓN QUÍMICA

PROBLEMA RESUELTO 3 Calcula el volumen de hidrógeno que se desprende, a 1 atm y 0 °C, al reaccionar 6,54 g de cinc con la cantidad suficiente de cloruro de hidrógeno según la reacción: Zn (s) + HCl (aq) " ZnCl2 (s) + H2 (g)

Planteamiento y resolución En primer lugar ajustamos la ecuación: Zn (s) + 2 HCl (aq) " ZnCl2 (s) + H2 (g) Para el Zn: M (Zn) = 65 g/mol

Sabemos además que, a 1 atm y 0 ºC, 1 mol de cualquier gas ocupa un volumen de 22,4 L. Planteamos la proporción correspondiente para calcular la cantidad de H2 obtenido: 2 g de H2 22,4 L de H2 6,54 g de Zn ? ? = 2,25 L de H2 65 g de Zn 2 g de H2

ACTIVIDADES 1

Escribe y ajusta la reacción de combustión del azufre:

4

Mg + 2 HCl " MgCl2 + H2

Azufre (s) + oxígeno (g) " dióxido de azufre (g)

a) ¿Cuál es el volumen de hidrógeno (a 1 atm y 0 ºC) que se produce cuando reaccionan 3,74 g de magnesio con exceso de ácido?

Calcula: a) La cantidad de azufre necesaria para obtener 2 L de dióxido de azufre a 1 atm y 0 ºC.

b) ¿Cuál es la masa de MgCl2 obtenida?

b) El volumen de oxígeno necesario. Sol.: a) 2,86 g de S; b) 2 L de O2 2

Sol.: a) 3,45 L de H2; b) 14,7 g de MgCl2 5

Dada la reacción: Óxido de hierro(II) + hidrógeno " " hierro + agua

El amoniaco reacciona con el oxígeno, en c.n. de presión y temperatura, según la reacción: NH3 (g) + O2 (g) " NO (g) + H2O (g)

a) Escribe y ajusta la ecuación correspondiente.

Calcula:

b) Calcula la masa de hierro que se obtendrá a partir de 50 g de óxido de hierro(II).

a) El volumen de amoniaco necesario para obtener 15 L de monóxido de nitrógeno.

c) Calcula el volumen de hidrógeno, medido a 1 atm y 0 ºC, que se consume en la reacción.

b) La cantidad de oxígeno necesaria.

Sol.: b) 38,75 g de Fe; c) 15,34 L de H2 3

En la reacción química representada por:

Dada la ecuación química: Al (s) + S (s) " Al2S3 (s) Si reaccionan 27 g de Al con 60 g de S, determina: a) Que sustancia reaccionará completamente y cuál sobrará.

Sol.: a) 15 L de NH3; b) 18,75 L de O2 6

Escribe la ecuación química ajustada correspondiente a la combustión del propano (C3H8) con el oxígeno para dar dióxido de carbono y agua, y calcula: a) La cantidad de propano que se necesita para obtener 2 L de dióxido de carbono.

b) Qué cantidad de sulfuro de aluminio se obtiene.

b) El volumen de propano que reacciona con 0,5 L de oxígeno.

Sol.: a) Sobrará S; b) 75 g de Al2S3

Sol.: a) 0,67 L de C3H8; b) 0,1 L de C3H8

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5

PROBLEMAS RESUELTOS

LA REACCIÓN QUÍMICA

R

PROBLEMA RESUELTO 4 El tráfico es una de las principales causas de contaminación ambiental en las ciudades. La combustión de la gasolina produce CO2, responsable del incremento del efecto invernadero. Considerando una ciudad en la que circulen diariamente unos 100 000 coches y que cada uno consume 2 L de gasolina, calcula la cantidad de CO2 emitida a la atmósfera. Supón que la gasolina está formada únicamente por octano (C8H18), cuya densidad es 700 kg/m3.

Planteamiento y resolución La combustión de la gasolina (octano) se produce mediante la siguiente reacción: 25 C8H18 + O2 " 8 CO2 + 9 H2O 2

Tenemos, por tanto:

Según la cual 1 molécula de C8H18 reacciona con 25 moléculas de O2 para producir 8 moléculas 2 de CO2 y 9 moléculas de H2O.

Sabemos que:

La cantidad de gasolina consumida en un día es, por tanto: 1 m3 V = 2 dm3 ? = 2 ? 10-3 m3/coche " 103 dm3

•  M(octano) = 12 ? 8 + 1 ? 18 = 114 g/mol 103 g •  m = 1,4 ? 105 kg ? = 1,4 ? 108 g 1 kg M(CO ) = 12 + 16 ? 2 = 44 g/ml 2

Aplicando a la ecuación química la proporción correspondiente calculamos la cantidad de CO2 que se produce: 8 ? 44 g de CO2 1,4 ? 108 g de C8H18 ? = 114 g de C8H18 = 4,32 ? 108 g de CO2

" VT = 2 ? 10-3 m3/coche ? 100 000 coches/día = = 200 m3/día " " m = 200 m3/día ? 700 kg/m3 " " m = 1,4 ? 105 kg/día

ACTIVIDADES 1

Calcula el volumen de dióxido de carbono (medido a 1 atm y 0 ºC) que se produce en la combustión de 1 t de butano (C4H10).

3

a) 2 SO2 + O2 " 2 SO3 b) SO3 + H2O " H2SO4

Sol.: 1,54 ? 106 L de CO2 2

El monóxido de carbono es un gas tóxico que se produce cuando hay una combustión incompleta. Observa la ecuación correspondiente a la reacción de combustión incompleta del metano (CH4): CH4 + O2 " CO + H2O

La lluvia ácida se produce mediante las reacciones:

Calcula la cantidad de ácido sulfúrico que se desprende si se emite a la atmósfera una cantidad de 100 kg de SO2. Sol.: 153,125 kg de H2SO4 4

El ozono se puede destruir con facilidad mediante la reacción: Cl + O3 " ClO + O2

a) Ajústala. b) Calcula la cantidad de CO que se produce si una caldera, que funciona mal, quema 100 kg de CH4.

¿Cuántas moléculas de ozono se destruyen cuando se emiten a la atmósfera 100 g de CCl2F?

Sol.: 175 kg de CO

Sol.: 1,18 ? 1024 moléculas de O3

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D

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5

EXPERIENCIAS

FICHA 1

LA REACCIÓN QUÍMICA

Reacciones químicas entre sólidos OBJETIVO Estudiar reacciones químicas que tienen lugar entre sólidos.

Material •   Bote de plástico o matraz. 

 

•   Yoduro de potasio.

•   Cuchara. 

 

 

•   Embudo.

 

 

•   Agua.

 

•   Nitrato de plomo. 

PROCEDIMIENTO Las reacciones entre sólidos difícilmente se producen si los sólidos no están en disolución. En las pastillas de vitamina C, por ejempo, el ácido cítrico no reacciona con el bicarbonato hasta que las pastillas se disuelven en agua. 1. Vierte en un pequeño bote de plástico una cucharada de yoduro de potasio (KI) y otra de nitrato de plomo (Pb(NO3)2). Ambos sólidos son de color blanco. 2. Cierra el bote y agítalo durante un par de minutos. 3. Saca la sustancia del interior y observa que se ha producido un cambio de color, ya que ha tenido lugar una reacción química; en este caso, la formación de yoduro de plomo (PbI2), un producto amarillo. Si ponemos en contacto directamente el yoduro de potasio y el nitrato de plomo sin agitar, no reaccionan. La reacción entre ambas sustancias también se produce si preparamos sendas disoluciones y las mezclamos, con la ayuda de un embudo, tal y como aparece en la ilustración de la izquierda.

CUESTIONES 1

Escribe la ecuación química correspondiente a la reacción que acabas de estudiar y ajústala. a) ¿Cuáles son los productos de la reacción? b) ¿Cuáles son los reactivos?

2

Además del cambio de color, ¿qué otras señales nos indican que se está produciendo una reacción química?

3

Calcula cuánto yoduro de plomo se forma si partimos de 100 g de yoduro de potasio y 100 g de nitrato de plomo. ¿Qué reactivo está en exceso?

4

Contesta. a) ¿Por qué las sustancias reaccionan mejor cuando están en disolución que cuando son sólidas?

b) ¿Qué conseguimos al agitar el bote con los reactivos en su interior?

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5

EXPERIENCIAS

FICHA 2

LA REACCIÓN QUÍMICA

M

Reacción del mármol con ácido clorhídrico OBJETIVO

E q

1

Vamos a obtener CO2 haciendo reaccionar una sal de tipo carbonato con un ácido. Será un ejemplo de reacción química de descomposición en la que unas sustancias, los reactivos, se descomponen en otras nuevas, los productos, uno de los cuales, el CO2, estará en forma de gas.

2

Cuando se hace reaccionar una sal como el carbonato de calcio, CaCO3 (mármol), con un ácido como el cloruro de hidrógeno, HCl, se desprende un gas, el dióxido de carbono, CO2, y se forman otras sustancias que quedan en la disolución: cloruro de calcio, CaCl2, y agua, H2O. La ecuación química ajustada de la reacción es la siguiente:

3

CaCO3 + 2 HCl " CaCl2 + CO2 + H2O

Material •   10 g de mármol. •   100 mL de una disolución de HCl de concentración 2 M  (aproximadamente, 7 g/L). •  Tubo de goma de unos 50 cm. •   Vidrio de reloj.

1

•   Matraz kitasato. •   Espátula. •   Balanza. •   Embudo de decantación. •   Tapón de goma horadado. •   Soporte con pinza y aro.

¡Atención! No coloques las sustancias directamente sobre el plato de la balanza; siempre debes utilizar un vidrio de reloj.

•   Probeta. •   Cristalizador grande. •   Tubo de vidrio para  recoger gases. •   Soporte con aro.

2

3

PROCEDIMIENTO 1

Montaje

1. Conecta el tubo de goma a la salida lateral del kitasato. Coge el soporte que tiene el aro y la pinza y utiliza esta última para sujetar el kitasato a la altura del cuello. 2. Pesa 10 g de mármol (aproximadamente) y ponlos en el interior del kitasato. 3. Coloca el tapón de goma horadado en el tubo de salida del embudo de decantación y tapa con él la boca del kitasato. Utiliza el aro del soporte para que ambas piezas se mantengan en su sitio. 4. Mide los 100 mL de HCl  con la probeta y, tras asegurarte de que la llave del embudo de decantación está cerrada, échalos en su interior. Observa que cuando se abra la llave del embudo, el HCl caerá sobre las piedras de mármol y se producirá la reacción. El CO2 saldrá por la goma conectada a la salida lateral (es la única posibilidad).

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.

Metales y compuestos 2

Visualizar el CO2

El CO2 es un gas de aspecto similar al aire, es decir, invisible. Tendrás que buscar un procedimiento que te permita visualizarlo. Para ello: 1. Echa agua en un cristalizador hasta que su nivel alcance unos 3 cm. 2. Llena de agua un tubo de ensayo grueso, tapa su boca con los dedos, inviértelo e introdúcelo en el cristalizador de forma que el tubo invertido permanezca lleno de agua [1].

1

2

3. Introduce el extremo del tubo de goma flexible que sale del kitasato en el interior del tubo invertido lleno de agua. Utiliza un soporte con aro para ayudar a que el tubo invertido se mantenga en su posición [2].

3

La reacción

1. Para que la reacción se produzca, abre suavemente la llave del embudo y deja que el HCl vaya cayendo sobre el mármol. Una vez que ha caído todo el HCl, vuelve a cerrar la llave del embudo para que el CO2 no se escape por ahí. 2. Observa que se genera una espuma sobre el mármol. Además, se forman burbujas de gas en el tubo de ensayo que van desplazando el agua de su interior hasta que el tubo se vacía por completo. 3. Transcurrido un tiempo, comprobarás que las piedras de mármol han disminuido de tamaño y algunas hasta han desaparecido.

HCl CO2

Salida de CO2

Mármol

El tamaño de los trozos de mármol ha disminuido.

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EXPERIENCIAS

FICHA 3

LA REACCIÓN QUÍMICA

L

Comprobación del efecto invernadero OBJETIVO En esta práctica comprobarás que el incremento en la proporción de CO2 del aire provoca un aumento de la temperatura de la atmósfera. Para ello usarás un foco de fotografía que simulará la luz solar y un vaso con una lámina de papel de aluminio en el fondo que reflejará la luz del foco, tal y como la Tierra refleja la luz del Sol. La luz del Sol y la luz reflejada calientan la atmósfera, que en nuestra experiencia es el aire que hay en el interior del vaso. Midiendo la temperatura en el interior del vaso podremos ver cómo le afecta el incremento de CO2.

E c a

Material •   2 vasos de precipitados de 500 mL. •   2 discos de papel de aluminio  que cubran el fondo de cada uno de los vasos. •   2 termómetros. •   2 soportes que mantengan  el termómetro suspendido en el interior de cada vaso.

•   1 foco de fotógrafo  de entre 300 W y 500 W.

1

•   Una regla. •   Un cronómetro.

2

•   Un dispositivo que permita  obtener CO2 (como el de la práctica anterior).

3 PROCEDIMIENTO 1

Montaje

4

1. Corta dos discos de papel de aluminio y colócalos en el fondo de cada uno de los vasos con la parte brillante hacia arriba. Los vasos deben estar separados una distancia de unos 30 o 40 cm. 2. Suspende cada termómetro de un soporte de forma que se encuentre en el centro de cada vaso, con el bulbo a unos 2 o 3 cm del fondo (los dos a la misma altura). 3. En medio de los vasos coloca el foco, a una altura de unos 30 o 40 cm de la mesa, para que ilumine por igual el fondo de los vasos. 2

A

Efectos del CO2

1. Al encender el foco, se calentará el aire que hay en el interior de los vasos. Espera 10 o 15 minutos hasta que la temperatura se estabilice y comprueba que es la misma en ambos vasos. Dependiendo de la potencia de los focos, el aire del interior de los vasos puede alcanzar una temperatura situada entre 30 ºC y 40 ºC [1]. 2. Produce CO2 (puedes usar el montaje de la práctica anterior) e introduce la goma que lo suministra en uno de los vasos. Al cabo de unos 5 o 10 minutos podrás comprobar que la temperatura que marca el termómetro en ese vaso [2] es entre 5 ºC y 10 ºC superior a la del vaso de control [3]. 3. Finalmente, corta el suministro de CO2 (sacando la goma del interior del vaso) y comprueba que, poco a poco, la temperatura en ambos vasos se va aproximando.

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1

2

B

3 Con CO2

Sin CO2

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D

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5

EXPERIENCIAS

FICHA 4

LA REACCIÓN QUÍMICA

La ley de la conservación de la masa OBJETIVO Experimentar en el laboratorio la ley de la conservación de la masa.

Material •  Vaso de precipitados. 

 

•  Disolución de yoduro de potasio.

•  Tubos de ensayo. 

 

•  Disolución de nitrato de plomo(II).

•  Balanza.

PROCEDIMIENTO En algunas reacciones químicas parece que no se conserva la masa porque en los productos se forma algún gas que «escapa». 1. Pesa un vaso con un tubo de ensayo vacío. Añade al tubo de ensayo unos mililitros de la disolución de yoduro de potasio y anota a continuación su masa. 2. Pesa otro tubo de ensayo vacío colocado en el vaso anterior. Añade a este tubo unos mililitros de la disolución de nitrato de plomo(II) y anota su masa. 3. En el tubo de ensayo que contiene el nitrato de plomo(II) añade el yoduro de potasio contenido en el primer tubo. 4. Pesa el vaso con el tubo que contiene la mezcla de las dos disoluciones y anota los resultados.

CUESTIONES 1

Contesta. a) ¿Qué reacción química se produce cuando reaccionan el yoduro de potasio y el nitrato de plomo(II)? b) Ajusta la reacción. c) ¿Cuáles son los reactivos? d) ¿Cuáles los productos? e) ¿Cuántos gramos de yoduro de plomo se forman cuando reaccionan 166 g de yoduro de potasio? f) Dibuja una representación de la reacción utilizando la teoría de colisiones.

2

¿Se cumple la ley de conservación de la masa?

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5

FICHA 5

LA REACCIÓN QUÍMICA

Extintor casero Material

OBJETIVO

•   Bicarbonato de sodio.

Comprobar el modo de funcionamiento de algunos extintores, que utilizan dióxido de carbono para apagar el fuego.

•  Vaso. •  Vinagre o zumo de limón. •  Cerilla.

PROCEDIMIENTO Cuando ponemos en contacto bicarbonato de sodio y vinagre se produce una reacción química. En esa reacción se forman sustancias nuevas. Una de ellas es el dióxido de carbono. Como sabes, las reacciones de combustión necesitan oxígeno para mantenerse. Si eliminamos la fuente de oxígeno, la reacción cesa y el fuego se apaga. 1. Coloca en un vaso un poco de bicarbonato de sodio. No es necesario que llenes el vaso. 2. Añade ahora al vaso unos cuantos mililitros de vinagre o de zumo de limón. 3. Coloca una cerilla encendida justo encima del vaso. En poco tiempo, la cerilla se apaga. Cuando el vinagre (contiene un ácido) se mezcla con el bicarbonato de sodio (una base), la reacción química que ocurre genera dióxido de carbono (CO2). Podemos decir que este dióxido de carbono «ahoga» a la cerilla, ya que evita que el oxígeno del aire alimente la reacción de combustión.

CUESTIONES 1

Clasifica las sustancias que se mencionan en esta experiencia en elementos y compuestos. Organiza tu respuesta en una tabla: Elementos

2

Compuestos

Identifica los reactivos y productos de esta reacción: NaHCO3 + CH3COOH " CH3COONa + CO2 + H2O dióxido de carbono

ácido acético

agua

bicarbonato de sodio

Reactivos

3

acetato de sodio

Productos

¿Por qué crees que el título de esta experiencia es Extintor casero?

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D

LA REACCIÓN QUÍMICA

Nombre:

Curso:

Fecha:

AUTOEVALUACIÓN 1

Señala cuál de las siguientes afirmaciones es falsa:

6

a) En una reacción química unas sustancias denominadas reactivos se transforman en otras llamadas productos.

¿Qué fenómeno medioambiental causa la acidificación de lagos y océanos, provocando graves daños a la flora y fauna? a) La lluvia ácida.

b) En una reacción química se destruyen las moléculas de los productos.

b) El efecto invernadero. c) La destrucción de la capa de ozono.

c) Una reacción química es un cambio químico. 7 2

¿Cómo podemos explicar el mecanismo por el que transcurre una reacción química?

a) El metano.

a) Mediante la teoría de las colisiones.

b) Los óxidos de azufre.

b) Con la ley de conservación de la masa.

c) El dióxido de carbono.

c) Simplemente teniendo en cuenta la orientación de las moléculas. 3

8

a) Una molécula de hierro reaccionan con tres átomos de oxígeno para dar dos moléculas de óxido de hierro(III).

b) Gases contenidos en muchos espráis, y sistemas de refrigeración que destruyen el ozono de la estratosfera.

b) 1 kg de hierro reacciona con 6 kg de oxígeno para dar 2 kg de óxido de hierro(III).

c) Gases que absorben parte de la radiación solar ultravioleta dañina para los seres vivos.

c) Un átomo de hierro reacciona con tres moléculas de oxígeno para dar dos moléculas de óxido de hierro(III).

9

En la reacción química CaCO 3 (s) " CaO (s) + CO2 (g) han reaccionado 20 g de reactivos y se han formado 14 g de CaO (s). ¿Qué masa de CO2 (g) se ha generado? b) 6 g

b) Antibióticos. c) Analgésicos. 10

c) 14 g ¿Qué volumen de hidrógeno será necesario para reaccionar totalmente con 2 L de nitrógeno y formar amoniaco? La ecuación ajustada de la reacción es la siguiente: N2 (g) + 3 H2 (g) " 2 NH 3 (g)

a) 2 L b) 6 L

Los medicamentos que combaten el dolor reciben el nombre de: a) Antipiréticos.

a) 20 g

5

¿Qué son los CFC? a) Gases muy contaminantes procedentes de la combustión en los motores de los vehículos.

¿Qué significa esta ecuación química ajustada? Fe (s) + 3 O2 (g) " 2 Fe2 O 3 (s)

4

El principal contaminante responsable del efecto invernadero es:

Indica cuál de las siguientes afirmaciones es incorrecta: a) Según su efecto sobre el organismo, las drogas se pueden clasificar en depresores, narcóticos, estimulantes y alucinógenos. b) El alcohol no altera el sistema nervioso central, pero crea dependencia. c) Los depresores actúan como sedantes del sistema nervioso central.

c) 4 L 1 b, 2 a, 3 c, 4 b, 5 b, 6 a, 7 c, 8 b, 9 c, 10 b SOLUCIONES

.

5

EVALUACIÓN DE CONTENIDOS

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5

EVALUACIÓN DE CONTENIDOS

LA REACCIÓN QUÍMICA

Nombre:

Curso:

Fecha:

CONTROL B 1

Clasifica los siguientes procesos como cambios físicos o químicos. Justifica la respuesta. a) Añadir sal al hielo para facilitar que se funda.

b) Fermentar la cebada para obtener cerveza.

c) Imantar una barra de hierro.

d) Encender una cerilla.

e) Freír un filete.

2

El metano es un gas que se utiliza como combustible. Se quema con oxígeno y da lugar a dióxido de carbono y agua. a) Escribe y ajusta la reacción que tiene lugar.

b) Si reaccionan 3 kg de metano, ¿qué cantidad de dióxido de carbono se obtiene?

c) ¿Qué cantidad de metano será necesaria para obtener 20 g de dióxido de carbono?

Datos: •  M (C) = 14 •  M (H) = 1 •  M (O) = 16

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D

.

Nombre:

3

Curso:

Fecha:

Dada la reacción: H2 + N2 " NH3 a) Ajusta la reacción.

b) Explica el significado de la reacción ajustada.

c) Justifica, desde el punto de vista atómico, que se cumple la ley de conservación de la masa. Realiza un esquema en el que aparezcan los enlaces que se rompen y los que se forman en la reacción.

4

En la siguiente gráfica se representa la variación de la contaminación atmosférica debida al SO2 en una gran ciudad a lo largo de los meses del año: a) Señala alguna razón de la actividad humana que esté relacionada con esta variación y comenta la gráfica.

Cantidad de SO2 (ppm) 100 80 60 40 20 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Meses del año

b) ¿Qué efectos contaminantes tiene el SO2 cuando se emite a la atmósfera?

5

Señala cuál es el efecto de los siguientes medicamentos sobre el organismo humano y pon algún ejemplo de cada uno de ellos: a) Antipiréticos.

d) Antiinflamatorios.

b) Analgésicos.

e) Vacunas.

c) Antibióticos.

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5

EVALUACIÓN DE CONTENIDOS

LA REACCIÓN QUÍMICA

Nombre:

Curso:

Fecha:

CONTROL A 1

El carbonato de calcio es un sólido de color blanco. Cuando lo calentamos, se aprecian los siguientes cambios: •  Se observa que se produce un gas incoloro y queda un residuo sólido de color blanco. •  Al pesar el recipiente antes y después de calentarlo se observa una pérdida de masa.  a) ¿Qué tipo de transformación tiene lugar? Justifica la respuesta.

b) ¿Por qué se aprecia una pérdida de masa?

c) ¿Cuál es el gas que se produce?

2

En el conversor catalítico de un automóvil se produce la siguiente reacción: Monóxido de carbono (gas) + oxígeno (gas) " dióxido de carbono (gas) a) Escribe la ecuación química ajustada.

b) Si reaccionan 56 g de monóxido de carbono con 32 g de oxígeno, ¿cuánto dióxido de carbono aparece? Enuncia la ley en la que te has basado para contestar esta pregunta.

3

Dada la siguiente reacción: Óxido de hierro (II) + hidrógeno (gas) " hierro (metal) + agua a) Escribe y ajusta la reacción.

b) Calcula la masa de hierro que podría obtenerse al reaccionar 40 g de óxido de hierro (II).

Datos: M (Fe) = 56; M (O) = 16; M (H) = 1

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D

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Nombre:

4

Curso:

Fecha:

La ecuación química ajustada para la combustión del monóxido de carbono es: 2 CO (g) + O2 (g) " 2 CO2 (g) ¿Cuáles de las siguientes afirmaciones son ciertas? Justifica las respuestas. a) Una molécula de monóxido de carbono reacciona con una molécula de oxígeno para producir una molécula de dióxido de carbono.

b) 2 moléculas de monóxido de carbono reaccionan con 1 molécula de oxígeno para producir 2 moléculas de dióxido de carbono.

c) 2 g de monóxido de carbono reaccionan con 1 g de oxígeno y como resultado se forman 2 g de dióxido de carbono.

d) 2 kg de monóxido de carbono reaccionan con 1 kg de oxígeno y se forman 2 kg de dióxido de carbono.

5

Observa la siguiente gráfica: Concentración de CO2 atmosférico (ppm) 360 350 340 330 320 Año 310 1950

1960

1970

1980

1990

2000

a) Señala alguna actividad humana que esté relacionada con esta variación de dióxido de carbono en la atmósfera.

b) ¿Qué proceso natural emite CO2 a la atmósfera?

c) Explica la relación entre los datos que aparecen en la gráfica y el calentamiento global del planeta.

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5

EVALUACIÓN DE CONTENIDOS

ESTÁNDARES DE APRENDIZAJE Y SOLUCIONES

Criterio

Estándares de aprendizaje

Actividades Control B

Control A

B3‑1. Distinguir entre cambios físicos y químicos mediante la realización de experiencias sencillas que pongan de manifiesto si se forman o no nuevas sustancias.

B3‑1.1. Distingue entre cambios físicos y químicos en acciones de la vida cotidiana en función de que haya o no formación de nuevas sustancias.

B3‑2. Caracterizar las reacciones químicas como cambios de unas sustancias en otras.

B3‑2.1. Identifica cuáles son los reactivos y los productos de reacciones químicas sencillas interpretando la representación esquemática de una reacción química.

2, 3

1, 2, 3

B3‑3. Describir a nivel molecular el proceso por el cual los reactivos se transforman en productos en términos de la teoría de colisiones.

B3‑3.1. Representa e interpreta una reacción química a partir de la teoría atómico‑molecular y la teoría de colisiones.

2, 3

2, 3, 4

B3‑4. Deducir la ley de conservación de la masa y reconocer reactivos y productos a través de experiencias sencillas en el laboratorio y/o de simulaciones por ordenador.

B3‑4.1. Reconoce cuáles son los reactivos y los productos a partir de la representación de reacciones químicas sencillas, y comprueba experimentalmente que se cumple la ley de conservación de la masa.

2, 3

1, 2, 3

B3‑6. Reconocer la importancia de la química en la obtención de nuevas sustancias y su importancia en la mejora de la calidad de vida de las personas.

B3‑6.2. Identifica y asocia productos procedentes de la industria química con su contribución a la mejora de la calidad de vida de las personas.

5

B3‑7. Valorar la importancia de la industria química en la sociedad y su influencia en el medio ambiente.

B3‑7.1. Describe el impacto medioambiental del dióxido de carbono, los óxidos de azufre, los óxidos de nitrógeno y los CFC y otros gases de efecto invernadero relacionándolo con los problemas medioambientales de ámbito global.

4

5

B3‑7.3. Defiende razonadamente la influencia que el desarrollo de la industria química ha tenido en el progreso de la sociedad, a partir de fuentes científicas de distinta procedencia.

4

5

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B3‑1.2. Describe el procedimiento de realización de experimentos sencillos en los que se ponga de manifiesto la formación de nuevas sustancias y reconoce que se trata de cambios químicos.

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CONTROL B: SOLUCIONES 1

a) Cambio físico. Se forma una disolución, pero no cambia la composición de los componentes. b) Cambio químico. En la fermentación aparecen nuevas sustancias; por tanto, es una reacción química. c) Cambio físico. La barra tiene la misma composición: hierro. d) Cambio químico. Se produce una reacción de combustión. e) Cambio químico. Se producen reacciones químicas que cambian la textura y el sabor de la carne.

2

a) CH4 + 2 O2 " CO2 + 2 H2O b) Según la estequiometría de la reacción: 1 molécula de CH4 produce 1 molécula de CO2 Por tanto: 3000 g de metano ? c) Ahora: 20 g de CO2 ?

3

(12 + 16 ? 2) g de CO2 (12 + 1 ? 4) g de metano

16 g de CH4 44 g de CO2

= 8250 g de CO2

= 7,27 g

a) 3 H2 + N2 " 2 NH3 b) 3 moléculas de H2 + 1 molécula de N2 " 2 moléculas de NH3 c)

+

&

Los átomos se reorganizan, pero el número total de átomos de cada elemento no se modifica. 4

a) La combustión de combustibles fósiles que contienen azufre es responsable de la contaminación atmosférica por SO2. Es utilizada, fundamentalmente, en el transporte en las grandes ciudades. La cantidad depende de la época del año. Aumenta en los meses de invierno debido al incremento del tráfico y al uso de calefacciones, y desciende en los meses de verano, en los que se produce una disminución del tráfico y de la combustión en las calderas. b) El SO2 es el principal responsable de la lluvia ácida.

5

a) Antipiréticos: bajar la fiebre (aspirina, paracetamol o ibuprofeno). b) Analgésicos: reducir el dolor (aspirina, paracetamol o ibuprofeno). c) Antibióticos: combatir infecciones bacterianas (penicilina, amoxicilina). d) Antiinflamatorios: reducir la inflamación de tejidos u órganos (corticoides). e) Vacunas: prevenir enfermedades creando anticuerpos (antitetánica).

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EVALUACIÓN DE CONTENIDOS

ESTÁNDARES DE APRENDIZAJE Y SOLUCIONES

N

CONTROL A: SOLUCIONES 1

a) Se produce una reacción química, ya que se observa la aparición de un gas como muestra de la formación de una sustancia diferente. b) En las reacciones químicas se conserva la masa, pero, en este caso, si el recipiente está abierto, el gas se escapa. c) Dióxido de carbono.

2

a) La reacción ajustada es: 2 CO (g) + O2 (g) " 2 CO2 (g) b) m = 56 g + 32 g = 88 g. La ley de Lavoisier, que dice: en una reacción química la materia ni se crea ni se destruye, solo se transforma. Es decir, que la masa total de los reactivos es igual a la masa de los productos.

3

a) La reacción ajustada es: FeO + H2 " Fe + H2O b) La masa de hierro será: m = 40 g de FeO ?

4

56 g de Fe 72 g de FeO

= 31,1 g de Fe

a) Falsa. b) Verdadera. c) Falsa. d) Falsa. Es cierta la afirmación b). Los coeficientes estequiométricos nos muestran la relación mínima entre el número de moléculas de cada una de las sustancias que participan.

5

a) La combustión de combustibles fósiles es el principal responsable de la contaminación atmosférica por CO2. b) Las plantas en la fotosíntesis. c) La emisión de CO2 ha aumentado a lo largo de los últimos años como consecuencia del aumento de actividad humana, siendo la principal fuente de energía la combustión de derivados del petróleo. El CO2 provoca el incremento del efecto invernadero, lo que impide la salida de la energía solar que llega a la superficie de la Tierra. Este efecto está relacionado con el aumento progresivo de temperatura que se ha detectado, produciendo un calentamiento global que puede provocar efectos como el deshielo de los casquetes polares.

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NOTAS

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EVALUACIÓN POR COMPETENCIAS

LA REACCIÓN QUÍMICA

Nombre:

Curso:

Fecha:

EVALUACIÓN POR COMPETENCIAS

Año 2050: ¿cómo nos afectará el calentamiento global? Las transformaciones ya han comenzado. Nuestro planeta está involucrado en un constante cambio, demasiado rápido para controlar, que afectará a todos los países de una forma u otra. Los expertos de la NASA han compilado las principales predicciones para los años que vienen, en las principales regiones del mundo.

el acceso a los alimentos. En el caso de Asia, el agua dulce se reducirá drásticamente y muchas de las áreas costeras estarán en riesgo a causa de las inundaciones, mientras que en otras zonas habrá muchas sequías intensas. Fuente: Adaptado, Noticias Universia. http://noticias.universia.es

En el caso de Europa, el riesgo de inundaciones catastróficas será mucho más alto en el interior y la erosión de las costas empeorará con las tormentas y la subida del nivel del mar. Además, se extinguirán diversas especies animales y vegetales y la productividad de las cosechas será menor en el sur. Para América Latina se espera un cambio radical en la selva tropical, que evolucionará hacia una sabana, con un alto riesgo de extinción de animales y vegetación, y una disponibilidad mucho menor de agua dulce para el consumo, la agricultura y la generación de energía. Entretanto, en América del Norte disminuirá la presencia de nieve en las montañas y aumentarán las precipitaciones en las zonas agrícolas, además de la intensidad y frecuencia de las olas de calor. A finales de esta década, en África entre 75 y 220 millones de personas tendrán un acceso aún menor al agua dulce y padecerán una reducción de las cosechas hasta en un 50 % (dependiendo de las condiciones climáticas), limitando

1

Elabora un resumen sobre el texto y ponle un título.

3

Indica cuáles de estas consecuencias medioambientales se deducen del texto: a) Se prevén nuevas olas de calor. b) Las montañas se erosionarán más. c) El nivel del mar aumentará. d) La causa del calentamiento global es el aumento de gases de efecto invernadero en la atmósfera. e) El metano provoca la aparición de lluvia ácida.

2

¿Qué transformaciones está sufriendo nuestro planeta?

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f ) Los gases de efecto invernadero hacen que la Tierra sea habitable.

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a

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Nombre:

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¿Cuál de los siguientes fenómenos crees que es el responsable de estas transformaciones?

Curso:

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a) Lluvia ácida. b) Calentamiento global.

Fecha:

Considera una ciudad en la que circulen diariamente 150 000 coches y cada uno consuma 2 L de gasolina. Si suponemos que la gasolina está formada únicamente por octano (C8H18): a) Escribe y ajusta la reacción de combustión que tiene lugar en el motor de cada coche.

c) Destrucción de la capa de ozono. ¿Por qué?

b) Calcula la cantidad de gasolina consumida por cada coche. Expresa el resultado en gramos (dgasolina = 700 kg/m3). 5

Explica en qué consiste el efecto invernadero y responde a las cuestiones planteadas a continuación: c) Calcula la cantidad de dióxido de carbono que se emite a la atmósfera cada día. Datos. Masas atómicas: C = 12; H = 1; O = 16. a) ¿Se produce efecto invernadero en ausencia de sustancias contaminantes?

7

Propón medidas que puedas poner en práctica para contribuir a reducir el cambio climático.

8

¿Piensas que el cambio climático puede generar problemas sociales? Razona tu respuesta.

9

Ahora que tienes más información, contesta: ¿cómo nos afectará el calentamiento global?

b) Señala los gases causantes de efecto invernadero y escribe sus fórmulas.

c) ¿De dónde proceden estos gases?

d) ¿Qué relación existe entre la presencia de estos gases en la atmósfera y el hecho de arrancar el coche o encender la luz?

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EVALUACIÓN POR COMPETENCIAS

ESTÁNDARES DE APRENDIZAJE Y SOLUCIONES

Competencia que se trabaja

Comunicación lingüística

Criterio B3‑7. Valorar la importancia de la industria química en la sociedad y su influencia en el medio ambiente.

B3‑2. Caracterizar las reacciones químicas como cambios de unas sustancias en otras.

Competencia matemática y competencias básicas en ciencia y tecnología

Estándares de aprendizaje B3‑7.1. Describe el impacto medioambiental del dióxido de carbono, los óxidos de azufre, los óxidos de nitrógeno y los CFC y otros gases de efecto invernadero relacionándolo con los problemas medioambientales de ámbito global.

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1, 2, 3



B3‑2.1. Identifica cuáles son los reactivos y los productos de reacciones químicas sencillas interpretando la representación esquemática de una reacción química.

6

B3‑3. Describir a nivel molecular el proceso por el cual los reactivos se transforman en productos en términos de la teoría de colisiones.

B3‑3.1. Representa e interpreta una reacción química a partir de la teoría atómico‑molecular y la teoría de colisiones.

6

B3‑4. Deducir la ley de conservación de la masa y reconocer reactivos y productos a través de experiencias sencillas en el laboratorio y/o de simulaciones por ordenador.

B3‑4.1. Reconoce cuáles son los reactivos y los productos a partir de la representación de reacciones químicas sencillas, y comprueba experimentalmente que se cumple la ley de conservación de la masa.

6

B3‑6. Reconocer la importancia de la química en la obtención de nuevas sustancias y su importancia en la mejora de la calidad de vida de las personas.

B3‑6.2. Identifica y asocia productos procedentes de la industria química con su contribución a la mejora de la calidad de vida de las personas.

5

B3‑7. Valorar la importancia de la industria química en la sociedad y su influencia en el medio ambiente.

B3‑7.1. Describe el impacto medioambiental del dióxido de carbono, los óxidos de azufre, los óxidos de nitrógeno y los CFC y otros gases de efecto invernadero relacionándolo con los problemas medioambientales de ámbito global.

4, 5

B3‑7.3. Defiende razonadamente la influencia que el desarrollo de la industria química ha tenido en el progreso de la sociedad, a partir de fuentes científicas de distinta procedencia.

Sentido de iniciativa y emprendimiento

Actividades

B3‑7. Valorar la importancia de la industria química en la sociedad y su influencia en el medio ambiente.

B3‑7.2. Propone medidas y actitudes, a nivel individual y colectivo, para mitigar los problemas medioambientales de importancia global.





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7, 8, 9

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EVALUACIÓN POR COMPETENCIAS: SOLUCIONES 1

Predicciones para el año 2050

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Los expertos vaticinan que para mediados de siglo el calentamiento global habrá transformado la realidad actual de maneras que aún no podemos imaginar. Tendrá un significativo impacto medioambiental, económico y humano. 2

• Cambios en la intensidad y frecuencia de las precipitaciones: aumenta el riesgo de tormentas.



• Habrá zonas con intensas sequías, en contraste con otras que se encontrarán con inundaciones permanentes.



• Se elevará el nivel del mar y disminuirá la presencia de nieve en las montañas: el incremento de temperatura provoca el deshielo polar y que la nieve de altas cotas se deshaga. 3

Del texto podemos deducir directamente las consecuencias a, b, c y f.

4

La opción correcta es la b). Porque con el calentamiento global las sequías serán más habituales; se derretirá una parte de los casquetes polares y el nivel del mar aumentará.

5

S e llama «efecto invernadero» al fenómeno por el que determinados gases componentes de la atmósfera retienen parte de la energía que refleja el suelo procedente de la radiación solar. El efecto invernadero es, pues, la forma natural de mantener la temperatura en la Tierra.

25 O 2 (g) " 8 CO 2 (g) + 9 H 2 O (g) 2

b) d = 700 kg/m3 = 0,7 kg/L. Por tanto: m = d · V = 0,7 kg/L · 2 L = 1,4 kg = 1400 g c) Según la reacción: 8 ? (12 + 2 ? 16) g CO 2 1400 g C 8 H18 $ = 4322,8 g CO 2 (12 ? 8 + 1 ? 18) g C 8 H18

De acuerdo con el texto, el planeta está sufriendo un cambio climático:



a) C 8 H18 (l) +

Cada coche emite 4,3 kg de CO2 a la atmósfera. Por tanto, 150 000 coches emitirán: 4,3 kg de CO2 ? 150 000 = 645 000 kg de CO2 7

Cualquiera que suponga un ahorro de energía. Por ejemplo, utilizar el transporte público, emplear lámparas de tipo LED, no abusar de la calefacción ni del aire acondicionado, etc.

8

Sí. Como hemos leído en el texto, el cambio climático provoca desigualdades en el acceso al agua potable y a los alimentos. Esto se traduce en desigualdades sociales, que provocarán situaciones de pobreza, violencia, migraciones, etc.

9

Tras analizar el texto y responder a las preguntas propuestas, el alumno debe tener idea global de los efectos del calentamiento global a largo plazo. La respuesta pasa por efectos medioambientales (se extinguirán especies animales y vegetales), económicos (se acentuarán las diferencias entre países) y sociales (limitación en el acceso a los recursos básicos según la zona que se habite).

a) El efecto invernadero se está viendo acentuado en la Tierra por la emisión, debida a la actividad humana, de ciertos gases, como el dióxido de carbono y el metano o los óxidos de nitrógeno. Los gases de efecto invernadero forman parte de la composición natural de la atmósfera en pequeña proporción. b) Dióxido de carbono (CO2), metano (CH4) y óxidos de nitrógeno (NO, N2O3, NO2, N2O5). c) Son producto de la combustión de los combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural). d) La gasolina que se quema en el motor de los coches y la combustión de derivados del petróleo para la obtención de electricidad son los principales responsables de estas emisiones contaminantes.

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UNIDAD 6 Las fuerzas y las máquinas

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UNIDAD 6. Las fuerzas y las máquinas

Guion de la unidad y sugerencias didácticas. . . . . . 240 Presentación de la unidad Objetivos Contenidos Consideraciones a tener en cuenta Competencias que se trabajan Criterios de evaluación

Enseñanza individualizada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242 Refuerzo • Ficha 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242 • Ficha 1 (soluciones) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243 • Ficha 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244 • Ficha 2 (soluciones) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245 • Ficha 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246 • Ficha 3 (soluciones) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247

Profundización • Ficha 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248 • Ficha 1 (soluciones) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249

Ampliación • La fuerza, una magnitud vectorial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250 • Algunas fuerzas y su efecto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254 • Fuerzas y máquinas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256 • Obtención de una medida experimental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258

Problemas resueltos • Problema resuelto 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260

Experiencias • La fuerza de empuje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261 • La fuerza de rozamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262

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Recursos para la evaluación de contenidos . . . . . . . 263 Autoevaluación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263 Controles • Control B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264 • Control A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266

Estándares de aprendizaje y soluciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268

Recursos para la evaluación por competencias . . . 274 Prueba de evaluación por competencias • El rozamiento y el movimiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274

Estándares de aprendizaje y soluciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276

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PRESENTACIÓN Y PROGRAMACIÓN

LAS FUERZAS Y LAS MÁQUINAS

C

PRESENTACIÓN 1. En esta unidad se introduce el concepto de fuerza y se analizan sus efectos estático y dinámico. Si bien no se trabaja con la expresión matemática de los vectores, sí se tiene en cuenta el carácter vectorial de las fuerzas. De forma gráfica, se obtiene la fuerza resultante de un conjunto de fuerzas concurrentes.

2. En la segunda parte de la unidad se analizan algunas fuerzas cuya presencia puede resultar evidente para el alumnado, como la fuerza peso, la tensión, la fuerza normal y la fuerza de rozamiento. 3. Finalmente veremos las máquinas como dispositivos que transforman fuerzas. Como ejemplo veremos la rueda, la polea, el plano inclinado y la palanca.

1

2

OBJETIVOS

3 •   Reconocer las fuerzas como causa de deformación  y cambios en el estado de movimiento de los cuerpos. •   Distinguir entre el módulo, la dirección y el sentido  de las fuerzas. •   Ser capaces de relacionar el valor de una fuerza  con la deformación que provoca. •   Saber transformar datos experimentales en una ley física. •   Comprender el significado de calibrar un instrumento. •   Ser capaces de obtener, de forma gráfica, la resultante  de varias fuerzas concurrentes.

•   Relacionar fuerzas concretas con su acción. Trabajar  con la fuerza peso, la tensión, la fuerza normal y la fuerza de rozamiento. •   Identificar estas fuerzas en sucesos que ocurren  en su entorno. •   Analizar máquinas simples desde el punto de vista  de su interacción con las fuerzas. •   Relacionar el trabajo experimental con una aplicación  tecnológica.

CONTENIDOS SABER

•   La fuerza como magnitud vectorial. •   Diferenciar entre los efectos deformador y el dinámico de las fuerzas. •   Expresar el valor de una fuerza en unidades del Sistema Internacional. •   Valorar la fuerza que resulta de otras varias. •   Determinar si un cuerpo, sometido a la acción de varias fuerzas, está o no en equilibrio. •   Relacionar algunas fuerzas con su efecto. Ejemplificar con las fuerzas peso, tensión,  normal y rozamiento. •   Interpretar el funcionamiento de máquinas simples desde el punto de vista de su utilización  de las fuerzas.

SABER HACER

•   Medir fuerzas con un dinamómetro. •   Medir el estiramiento de un muelle en relación con la fuerza aplicada. •   Relacionar el estiramiento con la fuerza aplicada a fin de calibrar un muelle. •   Sumar fuerzas gráficamente.

C

•   Avanzar en la representación simbólica de los problemas físicos.

1 SABER SER

•   Desarrollar hábitos de precisión y cuidado en el trabajo de laboratorio. •  Potenciar el trabajo individual y en grupo.

2

•   Valorar la utilidad de los conocimientos científicos como propulsores del avance tecnológico. •   Valorar la importancia de la utilización de los conceptos físicos aprendidos en la mejora  de su expresión lingüística.

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a

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PRESENTACIÓN Y PROGRAMACIÓN

LAS FUERZAS Y LAS MÁQUINAS

CONSIDERACIONES A TENER EN CUENTA 1.   Se inicia la unidad con una aproximación experiencial  a los efectos deformador y dinámico que pueden tener las fuerzas. Acto seguido se construye el concepto  de fuerza como una magnitud vectorial y se presenta el dinamómetro como un instrumento para medir fuerzas. 2.   Abundando en el efecto deformador de las fuerzas,  se proponen experiencias que llevarán a establecer la ley  de Hooke. Al final de la unidad se propone un trabajo  cooperativo que llevará a calibrar un resorte. 3.   Ante lo inusual de que actúe una sola fuerza sobre un  cuerpo, los alumnos aprenderán a obtener la resultante  de varias fuerzas concurrentes. Será un procedimiento 

gráfico, y, en la mayoría de los casos, se trabajará  con fuerzas que actúan en la misma dirección.  4. Con el fin de llevar a la práctica los conceptos aprendidos, se analiza el efecto de algunas fuerzas concretas como la fuerza peso, la tensión, la fuerza normal y la fuerza de rozamiento. En el caso concreto de la fuerza de rozamiento, se analiza su efecto positivo y negativo con relación al movimiento. 5.   El último punto de la unidad estudia las máquinas como  dispositivos que transforman fuerzas y reducen el esfuerzo. De manera simbólica, y sin apenas realizar  cálculos, se analiza el funcionamiento de la rueda, la polea, el plano inclinado y los distintos tipos de poleas.

COMPETENCIAS QUE SE TRABAJAN Comunicación lingüística La construcción de los conceptos se llevará a cabo con  una cuidadosa utilización del lenguaje, con el fin de que expresen exactamente lo que se quiere relatar.  Ello contribuye a mejorar la expresión oral y escrita,  tanto en el vocabulario como en las construcciones  sintácticas empleadas. Competencia matemática, científica y tecnológica Aunque no es el elemento diferenciador de esta unidad,  el trabajo con datos y su análisis gráfico y aritmético sigue  la línea de que el alumno se afiance en los cálculos  básicos del trabajo científico. Se introduce de forma gráfica el trabajo con el aspecto  vectorial de las fuerzas. Esta primera aproximación va  a suponer un cambio muy importante en el estudio  de determinadas magnitudes físicas, para las que  se va a tener en cuenta, además de su valor, la dirección y sentido en que actúan.  En un intento de facilitar la transferencia del conocimiento académico a la vida del alumno, se analizan fuerzas cuyo  efecto se aprecia en situaciones de su entorno. Algunas  serán fuerzas conocidas, como el peso o la tensión.

Otras, como la fuerza normal, supondrán un descubrimiento que les permitirá explicar hechos  conocidos como los que se recogen en el epígrafe 4.3.  Tampoco olvidamos la importancia que el conocimiento  de esta fuerza va a tener en el estudio de determinados contenidos en cursos posteriores. Es muy probable que los alumnos conozcan  la fuerza de rozamiento, pero probablemente  les sorprenderá el papel positivo y negativo que juega en el movimiento. Finalmente, el epígrafe 5 nos permitirá ver ejemplos  en los que los conocimientos científicos tienen  una traslación directa a la tecnología. Competencia en aprender a aprender En esta unidad el alumno comienza a familiarizarse con herramientas o conceptos que va a utilizar ampliamente  en cursos posteriores. Se destaca el concepto de  magnitud vectorial y el trabajo con los distintos elementos  de un vector. También será importante el reconocimiento del efecto  de la fuerza normal y la fuerza de rozamiento.

CRITERIOS DE EVALUACIÓN 1.   Identificar las fuerzas que intervienen en diversas  situaciones de la vida cotidiana y relacionarlas con el efecto que producen. 2. Relacionar el estiramiento que se produce en un muelle  con la fuerza que actúa sobre él. 3. Obtener la fuerza resultante de otras fuerzas de la misma  dirección.

4. Obtener, de forma gráfica, la resultante de otras fuerzas  concurrentes. 5. Identificar las fuerzas peso, tensión, normal y de  rozamiento en diversas situaciones de la vida cotidiana. 6.   Propuesta una máquina simple, el alumno debe reconocer  su efecto transformador de las fuerzas.

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6

REFUERZO

FICHA 1

LAS FUERZAS Y LAS MÁQUINAS

ACTIVIDADES DE REFUERZO 1

Para qué se utiliza el dinamómetro.

2

Para los dinamómetros A y B indica:

7

a) El resorte mide 1 m cuando se le aplica una fuerza  de 50 N.

a) ¿Cuál es el valor mínimo y el máximo que pueden medir?

b) Si aplicamos al resorte una fuerza de 100 N, su longitud  disminuye en 2 m.

b) ¿Cuál es su precisión? c) ¿Cuál es el valor de la fuerza que están midiendo?

c) La fuerza máxima que le podemos aplicar al resorte es de 50 N.

A

d) Lo máximo que se puede estirar el resorte es 1 m.

B

0

0 0,4

2

5

10

0,6

8

6

Dibuja un dinamómetro, C, con las siguientes características:

•  Mide una fuerza de 14 N. Indica cuál de los dinamómetros A, B o C que vimos en las actividades 2 y 3 es el más adecuado para medir estas fuerzas: a) 18,4 N

c) 4,5 N

b) 25,2 N

d) 1,7 N

F = k ? Dx Indica el significado de:

6

·  k

d) 5 m

El resorte de una balanza mide 10 cm cuando no tiene nada encima y 8 cm cuando se coloca sobre su plato un cuerpo que pesa 50 N.

10

Un resorte mide 18 cm cuando cuelga de él un peso de 1 N, y mide 20 cm cuando cuelga de él un peso de 5 N. a) Dibuja el resorte en las dos situaciones.

·  ∆  x

Cuál de las siguientes expresiones, referidas a la constante de elasticidad de un resorte (muelle), es falsa: a) Mide la fuerza necesaria para que el resorte se alargue  una unidad de longitud. b) Mide los néwtones que hay que aplicar a un resorte  para que su longitud se alargue 1 m.

c) Calcula la longitud del resorte cuando no se le aplica  ninguna fuerza. 11

F (N)

0

2

5

8

L (cm)

18

20,5

24,25

28

 

a) Copia esta tabla en tu cuaderno y añádele una fila.  En ella escribe lo que se ha estirado el resorte con cada  fuerza.

 

b) Representa gráficamente la fuerza frente  al estiramiento y calcula la constante de elasticidad.

 

c) Lee en la gráfica cuánto se estira el resorte si se le  aplica una fuerza de 7 N y cuánto si se le aplica  una fuerza de 10 N.

d) Mide los néwtones que hay que aplicar a un resorte  para que su longitud se reduzca 1 m.

d) Determina cuánto mide el resorte en los casos del apartado c.

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En una experiencia se mide la longitud de un resorte al que se le aplican distintas fuerzas. Los resultados se muestran en la tabla siguiente:

c) Mide los m/N que varía la longitud de un resorte cuando  se le aplica una fuerza.

242

 

 

b) Determina su constante de elasticidad.

La ley de Hooke permite estudiar el efecto deformador de las fuerzas de manera cuantitativa. Su expresión matemática es:

·  F

c) 15 cm

b) ¿Cuál será la longitud del resorte cuando coloquemos  un cuerpo de 15 N de peso sobre el plato de la balanza?

•  Precisión: 2 N.

5

b) 25 cm

a) ¿Cuánto vale la constante de elasticidad del resorte de la balanza?

•  Rango: 0 a 20 N.

4

Un resorte de 20 cm de longitud tiene una constante de elasticidad de 40 N/m. Cuando se tira de él con una fuerza de 2 N, pasa a medir: a) 5 cm

9

3

La constante de elasticidad de un resorte es 50 N/m. Elige la respuesta correcta:

 

 

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D

.

6

REFUERZO

FICHA 1

LAS FUERZAS Y LAS MÁQUINAS

ACTIVIDADES DE REFUERZO (soluciones) 1

El dinamómetro se utiliza para determinar el valor de una fuerza midiendo lo que se estira un muelle calibrado al que se aplica esa fuerza.

2

Dinamómetro

A

B

Valor mínimo

0N

0N

Valor máximo

2N

10 N

Precisión

0,04 N

0,5 N

Valor de la fuerza

0,52 N

5,5 N

La longitud del muelle es, pues: L = 20 cm + 5 cm = 25 cm 9

a) Calculamos la constante con la ley de Hooke: F = k ? Dx Despejamos, sustituimos valores y calculamos: F 50 N k= = = 2500 N/m Dx 0,02 m b) Calculamos lo que se comprime el resorte con el peso de 15N: F 15 N Dx = = = 0,006 m = 6 mm k 2500 N/m

3

2 6 10 14 18

4

5

La medida del resorte es:

0 4 8 12 16 20

L = 10 cm - 0,6 cm = 9,4 cm 10

Hay que elegir el indicador de rango más próximo (por exceso) al valor de la fuerza que se quiere medir: a) 18,4 N

C

c) 4,5 N

B

b) 25,2 N

Ninguno

d) 1,7

A

• F: • k:



• ∆x: Longitud que se estira el resorte.

Constante de elasticidad del resorte.

11

Las expresiones b) y d) con ciertas porque, en principio, el resorte se puede estirar o contraer.

7

La respuesta correcta es la b). Se comprueba aplicando la ley de Hooke. F = k ? Dx Despejamos, sustituimos valores y calculamos:

Dx =

F 100 N = =2m k 50 N/m

En principio, un resorte se puede estirar o comprimir cuando se le aplica una fuerza. 8

La respuesta correcta es b) Se comprueba aplicando la ley de Hooke. Despejamos, sustituimos valores y calculamos: F 2N Dx = = = 0,05 m = 5 cm k 40 N/m

Del enunciado se deduce que el resorte se estira 2 cm (20 cm - 18 cm) cuando cuelga un peso de 4 N (5 N - 1 N).

La longitud inicial del resorte es 0,5 cm menos que cuando tiene colgado un peso de 1 N, es decir, 17,5 cm.

La expresión falsa es la c), pues las unidades de la constante de elasticidad, en el Sistema Internacional es N/m.

La expresión a) es la misma que la b) con la diferencia de que no precisa las unidades de la constante de elasticidad.

a)

b) Calculamos la constante de elasticidad con la ley de Hooke. Despejamos y calculamos: F 4N k= = = 200 N/m Dx 0,02 m c) Calculamos lo que se estira el resorte con 1 N. F 1N Dx = = = 0,005 m = 0,5 cm k 200 N/m

Fuerza aplicada.



6

El resorte se comprime 2 cm con 50 N.

F (N)

0

2

5

8

L (cm)

18

20,5

24,25

28

∆L (cm)

0

2,5

6,25

10

F (N) 10 8 7 6 5 4 3 2 1 0

8,75

0

1

2

4

5

6

7

8

9

10

11

12

∆L (cm) k=

F2 - F1

=

(5 - 2) N

= 0,8 N/cm

Dx 2 - Dx1 (6,25 - 2,5) cm • F = 7 N " DL = 8,75 cm • F = 10 N " DL = 12,5 cm

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3

12,5

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6

REFUERZO

FICHA 2

LAS FUERZAS Y LAS MÁQUINAS

ACTIVIDADES DE REFUERZO 1

La caja del dibujo está suspendida de una cuerda y sobre ella se ejercen las fuerzas que se indican en cada caso. Indica cuál es la fuerza total que actúa sobre la caja y razona cuál puede ser su efecto sobre la caja: a)

b)

c)

Sobre la caja del dibujo actúan las fuerzas que se indican en cada caso. Calcula, de forma gráfica y matemática, cual es la fuerza total que actúa sobre la caja en cada caso: c)

a)

5N

15 N 5N

6

3N

2N

4N

8N

8N

8N 8N

d)

b) 5N 4N

d)

9N

1N

7N

8N 3N 10 N

2N 2

4N

Sobre una caja que está sobre una mesa actúan las fuerzas que se indican en cada caso. Dibuja cada una de las fuerzas y la fuerza resultante y discute cuál puede ser el efecto sobre la caja: a) Actúa una fuerza de 10 N, vertical y hacia arriba.

7

Razona si las cajas representadas en las casillas a y b están sometidas a la misma fuerza total.

8

Tenemos tres dinamómetros unidos a una misma anilla. Uno de ellos ejerce una fuerza de 9 N, horizontal y hacia la izquierda. Otro ejerce una fuerza de 12 N, vertical y hacia abajo. ¿Qué fuerza debe ejercer el tercer dinamómetro para que la anilla se mantenga en equilibrio? Dibuja cada una de las fuerzas y trata de especificar la dirección y el sentido de la fuerza que tiene que hacer el tercer dinamómetro.

9

Sobre una caja se ejercen dos fuerzas, una de 6 N y otra de 8 N.

b) Actúa una fuerza de 8 N, horizontal y hacia la izquierda. c) Actúa una fuerza de 5 N, vertical y hacia abajo. d) Actúan dos fuerzas horizontales y hacia la derecha, una de 3 N y otra de 5 N. e) Actúa una fuerza de 2 N, horizontal y hacia la derecha y una fuerza de 10 N, horizontal y hacia la izquierda. 3

4

5

Analiza todos los casos que se presentan en las actividades 1 y 2 y razona si hay casos equivalentes. Estudia si alguna de las cajas que se representan en la actividad 1 está en equilibrio. Para cada una de las situaciones que se representan en la actividad 2, indica cómo debe ser la fuerza que hay que aplicar a la caja para que recupere la situación de equilibrio: Fuerza Caso

Módulo

Dirección

Sentido

a) Dibuja cómo se deben aplicar estas fuerzas para que la fuerza resultante sea máxima. Calcula esa fuerza máxima. b) Dibuja cómo se deben aplicar estas fuerzas para que la resultante sea mínima. Calcula esa fuerza mínima. c) Dibuja una situación en la que la resultante de esas fuerzas sea un valor intermedio entre el máximo y el mínimo. ¿Hay una única situación? Explícalo.

a) b) c) d) e)

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D

.

6

REFUERZO

FICHA 2

LAS FUERZAS Y LAS MÁQUINAS

ACTIVIDADES DE REFUERZO (soluciones) 1

a)

c)

6

13 N

b)

a) 3N

10 N

5N

4N

Se desplaza a la derecha.

3N

Sube.

32 + 42 = 5

R=

R=

d)

b)

c)

32 + 42 = 5

10 N 8N

Permanece en equilibrio.

13 N

5N

4N

6N

Baja. 2

c) Se fija contra la mesa.

a) Sube.

6 2 + 8 2 = 10

R= d)

5N

10 N

9N

15 N

12 N

b) Se arrastra a la izquierda.

d) Se arrastra hacia la derecha con una fuerza de 8 N.

R=

3N

8N

9 2 + 12 2 = 15

7

La fuerza es diferente, ya que coincide el módulo, pero no la dirección.

8

Una fuerza de 15 N en la dirección y sentido que se indican.

5N

e) Se arrastra hacia la izquierda con una fuerza de 8 N. 2N

10 N

9N 15 N

3

Son equivalentes el 1.a y el 2.a. Son equivalentes el 2.b y el 2.e.

4

12 N

9

Está en equilibrio la caja 1.d.

a) Fuerza máxima: 14 N. Las dos fuerzas tienen que tener la misma dirección y sentido: 8N

5

Fuerza Caso

Módulo

Dirección

a)

10

Vertical

Abajo

b)

8

Horizontal

Derecha

c)

5

Vertical

Arriba

d)

8

Horizontal

Izquierda

e)

8

Horizontal

Derecha

6N

Sentido

b) Fuerza mínima: 2 N. Las dos fuerzas tienen que tener la misma dirección y sentido opuesto. 8N 6N

c) Un valor intermedio. Las fuerzas deben formar un ángulo comprendido entre 0º y 180º. Hay muchas situaciones.

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6

REFUERZO

FICHA 3

LAS FUERZAS Y LAS MÁQUINAS

ACTIVIDADES DE REFUERZO 1

En los siguientes dibujos etiqueta de forma apropiada cada fuerza como peso (P), tensión (T), normal (N) o rozamiento (FR).

b) Cuando la superficie de apoyo es horizontal, la fuerza normal siempre es igual al peso del cuerpo, cualquiera que sea su valor.

b)

c) Cuando el cuerpo está en movimiento (como un coche por una carretera), la fuerza normal desaparece.

a)

6

Con respecto a la fuerza de rozamiento, indica si es cierto que: a) La fuerza de rozamiento es la que nos permite caminar. b) La fuerza de rozamiento se opone al movimiento.

c)

c) El valor de la fuerza de rozamiento depende solo del peso del cuerpo que se mueve. 7

d)

Colgamos un objeto de una cuerda de tres formas distintas. El peso del objeto es de 50 N. Razona cuál de las frases siguientes es correcta: A

2

B

C

En el supermercado compras una bolsa de 5 kg de naranjas. ¿Cuál es su peso en néwtones? Dato: g = 9,8 m/s2.

3

Una empresa de mensajería fija una tarifa para el franqueo de las cartas que es proporcional a su peso. Para las cartas ordinarias:

a) La tensión de la cuerda es la misma en todos los casos porque es el mismo objeto y cuelga de la misma cuerda. b) La tensión de la cuerda en C es menor que la tensión en B.

Tarifa (€) Hasta 20 g

0,42

De 20 g a 50 g

0,55

De 50 g a 100 g

0,92

De 100 g a 500 g

2,03

De 500 g a 1000 g

4,58

c) La tensión de la cuerda en B es de 25 N.

Queremos enviar un sobre que pesa 1,3 N. ¿Qué franqueo debe llevar? 4

8

Necesitamos levantar un saco de 100 kg, pero solo somos capaces de realizar una fuerza equivalente a la que se necesita para levantar 50 kg. Razona si será más adecuado ayudarnos de una polea o de una palanca.

9

Para levantar el saco de 100 kg decidimos utilizar una barra de hierro de 1,5 m para hacer palanca. Colocamos un extremo de la barra debajo del saco y el fulcro a 50 cm de ese extremo. ¿Qué fuerza tendremos que realizar en el otro extremo para levantar el saco?

10

Queremos levantar el saco de 100 kg de la actividad 9 con menor esfuerzo. Razona cuál de las siguientes acciones será adecuada para ello.

Con respecto a la fuerza peso, indica si es cierto que: a) La fuerza peso es siempre vertical y hacia abajo. b) Un cuerpo, esté donde esté, siempre tiene el mismo peso. c) El peso de un cuerpo es directamente proporcional a su masa.

5

Con respecto a la fuerza normal, indica cuáles de las frases siguientes son ciertas. Corrige las frases incorrectas para que sean ciertas: a) Solo existe fuerza normal cuando un cuerpo está apoyado sobre una superficie.

246 ES0000000006255 563068 Tema 06_28931.indd 246

a) Utilizar una barra de 2 m y poner el fulcro a 1 m del saco. b) Utilizar una barra de 1,5 m y poner el fulcro a 40 cm del saco. c) Utilizar una barra de 2 m y poner el fulcro a 50 cm del saco.

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D

6

FICHA 3

LAS FUERZAS Y LAS MÁQUINAS

ACTIVIDADES DE REFUERZO (soluciones) 1

b)

a)

6

T

a) Cierto. Si no hubiese rozamiento resbalaríamos y no podríamos avanzar. b) Cierto. Tiene la dirección del movimiento y el sentido opuesto. c) Falso. Depende también de lo rugosas o lisas que sean las superficies en contacto.

FR P 7

c) N

d)

N T

FR

c) Cierto. 8

P 2

P = m ? g = 5 kg ? 9,8 m/s 2 = 49 N

3

Debemos conocer la masa de la carga: m=

a) Falso. El objeto es el mismo pero en unos casos cuelga de una cuerda y en otros de dos cuerdas. b) Falso. La tensión de cada cuerda en B es la mitad del peso. La suma de las dos tensiones en C debe ser igual al peso. Por tanto, cada tensión es mayor que la mitad del peso.

P

Es más adecuado ayudarnos de una palanca. La polea no reduce la fuerza, solo cambia la dirección en que se ejerce.

9

100 cm

P

P 1,3 N = = 0,133 kg = 133 g g 9,8 N/kg

R

El franqueo debe ser de 2,03 €. 4

.

.

REFUERZO

50 cm

a) Cierto. Para cuerpos que están próximos a la Tierra, la fuerza peso lleva la dirección de la línea que une el cuerpo con el centro de la Tierra y sentido hacia el centro de la Tierra.

La resistencia es el peso del saco: P = m ? g = 100 kg ? 9,8 N/kg = 980 N

b) Falso. El peso de un cuerpo depende del lugar donde se encuentre. Su valor es diferente si el cuerpo está cerca de la superficie de la Tierra, de la Luna, de la estación espacial, etc.

Ley de la palanca: R ? b R = P ? bP Despejamos, sustituimos valores y calculamos:

c) Cierto. La constante de proporcionalidad es g = 9,8 N/kg. 5

p=

a) Cierto. La fuerza normal es la fuerza que ejerce la superficie sobre la que se apoya el cuerpo sobre el cuerpo. b) Falso. Si sobre el cuerpo se ejerce otra fuerza vertical, la fuerza normal puede ser mayor o menor que la fuerza peso. Además, si la superficie de apoyo no es capaz de ejercer una fuerza igual al peso y las demás fuerzas que se ejerzan sobre ella, la superficie se romperá. Frase corregida: Cuando la superficie de apoyo es horizontal, la fuerza normal es igual al peso del cuerpo, cuando sobre el cuerpo no se ejerce otra fuerza vertical. Si el conjunto de las fuerzas verticales que actúan sobre una superficie es mayor que su resistencia, la superficie se rompe.

R ? br 980 N ? 50 cm = = 490 N bp 100 cm

Necesitamos una fuerza equivalente a la mitad del peso del saco. 10

a) No. Esto hace que tengamos que ejercer una fuerza igual al peso del saco, ya que bR = bP b) P =

R ? bR 980 N ? 40 cm = = 356,4 N bP 110 cm

c) P =

R ? bR 980 N ? 50 cm = = 326,7 N bP 150 cm

La opción c) es la que requiere menos esfuerzo.

c) Falso. Un cuerpo que está apoyado sobre una superficie está sometido a una fuerza normal, tanto si está en reposo como si está en movimiento.

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6

PROFUNDIZACIÓN

FICHA 1

LAS FUERZAS Y LAS MÁQUINAS

ACTIVIDADES DE AMPLIACIÓN 1

En los años 60 se puso de moda un juguete llamado «saltador gorila». Consistía en un resorte, sobre el que había una plataforma y un mango largo. Con un poco de equilibrio, era posible dar varios saltos seguidos.

5

En el año 2014, el islandés Benedikt Magnusson, logró el título de «hombre más fuerte del mundo» al levantar 461 kilos en pesas. Suponiendo que se utilice una barra de palanca con el fulcro a 1 m del extremo que se coloca debajo de la Tierra, ¿cuál debería de ser la longitud de la barra para que Magnusson llegase a mover la Tierra? Compárala con las distancias que se indican.

El resorte de un saltador mide 40 cm y tiene una constante de elasticidad de 2000 N/m. ¿Qué fuerza hay que realizar para que mida 15 cm? En una ocasión, y tras un gran salto, el resorte del saltador solo llegaba a medir 35 cm cuando no había nadie encima. ¿Qué le ocurrió? 2

El tensor es un aparato de gimnasio utilizado para aumentar la fuerza muscular. Está formado por una o varias gomas colocadas entre las dos asas. Para construir un tensor se utiliza una goma cuya constante de elasticidad es 100 N/m.

El sabio griego Arquímedes de Siracusa (287 a.C.‑212 a.C.) logró explicar la ley de la palanca. A él se atribuye la frase «Dadme un punto de apoyo y moveré el mundo».

Datos: Masa de la Tierra = 5,97 ? 1024 kg; distancia de la Tierra a la Luna: 384 400 km; distancia de la Tierra al Sol: 149,5 ? 106 km. 6

Si se deja un asa fija y se aplica una fuerza de 10 N, calcula:

Una polea fija facilita la aplicación de una fuerza, pero no reduce su valor. Pero con una polea móvil, podremos subir un peso realizando una fuerza igual a la mitad del mismo. Observa los dibujos y responde:

a) ¿Cuánto se estirará la goma? b) ¿Y si el tensor tiene dos gomas entre las asas? 100 N 3

Para absorber el efecto de las irregularidades que puedan aparecer en el terreno, los vehículos cuentan con un sistema de amortiguación que, en ocasiones, incluye resortes. Un coche de 900 kg está dotado de un sistema de suspensión con resortes en las cuatro ruedas. Cuando entran en él cuatro pasajeros, los amortiguadores se comprimen 5 cm. Suponiendo que la masa total de los pasajeros es 300 kg.

100 N 50 N 100 N 100 N

a) En la polea móvil, ¿qué elemento realiza la otra mitad de la fuerza necesaria para subir el peso?

a) ¿Cuál es la constante de elasticidad de cada resorte? b) ¿En cuánto se incrementaría la longitud de cada resorte si no estuviese en el vehículo? Dato: g = 9,8 N/kg. 4

Sobre un punto de una mesa se ejercen las fuerzas que se indican en el dibujo. Determina gráficamente el valor de la resultante. Para obtener su valor numérico, supón que cada medio centímetro de longitud del vector equivale a una fuerza de 1 N.

100 N

b) ¿Qué cuerda soporta mayor tensión, la de la polea fija o la de la polea móvil? 7

La ventaja de la polea móvil se ve reducida por el hecho de tener que tirar hacia arriba para subir el peso. El problema se soluciona con una segunda polea fija para tirar de la cuerda. Si colocamos tres poleas móviles como en el dibujo, ¿qué fuerza levantaría un peso de 100 N?

3N

4N

100 N 248 ES0000000006255 563068 Tema 06_28931.indd 248

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PROFUNDIZACIÓN

FICHA 1

LAS FUERZAS Y LAS MÁQUINAS

ACTIVIDADES DE AMPLIACIÓN (soluciones) 1

Cuando mida 15 cm, el resorte se habrá contraído:

4

Se utiliza la regla del paralelogramo

DL = L - L 0 = 15 cm - 40 cm = -25 cm La ley de Hooke relaciona la fuerza aplicada con lo que se contrae el resorte.

6,5 N 3N

F = k ? DL Sustituimos valores y calculamos teniendo en cuenta las unidades: N F = k ? DL = 2000 ? 0,25 m = 500 N m

2

4N

5



• R = Peso de la Tierra.

Utilizamos ley de Hooke F = k ? DL.



• BR = distancia de la Tierra al fulcro.

a) Despejamos y sustituimos los valores en las unidades adecuadas:



• P = fuerza que hace Magnusson.



• BR = distancia de Magnusson al fulcro.

DL =

F 10 N = = 0,1 m = 10 cm k 100 N/m

R = m T ? g = 5,97 ? 10 24 kg ? 9,8 N/kg = 5,85 ? 10 25 N P = mpesas ? g = 461 kg ? 9,8 N/kg = 4,51 ? 10 3 N

b) Si el tensor tiene dos gomas, la fuerza se reparte. Suponiendo que sean iguales, cada goma recibe una fuerza de 5 N. Por tanto, el tensor se estirará 5 cm (la mitad). 3

Utilizando la ley de la palanca: R ? br = P ? bp

Cuando el resorte supera el límite de elasticidad, no vuelve a recuperar su longitud inicial.

Despejamos, sustituimos valores y calculamos: bP =

La barra de la palanca tiene que tener una longitud mucho mayor que la distancia que separa la Tierra del Sol:

La fuerza del peso de los cuatro ocupantes hace que los cuatro resortes se compriman 5 cm. Cada resorte recibe la fuerza equivalente a la cuarta parte del peso de los pasajeros: P m? g F= = 4 4 Sustituimos valores y calculamos: F=

bP 1,3 ? 10 22 m = = 8,7 ? 1010 = 87 000 ? 10 6 d T-S 149,5 ? 10 9 m (Ochenta y siete mil millones de veces la distancia de la Tierra al Sol). 6

a) Despejamos y sustituimos los valores en las unidades adecuadas: F 735 N N k= = = 14 700 DL 0,05 m m

a) La tensión de la cuerda que une la polea al techo. b) La cuerda de la polea fija soporta una tensión igual al peso del cuerpo (100 N). La cuerda de la polea móvil soporta una tensión que es la mitad de ese valor (50 N).

300 kg ? 9,8 N/ kg = 735 N 4

Calculamos la constante de elasticidad del resorte con la ley de Hooke: F = k ? DL

R ? bR 5,85 ? 10 25 N ? 1 m = = 1,3 ? 10 22 m P 4,51 ? 10 3 N

7

Cada polea móvil reduce a la mitad la fuerza que hay que realizar para subir el peso. Después de la tercera polea, el peso a levantar se ha reducido a 12,5 N. La última polea (fija) solo cambia la dirección en la que hay que tirar de la cuerda.

b) Fuera del vehículo, cada resorte estaría sometido a una fuerza equivalente a la cuarta parte del peso del vehículo: F=

m? g 900 kg ? 9,8 N/kg = = 2205 N 4 4

12,5 N

Con la ley de Hook, calculamos lo que se comprime el resorte que está sometido a esta fuerza:

DL =

F 2205 N = = 0,15 m = 15 cm k 14 700 N/m

25 N

50 N 100 N

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12,5 N

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AMPLIACIÓN

FICHA 1

LAS FUERZAS Y LAS MÁQUINAS

Nombre:  

     Curso:  

     Fecha:  

La fuerza, una magnitud vectorial Recuerda que… •   Magnitud es cualquier propiedad de los cuerpos, o que afecta a los cambios que experimentan los cuerpos,   que se puede medir, es decir, que se puede cuantificar. Las magnitudes pueden ser: –   Escalares: quedan perfectamente determinadas con un número y una unidad. Ejemplo, la masa: 3 kg,   la longitud: 8 m, el tiempo: 30 s, etc. –   Vectoriales: para expresarlas hay que indicar, además del número y la unidad, su dirección y sentido.   Ejemplo, la fuerza: una fuerza de 8 N, en dirección vertical y dirigida hacia el norte.

  dulo Mó dad) ti (can

•   Las magnitudes vectoriales se representan por un vector, que se dibuja como una flecha.  En él tenemos: –  Módulo: es su longitud, indica la cantidad de la magnitud.

Sentido  (la punta de la flecha)

–  Dirección: es la línea sobre la que actúa. –  El sentido: indica hacia donde actúa. Está determinado por la punta de la flecha. •   La fuerza es una magnitud vectorial. Su unidad en el Sistema Internacional es el newton (N).

Dirección (la línea sobre la que está)

•   Cuando sobre un cuerpo actúan varias fuerzas, se llama fuerza resultante a la que hace el mismo efecto   que todas las demás. La fuerza resultante se obtiene sumando las otras fuerzas. •   Para sumar fuerzas hay que tener en cuenta su módulo, dirección y sentido. •   Fuerzas concurrentes son aquellas cuyas direcciones coinciden en un punto. F1: 6 N

A

R = 14 N

F2: 8 N

F1: 6 N

F2: 8 N

R = 2 N

Resultante: 

Resultante:  •  Módulo: 14 N.   

•  Dirección: horizontal.

•  Sentido: hacia la derecha. F1: 6 N

C

B

F1: 6 N

•  Módulo: 2 N. 

 

•  Dirección: horizontal.

•  Sentido: hacia la izquierda F1: 8 N

F1: 8 N

D

53° F2: 8 N

F2: 6 N R = 10 N

37°

R = 10 N

F2: 6 N

F2: 8 N

R=

F12 + F 22 =

(8 N) 2 + (6 N) 2 =

100 N 2 = 10 N

Resultante:  R=

2 1

2 2

F +F =

2

2

(6 N) + (8 N) =

100 N = 10 N 2

•  Módulo: 10 N.   

•  Dirección: 37º al sur del este.

•  Sentido: hacia el sur.

Resultante:  •  Módulo: 10 N.   

•  Dirección: 53° al sur del este.

La dirección se puede medir con un transportador de ángulos.

•  Sentido: hacia el sur. La dirección se puede medir con un transportador de ángulos. E

Coloca el vértice del transportador encima del vértice  del ángulo (A). Haz que un lado (AC) coincida con la línea  horizontal. Observa que puedes medir ángulos orientados   a la derecha o a la izquierda.

Medida de ángulos B

C

40°

A

Nota: Para realizar estas actividades necesitas una regla, un transportador de ángulos y papel cuadriculado

250 ES0000000006255 563068 Tema 06_28931.indd 250

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AMPLIACIÓN

LAS FUERZAS Y LAS MÁQUINAS

Nombre:  

1

FICHA 1

     Curso:  

     Fecha:  

Dibuja las fuerzas siguientes: •  F1: 4 N, vertical, dirigida al norte. •  F2: 12 N, horizontal, dirigida al este. •  F3: 9 N, horizontal, dirigida al oeste. •  F4: 2 N, vertical, dirigida al sur. 

2

3

Ayudándote del transportador de ángulos, dibuja ahora estas fuerzas: •  F1: 5 N, 30 º al este del norte, dirigida al este.

•  F3: 3 N, 45º al oeste del norte, dirigida al oeste.

•  F2: 8 N, 60º al este del sur, dirigida al sur.

•  F4: 6 N, 45 º al oeste del sur, dirigida al oeste. 

Representa cada conjunto de fuerzas y obtén su resultante. Descríbela con su módulo, dirección y sentido: Caso A

Caso B

•  F1: 4 N, horizontal hacia el este.

•  F4: 5 N, vertical hacia el norte.

•  F2, 8 N, horizontal hacia el oeste.

•  F5: 3 N, vertical hacia el norte.

•  F3: 9 N, horizontal hacia el este.

•  F6: 8 N, vertical hacia el sur.

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6

AMPLIACIÓN

FICHA 1

LAS FUERZAS Y LAS MÁQUINAS

Nombre:

4

Curso:

Fecha:

Representa cada conjunto de fuerzas y obtén su resultante. Descríbela con su módulo, dirección y sentido: Caso C

Caso D

•   F1: 8 N, horizontal hacia el este.

•   F4: 1 N, vertical hacia el norte.

•   F2, 5 N, horizontal hacia el oeste.

•   F5: 6 N, horizontal hacia el este.

•   F3: 4 N, vertical hacia el sur.

•   F6: 4 N, vertical hacia el sur. •   F7: 2 N, horizontal hacia el oeste.

5

6

Representa cada conjunto de fuerzas y obtén su resultante. Descríbela con su módulo, dirección y sentido: Caso E

Caso F

•   F1: 8 N, 30º al norte del este, dirigida al este.

•   F3: 8 N, 60º al este del norte, dirigida al este.

•   F2, 5 N, 30º al sur del oeste, dirigida al oeste.

•   F4: 6 N, 30 º al este del sur, dirigida al este.

Se dice que un cuerpo está en equilibrio cuando la resultante de todas las fuerzas que actúan sobre él es cero. Analiza si un cuerpo sobre el que actúan las fuerzas que se indican está en equilibrio. Si no lo está, determina qué fuerza hay que aplicar (módulo, dirección y sentido) para que esté en equilibrio: •   F1: 6 N, vertical, dirigida al norte. •   F2: 9 N, horizontal, dirigida al este. •   F3: 2 N, vertical, dirigida al sur. •   F4: 5 N, horizontal, dirigida al oeste. •   F5: 4 N, vertical, dirigida al sur.

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AMPLIACIÓN

LAS FUERZAS Y LAS MÁQUINAS

Nombre:

7

FICHA 1

Curso:

Fecha:

Analiza si un cuerpo sobre el que actúan las fuerzas que se indican está en equilibrio. Si no lo está, determina qué fuerza hay que aplicar (módulo, dirección y sentido) para que esté en equilibrio: •   F1: 4 N, horizontal, dirigida al oeste. •   F2: 3 N, vertical, dirigida al sur. •   F3: 5 N, 37º al norte del este, dirigida al norte.

8

Analiza si un cuerpo sobre el que actúan las fuerzas que se indican está en equilibrio. Si no lo está, determina qué fuerza hay que aplicar (módulo, dirección y sentido) para que esté en equilibrio: •   F1: 5 N, 45º al norte del este, dirigida al este. •   F2: 6 N, vertical, dirigida al sur. •   F3: 5 N, 45º al sur del oeste, dirigida al oeste.

9

Analiza si un cuerpo sobre el que actúan las fuerzas que se indican está en equilibrio. Si no lo está, determina qué fuerza hay que aplicar (módulo, dirección y sentido) para que esté en equilibrio: •   F1: 9 N, 45º al norte del este, dirigida al este. •   F2: 5 N, vertical, dirigida al sur. •   F3: 12 N, 45º al oeste del norte, dirigida al oeste. •   F4: 3 N, 45º al este del sur, dirigida al este.

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AMPLIACIÓN

FICHA 2

LAS FUERZAS Y LAS MÁQUINAS

Nombre:

Curso:

Fecha:

Algunas fuerzas y su efecto Recuerda que… m = 3kg

Peso (P) es la fuerza con que la Tierra atrae a los cuerpos. N •   Módulo: P = m ? 9,8 kg •   Dirección: la línea que une el cuerpo con el centro de la Tierra. •   Sentido: hacia el centro de la Tierra.

P = 3 kg ? 9,8

En la práctica, es una fuerza vertical dirigida hacia abajo.

N = 29,4 N kg

P

Tensión (T) es la fuerza soportada por un cable o una cuerda cuando un cuerpo tira o  cuelga del cable o la cuerda •   Módulo: depende de las fuerzas que tiren de la cuerda o cable. Si las fuerzas  superan un cierto valor, la cuerda se rompe.

T

T

•   Dirección: la de la cuerda o cable.

T

•   Sentido: opuesto a las fuerzas que tiran de la cuerda o cable.  Normal (N) es la fuerza que ejerce una superficie sobre los cuerpos que están apoyados  en ella. •   Módulo: depende de las fuerzas que el cuerpo ejerce. Si las fuerzas superan un cierto valor,  la superficie se rompe.

N

•   Dirección: perpendicular a la superficie de apoyo. •   Sentido: hacia arriba (opuesto al de la fuerza que ejerce el cuerpo apoyado).  Rozamiento, (FRoz.) es la fuerza que se opone al movimiento. Aparece siempre  que un cuerpo se mueve, ya sea sobre el suelo, en el aire, en el agua, etc.

Bloque Suelo

•   Módulo: depende de la masa del cuerpo que se mueve y de cómo son las superficies  que están en contacto durante el movimiento.

Rugosidad de  las superficies de contacto

•   Dirección: la del movimiento. •   Sentido: opuesto al del movimiento. Frozamiento

1

Para subir un cuerpo utilizamos una cuerda y una polea como en el dibujo. Obsérvalo y responde: a) Identifica de qué tipo es cada una de las fuerzas A, B, C y D. b) ¿Qué agente ejerce cada fuerza: A, B, C y D?

B

C

c) Explica qué relación hay en módulo, dirección y sentido, entre las fuerzas A y B. d) Explica qué relación hay en módulo, dirección y sentido, entre las fuerzas C y D.

D A

e) Explica qué relación hay en módulo, dirección y sentido, entre las fuerzas B y C. f) ¿Sería posible que los módulos de las fuerzas B y C fuesen diferentes? ¿Qué le ocurriría a la cuerda? 2

El coche grúa del dibujo lleva al coche averiado con velocidad constante. Por tanto, la suma de todas las fuerzas que actúan sobre él es cero: a) Dibuja las fuerzas que actúan sobre el coche averiado. b) Explica si es posible que el coche averiado pese 12 kN y la grúa lo arrastre  tirando de él con una fuerza de 10 kN. c) En un momento dado, la grúa deja la carretera principal y se mueve  por un camino secundario sin asfaltar. ¿Qué debe hacer si quiere seguir desplazando el coche con velocidad constante?

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AMPLIACIÓN

FICHA 2

LAS FUERZAS Y LAS MÁQUINAS

Nombre:

3

4

Curso:

Fecha:

El libro pesa 4 N y está apoyado sobre una mesa. Dibuja la fuerza normal que actúa sobre el libro y calcula su valor en las siguientes situaciones:

a) Libro apoyado.

c) Tiramos hacia arriba con una fuerza de 1 N

b) Empujamos hacia la mesa con una fuerza de 1 N.

d) Tiramos hacia arriba con una fuerza de 4 N.

Retomamos el coche grúa que arrastra un coche averiado con velocidad constante. El coche averiado pesa 12 kN y la grúa ejerce una fuerza de 10 kN que, por su inclinación, representa una fuerza de 6 N que tira del coche hacia adelante a) Dibuja las fuerzas que actúan sobre el coche averiado: peso, tensión,  fuerza de rozamiento y fuerza normal. b) Calcula el valor de la fuerza normal.

5

El dibujo muestra el libro apoyado sobre un plano inclinado. Su fuerza peso siempre va a tener dirección vertical y sentido hacia abajo (el centro de la Tierra). La fuerza peso se puede descomponer en dos componentes: una que tiene la dirección del plano de apoyo (Ph) y otra que tiene la dirección perpendicular al plano (Pv). Observa cómo se hace. Por el origen y el extremo de la flecha de la fuerza peso, traza paralelas a la dirección del plano y a la perpendicular al plano. Las componentes del peso son los lados del rectángulo que resulta.

Ph

Pv P

a) Dibuja dos planos con diferente inclinación. Por ejemplo, uno 30º y otro 60º.  Dibuja un mismo vector P en ambos y descomponlo en su componente horizontal  y vertical, según el plano. b) Mide las componentes y completa la frase: «Cuanto mayor es la inclinación del plano, (mayor/menor) es la componente Ph y (mayor, menor) es la componente Pv». 6

Imagina que el libro está sobre un plano inclinado.  a) Dibuja la fuerza peso y la fuerza normal. b) Si la fuerza peso es de 4 N, la fuerza normal ¿es igual, mayor o menor que 4 N?  Justifícalo apoyándote en dibujos. c) Demuestra que si no hay rozamiento, el cuerpo desliza. d) Supón que el libro no desliza sobre el plano. ¿Cómo se llama la fuerza que lo impide?  ¿Cuál es su dirección? ¿Y su sentido? e) Si queremos que el cuerpo suba, tendremos que ejercer una fuerza. Dibuja su dirección y sentido. f) Dibuja la dirección y sentido de la fuerza de rozamiento para el cuerpo que sube el plano inclinado.

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6

AMPLIACIÓN

FICHA 3

LAS FUERZAS Y LAS MÁQUINAS

Nombre:

Curso:

Fecha:

Fuerzas y máquinas Recuerda que… •   Las máquinas son dispositivos que reducen el esfuerzo de aplicar una fuerza. A veces reducen el valor  de la fuerza que hay que aplicar y otras, facilitan el modo en que se aplica la fuerza. Fempuje

Frozamiento

La polea facilita el esfuerzo de tirar.

La rueda reduce el rozamiento.

La rampa reduce la fuerza necesaria.

Las palancas transforman una fuerza en otra de distinto valor. •   Potencia: fuerza que hay que realizar. 

•  Resistencia: fuerza que hay que vencer. 

•  Fulcro: punto de apoyo. 

Ley de la palanca: Potencia ? brazo de potencia = Resistencia ? brazo resistencia R ? bR = P ? bP Brazo de una fuerza es la distancia que la separa del fulcro.  Potencia: P

Brazo  potencia: bp

Resistencia: R

P

 

 

bP R

bR

bR bP

Punto de apoyo:  fulcro

R P

Brazo resistencia: bR

Primer grado. Fulcro entre potencia  y resistencia.

1

Fulcro

P

Fulcro P

Segundo grado. Resistencia entre  potencia y fulcro.

R R

Tercer grado. Potencia entre resistencia  y fulcro. 

Cuando un cuerpo se arrastra sobre otro, aparecen fuerzas de rozamiento. a) Explica por qué se utiliza la rueda para reducir el rozamiento. b) Razona si, en lugar de la rueda, se podría colocar el objeto sobre unas patas. ¿Tendrían el mismo efecto  que la rueda? Utiliza ejemplos o dibujos que apoyen tu razonamiento.

2

Se dice que una rampa reduce la fuerza necesaria para subir un objeto hasta una altura. Imagina que quieres subir un objeto que pesa 100 N. Utiliza dibujos que te permitan determinar en cuál de estos casos necesitas aplicar una fuerza menor. Con tus conclusiones, completa la frase del final: A

 

B

C

  onclusión: Cuanto (mayor/menor) es la inclinación de la rampa, (mayor/menor) es la fuerza  C que hay que realizar para subir un cuerpo hasta una cierta altura.

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D

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6

AMPLIACIÓN

FICHA 3

LAS FUERZAS Y LAS MÁQUINAS

Nombre:

Curso:

Fecha:

3

En los últimos tiempos vemos que se han instalado rampas para acceder al autobús, o como alternativa a las escaleras de algunos edificios. Explica qué ventaja se consigue con ello y a qué usuarios beneficia su instalación. ¿Estás tú entre los usuarios beneficiados?

4

Para subir la nevera a una casa se ha utilizado un dispositivo que incluye tres máquinas: a) Identifica las tres máquinas y explica cómo facilita  el trabajo de subir la nevera cada una de ellas. b) Imagina tres dispositivos diferentes, cada uno  de los cuales utiliza dos de las máquinas que  incluye el dispositivo anterior. Explica, en cada  caso, cómo subiría la nevera y en qué facilitaría  la tarea que estuviese la tercera máquina.

5

Los siguientes dibujos representan distintos tipos de palancas. a) Localiza, en cada caso, dónde se aplica la potencia, dónde está la resistencia y cuál es su fulcro.  b) Identifica si la palanca es de primer grado, de segundo o de tercero.

6

A Abrebotellas

B

Pedal de batería

C

Tenazas

D Grapadora

E

Columpio balancín

F

Guillotina de impresor

Un mismo utensilio, utilizado de dos maneras diferentes, puede dar lugar a dos palancas de distinto grado. Observa las dos operaciones del martillo, analiza dónde se realizan las fuerzas, y determina el tipo de palanca: a) Sacar un clavo.

b) Clavar un clavo.

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6

AMPLIACIÓN

FICHA 3

LAS FUERZAS Y LAS MÁQUINAS

Nombre:

Curso:

Fecha:

Obtención de una medida experimental

P C

Recuerda que… •   Magnitud. Es cualquier propiedad de un cuerpo que se puede medir (longitud, fuerza, etc.).

P

•   Medidas directas. Son aquellas que se realizan aplicando un instrumento al fenómeno y leyendo el valor directamente. (Ejemplo, la longitud de un resorte se mide con una regla). •   Medidas indirectas. Son aquellas que se obtienen realizando un cálculo sobre otras medidas directas. (Ejemplo, la medida de la constante de elasticidad del resorte. Se puede obtener midiendo la fuerza que se le aplica, la longitud del resorte antes y después de aplicar la fuerza, y dividiendo una entre la otra). •   Precisión de un instrumento. Es la menor cantidad de variación de la magnitud que puede medir. Se lee en la división más pequeña. •   Cifras significativas de una medida. Son aquellas que se conocen con certeza. En una medida directa, dependen de la precisión del instrumento. En una medida indirecta, depende de la operación: – Suma o resta: expresadas todas las medidas en las mismas unidades, el resultado tiene tantos decimales como el número que menos tenga. Ejemplo: 4,7 m + 3,85 m = 8,55 m " 8,6 m. – Multiplicación o división: El resultado tiene el mismo número de cifras significativas que el número que tenga menos. Ejemplo: 42,4 m ? 1,3 m = 55,12 " 55 m2. •   Medida como media aritmética. Cuando se obtiene una medida de forma experimental, es frecuente realizar varias experiencias y obtener el valor de la medida como la media aritmética de lo obtenido en las diversas experiencias. En el cálculo se puede despreciar algún valor que se aleje mucho del resto. La media se redondea para que tenga el mismo número de cifras significativas que los datos individuales. •   Redondeo de cifras. Se utiliza cuando hay que reducir el número de cifras de un número: – Si el primer número que se desprecia es menor que 5, se prescinde de todas las demás cifras. Ejemplo, redondear el siguiente número para que tenga tres cifras significativas:

22, 5 235 " 22,5 redondeo

– Si el primer número que se desprecia es 5 o superior, se aumenta en una unidad el último número de la cantidad. Ejemplo, redondear el siguiente número para que tenga tres cifras significativas:

10, 7 8 " 10,8 redondeo

•   Error absoluto (Ea) de una medida es el mayor de estos valores: – La precisión del instrumento. – El valor absoluto de la diferencia entre la media y el valor verdadero (o el valor medio). La medida se expresa como: Vverdadero ! Ea. •   Error relativo (Er) es el cociente entre el error absoluto y el valor de una medida. Multiplicado por 100 indica el % Er. Er =

258 ES0000000006255 563068 Tema 06_28931.indd 258

Ea Vmedido

; %E r =

Ea Vmedido

? 100

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D

.

6

AMPLIACIÓN

FICHA 3

LAS FUERZAS Y LAS MÁQUINAS

Nombre:

Curso:

Fecha:

Para calibrar un resorte se cuelgan de él distintos pesos y se mide la longitud del resorte en cada caso. Con un dinamómetro se mide la fuerza que corresponde a cada peso. Los datos se recogen en la tabla: F (N)

0

0,10

0,20

0,30

0,39

0,49

0,59

0,69

0,79

0,88

L muelle (cm)

9,0

12,2

15,2

18,2

20,2

23,0

27,2

30,2

33,2

36,4

Precisión de la regla: 0,2 cm. 1

2

Precisión del dinamómetro: 0,01 N.

Determina lo que se ha estirado el muelle en cada experiencia. Expresa cada cantidad con el número adecuado de cifras decimales. Completa las celdas de la última fila de la tabla. F (N)

0

0,10

0,20

0,30

0,39

0,49

0,59

0,69

0,79

0,88

L muelle (cm)

9,0

12,2

15,2

18,2

20,2

23,0

27,2

30,2

33,2

36,4

∆L = L - L0 (cm)

0,0

3,2

Determina la constante de elasticidad del muelle para cada experiencia. Expresa la fuerza en N y el estiramiento en m. Expresa cada valor con el número adecuado de cifras significativas. Haz el redondeo que necesites. F (N)

0

0,10

0,20

0,30

0,39

0,49

0,59

0,69

0,79

0,88

L muelle (cm)

9

12,2

15,2

18,2

20,2

23,0

27,2

30,2

33,2

36,4

∆L = L - L0 (cm)

0,0

3,2

k=

F

e

N

DL m

3,125

o

3,13

•   F: con tres cifras significativas. 3

•   ∆L: con tres cifras significativas.

•   k: con tres cifras significativas.

Calcula la constante de elasticidad como la media aritmética de los valores obtenidos. Analiza previamente si debes despreciar alguno de los valores porque se alejan del conjunto. Expresa el resultado con el número adecuado de cifras significativas. Haz el redondeo que necesites. k=

k= 4

Ley de Hooke: F = k ? DL ; k: constante de elasticidad.

F

e

N

DL m

o

3,13

3,13 + .......... + .......... + .......... + .......... + .......... + .......... + .......... + .......... N = ................ . 3,33 9 m

Calcula el error absoluto, el error relativo y el porcentaje de error relativo de la cuarta medida. Presta atención a las unidades en cada caso. Observa cómo se hace el cálculo para la primera medida: Ea = 3,13

N N N - 3,33 = 0,20 m m m

; Er =

0,20 N/m = 0,0639 ; %Er = Er ? 100 = 6,39 3,13 N/m

5

Expresa de forma adecuada la cuarta medida. Toma como ejemplo la expresión de la primera:

6

Al colgar unas llaves del resorte, vemos que se estira hasta medir 26,8 cm. ¿Cuánto pesan las llaves?

7

Cuando se cuelga del resorte un peso de 2 N, su longitud llega a ser de 78 cm. ¿Qué se puede concluir de este hecho?

k1 = _3,13 ! 0,20i N/m; 6,39 % de error

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6

PROBLEMAS RESUELTOS

LAS FUERZAS Y LAS MÁQUINAS

L

PROBLEMA RESUELTO 1 Cuando aplicamos una fuerza de 20 N a un muelle de 30 cm, su longitud llega a 38 cm. Calcula: a) Cuánto medirá si se le aplica una fuerza de 50 N. b) Qué fuerza le hará medir 35 cm.

Planteamiento y resolución a) Calculamos lo que se estira el resorte con la fuerza de 50 N. Utilizando la ley de Hooke, despejamos, sustituimos valores y calculamos: F 50 N Dx = = = 0,2 m = 20 m k 250 N/m El muelle mide entonces: L = 30 cm + 20 cm = 50 cm

La ley de Hooke relaciona la fuerza que se aplica a un muelle con el estiramiento que experimenta: F = k ? Dx Calculamos el estiramiento producido por la fuerza :

Dx = 38 cm - 30 cm = 8 cm Ahora podemos calcular la constante de elasticidad del muelle. Despejamos, sustituimos valores en las unidades adecuadas y calculamos: F 20 N k= = = 250 N/m Dx 0,08 m

b) Cuando mida 35 cm, se habrá estirado 5 cm. Calculamos la fuerza necesaria para ello: N F = k ? Dx = 250 ? 0,05 m = 12,5 N m

1 ACTIVIDADES 1

2

Disponemos de dos muelles. Cuando se cuelga del primero un peso de 20 N, se produce una deformación de 5 cm. Cuando se cuelga el mismo peso del segundo, la deformación es de 3 cm. ¿Cuál de los dos tiene mayor constante de elasticidad?

4

a) Las deformaciones son iguales a las fuerzas deformadoras. b) Las deformaciones son proporcionales a la constante de elasticidad.

Para calibrar un dinamómetro se han colgado pesos conocidos, anotando lo que se alarga el muelle en cada caso. En la tabla se recogen los resultados obtenidos: x (cm)

1

2

3

4

5

Peso (N)

20

40

60

80

100

c) La fuerza deformadora es proporcional a la deformación que produce. d) La fuerza deformadora es inversamente proporcional a la deformación que produce. 5

a) Elabora la gráfica del calibrado. b) Lee en la gráfica lo que marcaría el dinamómetro si colgamos un cuerpo de 55 N de peso.

3

Teniendo en cuenta la ley de Hooke, razona si son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones:

La constante de elasticidad de un muelle es 15 N/cm. Cuando se tira de él con una fuerza de 30 N, el muelle tiene una longitud de 20 cm. a) ¿Cuál es la longitud del muelle cuando no está estirado?

c) Al colgar un peso, el muelle se estira 7 cm. ¿Cuál es su peso?

b) ¿Cuánto valdría la constante k de ese muelle si se tirase de él con una fuerza de 15 N?

Sol.: b) 2,75 cm; c) 140 N

Sol.: a) 18 cm b) 15 N/cm

Un muelle mide 8 cm cuando se cuelga de él un cuerpo de 5 N. Si se le añaden 6 N, el muelle pasa a medir 11 cm.

b) ¿Cuánto mide el muelle cuando no tiene carga?

Un tensor de gimnasia es un aparato para aumentar la fuerza muscular. Está formado por varias gomas entre dos asas que se estiran al hacer fuerza sobre él. Con dos gomas, se estira 20 cm al aplicar una fuerza de 400 N. ¿Cuánto se estiraría si tuviese 4 gomas y realizásemos la misma fuerza?

Sol.: a) 2 N/cm; b) 5,5 cm

Sol.: 10 cm

a) ¿Cuál es la constante de elasticidad del muelle?

260 ES0000000006255 563068 Tema 06_28931.indd 260

4

6

DÍA A DÍA EN EL AULA FÍSICA Y QUÍMICA 3.° ESO Material fotocopiable © Santillana Educación, S. L.

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D

6

FICHA 1

LAS FUERZAS Y LAS MÁQUINAS

La fuerza de empuje Material

OBJETIVO Comprobar la existencia de la fuerza de empuje. Ver la influencia del volumen del objeto en la fuerza de empuje.

•   Dinamómetro. •   Balanza. •   Probeta o vaso con agua. •   2 cilindros de igual masa y distinto volumen. •   Cápsula donde se pueda encerrar cada cilindro.

PROCEDIMIENTO

1. Cuelga un cilindro del dinamómetro y anota su peso.

2. Repite la pesada con el cilindro completamente sumergido en agua. Anótalo.

3. Haz ahora las pesadas en el aire y en el agua del segundo cilindro. Anota los resultados.

4. Introduce un cilindro en la cápsula y cuelga el conjunto del dinamómetro. Anota su peso.

5. Repite la pesada con la cápsula completamente sumergida en agua. Anótalo.

6. Haz ahora los pasos 4 y 5 introduciendo en la cápsula el segundo cilindro. Anota el peso.

Cilindro 1

Cilindro 2

Cápsula + cilindro 1

Cápsula + cilindro 2

Peso en el aire (N)

?

.

EXPERIENCIAS

Peso en el agua (N) CUESTIONES 1

Para un mismo objeto, ¿es mayor su peso en el aire o en el agua? ¿A qué se debe la diferencia?

2

En el aire, los dos cilindros pesan casi lo mismo. ¿Qué significa respecto a su masa?

3

En el agua, los dos cilindros pesan diferente. ¿Tiene alguna relación con su volumen?

4

Cuando los dos cilindros están dentro de la cápsula, pesan casi igual cuando están en el aire. Aunque pesan menos, también pesan casi igual cuando están en el agua. Compara este hecho con lo que ocurre cuando los cilindros no están en la cápsula y explica a qué se debe.

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6

EXPERIENCIAS

FICHA 2

LAS FUERZAS Y LAS MÁQUINAS

La fuerza de rozamiento Material

OBJETIVO Comprobar la existencia de la fuerza de rozamiento. Analizar la influencia en la misma del peso del cuerpo y de la superficie de contacto.

•   Taco de madera con gancho. •   Dinamómetros de 1 N, 2 N y 5 N. •   Portapesas y pesas. •   Juego de superficies: plástico especular, fieltro y madera.

PROCEDIMIENTO Influencia de la masa del cuerpo 1. Coloca el taco de madera sobre un raíl. Coloca el dinamómetro en el gancho. Tira de él y mide la fuerza mínima que necesitas para conseguir que el taco comience a moverse. Anótalo. 2. Coloca el portapesas sobre el taco y pon algunas pesas (por ejemplo, 40 g). Mide ahora la fuerza que debes hacer para que comience a moverse. 3. Haz cuatro o cinco mediciones variando las pesas que colocas sobre el taco de madera. Anota los resultados en la tabla. Taco

Taco + pesa 1

Taco + pesa 2

Taco + pesa 3

Taco + pesa 4

Fuerza (N) Influencia de la superficie de contacto 1. Coloca el taco de madera sobre una superficie de madera. Coloca el dinamómetro en el gancho. Tira de él y mide la fuerza mínima que necesitas para conseguir que el taco comience a moverse. Anótalo.

Madera

2. Repite el paso anterior, pero haciendo que el taco de madera se mueva sobre una plancha de fieltro. 3. Repite el paso anterior, pero haciendo que el taco de madera se mueva sobre una lámina de plástico especular. Superficie de…

Madera

Fieltro

Fieltro

Plástico

Plástico especular

Fuerza (N)

CUESTIONES 1

Explica por qué sabemos que el dinamómetro mide la fuerza de rozamiento en cada caso.

2

Analiza los datos de la primera tabla y completa la frase: La fuerza de rozamiento (aumenta/disminuye) al (aumentar/disminuir) la masa del cuerpo que se mueve.

3

Analiza los datos de la segunda tabla y completa la frase: La fuerza de rozamiento es (mayor/menor) cuanto (mayor/menor) es la rugosidad de las superficies en contacto.

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D

LAS FUERZAS Y LAS MÁQUINAS

Nombre:

Curso:

Fecha:

AUTOEVALUACIÓN 1

c) Se utiliza para medir la longitud de un resorte.

Razona cuál de las siguientes afirmaciones, referidas a las fuerzas, es falsa: a) Hace falta una fuerza para que un cuerpo parado se ponga en movimiento.

d) Se puede utilizar para pesar objetos. 7

b) Hace falta una fuerza para que un cuerpo que se mueve se siga moviendo de la misma manera.

2

a) Es una fuerza de contacto.

c) Hace falta una fuerza para parar un cuerpo que se mueve.

b) Es mayor cuanto mayor sea el peso del cuerpo.

d) Hace falta una fuerza para que un cuerpo cambie de forma.

d) Gracias a ella podemos caminar.

Imagina que tienes un libro sobre la mesa y que ejerces una fuerza hacia abajo sobre él. ¿Qué frase es verdadera?

c) Su sentido es opuesto al de la fuerza peso.

8

a) Existe una fuerza neta sobre el libro.

c) El libro sigue sin moverse porque la fuerza neta es cero.

b) Solo se puede utilizar una máquina cada vez. c) En todas las poleas el fulcro se sitúa entre la potencia y la resistencia.

d) El valor de la normal no varía.

d) La rueda es la máquina más útil para arrastrar cuerpos sobre una superficie.

Razona cuál de las frases siguientes representa una definición correcta de la ley de Hooke. a) La ley de Hooke relaciona la longitud de un resorte con la fuerza que se le aplica.

9

b) La constante de elasticidad de un resorte es su estiramiento entre la fuerza que se le aplica. c) El estiramiento de un resorte se obtiene dividiendo la fuerza aplicada entre la constante de elasticidad. 4

5

6

Las máquinas son utensilios que facilitan la aplicación de fuerzas. Indica cuál de las siguientes afirmaciones es cierta: a) Todas las máquinas hacen que tengamos que realizar una fuerza menor para conseguir el mismo objetivo.

b) Si el libro no se mueve, no hay fuerzas ejercidas sobre él.

3

Explica cuál de las siguientes expresiones no se refiere a la fuerza de rozamiento:

La ley de la palanca relaciona la fuerza que queremos vencer (R, resistencia), con la fuerza que debemos realizar (P, potencia) y la distancia de ambas al fulcro o punto de apoyo (brazo de la potencia o la resistencia, bR y bP). Razona cuál de las siguientes expresiones no se corresponde con la ley de la palanca. a) Cuanto más lejos estamos del fulcro, menor es la fuerza que tenemos que realizar para vencer una determinada resistencia.

Un resorte mide 15 cm y tiene una constante de elasticidad de 20 N/m. Cuando se le aplica una fuerza de 4 N, el resorte mide:

b) Interesa colocar el fulcro lo más cerca posible de la resistencia.

a) 20 cm

c) 30 cm

c) Cuanto mayor es una fuerza, mayor es su brazo.

b 25 cm

d) 35 cm

d) Si no cambia la posición del fulcro, cuanto mayor sea la resistencia, mayor debe ser la potencia.

Un resorte que mide 20 cm pasa a medir 30 cm cuando se le aplica una fuerza de 15 N. Su constante de elasticidad es: a) 1,5 N/m

c) 75 N/m

b) 150 N/m

d) 50 N/m

Indica cuál de las siguientes afirmaciones referidas a un dinamómetro es falsa:

10

Usamos una barra de 2 m para levantar un peso de 300 N. ¿Dónde debemos colocar el fulcro si solo podemos hacer una fuerza de 100 N? a) A 50 cm del peso.

c) A 1 m del peso.

b) A 1,5 m del peso.

d) A 75 cm del peso.

a) Es un resorte calibrado. b) Se utiliza para medir fuerzas.

1 b, 2 c, 3 c, 4 d, 5 b, 6 c, 7 c, 8 d, 9 c, 10 a SOLUCIONES

.

6

EVALUACIÓN

DÍA A DÍA EN EL AULA FÍSICA Y QUÍMICA 3.° ESO Material fotocopiable © Santillana Educación, S. L.

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6

EVALUACIÓN DE CONTENIDOS

LAS FUERZAS Y LAS MÁQUINAS

Nombre:

Curso:

Fecha:

CONTROL B 1

Las siguientes imágenes representan situaciones en las que actúan fuerzas. En cada caso indica: a) La fuerza responsable del efecto.

c) Si es una fuerza de contacto o actúa a distancia.

b) Si el efecto es estático o dinámico.

2

Fuerza:

Fuerza:

Efecto:

Efecto:

Es una fuerza de

Es una fuerza de

Fuerza:

Fuerza:

Efecto:

Efecto:

Es una fuerza de

Es una fuerza de

Un muelle de 15 cm se estira hasta 18 cm cuando se tira de él con una fuerza de 0,6 N: a) ¿Cuál es el valor de su constante de elasticidad?

b) ¿Con qué fuerza habrá que estirar para que el muelle duplique su longitud?

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D

.

Nombre:

3

Curso:

Fecha:

Con dos dinamómetros se tira de una caja con las fuerzas que se indican en los dibujos: a) Representa las fuerzas con flechas y determina la fuerza resultante ¿Qué efecto tiene sobre el cuerpo en cada caso? b) Deduce cómo debe ser la fuerza que se aplique sobre la caja para que permanezca en equilibrio. Dibuja las fuerzas y calcula la resultante

Fuerza que hay que aplicar para que esté en equilibrio

6N

Efecto:

8N 8N

6N

Efecto:

8N

6N

4

Efecto:

a) Dibuja una palanca de primer grado. Explica cómo la podrías utilizar para levantar una piedra.

b) Imagina que vas con tu bici por un sendero y te encuentras una piedra de 200 N de peso. Utilizas una barra de 1,2 m para moverla. ¿Dónde tendrás que colocar el punto de apoyo para no realizar una fuerza mayor que 50 N?

5

Indica en qué consiste la fuerza de rozamiento.

Teniendo en cuenta esa fuerza, explica por qué: a) Las ruedas de los coches tienen dibujos.

d) Se utiliza velcro para que los objetos no se muevan.

b) Los patines tienen ruedas.

e) Se pone lubricante en los engranajes.

c) Se coloca un protector de goma debajo de las alfombras.

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6

EVALUACIÓN DE CONTENIDOS

LAS FUERZAS Y LAS MÁQUINAS

Nombre:

Curso:

Fecha:

CONTROL A 1

Imagina que estás haciendo skate sobre una pista como la del dibujo. Representa la fuerza peso, la fuerza normal y la fuerza de rozamiento en los casos A, B, C y D.

C D A

B

a) ¿En qué caso coinciden la fuerza peso y la fuerza normal?

b) Razona si hay algún caso en que sea cero: I. La fuerza de rozamiento:

II. La fuerza normal:

III. La fuerza peso:

2

Para calibrar un resorte se cuelgan de él varios pesos y se mide su longitud, obteniéndose los valores que se muestran en la tabla. a) Representa los valores en una gráfica.

F (N)

0

1

1,5

2

3,5

L (cm)

12

14

15

16

19

b) Interpreta el significado del punto que resulta para F = 0.

c) A partir de la gráfica, calcula la constante de elasticidad del resorte.

266 ES0000000006255 563068 Tema 06_28931.indd 266

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D

.

Nombre:

3

Curso:

Fecha:

El resorte de una balanza mide 20 cm cuando se coloca encima un cuerpo de 200 N y mide 15 cm cuando el cuerpo que está encima es de 300 N. Calcula: a) La constante de elasticidad del resorte.

b) La longitud del resorte cuando no está sometido a ninguna fuerza.

c) Si el resorte mide 22 cm cuando se coloca un objeto sobre él, ¿cuál es la masa del objeto?

4

Hace algunos años, en los viajes se utilizaban maletas con un asa para agarrar. Con el tiempo se les fueron añadiendo elementos que facilitan su transporte como un asa telescópica y unas ruedas. A

B

C

a) Identifica qué máquina o máquinas se utilizan en los casos A, B y C. A:

B:

C:

b) Explica qué ventaja supone A y si influye en algo la longitud del asa telescópica.

c) Explica qué ventaja supone B y si influye en algo la forma de las ruedas.

5

Las siguientes máquinas representan palancas. En cada una de ellas: a) Dibuja donde está el fulcro (F), la fuerza que hay que realizar (P) y la que hay que vencer (R). b) Identifica si es una palanca de primer grado, segundo grado o tercer grado.

c) Explica en cuál de estas palancas hay que realizar una fuerza mayor que la que hay que vencer. Para facilitar la explicación supón que la resistencia es de 100 N y supón unos valores apropiados para el brazo de cada fuerza.

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6

EVALUACIÓN DE CONTENIDOS

ESTÁNDARES DE APRENDIZAJE Y SOLUCIONES

Criterio

Estándares de aprendizaje

Actividades Control B

Control A

1, 3

1

B4‑1.2. Establece la relación entre el alargamiento producido en un muelle y las fuerzas que han producido esos alargamientos, describiendo el material a utilizar y el procedimiento a seguir para ello y poder comprobarlo experimentalmente.

2

3

B4‑1.3. Establece la relación entre una fuerza y su correspondiente efecto en la deformación de un cuerpo.

2

3

B4‑1.4. Describe la utilidad del dinamómetro para medir la fuerza elástica y registra los resultados en tablas y representaciones gráficas expresando el resultado experimental en unidades en el Sistema Internacional.

2, 3

2

B4‑4. Valorar la utilidad de las máquinas simples en la transformación de un movimiento en otro diferente, y la reducción de la fuerza aplicada necesaria.

B4‑4.1. Interpreta el funcionamiento de máquinas mecánicas simples considerando la fuerza y la distancia al eje de giro y realiza cálculos sencillos sobre el efecto multiplicador de la fuerza producido por estas máquinas.

4

4, 5

B4‑5. Comprender el papel que juega el rozamiento en la vida cotidiana.

B4‑5.1. Analiza los efectos de las fuerzas de rozamiento y su influencia en el movimiento de los seres vivos y los vehículos.

5

1, 5

B4‑1. Reconocer el papel de las fuerzas como causa de los cambios en el estado de movimiento y de las deformaciones.

268 ES0000000006255 563068 Tema 06_28931.indd 268

B4‑1.1. En situaciones de la vida cotidiana, identifica las fuerzas que intervienen y las relaciona con sus correspondientes efectos en la deformación o en la alteración del estado de movimiento de un cuerpo.

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D

.

CONTROL B: SOLUCIONES 1

2

Fuerza: fuerza del motor del otro coche.

Fuerza: de rozamiento.

Efecto: deformar la carrocería del coche.

Efecto: reducir la velocidad del coche.

Es una fuerza de contacto.

Es una fuerza de contacto.

Fuerza: atracción eléctrica.

Fuerza: empuje que realiza la flecha.

Efecto: hacer que se desvíe el chorro de agua.

Efecto: deformar la cuerda del arco.

Es una fuerza de acción a distancia.

Es una fuerza de contacto.

a) El muelle se estira 3 cm con una fuerza de 0,6 N. Calculamos la constante con la ley de Hooke: F = k ? Dx Despejamos, sustituimos valores y calculamos: k=

F

Dx

=

0,6 N = 20 N/m 0,03 m

b) El muelle duplicará su longitud cuando se estire 15 cm. Calculamos la fuerza necesaria: Sustituimos valores y calculamos: F = k ? Dx = 20

N ? 0,15 m = 3 N m

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6

EVALUACIÓN DE CONTENIDOS

ESTÁNDARES DE APRENDIZAJE Y SOLUCIONES

3

Dibuja las fuerzas y calcula la resultante

Fuerza que hay que aplicar para que esté en equilibrio 6N

6N 8N

6N

F = 14 N

Efecto: desplazamiento horizontal hacia la derecha.

8N

8N 8N

8N

R = 14 N

6N

Para que esté en equilibrio hay que aplicar una fuerza igual y de sentido contrario a la resultante. 8N

6N

R=2N

6N

R=2N

Efecto: desplazamiento horizontal hacia la izquierda.

8N

R = 14 N

F=2N

Para que esté en equilibrio hay que aplicar una fuerza igual y de sentido contrario a la resultante.

8N

R = 10 N

R = 10 N

8N 6N

R=

6N

6N

6 2 + 8 2 = 10 N

F = 10 N

Efecto: desplazamiento en diagonal. Para que esté en equilibrio hay que aplicar una fuerza igual y de sentido contrario a la resultante.

4

a) Respuesta: Extremo largo. Hacer fuerza Barra larga Apoyo Extremo corto bajo la piedra

•   Utilizamos una barra larga y un apoyo (fulcro). •   Colocamos el extremo corto de la barra debajo de la piedra que queremos mover. El peso de la piedra  es la fuerza resistencia (R). •   En el extremo largo hacemos fuerza hacia abajo. La fuerza que hacemos es la potencia (P). •   Cuanto más cerca esté el punto de apoyo de la piedra, menor será la fuerza que hay que realizar. b) Ley de la palanca: Potencia ? brazo de potencia = Resistencia ? brazo resistencia  

 

Sustituimos valores y calculamos:

R ? bR = P ? bP " 100 N ? x = 50 N ? _1,2 m - x i "

100 N ? x = 1,2 m - x 50 N

" 2 ? x + x = 1,2 m " x =

1,2 m = 0,4 m 3

El punto de apoyo debe estar a 40 cm del extremo de la barra que se coloca debajo de la piedra.

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D

.

5

  La fuerza de rozamiento aparece cuando un cuerpo se mueve apoyado sobre otro.  Es una fuerza que se opone al movimiento. a) Las ruedas de los coches tienen dibujos para que exista un cierto rozamiento con la carretera  y el coche no resbale. b) Los patines tienen ruedas para que exista menor rozamiento que con los zapatos  y nos deslicemos más fácilmente. c) Se coloca un protector de goma debajo de las alfombras para que exista cierto rozamiento con el suelo y no se resbale al caminar sobre ellas. d) El velcro provoca un gran rozamiento que no deja que se muevan los objetos. e) Se pone lubricante en los engranajes para que no exista rozamiento y se muevan más fácilmente.

CONTROL A: SOLUCIONES 1

a)  L  a fuerza normal (N) coincide con la fuerza peso (P) en C y B, donde el cuerpo está apoyado  en una superficie horizontal. b) I.  La fuerza de rozamiento es cero en D porque no está apoyado, y en C, porque no hay movimiento. II. La fuerza normal es cero en D porque no está apoyado. III. La fuerza peso no es cero nunca. N C D A

R

P

P N

N P B

P 2

R

a)  R   epresentación gráfica. Podemos representar directamente los valores de F y L que da la tabla, o bien calcular ∆L y representar estos valores frente a F. En este segundo caso, la gráfica pasará por el punto (0,0). F (N) 6 5 4

b

3 Fb - Fa

2 a

1

L b - La

0 0

5

10

15

20

L (cm)

b) El valor de L en F = 0 indica la longitud del resorte cuando no está estirado. c) Para calcular la constante de elasticidad del resorte se buscan dos puntos de la gráfica (a y b) y se determina  el valor de F y L en cada uno: Fb - Fa 3,5 N - 1 N 2,5 N k= = = = 0,5 N/cm Lb - L a 19 cm - 14 cm 5 cm

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6

EVALUACIÓN DE CONTENIDOS

ESTÁNDARES DE APRENDIZAJE Y SOLUCIONES

N 3

a) Calculamos la constante de elasticidad del resorte con la ley de Hooke: F = k ? Dx . Cuando el peso que se coloca sobre el resorte aumenta 100 N (pasa de 200 N a 300 N), la longitud del resorte disminuye 5 cm (pasa de 20 cm a 15 cm). Despejamos, sustituimos valores y calculamos: k=

F

Dx

=

100 N = 2000 N/m 0,05 m

b) Calculamos lo que se comprime el resorte cuando está sometido a una fuerza de 200 N: F 200 N Dx = = = 0,1 m = 10 cm k 2000 N/m Cuando no está sometido a ninguna fuerza, el resorte mide 10 cm más que cuando tiene encima un cuerpo de 200 N. La longitud del resorte cuando no está sometido a ninguna fuerza es 20 cm + 10 cm = 30 cm. c) Cuando el resorte mide 22 cm, su longitud se ha reducido en 8 cm (30 - 22 = 8). Con la ley de Hooke, calculamos el peso del objeto que se ha colocado sobre él: N F = k ? Dx = 2000 ? 0,08 m = 160 N m Para calcular la masa del cuerpo tenemos en cuenta que: N P = m ? 9,8 kg Despejamos la masa, sustituimos y calculamos: m= 4

a) A: Palanca de segundo grado.

P 160 N = = 16,33 kg 9,8 N/kg 9,8 N/kg

B: Rueda.

C: Palanca de segundo grado + rueda.

b) Una palanca de segundo grado hace que tengamos que realizar una fuerza (potencia) menor que la fuerza que tenemos que vencer (resistencia). Para una misma maleta, cuanto mayor sea la longitud del asa, mayor es el brazo de la potencia y menor la fuerza que tenemos que realizar para moverla. c) Poner ruedas a la maleta reduce el rozamiento, ya que disminuye la superficie de contacto entre la maleta y el suelo. Si, además, las ruedas giran libremente, se adaptarán fácilmente a la dirección del movimiento y facilitarán el traslado. 5

P P

R

R

P F F

R

Primer grado.

Tercer grado.

F

Segundo grado.

En la palanca de tercer grado hay que realizar una fuerza mayor (potencia) que la que hay que vencer (resistencia). Supongamos que la distancia del extremo de la caña a la mano que sujeta es 1 m y la distancia entre las manos, 25 cm. Para levantar un pez de 100 N debemos realizar una fuerza de: 1 m ? 100 N = 0,25 m ? P P=

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1 m ? 100 N = 400 N 0,25 m

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NOTAS

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6

EVALUACIÓN POR COMPETENCIAS

LAS FUERZAS Y LAS MÁQUINAS

Nombre:

Curso:

Fecha:

EVALUACIÓN POR COMPETENCIAS

El rozamiento y el movimiento

Coeficiente de rozamiento

El rozamiento, la fuerza que se opone al movimiento, es el causante de que nos podamos desplazar por caminos y ca‑ rreteras. Piensa, si no, qué ocurriría si tratases de desplazar‑ te sobre el hielo con zapatos de fondo liso.

Pavimento

1

Neumáticos Nuevos

Viejos

Seco

0,9‑0,7

0,6‑0,4

Mojado

0,6‑0,4

0,4‑0,3

Seco

0,9‑0,7

0,6‑0,4

Mojado

0,6‑0,4

0,4‑0,3

Hielo

0,1

0,1

Nieve

0,3

0,3

Hormigón

Los coches también necesitan esta fuerza para realizar un camino de manera controlada. Continuamente se realizan estudios para mejorar el diseño de los neumáticos y el pa‑ vimento de los caminos. En la tabla de la derecha se mues‑ tra el coeficiente de rozamiento de algunos de ellos. En cada caso, el valor más alto se refiere a desplazamientos realizados a velocidad inferior a 50 km/h y el más bajo, a velocidades superiores a esta.

Estado

Asfalto

Con frecuencia, en las autopistas existen señales con el siguiente mensaje:

b) El asfalto es el pavimento preferido con neumáticos viejos y suelo mojado.

•   ¡Cuidado, suelo mojado!

c) El hormigón y el asfalto son igual de seguros.

•   ¡Con lluvia abundante, reduzca su velocidad!

d) A velocidades altas, el hormigón ofrece mayor rozamiento que el asfalto.

Reflexiona sobre ambos mensajes y elige cuál de las siguientes opciones no es correcta: a) Ambos mensajes son iguales porque siempre que llueve, el suelo está mojado. b) Cuando el suelo está mojado, el rozamiento de nuestros neumáticos es menor. c) La lluvia abundante reduce la visibilidad, por eso hay que ir más despacio. d) Circular por un asfalto mojado es tan peligroso como hacerlo con neumáticos viejos. 2

  En invierno nos podemos encontrar con carreteras  cerradas por nieve o hielo. Razona por qué puede ser  adecuada una norma como esta.

4

  Los vehículos particulares (coches y motocicletas),  deben pasar una inspección técnica (ITV) a partir  del cuarto año. Entre otras cosas, se mide que  el dibujo de los neumáticos tenga una profundidad  mayor que 1,6 mm. Teniendo en cuenta los datos  de esta página, razona si esta norma se debe a  (elige la opción correcta): a) Cuando el dibujo de las ruedas tiene una profundidad menor que 1,6 mm no deja huellas de frenada.

3

  En ocasiones se ha planteado la cuestión de si son  mejores los pavimentos de hormigón o los de asfalto.  Atendiendo solo a la cuestión de la seguridad  y con la información de esta página, razona cuál  de estas opciones es correcta. a) El hormigón es el pavimento preferido con neumáticos nuevos.

274 ES0000000006255 563068 Tema 06_28931.indd 274

b) Si los neumáticos están gastados, el rozamiento a baja velocidad es menor que con neumáticos nuevos a alta velocidad. c) Si los neumáticos tienen poco dibujo, el coche consume más gasolina. d) Cuanto mayor es el dibujo de los neumáticos, más seguro es el coche.

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D

Nombre:

5

Curso:

Otra cuestión a tener en cuenta con los vehículos es el inflado de los neumáticos. En el dibujo siguiente se muestra el perfil de un neumático dependiendo de la presión del aire en su interior. Utiliza tus conocimientos acerca de la influencia del rozamiento en el movimiento para explicar por qué puede resultar tan inapropiada una presión muy alta como una presión muy baja.

Baja presión

Presión normal

Fecha:

8

Algunos fabricantes ofrecen ruedas de baja fricción a las que se aplican compuestos especiales en la banda de rodadura (la parte del neumático en contacto con el suelo). Estas ruedas pueden reducir el consumo de combustible en medio litro cada 100 km. Suponiendo que el precio de la gasolina es 1,35 €/L, ¿cuánto puede ahorrar en una semana una persona que recorra con su coche 60 km diarios?

9

Imagina que vas a moderar una mesa redonda en la que se discute sobre las ventajas e inconvenientes del rozamiento para la conducción. Sigue este esquema que luego puedes utilizar en tu tarea de moderador.

Alta presión

a) Indica tres factores en los que el razonamiento es positivo para el movimiento.

6

La presión adecuada para un neumático depende de una serie de factores. Razona cuáles de los que se indican a continuación se deben tener en cuenta: a) El peso del vehículo.

b) Indica tres factores en los que el razonamiento es negativo para el movimiento.

b) El número de ocupantes. c) La temperatura ambiente. d) Si el vehículo es de gasolina o gasóleo.

7

Además de su efecto positivo en el control del movimiento, el rozamiento tiene un efecto negativo en el consumo de combustible del coche. Utiliza una representación de fuerzas para explicar que un coche consume más gasolina o gasóleo cuando se mueve a baja velocidad con neumáticos nuevos que si lo hace a velocidad más alta con neumáticos gastados.

c) Durante un periodo de quince minutos, las personas de la clase argumentan acerca de la importancia de cada factor. d) A continuación se somete a votación cuál es el factor favorable más importante. Valorad si es mucho más importante que los demás o solo un poco más importante. e) Se hace lo mismo con los factores más desfavorables. f) Redacta un texto, como mínimo de dos líneas y como máximo de cinco, en el que se recojan las conclusiones de la discusión.

e

.

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6

EVALUACIÓN POR COMPETENCIAS

ESTÁNDARES DE APRENDIZAJE Y SOLUCIONES

Competencia que se trabaja

Comunicación lingüística

Competencia matemática y competencias básicas en ciencia y tecnología

Sentido de iniciativa y emprendimiento

276 ES0000000006255 563068 Tema 06_28931.indd 276

Criterio

Estándares de aprendizaje

Actividades

B1‑5. Interpretar la información sobre temas científicos de carácter divulgativo que aparece en publicaciones y medios de comunicación.

B1‑5.1. Selecciona, comprende e interpreta información relevante en un texto de divulgación científica y transmite las conclusiones obtenidas utilizando el lenguaje oral y escrito con propiedad.

1, 3

B4‑5. Comprender el papel que juega el rozamiento en la vida cotidiana.

B4‑5.1. Analiza los efectos de las fuerzas de rozamiento y su influencia en el movimiento de los seres vivos y los vehículos.

2

B4‑5. Comprender el papel que juega el rozamiento en la vida cotidiana.

B4‑5.1. Analiza los efectos de las fuerzas de rozamiento y su influencia en el movimiento de los seres vivos y los vehículos.

4, 5

B1‑5. Interpretar la información sobre temas científicos de carácter divulgativo que aparece en publicaciones y medios de comunicación.

B1‑5.1. Selecciona, comprende e interpreta información relevante en un texto de divulgación científica y transmite las conclusiones obtenidas utilizando el lenguaje oral y escrito con propiedad.

4, 5

B4‑1 Reconocer el papel de las fuerzas como causa de los cambios en el estado de movimiento y de las deformaciones.

B4‑1.3 Establece la relación entre una fuerza y su correspondiente efecto en la deformación o la alteración del estado de movimiento de un cuerpo.

6, 7

B1‑3. Conocer los procedimientos científicos para determinar magnitudes.

B1‑3.1. Establece relaciones entre magnitudes y unidades utilizando, preferentemente, el Sistema Internacional de Unidades y la notación científica para expresar los resultados.

8

B1‑6. Desarrollar pequeños trabajos de investigación en los que se ponga en práctica la aplicación del método científico y la utilización de las TIC.

B1‑6.2 Participa, valora, gestiona y respeta el trabajo individual y en equipo.

9

B4‑1. Reconocer el papel de las fuerzas como causa de los cambios en el estado de movimiento y de las deformaciones.

B4‑1.1 En situaciones de la vida cotidiana, identifica las fuerzas que intervienen y las relaciona con sus correspondientes efectos en la deformación o en la alteración del estado de movimiento de un cuerpo.

9

B4‑5. Comprender el papel que juega el rozamiento en la vida cotidiana.

B4‑5.1. Analiza los efectos de las fuerzas de rozamiento y su influencia en el movimiento de los seres vivos y los vehículos.

9







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D

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EVALUACIÓN POR COMPETENCIAS: SOLUCIONES 1

La opción incorrecta es la a. Siempre que llueve el suelo está mojado, pero no a la inversa

2

Con nieve o hielo el rozamiento baja mucho, con independencia de que los neumáticos sean nuevos o viejos. Si no hay rozamiento es difícil controlar el movimiento del coche, que puede resbalar sin control, salirse de la carretera y sufrir un accidente.

8

La opción correcta es la c. Los coeficientes de rozamiento del hormigón y el asfalto son idénticos, tanto en seco como en mojado, a velocidades altas como bajas, con neumáticos nuevos o viejos

9

3

4

5



La opción correcta es la b. El coeficiente de rozamiento de los neumáticos viejos a baja velocidad en seco (0,6) es menor que el coeficiente de rozamiento de los neumáticos nuevos a alta velocidad (0,7). La respuesta correcta debe recoger estas ideas: • La fuerza de rozamiento aparece cuando se mueven cuerpos que están en contacto. El rozamiento es mayor cuanto mayor sea la superficie.



• La fuerza de rozamiento posibilita un movimiento controlado.



• Tanto si la presión es alta como si es baja, la superficie del neumático en contacto con la carretera es menor que si la presión es normal.

Cuanto mayor sea la fuerza de rozamiento, mayor debe ser la fuerza del motor y, por tanto, mayor es el consumo de gasolina. Con neumáticos más gastados el rozamiento es menor. Suponemos que circula los 7 días de la semana. Se utilizan factores de conversión: 7 días ?

60 km 0,5 L 1,35 € ? ? = 2,84 € 1 día 100 km 1L

Se indican algunos ejemplos de aspectos positivos y negativos del rozamiento: Positivo

Negativo

Nos permite avanzar por la ruta que queremos.

Aumenta el consumo de combustible.

Evita salidas de vía y caídas con hielo o barro.

Obliga a circular más despacio.

Hace que un cuerpo pueda estar sin moverse sin necesidad de sujetarlo con cuerdas.

Siempre hay que tirar de un cuerpo para que se mueva.

Ejemplo de respuesta: cuando la presión de las ruedas es normal, la superficie del neumático en contacto con el pavimento es mayor que en los otros casos y el rozamiento también es mayor. Por tanto, el movimiento está más controlado. 6

Se deben tener en cuenta todos salvo si el vehículo es de gasolina o gasóleo.

7

Hay que tener en cuenta el coeficiente de rozamiento en las circunstancias del enunciado: A Neumáticos gastados y alta velocidad Fuerza del motor

Fuerza de rozamiento

Coeficiente de rozamiento: seco: 0,4 mojado: 0,3 B Neumáticos nuevos y baja velocidad Fuerza del motor

Fuerza de rozamiento

Coeficiente de rozamiento: seco: 0,9 mojado: 0,6

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UNIDAD 7 El movimiento

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UNIDAD 7. El movimiento

Guion de la unidad y sugerencias didácticas. . . . . . 282 Presentación de la unidad Objetivos Contenidos Consideraciones a tener en cuenta Competencias que se trabajan Criterios de evaluación

Enseñanza individualizada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284 Refuerzo • Ficha 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284 • Ficha 1 (soluciones) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285 • Ficha 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286 • Ficha 2 (soluciones) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287 • Ficha 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288 • Ficha 3 (soluciones) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289

Profundización • Ficha 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290 • Ficha 1 (soluciones) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291

Ampliación • Las magnitudes que definen el movimiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292 • Movimiento rectilíneo y uniforme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295 • Movimiento rectilíneo uniformemente acelerado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298

Problemas resueltos • Problema resuelto 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301 • Problema resuelto 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302

Experiencias • Estudio virtual del movimiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303 • La velocidad media . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304

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Recursos para la evaluación de contenidos . . . . . . . 305 Autoevaluación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305 Controles • Control B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306 • Control A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308

Estándares de aprendizaje y soluciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . 310

Recursos para la evaluación por competencias . . . 314 Prueba de evaluación de competencias • La carrera de los 1500 m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314

Estándares de aprendizaje y soluciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316

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7

PRESENTACIÓN Y PROGRAMACIÓN

EL MOVIMIENTO

PRESENTACIÓN 1.

C

El problema del movimiento se aborda en esta unidad desde un punto de vista conceptual, con el mínimo aparato matemático. Tras comprobar la necesidad de establecer un sistema de referencia con respecto al cual se pueda determinar si existe o no movimiento, se van introduciendo los conceptos de posición, trayectoria, desplazamiento, espacio recorrido, velocidad y aceleración. En su caso, se distingue entre velocidad instantánea y velocidad media. La aceleración solo se utiliza como magnitud constante.

2.

3.

Contando con las herramientas matemáticas disponibles para la mayoría del alumnado en este nivel de estudio, se reducirá al mínimo el cálculo y se insistirá en la lectura de gráficas que representan movimientos fácilmente reconocibles. Se identifican MRU, distinguiéndolos claramente de los MRUA. También se analizan MCU familiares. Como último punto, veremos la relación entre las fuerzas y el movimiento que resulta. También analizaremos máquinas que modifican movimientos.

1

2

3

OBJETIVOS •   Reconocer el movimiento como un hecho relativo,  dependiente del sistema de referencia elegido.

•   Identificar la aceleración con movimientos en los que  la velocidad no permanece constante.

•   Identificar con precisión los conceptos que definen  el movimiento: posición, trayectoria, desplazamiento, espacio recorrido y tiempo invertido. Analizar en qué casos hay coincidencia entre algunos de ellos.

•   Interpretar representaciones gráficas posición‑tiempo  y velocidad‑tiempo. Relacionarlas con situaciones compatibles con la representación.

•   Obtener la velocidad como relación entre el desplazamiento  y el tiempo invertido. •  Distinguir entre velocidad media e instantánea. •   Reconocer la velocidad como magnitud vectorial. •   Realizar cambios de unidades en la magnitud velocidad.

•   Reconocer movimientos circulares cotidianos  (movimientos planetarios, agujas del reloj…). •   Relacionar el movimiento de un cuerpo con la fuerza  que actúa sobre él. •   Analizar máquinas que transforman movimientos y estudiar  la relación entre ellos.

CONTENIDOS SABER

•   Reconocer situaciones de movimiento desde diferentes puntos de vista. •   Identificar la posición y la trayectoria de un móvil. •   Diferenciar entre desplazamiento y espacio recorrido. •   Distinguir entre velocidad media e instantánea.  •   Relacionar la velocidad media en un recorrido con el desplazamiento total y el tiempo total invertido,  y no con la media aritmética de valores. •   Representar gráficamente la posición de un móvil frente al tiempo de movimiento. •   Interpretar una gráfica posición‑tiempo y relacionarla con el movimiento que ha llevado el móvil  en un intervalo concreto de tiempo. •   Representar gráficamente la velocidad de un móvil frente al tiempo y relacionarla  con el tipo de movimiento. •   Identificar las características básicas de los MRU, MRUA y MCU. •   Relacionar el movimiento de un cuerpo con la existencia o no de fuerzas. •   Establecer la relación entre el movimiento de las piezas de engranajes sencillos.

SABER HACER

C

•   Identificar movimientos que suceden a nuestro alrededor.

1

•   Manejar aplicaciones TIC que simulan movimientos.

SABER SER

•   Imaginar una situación real de movimiento compatible con una representación gráfica.

2

•   Desarrollar hábitos de precisión y cuidado en el trabajo de laboratorio.

3

•   Potenciar el trabajo individual y en grupo. •   Reconocer la utilidad de los recursos TIC como herramienta de estudio.

4

•   Valorar la importancia de la utilización de los conceptos físicos aprendidos en la mejora  de su expresión lingüística.

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D

 

.

7

PRESENTACIÓN Y PROGRAMACIÓN

EL MOVIMIENTO

CONSIDERACIONES A TENER EN CUENTA 1. Teniendo en cuenta el bagaje de conocimientos matemáticos de la mayor parte del alumnado de este curso, el planteamiento de esta unidad es fundamentalmente conceptual y gráfico. 2. Se considera muy importante avanzar en el planteamiento formal de situaciones cotidianas. Un ejercicio frecuente será imaginar una situación real de movimiento compatible con las gráficas de un movimiento, y viceversa. 3. También es importante relacionar los datos de una gráfica posición‑tiempo con la posición real que el móvil ocupa en su trayectoria en los distintos momentos. En este sentido son relevantes las gráficas de los epígrafes 3.2 y 4.4.

4. Es importante que se reconozcan algunas características específicas en movimientos conocidos. Por ejemplo, se identificará la propagación de la luz y el sonido como ejemplos de MRU, la arrancada o frenada de vehículos como ejemplo de MRUA y los movimientos planetarios como ejemplo de MCU. 5. Una constante de esta materia es relacionar los conceptos estudiados en las diferentes unidades. Analizando las características de la velocidad en cada uno de los movimientos señalados, se relacionará el movimiento de un cuerpo con la fuerza que actúa sobre él.

COMPETENCIAS QUE SE TRABAJAN Comunicación lingüística La especificación de la cantidad, la dirección y el sentido de las distintas magnitudes relacionadas con el movimiento llevará a los alumnos a una cuidadosa utilización del lenguaje. Expresiones como dirección prohibida o distancia recorrida se reconocerán diferentes de sentido prohibido o desplazamiento. Todo ello mejorará su expresión oral y escrita. Competencia matemática, científica y tecnológica Uno de los principales logros de esta unidad es el manejo con soltura de las distintas unidades de las magnitudes del movimiento y el tiempo. Ya no debe suponer dificultad manejar diferentes unidades del Sistema Internacional u otras más específicas, como nudos, match, etc. Desde el punto de vista científico, es de destacar la importancia de reconocer las diferentes magnitudes del movimiento e interpretar cuestiones relativas a su signo, dirección, sentido, etc. Se trata de la representación simbólica de un problema, con la importancia que conlleva en el estudio científico. Atendiendo al objetivo general de la ciencia de comprender el mundo que nos rodea, la identificación y el análisis de movimientos

concretos ayudará a consolidar los conceptos que se trabajan en esta unidad y preparará posteriores estudios en esta materia y en otras relacionadas. Competencia digital En esta unidad se propone el estudio del movimiento en su nivel más simple, desde un punto de vista cualitativo y con soporte gráfico. Resulta especialmente útil trabajar con animaciones que permitan realizar simulaciones que proporcionen datos de movimientos virtuales. También son adecuadas las hojas de cálculo para obtener gráficas. Tanto en la experiencia del libro del alumno como en esta guía, se proporcionan actividades para este fin. Competencia en aprender a aprender Probablemente la principal contribución de esta unidad a la competencia en aprender a aprender venga de la mano del trabajo con gráficas, tanto en su elaboración como en su interpretación. Es una forma de representación de situaciones físicas muy útil para cualquier tipo de estudio. También consideramos importante en esa competencia el relato verbal de la información representada en una gráfica, y viceversa.

CRITERIOS DE EVALUACIÓN 1. Identificar las magnitudes que caracterizan un movimiento e identificar el movimiento. 2. Realizar cálculos sencillos relativos a situaciones cotidianas de movimiento. 3. Hacer cálculos con la velocidad de la luz y el sonido para conocer el tiempo que tardan en recorrer una distancia. 4. Utilizar aplicaciones informáticas para obtener datos que permitan conocer la velocidad media de un móvil e interpretar el resultado.

5. Deducir la velocidad media e instantánea a partir de las representaciones gráficas de la posición y de la velocidad en función del tiempo. 6. Justificar si un movimiento es acelerado o no a partir de las representaciones gráficas del espacio y de la velocidad en función del tiempo. 7. Relacionar el movimiento de dos piezas en un engranaje sencillo.

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7

REFUERZO

FICHA 1

EL MOVIMIENTO

ACTIVIDADES DE REFUERZO 1

El límite de velocidad en algunas vías urbanas es de 30 km/h. Exprésalo en unidades del Sistema Internacional.

2

Una motocicleta va a 15 m/s. ¿Cuál es su velocidad en km/h?

3

En las vías interestatales del estado de Nevada (EE. UU.), el límite de velocidad permitida es 65 mph (millas por hora). Calcula este límite en km/h. Busca información que te permita saber si es mayor o menor que el límite de velocidad en las autopistas españolas.

4

9

En una ocasión han pasado 4 segundos entre que vemos el relámpago y oímos el trueno. ¿A qué distancia estaba la tormenta?

Dato: 1 milla terrestre = 1609 m.

10

En los últimos años se han puesto de moda las vacaciones en crucero. Se llevan a cabo en grandes barcos como el Oasis of the Seas que puede transportar hasta 6296 pasajeros a una velocidad máxima de 22,6 nudos (millas náuticas por hora). Calcula esa velocidad en km/h y en m/s.

La distancia media entre la Tierra y la Luna es de 384 400 km, y tarda 28 días en completar una vuelta alrededor de la Tierra. Calcula su velocidad en km/h y en m/s.

11

La Luna se puede considerar una esfera de 3474 km de diámetro y tarda 28 días en dar una vuelta alrededor de sí misma. ¿Cuál será la velocidad de un punto de la superficie de la Luna situado en su ecuador? Calcúlalo en km/h y en m/s.

Dato: 1 milla náutica = 1852 m. 5

El caracol de jardín se desplaza a una velocidad media de 14 mm/s mientras que la tortuga gigante avanza a 270 m/h.

12

a) ¿Cuál de los dos se mueve más rápido? b) ¿Cuánto tiempo tardará cada uno de ellos en recorrer una distancia de 2 m? 6

Se estima que las uñas crecen a un ritmo de 0,1 mm cada día.

8

El tren AVE Madrid‑Sevilla desarrolla una velocidad máxima de 300 km/h. ¿En cuánto tiempo debería hacer el recorrido entre estas ciudades (471,8 km) si fuese a esta velocidad? Compara el resultado con la información del ejercicio anterior y explica a qué se debe la diferencia.

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El Gran Premio de España de Motociclismo se corre en el circuito de Jerez, con una longitud total de 4423 m. En 2015, el piloto español Jorge Lorenzo ganó la carrera en la categoría MotoGP después de recorrer 27 vueltas en un tiempo de 44 minutos y 55,246 segundos. ¿Cuál fue su velocidad media?





En las pruebas libres para el Gran Premio de España de Motociclismo de 2015, Jorge Lorenzo llegó a dar una vuelta en un tiempo de 1 minuto y 38,493 segundos. Teniendo en cuenta que el circuito tiene una longitud de 4423 m, ¿qué velocidad media alcanzó?

14

En la arrancada, el Porche 918 Spyder tarda 2,6 segundos en pasar de 0 a 100 km/h. ¿Cuál ha sido su aceleración media en este tiempo? Suponiendo que la aceleración tiene siempre el mismo valor, calcula la velocidad del coche en los siguientes momentos después de la arrancada:

b) Calcula cuanto crecerán, de media, en un mes. El primer tren de alta velocidad que circuló en España fue el AVE Madrid‑Sevilla. La línea tiene una longitud de 471,8 km y tarda 2 h y 35 minutos en hacer el recorrido. ¿Cuál es su velocidad media?



13

a) Calcula su velocidad de crecimiento en unidades del Sistema Internacional.

7

Uno de los métodos para saber a qué distancia se encuentra una tormenta consiste en medir los segundos que tardamos en oír el trueno, después de ver el relámpago. La luz se propaga a 300 000 km/s, por eso, consideramos que vemos el relámpago en el mismo momento en que se ha producido. Pero el sonido se propaga a 340 m/s y por eso tardamos un cierto tiempo en oírlo.

a) Al cabo de 1 s. b) Al cabo de 2 s. c) Al cabo de 3 s.

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D

.

7

REFUERZO

FICHA 1

EL MOVIMIENTO

ACTIVIDADES DE REFUERZO (soluciones) 1

En el S.I. la velocidad se expresa en m/s.

10

km 1000 m 1h m 30 ? ? = 8,33 3600 s s h 1 km 2

L = 2r ? R = 2r ? 384400 km = 2,42 ? 10 6 km

Utilizamos los factores de conversión adecuados. 15

3

La Luna describe una circunferencia alrededor de la Tierra. Calculamos su longitud:

v=

m 1 km 3600 s km ? ? = 54 1h h s 1000 m

v = 3,6 ? 10 3

Utilizamos los factores de conversión adecuados. 65

millas 1,609 km km ? = 104,6 h h 1 milla

11

L = 2r ? R = 2r ? 3474 km = 2,18 ? 10 4 km

41,86 5



millas n. 1,852 km km ? = 41,86 h h 1 milla n

km 1000 m 1h m ? ? = 11,63 3600 s s h 1 km

a) Obtenemos la velocidad de cada uno en m/s:



v=

Utilizamos los factores de conversión adecuados. 22,6 n = 22,6



m 1h ? = 0,075 m/s h 3600 s

12





1s • Caracol: 2 m ? = 142,9 s 0,014 m





• Tortuga: 2 m ?

6

1s = 26,7 s 0,075 m

a) Obtenemos la velocidad de cada uno en m/s: 0,1 mm 1m 1 día m ? ? = 1,16 ? 10-9 s 1 día 1000 mm 24 ? 3600 s b) Para calcular lo que crecen en 1 mes usamos la velocidad como factor de conversión: 0,1 mm 30 días ? = 3 mm 1 día

7

Calculamos la longitud de la carrera:



Calculamos el tiempo total en segundos: t = 44 ? 60 + 55,246 = 2,695 ? 10 3 s v=

1,194 ? 105 m m = 44,3 s 2,695 ? 10 3 s

13

La velocidad media en esta vuelta es: 4423 m m v= = 44,9 (60 + 38,493) s s

14

Como a se mide en m/s2, expresamos v en m/s:



• v 2 = 100



• a =



• v1 segundo = 10,68 m/s



• v 2 segundos = 2 ? 10,68 = 21,36 m/s



• v 3 segundos = 3 ? 10,68 = 32,04 m/s

km 1000 m 1h m ? ? = 27,78 3600 s s h 1 km

v 2 - v1 27,78 m/s - 0 = = 10,68 m/s 2 2,6 s t

Ahora tenemos: vmedia =

8

km 1000 m 1h m ? ? =9 3600 s s h 1 km

L = 27 ? 4423 m = 1,194 ? 105 m

La tortuga gigante va más deprisa. b) Para calcular el tiempo que tardan en recorrer 2 m, utilizamos la velocidad como factor:

2,18 ? 10 4 km 1 día km ? = 32,5 24 h h 28 días

v = 32,5

mm 1m • vcaracol = 14 ? = 0,014 m/s s 1000 mm • v tortuga = 270

km 1000 m 1h m ? ? = 998 3600 s s h 1 km

Cuando da una vuelta completa, un punto del ecuador de la Luna describe una circunferencia de longitud:

El límite de velocidad en las autopistas españolas es 120 km/h (2015). 4

2,42 ? 10 6 km 1 día km ? = 3,6 ? 10 3 24 h h 28 días

471,8 km 60 min km ? = 182,6 1h h (2 $ 60 + 35) min

En este caso: 471,8 km ?

1h = 1,57 h = 1 h (0,57 $ 60) min 300 km

En la mayor parte del recorrido el tren va a una velocidad menor que la máxima y, además, para en algunas estaciones. Por ello el tiempo del recorrido es mayor. 9

La distancia de la tormenta coincide con la que recorre el sonido en 4 segundos: 340 m 4 s? = 1360 m = 1,36 km 1s

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7

REFUERZO

FICHA 2

EL MOVIMIENTO

ACTIVIDADES DE REFUERZO 1

Luisa y Manuel son vecinos y estudian en el mismo instituto. En el plano se indica la localización de los edificios y la puerta de entrada en cada uno. El dibujo está hecho a escala y cada cuadro equivale a 10 m. Los pasos de cebra y los caminos peatonales se señalan con líneas punteadas:

3

A continuación se muestra el gráfico posición‑tiempo correspondiente al camino de vuelta a casa de Luisa desde el Instituto. Indica: Posición (m) 300

L

250 Río

200 150

Casa L Parque

50 Instituto

0

Casa M

0

b) Habitualmente van juntos por el camino del río. Señala la trayectoria, el camino recorrido y el desplazamiento para Luisa y para Manuel. ¿En qué coinciden? ¿En qué se diferencian?

15 t (min)

c) ¿Coincide el signo de la velocidad media en el camino de ida y en el de vuelta? ¿Por qué? d) ¿A qué distancia de su casa se encuentra Luisa a los 4 minutos de salir del Instituto? ¿Y a los 9 minutos?

c) ¿Cuál es el camino más corto que puede seguir Luisa para volver del Instituto hasta su casa? Determina la distancia que recorre y el desplazamiento en este trayecto.

e) Suponiendo que el camino entre su casa y el Instituto es recto, haz una representación de la posición de Luisa cada 2 minutos. Considera que la posición 0 está en la casa y compara esta representación con la que has obtenido en el ejercicio anterior.

La casa de Luisa dista 250 m del Instituto. Sale de casa a las 8:15 y a las 8:20 solo había recorrido 100 m. Como va justa de tiempo, apura el paso y consigue llegar a la puerta del Instituto a las 8:25.

b) Determina la velocidad de Luisa en los cinco primeros minutos y en los cinco últimos minutos de su recorrido.

4

En las actividades 2 y 3 se analizan dos movimientos parecidos de Luisa. En ambos casos recorre una distancia de 250 m en 10 minutos, pero con dos velocidades distintas en cada uno de los recorridos. Haz la gráfica velocidad‑tiempo para la situación que se describe en la actividad 2 y en la actividad 3.

5

Compara la velocidad media de Luisa en el recorrido de las actividades 2 y 3 con la media aritmética de los valores de las velocidades de los dos tramos en que se divide cada recorrido. ¿En qué caso coinciden? Explica por qué coinciden en ese caso y no en el otro.

c) Calcula la velocidad media de Luisa en el camino de casa al Instituto. d) Suponiendo que el camino entre su casa y el Instituto es recto, haz una representación de la posición de Luisa cada 2 minutos. Considera que la posición 0 está en la casa.

M

e) Si después del minuto 10, Luisa se siguiese moviendo como en el minuto anterior, ¿Dónde estaría en el minuto 11? Indica el valor de la posición y da una posible explicación para el mismo.

a) Haz la gráfica posición‑tiempo correspondiente al recorrido de Luisa.

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10

b) ¿Coincide el valor de la velocidad media en el camino de ida y en el de vuelta? Explica la diferencia (compara con la actividad 2).

a) Señala la posición de Luisa y la de Manuel en el momento en que salen de casa y cuando llegan al Instituto.

286

5

a) ¿Cuál ha sido la velocidad media de Luisa en el camino de vuelta a casa?

Carril bici

2

M

100

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D

7

FICHA 2

EL MOVIMIENTO

ACTIVIDADES DE REFUERZO (soluciones) 1

b) v 0 " 5 = Río

v5 " 10 =

L

c) vmedia = Casa L

100 m - 0 = 20 m/min 5 min 250 m - 100 m = 30 m/min 5 min 250 m - 0 = 25 m/min 10 min

d)

Parque Instituto

L M

Casa M

0 Casa 3

4

40

80

a) vmedia =

t (min) 6

a) Las flechas negras señalan la posición de Luisa y la de Manuel cuando salen de casa y cuando llegan al Instituto.

190

250 Instituto

0 - 250 m = - 25 m/min 10 min

c) No coincide el signo de la velocidad media porque ahora avanza hacia casa. d) A los 4 minutos, a 200 m y a los 9 minutos, a 75 m. e) t (min)

10 0 Casa

Río

10

8

130 Posición (m)

b) Coincide el valor de la velocidad media porque recorre el mismo espacio en 10 min.

Carril bici

b) La trayectoria de Manuel (verde) indica que recorre mayor camino que Luisa (azul). La magnitud del desplazamiento de ambos es el mismo. (Flecha que va de la puerta de la casa de cada uno a la puerta del Instituto).

2

0

M

8

150 Posición (m)

6

4

175

200

2

0

250 225 Instituto

f) A - 75 m. El signo menos indica que se aleja de su casa en sentido opuesto al que traía. Casa L

?

.

REFUERZO

4

Parque

v (m/min) 30

Instituto M

20

Casa M Actividad 2

10

M

0 0

Carril bici

Camino recorrido: 19 cuadros = 190 m Desplazamiento: d = 2

a)

0

2

150 + 40 = 155 m

10

t (min)

v (m/min)

c) El camino más corto es atravesando el parque.

2

5

-12,5

8 0

10 t (min)

Posición (m) 250 200

-75

150

5

100 50 0 0

5

10

15 t (min)

En la actividad 2 Luisa va a cada una de las velocidades el mismo intervalo de tiempo, por eso la velocidad media coincide con la media aritmética de las velocidades. Se puede comprobar que la velocidad media en la actividad 3 es más próxima a la velocidad del primer tramo, ya que es mucho más duradero que el segundo.

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7

REFUERZO

FICHA 3

EL MOVIMIENTO

ACTIVIDADES DE REFUERZO 1

En el gráfico siguiente se representa la posición frente al tiempo para un móvil. Reprodúcela en papel milimetrado o cuadriculado y responde:

x (m)

4

40 30 20

a) Describe una situación que sea compatible con el movimiento descrito en la actividad 1 y que sea diferente del ejemplo.

10

a) ¿En qué posición 0 está el móvil cuando 0 empezamos a estudiar el movimiento?

5

10

15

20

5

x (m) 0

5

10

20

15

c) Utilizando los datos de la tabla anterior, representa la trayectoria del móvil.

2

Ana sale de casa a las 10 para ir a la biblioteca, que está a 500 m de su casa. Llega allí a las 10 y 10 y pide un libro para ella y otro para su amigo Carlos, que está enfermo. Tarda 5 minutos en recoger los libros. Carlos vive a 200 m de su casa y a 700 m de la biblioteca, Ana llama a la puerta de Carlos a las 10 y media. 1. Representa la trayectoria de Ana.

d) Calcula la velocidad del móvil y representa la gráfica velocidad‑tiempo.

2. Haz la gráfica posición‑tiempo para Ana. Supón que iniciamos el estudio del movimiento cuando Ana sale de su casa.

Imagina un móvil que se mueve con la misma velocidad que el de la actividad 1. Estudiamos su movimiento empezando a contar el tiempo cuando está en la posición 0.

3. Indica qué tipo de movimiento lleva Ana en cada tramo de su recorrido. 4. Calcula la velocidad de Ana en cada tramo. 5. Calcula la velocidad media de Ana en todo su recorrido.

a) Construye la tabla posición‑tiempo para este movimiento. Utiliza papel milimetrado.

6

b) Representa la gráfica posición‑tiempo. ¿En qué se parece y en qué se diferencia de la gráfica de la actividad 1? 3

0

b) Describe una situación que sea compatible con la actividad 3.

t (s)

b) Utiliza la gráfica para completar la tabla de datos:

t (s)

Se puede describir un movimiento coherente con una gráfica. Por ejemplo, si la gráfica de la actividad 1 representase la posición en dam y el tiempo en min, sería compatible con: «Luisa recoge a Manuel, que vive a 15 dam de su casa, para ir al Instituto y juntos caminan durante 20 minutos a una velocidad constante».

La gráfica siguiente representa la posición de un móvil frente al tiempo:

40

a) Completa una tabla con la velocidad de la moto en los cinco primeros segundos: v (m/s)

x (m)

t (s)

30

1

2

A

5

0

10

15

20

25

a) Utiliza la gráfica para completar.

5

x (m)

B

x (m)

t (s) t (s)

t (s)

x (m) 0

3

c) Explica cuál de estas gráficas representa la posición frente al tiempo para la moto.

10

t (s)

0

b) Haz la gráfica velocidad‑tiempo para este movimiento.

20

0

Una moto arranca con una aceleración de 2 m/s2.

10

15

20

25

C

x (m)

D

x (m)

b) Explica con palabras qué representa la posición del móvil a los 25 s de movimiento. c) Calcula la velocidad del móvil y representa la gráfica velocidad‑tiempo.

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t (s)

t (s)

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FICHA 3

EL MOVIMIENTO

ACTIVIDADES DE REFUERZO (soluciones) 1

a) A 15 m del origen. b)

n

.

REFUERZO

x (m)

15

21,25

27,5

33,75

40

t (s)

0

5

10

15

20

a su hija. La guardería está a 15 dam de su casa y Manuel camina a ritmo constante. 5

a)

c) 0 0

5

10

10

20

15 30

20

t (s)

40

50 x (m)

a)

0

200 t (s)

0

10

100

20

x (m)

0

6,25

12,5

18,75

25

t (s)

0

5

10

15

20

40

0

0

5

c)

15

20

MRU, v > 0.

Tramo B

10:10 a 10:15

Está parada.

Tramo C

10:15 a 10:30

MRU, v < 0.

desplazamiento (500 - 0) m = = 50 m/min tiempo 10 min

v tramo C =

desplaz. (-200 - 500) m = = -46,7 m/min tiempo 15 min

25

e) vmedia = x (m)

40

18

7

-4

-15

t (s)

0

10

15

20

25

0

10

20

t (s)

-2,2

v= 4

a)

v (m/s) 0

desplazamiento (-15 - 40) m = = -2,2 m/s tiempo 25 s

a) Manuel sale de casa todas las mañanas, coge el periódico en el quiosco que está a 15 dam de su casa y sigue caminando 20 minutos, a una velocidad constante, hasta llegar al trabajo, que está a 40 dam de su casa. b) Cuando sale del trabajo, Manuel pasa por delante de su casa y sigue hasta la guardería para recoger

b)

8

desplaz. (500 + 200) m = = 23,3 m/min tiempo 30 min

v (m/s)

0

2

4

6

8

t (s)

0

1

2

3

5

v (m/s)

6 4 2 t (s)

0 0

1

2

3

4

5

c) La C. La velocidad es cada vez mayor y el espacio que recorre en cada segundo, también.

DÍA A DÍA EN EL AULA FÍSICA Y QUÍMICA 3.° ESO Material fotocopiable © Santillana Educación, S. L.

ES0000000006255 563068 Tema 07_32061.indd 289

desplaz. (-200 - 0) m = = -6,7 m/min tiempo 30 min

rapidezmedia = 6

b) A los 25 s el móvil ha rebasado la posición origen y se ha alejado 15 m más allá. c)

30 t (min)

d) v tramo A =

t (s) 10

25

10:00 a 10:10

10

5

20

Tramo A

20

0

15

-200

x (m)

0

10

-100

30

a)

500

200

b) La línea de la gráfica posición‑tiempo es paralela a la de la actividad 1 y pasa por (0,0).

3

200

300

1,25

2

-200

Biblioteca

x (m)

400

v (m/s)

0

Casa Ana

b)

desplazamiento 40 m - 15 m = = 1,25 m/s tiempo 20 s

d) v =

Casa Carlos

289 29/07/2015 13:28:06

7

PROFUNDIZACIÓN

FICHA 1

EL MOVIMIENTO

ACTIVIDADES DE AMPLIACIÓN 1

En una pista de pruebas se observa que un coche teledirigido ocupa, en cada instante, las posiciones que se indican en la tabla:

3

x (m)

5

6

9

14

21

30

t (s)

0

1

2

3

4

5

a) Completa una tabla como la siguiente indicando la posición en cada segundo para Ana y para Manuel.

a) Construye la gráfica posición‑tiempo y explica si se trata de un movimiento uniforme, un movimiento acelerado o un movimiento circular uniforme. b) Representa la trayectoria del móvil, indicando la posición en los diferentes instantes. d) Calcula la velocidad media en los dos primeros segundos. Compárala con la velocidad media en todo el recorrido y explica la diferencia. e) Calcula la velocidad media en los dos últimos segundos. Compárala con la velocidad media en todo el recorrido y explica la diferencia.

v (m/s)

0

Ana: x (m)

0

Manuel: x (m)

200

5

10

15

20

40

30

c) Teniendo en cuenta la gráfica, indica dónde y cuándo se encuentran. 4

f) Explica cuál de estas gráficas representa la velocidad frente al tiempo para el coche. A

t (s)

b) En una misma gráfica, haz la representación posición‑tiempo para Ana y para Manuel.

c) Calcula la velocidad media en el recorrido.

v (m/s)

Ana y Manuel viven a 200 m uno del otro. Deciden salir a las diez en punto, uno al encuentro del otro. Manuel camina a 5 m/s y Ana a 4 m/s.

B

0 1

Las ruedas A y B forman el engranaje de una máquina. La rueda A tiene un diámetro de 20 cm, y la rueda B, de 6 cm.

A

5 6

B

Si la rueda A da diez vueltas cada 20 segundos, calcula: a) La velocidad de un punto del borde de A. b) La velocidad de un punto del borde de B.

t (s)

v (m/s)

v (m/s)

C

c) Explica si el número de vueltas que da en un minuto la rueda B, es mayor, menor o igual que el que da la rueda A.

t (s)

5

D

El movimiento de un vehículo se representa en esta gráfica. Obsérvalo y responde si es cierto que: v (m/s) 15

t (s)

10 5

t (s)

2

En la plataforma giratoria el diámetro mayor mide 3 m y el menor, 1 m. En funcionamiento, da 6 vueltas por minuto. Halla:

t (s)

0 Ana Manuel

0

10

20

30

40

50

a) Es el movimiento de un cuerpo que avanza hasta un punto, se para y luego retrocede hasta la salida.



b) Es el movimiento de un cuerpo que acelera, se para y retrocede.



a) La velocidad de Ana y la de Manuel.

c) Es el movimiento de un cuerpo que avanza alejándose del punto de salida, aunque no siempre con la misma velocidad.

b) Puesta en línea, ¿qué distancia recorren Ana y Manuel en cinco minutos?

d) Es el movimiento de un cuerpo cuyo desplazamiento total es cero.

290 ES0000000006255 563068 Tema 07_32061.indd 290

DÍA A DÍA EN EL AULA FÍSICA Y QUÍMICA 3.° ESO Material fotocopiable © Santillana Educación, S. L.

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D

.

7

PROFUNDIZACIÓN

FICHA 1

EL MOVIMIENTO

ACTIVIDADES DE AMPLIACIÓN (soluciones) 1

a) Es un movimiento acelerado.

a)

3

x (m)

30

t (s)

0

5

10

15

20

30

40

Ana: x (m)

0

20

40

60

80

120

160

Manuel: x (m)

200

175

150

125

100

50

0

15

20

25

30

35

25 20

b) y c) 15 200

x (m)

10 180 5 160 t (s)

0 0

1

2

3

4

5

b) 0 1

2

5 6

9

140

6 t (s)

3

4

5

14

21

30

120 100 80

x (m)

c) vmedia =

desplazamiento (30 - 5) m = = 5 m/s tiempo 5s

desplazamiento (9 - 5) m d) v 0 " 2 = = = 2 m/s tiempo 2s e) v 3 " 5 =

40 20

desplazamiento (30 - 14) m = = 8 m/s 2s tiempo

f) Gráfica A. La velocidad del coche aumenta a medida que pasa el tiempo porque el espacio que recorre en cada segundo es cada vez mayor. 2

60

t (s)

0 0 4

5



62,8 cm vuelta = 31,4 cm/s 20 s

10 vueltas · vA =

b) Como están unidos por un engranaje, la velocidad de un punto del borde de B es igual a la de un punto del borde de A. c) Como la rueda B es más pequeña, tiene que dar más vueltas por minuto que la rueda A. 5

a) Es falsa. en el tramo intermedio la velocidad no varía, pero no es cero. b) Es falsa. En el tercer tramo la velocidad disminuye hasta que se para, pero no retrocede. c) Es cierta. El cuerpo avanza siempre aunque primero acelera, luego su velocidad es constante y finalmente frena hasta pararse. d) Es falsa.

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45

L A = 2r ? r = 2r ? 10 cm = 62,8 cm

L Ana = 2r ? r = 2r ? 1,5 m = 9,42 m

b) Con la velocidad, calculamos la distancia que recorren en 5 minutos (5 ? 60 = 300 s) m • Ana: 0,94 ? 300 s = 282 m s m • Manuel: 0,31 ? 300 s = 93 m s

40

a) La velocidad de un punto del borde de A es:

a) Calculamos la distancia que recorren Ana y Manuel en cada vuelta. Es la longitud de su circunferencia: LManuel = 2r ? r = 2r ? 0,5 m = 3,14 m 9,42 m 6 vueltas ? vuelta v Ana = = 0,94 m/s 60 s 3,14 m 6 vueltas ? vuelta vManuel = = 0,31 m/s 60 s

10

291 29/07/2015 13:28:11

7

AMPLIACIÓN

FICHA 1

EL MOVIMIENTO

Nombre:  

     Curso:  

     Fecha:  

Las magnitudes que definen el movimiento Recuerda que… •   Sistema de referencia es un punto o conjunto de puntos que consideramos fijo. Decimos que un cuerpo   se mueve si su posición cambia con respecto al sistema de referencia. •   El movimiento es relativo, ya que depende del sistema de referencia que se emplee para estudiarlo. •   Para un cuerpo en movimiento o móvil: –   Posición: es el lugar que ocupa el móvil. Se define con relación al sistema de referencia. –   Trayectoria: es la línea que describe el móvil como resultado de las posiciones que ocupa. –   Desplazamiento entre dos puntos: es la distancia más corta entre la posición inicial y la final. –   Espacio recorrido: es la distancia que recorre el móvil a lo largo de la trayectoria. El espacio recorrido siempre es mayor o igual que el desplazamiento. Solo coinciden cuando   el cuerpo se mueve en línea recta y sin cambiar de sentido. •   Velocidad media entre dos puntos es la relación entre el desplazamiento realizado y el tiempo invertido.   Puede ser diferente de la velocidad instantánea en un punto concreto del desplazamiento.   En el Sistema Internacional se mide en m/s. •   Cuando el móvil describe una trayectoria que no es rectilínea, en la que no coinciden el desplazamiento   y el camino recorrido, se utiliza el concepto de celeridad o rapidez. Celeridad o rapidez entre dos puntos es la relación entre el camino recorrido y el tiempo invertido. Un velódromo es un circuito cerrado en el que se corren carreras de ciclismo en pista. Hay dos marcas de salida   y dos de llegada. La marca S está en medio de su lado y hay otra marca de salida diferida que está 50 m   por delante de ella. El ciclista que sale de la marca S tiene la meta en la marca blanca del lado contrario.   La distancia entre ambas marcas equivale a media vuelta. 200 m 50 m

Salida (S)

100 m (curva)

200 m

1

Establece un sistema de referencia adecuado y da la posición del ciclista de negro y del ciclista de amarillo en el momento de la salida. El ciclista de negro sale delante.  

292 ES0000000006255 563068 Tema 07_32061.indd 292

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D

.

7

AMPLIACIÓN

FICHA 1

EL MOVIMIENTO

Nombre:  

2

     Curso:  

     Fecha:  

Observa la forma de la pista y señala en ella: a) Dos puntos en los que el desplazamiento coincida con el espacio recorrido por un ciclista. b) Dos puntos en los que el espacio recorrido sea diferente del desplazamiento. Explica cuál de ellos es mayor.

3

Supón que los dos ciclistas coinciden sobre la línea blanca del lado opuesto. Indica el desplazamiento de cada ciclista y el espacio que han recorrido. Ciclista

Espacio recorrido

Desplazamiento

Negro Amarillo 4

Cuando los ciclistas alcanzan la posición indicada en la actividad 2, el cronómetro marca 20 s. Calcula la velocidad media de cada uno de los ciclistas.      

5

Cuando el ciclista amarillo inicia el último tramo recto de la pista para completar su primera vuelta, posición A, el cronómetro marca 40 s. 200 m 50 m

S

100 m

200 m

a) Determina la posición y el desplazamiento del ciclista en este punto.     b) Calcula la velocidad media y la celeridad del ciclista en este punto.   Nota: Si alguno de los resultados tiene signo negativo, interpreta este signo.  

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7

AMPLIACIÓN

FICHA 1

EL MOVIMIENTO

Nombre:

6

Curso:

Fecha:

M

Una carrera típica es de 4500 m. Si el ciclista toma la salida en la posición marcada por S determina: a) Cuántas vueltas da al circuito.

R

M y b) El qué punto de la pista está la meta.

200 m 50 m

S

•

100 m

200 m 7

Según la Unión Ciclista Internacional, el récord absoluto de la hora lo consiguió el ciclista británico Alex Dowset, que logró una distancia de 52,937 km. Calcula la velocidad lograda por Alex Dowset en unidades del Sistema Internacional

8

Si Alex Dowset lograse cubrir los 4500 m de la carrera a la velocidad del récord, calcula cuánto tiempo tardaría en completar la carrera.

294 ES0000000006255 563068 Tema 07_32061.indd 294

•

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D

.

7

AMPLIACIÓN

FICHA 2

EL MOVIMIENTO

Nombre:

Curso:

Fecha:

Movimiento rectilíneo y uniforme Recuerda que… Movimiento rectilíneo uniforme (MRU) es el movimiento de un móvil cuya trayectoria es una línea recta y su velocidad es constante. Las gráficas posición‑tiempo características del MRU son: x (m)

x (m) 10

9

x (m) 10

7

6

5

4

3

1 0

t (s)

0 0

1

2

3

Se inicia el estudio del movimiento cuando el móvil está en el origen y se aleja de él.

0 x0 0

2

1

2

3

t (s)

-5

t (s) 1

0

3 Se inicia el estudio del movimiento cuando el móvil está en una posición distinta del origen (x0) y se acerca a él.

Se inicia el estudio del movimiento cuando el móvil está en una posición distinta del origen (x0) y se aleja de él.

•   Las gráficas velocidad‑tiempo características del MRU son:  v (m/s)

v (m/s)

0,75 0

0 0

4

8

12

t (s)

Velocidad positiva: el móvil se aleja del origen.

t (s)

0

4

8

-0,67 Velocidad negativa: el móvil avanza hacia el origen.

•   Se puede calcular la velocidad de un móvil a partir de la gráfica posición‑tiempo: 1. Se localizan dos puntos de la gráfica en los que sea fácil leer el valor de la posición y el tiempo (puntos A y B). 2. Se mide el desplazamiento entre esos dos puntos (xB - xA) y el tiempo que tarda en producirse el desplazamiento (tB - tA). 3. Se calcula la velocidad: v = desplazamiento/tiempo empleado. x (m)

x (m) 8

B Espacio

Espacio A

4

0

4

B

4

Tiempo 0

A

8

t (s)

Tiempo 0

8

0

4

t (s) 8

Punto

Posición (m)

Tiempo (s)

Punto

Posición (m)

Tiempo (s)

A

5

4

A

8

3

B

8

8

B

4

9

v=

8m-5m 3m m = = 0,75 8 s-4 s 4s s

v=

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4m-8m -4 m m = = - 0,67 9 s-3 s 6s s

295 29/07/2015 13:28:15

7

AMPLIACIÓN

FICHA 2

EL MOVIMIENTO

Nombre:

1

Curso:

Fecha:

El gráfico siguiente nos permite conocer la posición en un móvil en distintos momentos: x (m)

150 100 50 0

0 10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

t (s)

-50 -100

a) Lee en la gráfica los datos que te permitan completar la tabla: x (m) t (s)

0

15

35

50

60

70

80

95

110

b) La gráfica muestra tres intervalos con diferentes características del movimiento. Completa la tabla siguiente con la información adecuada: Intervalo

tinicial (s)

tfinal (s)

Característica del movimiento

A B C c) Calcula la velocidad en cada intervalo y escribe el resultado en la tabla siguiente. Intervalo

tinicial (s)

tfinal (s)

Velocidad

A B C d) Representa la gráfica velocidad‑tiempo correspondiente a este movimiento. v (m/s)

-

t (s)

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D

.

7

AMPLIACIÓN

FICHA 2

EL MOVIMIENTO

Nombre:

2

Curso:

Fecha:

Suponiendo que el móvil anterior se mueve a lo largo de una pista recta: a) Representa la trayectoria que describe el móvil en su recorrido. Señala con flechas el sentido del movimiento. b) Escribe en el interior de cada disco lo que marcaría el cronómetro cuando el móvil pasa por esa posición. Ten presente que en un caso debes escribir dos valores. ¿Por qué?

-100

-75

-50

-25

0

25

50

75

100

125

150

175

200

3

Calcula la velocidad media del móvil que lleva el movimiento representado en la gráfica de la actividad 1. Exprésala en unidades del Sistema Internacional y en km/h:

4

Todos los movimientos se pueden describir con palabras. Teniendo en cuenta lo que has analizado en el apartado anterior, razona cuál de estas descripciones es compatible con el movimiento de la gráfica de la actividad 1: a) A la salida del instituto, Antonio y María van a casa de María a recoger un libro. Tardan treinta segundos en recogerlo. Luego Antonio va a su casa. La casa de Antonio está más cerca del Instituto que la de María. b) Antonio se está entrenando para una carrera ciclista. La pista de entrenamiento tiene una bajada de 250 m, luego tiene un tramo llano y finalmente tiene un tramo de subida en cuesta. c) En una carrera en bici, Antonio hace un primer tramo en el que su velocidad disminuye, un segundo tramo en el que la velocidad es constante y un tercer tramo en el que la velocidad aumenta.

5

En otra ocasión, María y Antonio realizan un movimiento que se puede representar mediante la gráfica siguiente. a) Escribe un texto que sea compatible con este movimiento:

x (m)

150 100 50 0

t (min) 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

-50 -100

b) Calcula la velocidad media en este recorrido.

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7

AMPLIACIÓN

FICHA 3

EL MOVIMIENTO

Nombre:

Curso:

Fecha:

Movimiento rectilíneo uniformemente acelerado Recuerda que… Movimiento rectilíneo uniformemente acelerado (MRUA) es el movimiento de un móvil cuya trayectoria es una línea recta y su velocidad varía progresivamente. •   Aceleración es la magnitud que mide lo que varía la velocidad de un móvil por unidad de tiempo. Cuando la velocidad varía progresivamente se dice que la aceleración es constante. •   La velocidad de un móvil puede aumentar o disminuir, por eso la aceleración puede ser positiva o negativa. •   En el Sistema internacional, la aceleración se mide en m/s2. •   Un móvil tiene una aceleración de 2 m/s2 cuando su velocidad aumenta 2 m/s en cada segundo.  •   Un móvil tiene una aceleración de -2 m/s2 cuando su velocidad disminuye 2 m/s en cada segundo. •   Las gráficas posición‑tiempo características del MRUA son: 25

x (m)

25

20

20

15

15

10

10

5

5 t (s)

0 0

1

2

3

4

x (m)

t (s)

0

5

0

Aceleración positiva. La velocidad es cada vez mayor y el espacio  recorrido en un segundo es cada vez mayor.

1

2

3

4

5

Aceleración negativa. La velocidad es cada vez menor y el espacio  recorrido en un segundo es cada vez menor.

•   Las gráficas velocidad‑tiempo características del MRUA son:  v (m/s)

v (m/s)

30

30

20

20

10

10

0

0

1

2

0

3 t (s)

0

1

2

Aceleración positiva.

Aceleración negativa.

La velocidad es cada vez mayor.

La velocidad es cada vez menor.

•   Se puede calcular la aceleración de un móvil a partir de la gráfica velocidad‑tiempo: 1.   Se localizan dos puntos de la gráfica en los que sea fácil leer el valor de la velocidad  y el tiempo (puntos A y B). 2.  Se mide la variación de velocidad entre esos dos puntos (vB - vA). 3.  Se mide el tiempo que tarda en producirse esa variación (tB - tA).

3 t (s)

v (m/s) 10 B

8 A

5

4.  Se calcula la aceleración: a=

variación de velocidad tiempo empleado

298 ES0000000006255 563068 Tema 07_32061.indd 298

a=

vB - v A 8 m/s - 5 m/s m = = 0,75 2 8s-4s tB - t A s

0 0

4

8

t (s)

DÍA A DÍA EN EL AULA FÍSICA Y QUÍMICA 3.° ESO   Material fotocopiable © Santillana Educación, S. L.

29/07/2015 13:28:18

D

.

7

AMPLIACIÓN

FICHA 4

EL MOVIMIENTO

Nombre:

1

Curso:

Fecha:

v (m/s)

El gráfico siguiente nos permite conocer la velocidad de un móvil en distintos momentos:

30

20

10

t (s)

0

a) Lee en la gráfica los datos que te permitan  completar la tabla:

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

v (m/s) t (s)

0

15

25

b) La gráfica muestra tres intervalos con diferentes  características del movimiento. Completa la tabla: Intervalo

tinicial (s)

A B

tfinal (s)

Característica del movimiento

50

60

70

85

90

100

c) Calcula la aceleración en cada intervalo y escribe el resultado en la tabla siguiente. Intervalo tinicial (s)

tfinal (s)

Aceleración

A B C

C d) Representa la gráfica aceleración‑tiempo correspondiente a este movimiento:

2

Todos los movimientos se pueden describir con palabras. Teniendo en cuenta lo que has analizado en el apartado anterior, razona cuál de estas descripciones es compatible con el movimiento de la gráfica: a) María sale de su casa y va a la biblioteca. Pide un libro y cuando lo recoge, vuelve, pero en lugar de quedarse en su casa,  va hasta casa de Luis que vive un poco más allá. b) Nos incorporamos a la autopista desde una vía de servicio y aceleramos hasta alcanzar la velocidad adecuada.  Proseguimos el camino a la misma velocidad y, cuando llegamos al puesto del peaje, frenamos y nos detenemos en el control.  c) En una carrera en bici, Antonio hace un primer tramo en el que hay que subir una cuesta, un segundo tramo en llano  y un tercer tramo cuesta abajo. 

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7

AMPLIACIÓN

FICHA 4

EL MOVIMIENTO

Nombre:

3

Curso:

En otra ocasión, María realiza un movimiento que se puede representar mediante la gráfica siguiente. a) Escribe un texto que sea compatible con este movimiento:

Fecha:

v (m/s)

30 20 10 t (s)

0 0

b) ¿Qué tipo de movimiento lleva María entre el segundo 40 y el 70?

4

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

Un coche teledirigido se mueve a lo largo de una pista recta. La tabla siguiente muestra la posición que ocupa en diferentes instantes: x (m)

30

29

26

21

14

5

t (s)

0

1

2

3

4

5

a) Representa la trayectoria que describe el móvil en su recorrido.

b) Haz la gráfica posición‑tiempo para el móvil.

c) Teniendo en cuenta las representaciones anteriores, justifica qué tipo de movimiento lleva el coche.

5

Calcula la velocidad media del coche en los casos siguientes: a) Durante los cinco segundos del recorrido.

b) Durante los dos primeros segundos del recorrido

c) Durante los dos últimos segundos del recorrido

d) Razona por qué unas velocidades medias son mayores que otras si corresponden al mismo movimiento.

300 ES0000000006255 563068 Tema 07_32061.indd 300

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D

7

EL MOVIMIENTO

PROBLEMA RESUELTO 1 Circulamos en bici por el carril bici a una velocidad de 10 m/s, cuando vemos que un peatón se dispone a cruzarlo. Apretamos el freno y 8 segundos después la bici está parada delante del paso de cebra. El peatón tarda 16 s en cruzar. Reanudamos la marcha y 20 s después, hemos alcanzado los 15 m/s a) Haz la gráfica velocidad‑tiempo para el movimiento. b) Identifica el tipo de movimiento que llevamos en cada caso. c) ¿Existe aceleración en algún momento? Calcula su valor e interpreta el signo.

)

.

PROBLEMAS RESUELTOS

Planteamiento y resolución a) Gráfica velocidad‑tiempo.

b) Se distinguen tres tramos en el movimiento. Tramo A

v (m/s) 15

Intervalo

Movimiento Frenada.

De 0 s a 8 s. B

10

De 8 s a 24 s .

C De 24 s a 44 s. 5

0 0

4

8

12

16

20

24

28

32

36

40

44 t (s)

Velocidad disminuye. Sin movimiento: v = 0. Acelerado. Velocidad aumenta.

c) Solo hay aceleración en los tramos A y C. vF - vi 0 - 10 m/s aA = = =-1,25 m/s2 t 8s vF - vi 15 m/s - 0 aC = = = 0,75 m/s2 t 20 s

ACTIVIDADES 1

Luis y Juan son dos hermanos que viven a 1 km del Instituto, al que van en bici. Luis sale de su casa a las 10 en punto y pedalea a 8 m/s. Juan sale de casa medio minuto después:

Datos: 1 milla terrestre = 1609 m; 1 milla náutica = 1852 m; 1 nudo = milla náutica por hora. Sol.: Guepardo > colibrí > correcaminos > avispa > tiburón

a) ¿Cuánto tiempo tarda Luis en llegar al Instituto? b) ¿A qué velocidad debe pedalear Juan para llegar al Instituto a la vez que Luis?

3

Sol.: a) 125 s; b) 10,5 m/s 2

Sol.: 1,78 m/s2

Se realiza un concurso para elegir el animal más rápido. En la tabla siguiente se muestran los resultados obtenidos. Animal Colibrí

Un coche todo terreno acelera de 0 a 100 km/h en 15,6 s. Calcula su aceleración en unidades del sistema internacional.

Distancia

Tiempo

4

Un cañón lanza‑pelotas lanza una bola verticalmente hacia arriba con una velocidad de 30 m/s. La tabla siguiente muestra la posición y la velocidad de la bola cada medio segundo:

50 km

30 min

Guepardo

t (s)

0

17 millas

15 min

Correcaminos

v (m/s)

30

25

20

15

10

5

0

194 dm

1s

Avispa

x (m)

0

13,8

25

33,8

40

43,8

45

1000 m

3 min

Tiburón

10 km

1h

1

1,5

2

2,5

3

Haz la gráfica posición‑tiempo. ¿A qué tipo de movimiento corresponde?

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0,5

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7

PROBLEMAS RESUELTOS

EL MOVIMIENTO

E

PROBLEMA RESUELTO 2 Un tractor es una máquina que se utiliza para realizar trabajos agrícolas. Es típico que sus ruedas delanteras sean bastante más pequeñas que las traseras. Un tractor recorre 100 m en 40 s. Sus ruedas traseras tienen un diámetro de 108 cm, mientras que el diámetro de sus ruedas delanteras es 62 cm. Calcula: a) El número de vueltas que da la rueda trasera cuando avanza 100 m. b) El número de vueltas que da la rueda trasera en 1 minuto. c) El número de vueltas que da la rueda delantera cuando el tractor avanza 100 m. d) ¿Qué rueda gira más deprisa? ¿Por qué?

Planteamiento y resolución a) Calculamos la longitud de la rueda trasera y vemos cuántas vueltas tiene que dar para recorrer los 100 m.

c) Calculamos la longitud de la rueda delantera y vemos cuántas vueltas tiene que dar para recorrer los 100 m.

108 cm = 339,3 cm = 3,39 m 2 1 vuelta 100 m $ = 29,5 vueltas 3,39 m

62 cm = 194,8 cm = 1,95 m 2 1 vuelta 100 m ? = 51,3 vueltas 1,95 m

L = 2r ? r = 2r ?

b) De acuerdo con el enunciado, da 29,5 vueltas en 40 s: 60 s ?

29,5 vueltas = 44,25 vueltas 40 s

L = 2r ? r = 2r ?

d) La rueda delantera gira más deprisa porque, al ser más pequeña, tiene que dar más vueltas que la trasera para recorrer la misma distancia.

ACTIVIDADES 1

Luis y Ana se suben a una atracción de feria como la de la imagen. Sus asientos están sobre una barra que gira en un plano paralelo al suelo. El asiento de Luis está a 1 m del eje de giro y el de Ana, a 1,5 m.

3

Algunas máquinas tienen un engranaje denominado piñón‑cremallera que transforma un movimiento circular en uno lineal:

a) ¿Cuál de los dos da más vueltas por minuto?

2

b) ¿Cuál de los dos recorre una distancia por minuto mayor?

a) Explica en qué cambia el movimiento lineal si la rueda gira a la misma velocidad, pero en sentido contrario.

Sol.: a) Los dos igual; b) Ana

b) La rueda tiene un diámetro de 10 cm. ¿Cuánto avanza la cremallera cuando la rueda da 12 vueltas?

En la cocina tenemos un reloj circular de 40 cm de diámetro. Tomando como punto de partida la posición de la aguja minutero cuando marca las 12:

c) Si tarda 4 segundos en dar las 12 vueltas, ¿cuál es la velocidad de avance de la cremallera? Exprésala en unidades del SI.

a) Dibuja la posición de la aguja y determina su desplazamiento cuando está en el 3, en el 6 y en el 12.

Sol.: b) 3,77 m; 0,94 m/s

b) Calcula la velocidad lineal del extremo de la aguja. Sol.: b) 3,5 · 10-4 m/s

302 ES0000000006255 563068 Tema 07_32061.indd 302

4

Para el mecanismo piñón‑cremallera que se cita en la actividad anterior, ¿cómo se puede lograr que la cremallera avance más rápido sin que varíe el número de vueltas que la rueda da en cada minuto?

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D

.

7

EXPERIENCIAS

FICHA 1

EL MOVIMIENTO

Estudio virtual del movimiento (Práctica con TIC) Material

OBJETIVO Estudiar distintos movimientos de forma virtual.

•   Software: GeoGebra. •   Animación MRUA. •   Hoja de cálculo.

PROCEDIMIENTO 1. Carga la animación MRUA.

1

2. Arrastra el cursor de la aceleración para fijar un valor (1).

2 C

3. Utiliza los botones de avance y retroceso (C) para ver el movimiento del coche. 4. Ve arrastrando el cursor del tiempo (2) y fíjalo cada 0,5 s. 5. Lee en las barras de progreso (3) los valores del espacio recorrido, la velocidad instantánea y la velocidad media. 6. Elabora una tabla y una gráfica como en el ejemplo. Puedes utilizar para ello una hoja de cálculo.

3

7. Repite los pasos 4 a 6 para dos valores distintos de aceleración. A

B

C

D

25

1

t (s)

s (m)

v (m/s)

vmedia (m/s)

20

2

0,5

0,25

1

0,5

15

3

1

1

2

1

10

4

1,5

2,25

3

1,5

5

5

2

4

4

2

0

x (m)

t (s) 0

6

2,5

6,25

5

2,5

7

3

9

6

3

8

3,5

12,25

7

3,5

9

4

16

8

4

10

4,5

20,25

9

4,5

10

1

2

3

4

5

4

5

v (m/s)

8 6

vinstantánea

4 vmedia

2

11

5

25

10

5 t (s)

0 0

1

2

3

CUESTIONES 1

Observa la gráfica x - t y explica por qué es un MRUA.

2

Explica por qué, en cada instante, la velocidad media es menor que la instantánea.

3

Dibuja cómo serían las gráficas para un movimiento con una aceleración mayor. Luego hazlo para una aceleración menor.

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7

EXPERIENCIAS

FICHA 2

EL MOVIMIENTO

La velocidad media Material

OBJETIVO Comprobar que la velocidad media, en un movimiento acelerado, depende de la longitud del recorrido

•   Listón de madera de un metro de longitud. •   Regla. •   Tacos para levantar el listón. •   Bola u otro objeto que desciende. •   Cronómetro.

PROCEDIMIENTO Influencia de la distancia recorrida 1. Haz marcas en el listón de madera cada 25 cm, como en el dibujo. 2. Coloca el listón sobre un taco para que esté un poco elevado. 3. Utiliza el cronómetro para medir el tiempo que tarda la bola en recorrer 1 m. 4. Coloca la bola en la posición 0,25 y mide el tiempo que tarda en recorrer 75 cm. 5. Coloca la bola en posición 0,5 y mide el tiempo que tarda en recorrer 50 cm. 6. Anota los resultados en la tabla y calcula la velocidad media en cada caso: Salida en

Distancia recorrida

Tiempo

Velocidad media

0 0,25 0,5 Influencia de la aceleración 1. Coloca dos tacos debajo del listón de forma que esté más elevado. 2. Repite los pasos 3 a 6 del procedimiento anterior. Salida en

Distancia recorrida

Tiempo

Velocidad media

0 0,25 0,5

CUESTIONES 1

Analiza los datos de la primera tabla y completa la frase:

3

«Cuanto mayor es la distancia recorrida por el objeto que cae (mayor/menor) es su velocidad media». 2

Razona por qué sucede lo que indicas en la frase anterior.

304 ES0000000006255 563068 Tema 07_32061.indd 304

Compara los datos de la segunda tabla con los de la primera y completa la frase: «Cuanto mayor es la inclinación del listón de madera, (mayor/menor) es la velocidad media del objeto que cae».

4

Razona si en el segundo caso, la aceleración del movimiento es mayor o menor.

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D

Nombre:

Curso:

Fecha:

AUTOEVALUACIÓN 1

Razona cuál de las siguientes afirmaciones, referidas al desplazamiento, es cierta:

7

¿Cuál de estas características corresponde a un MCU? a) Su trayectoria es una curva.

a) El desplazamiento siempre es menor que el camino recorrido.

b) Su velocidad es constante en módulo, dirección y sentido.

b) El desplazamiento nunca es mayor que el camino recorrido.

c) Su velocidad es mayor cuanto menor es su periodo. d) El desplazamiento del móvil coincide con el camino recorrido.

c) Siempre que hay un movimiento hay un desplazamiento. d) El desplazamiento es el camino que recorre el móvil.

8

Observa esta gráfica y razona cuál de las afirmaciones es falsa: x (m)

2

3

Cuando un móvil recorre 600 m en medio minuto, su velocidad es: a) 60 m/s

c) 12 m/s

b) 50 km/h

d) 72 km/h

8 6 4

Elige, de las siguientes, qué característica no se puede aplicar al MRU.

2

a) Su velocidad siempre es positiva.

0 0

b) Su trayectoria es una línea recta.

2

4

6

8

10

12

14

t (s)

16

c) Su velocidad siempre es constante.

a) La velocidad no es constante en todo el recorrido.

d) El espacio recorrido por el móvil coincide con su desplazamiento.

b) El móvil comienza su recorrido en la salida, termina en la salida. c) El móvil está a 5 m de la salida a los 2 s.

4

Un coche se mueve con una aceleración de 5 m/s2. Esto significa que: a) Avanza con una velocidad de 5 m/s.

d) El móvil está a 5 m de la salida a los 11 s. 9

b) El coche estaba parado y arranca. c) Si su velocidad era de 20 m/s en el segundo 10, es de 30 m/s en el segundo 12. d) En cada segundo, avanza 5 m. 5

¿Qué característica no corresponde a un MRUA? a) Su velocidad aumenta o disminuye una cantidad fija cada segundo.

a) 1,5 m/s

c) -1 m/s

b) 1 m/s

d) -12,5 cm/s

Observa esa gráfica y razona cuál de estas afirmaciones es cierta:

v (m/s) 40 30

c) La gráfica posición‑tiempo no es una línea recta.

a) En la primera mitad de su movimiento el móvil lleva MRU.

d) Para que un cuerpo tenga este movimiento, tiene que actuar una fuerza sobre él.

0 50 b) La gráfica posición‑tiempo es una línea recta.

b) La velocidad media en la primera mitad del recorrido es igual que en la segunda mitad del recorrido.

6

10

La velocidad media del movimiento representado en la gráfica de la actividad 8 es:

Un móvil se mueve, durante 8 s a 10 m/s y durante 2 s a 20 m/s. Su velocidad media es: a) 15 m/s

c) 12 m/s

b) 18 m/s

d) 14 m/s

20 10 0

100

t (s)

c) En la primera mitad, el móvil está parado. d) La velocidad media es 15 m/s.

SOLUCIONES

.

EL MOVIMIENTO

1 b, 2 d, 3 a, 4 c, 5 b, 6 c, 7 c, 8 b, 9 d, 10 a

.

7

EVALUACIÓN DE CONTENIDOS

DÍA A DÍA EN EL AULA FÍSICA Y QUÍMICA 3.° ESO Material fotocopiable © Santillana Educación, S. L.

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7

EVALUACIÓN DE CONTENIDOS

EL MOVIMIENTO

Nombre:

Curso:

Fecha:

CONTROL B 1

Marta sale de casa todos los días a las 8 de la mañana para ir al Instituto. En su camino recorre 800 m hacia el oeste y luego 600 m hacia el norte y llega al Instituto a las 8:20: a) Dibuja su trayectoria y el desplazamiento que realiza.

b) Si se hubiese desplazado 600 m hacia el oeste y 800 m hacia el norte, ¿cuál sería su desplazamiento? ¿Habría llegado al Instituto?

2

Se ha determinado la velocidad de diferentes móviles. Ordénalos del más rápido al más lento: a) 0,5 km/min

3

c) Calcula su velocidad media en m/min y en km/h.

b) 250 cm/s

c) 36 km/h

d) 15 m/s

Cuando la misión Apolo 11 llegó a la Luna, dejó un espejo que puede reflejar un rayo láser que se envíe desde la Tierra. Con ello se puede determinar la distancia Tierra‑Luna. Un rayo láser enviado desde la Tierra a ese espejo tarda 2,56 s en regresar. a) Calcula la distancia entre la Tierra y la Luna, sabiendo que la luz del rayo láser viaja a 300 000 km/s.

b) Teniendo en cuenta que el sonido viaja a 340 m/s, ¿a qué distancia tendría que estar una pared para que un sonido enviado a ella volviese al punto de partida 2,56 s después?

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D

.

Nombre:

4

Curso:

Fecha:

El movimiento de un móvil viene representado por las gráficas siguientes: v (m/s)

x (m) 25

10

20

8

15

6

10

4

5

2 t (s)

0 0

1

2

3

4

5

t (s)

0 0

1

2

3

4

5

a) Razona si se trata de un MRU o un MRUA.

b) Determina la posición y la velocidad en el momento en que se empieza a estudiar el movimiento.

c) Calcula la velocidad media en los dos primeros segundos del movimiento y compárala con el valor de la velocidad en el segundo 2. Explica la diferencia.

d) Calcula la velocidad media en los dos últimos segundos. ¿Coincide con la velocidad media en los dos primeros segundos? Explica la diferencia.

e) Calcula la aceleración del movimiento.

5

Observa el engranaje del dibujo y responde: A

a) ¿Qué tipo de movimiento llevan las piezas A y B? B

b) ¿Qué tipo de movimiento lleva la correa que hay entre las piezas?

c) Razona si es posible que las dos ruedas den el mismo número de vueltas en un minuto.

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7

EVALUACIÓN DE CONTENIDOS

EL MOVIMIENTO

Nombre:

Curso:

Fecha:

CONTROL A 1

Ordena los móviles siguientes de mayor a menor velocidad. a) 5 mph

b) 250 mm/s

c) 7 km/h

d) 3 nudos

Recuerda: 1 milla terrestre = 1,609 km; 1 nudo = 1 milla náutica por hora; 1 milla náutica = 1852 m. 2

Se hace circular un coche teledirigido por una pista de pruebas. En la gráfica se representa su velocidad a medida que transcurre el tiempo. v (m/s)

a) Explica el tipo de movimiento que lleva el móvil en las diferentes etapas de su recorrido.

4

3

b) Si tiene aceleración en algún momento, calcúlala e interpreta su signo. 2

c) Imagina que la gráfica corresponde a un movimiento real de un vehículo. Redacta un texto que refleje el movimiento que se representa en la gráfica.

1

t (s)

0 0

3

5

10

15

20

La tabla siguiente muestra la posición del coche en los distintos momentos de su recorrido. t (s)

0

2

4

8

12

14

16

18

20

x (m)

0

8

16

32

48

56

64

70

72

a) Dibuja la gráfica posición‑tiempo para este movimiento.

308 ES0000000006255 563068 Tema 07_32061.indd 308

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D

.

Nombre:

Curso:

Fecha:

b) Identifica la forma de la gráfica en cada tramo con el tipo de movimiento que lleva en él. c) Calcula la velocidad media de cada tramo y la velocidad media total del movimiento.

d) Si el movimiento comienza con una velocidad de 4 m/s y termina con velocidad 0, ¿por qué su velocidad media no es 2 m/s?

4

Las primeras bicicletas tenían una rueda delantera mucho más grande que la rueda trasera. La rueda delantera de la bicicleta de la imagen tiene un diámetro de 1 m y la rueda trasera, de 40 cm: a) ¿Cuántas vueltas da cada una de las ruedas cuando la bicicleta recorre una distancia de 100 m?

b) ¿Cuántas vueltas por minuto tiene que dar la rueda delantera para que la bicicleta vaya a una velocidad de 3 m/s? ¿Cuántas da la rueda trasera?

5

La luz del Sol tarda 8,3 minutos en llegar a la Tierra. Si la velocidad de la luz es 300 000 km/s, a) ¿Cuál es la distancia que separa la Tierra del Sol?

b) Si la Luna se encuentra a 384 400 km de la Tierra, ¿cuánto tardaría en llegar a la Tierra la luz de un foco que estuviese en la Luna?

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7

EVALUACIÓN DE CONTENIDOS

ESTÁNDARES DE APRENDIZAJE Y SOLUCIONES

Criterio

Estándares de aprendizaje

Actividades Control B

Control A

1, 2

1, 2, 3, 4

B4‑2. Establecer la velocidad de un cuerpo como la relación entre el espacio recorrido y el tiempo invertido en recorrerlo.

B4‑2.2. Realiza cálculos para resolver problemas cotidianos utilizando el concepto de velocidad.

B4‑3. Diferenciar entre velocidad media e instantánea a partir de gráficas espacio‑tiempo y velocidad‑tiempo, y deducir el valor de la aceleración utilizando éstas últimas.

B4‑3.1. Deduce la velocidad media e instantánea a partir de las representaciones gráficas del espacio y de la velocidad en función del tiempo.

4

3

B4‑3.2. Justifica si un movimiento es acelerado o no a partir de las representaciones gráficas del espacio y de la velocidad en función del tiempo.

4

2

B4‑4. Valorar la utilidad de las máquinas simples en la transformación de un movimiento en otro diferente, y la reducción de la fuerza aplicada necesaria.

B4‑4.2. Interpreta el funcionamiento de mecanismos que modifican el movimiento de las piezas de un engranaje.

5

4

B4‑7. Identificar los diferentes niveles de agrupación entre cuerpos celestes, desde los cúmulos de galaxias a los sistemas planetarios, y analizar el orden de magnitud de las distancias implicadas.

B4‑7.1. Relaciona cuantitativamente la velocidad de la luz con el tiempo que tarda en llegar a la Tierra desde objetos celestes lejanos y con la distancia a la que se encuentran dichos objetos, interpretando los valores obtenidos.

3

 

5

 

CONTROL B: SOLUCIONES 1

 

a) Trayectoria y desplazamiento: Instituto

  Desplazamiento

d=

800 2 + 600 2 = 1000 m

Trayectoria Casa

b)

•   La trayectoria es diferente, aunque recorre la misma distancia. Desplazamiento

•   El desplazamiento tiene la misma longitud, pero distinta dirección y sentido. •   No habría llegado al Instituto.

Trayectoria

Instituto

    d =

600 2 + 800 2 = 1000 m

Casa

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D

.

c) Calcula su velocidad media en m/min y en km/h vmedia =

desplazamiento 1000 m m = = 50 tiempo 20 min min

vmedia = 50 2

m 1 km 60 min km ? ? =3 1h h min 1000 m

Hay que expresar todos los valores en las mismas unidades. Elegimos m/s: a) 0,5

km 1000 m 1 min m = 8,3 ? ? 60 s s min 1 km

b) 250

cm 1m m ? = 0,25 s s 100 cm

c) 36

km 1000 m 1h m ? ? = 10 3600 s s h 1 km

v del d) > v del c) > v del a) > v del b). 3

a) Calculamos la distancia que recorre el rayo en el camino de ida y vuelta: 2,56 s ?

 

 

300 000 km = 768 000 km s

La distancia entre la Tierra y la Luna es la mitad de este valor: d T-L =

768 000 km = 384 000 km 2

b) Calculamos la distancia que debe recorrer el sonido en el camino de ida y vuelta: 2,56 s ?  

  4

340 m = 870 km s

La pared tendrá que estar a la mitad de esa distancia, es decir, 435 m.

a) Es un MRUA, porque la velocidad aumenta progresivamente a medida que avanza el tiempo. Además, el espacio que recorre en cada segundo es mayor cuanto más avanza el movimiento. Es decir, en el primer segundo recorre menos espacio que en el tercer segundo. b) En el momento inicial, la posición es 1 m y la velocidad es 2 m/s. c) vmedia =

 

 

L  a velocidad en el segundo 2 es 6 m/s. En un MRUA la velocidad aumenta continuamente. En el segundo 2,  la velocidad tiene el valor más alto de todo el intervalo de los dos primeros segundos.

d) vmedia =  

 

desplazamiento 9m -1m m = =4 tiempo 2s s

desplazamiento 25 m - 9 m m = =8 tiempo 2s s

L  a velocidad media en los dos últimos segundos es mayor que en los dos primeros segundos del movimiento  porque al ser MRUA, la velocidad va aumentando progresivamente en todo el recorrido.

e) Tendrá el mismo valor en cualquier intervalo del movimiento. Cogemos entre 2 s y 4 s: amedia = 5

v f - vi 10 m/s - 6 m/s m = =2 2 t f - ti 4s-2s s

a)  Llevan un movimiento circular uniforme (MCU). b) En los tramos que hay entre las ruedas, la correa lleva MRU. El tramo de la correa que está unido a cada rueda, lleva el mismo movimiento que la rueda. c) La rueda B es más pequeña que la rueda A. Por tanto, tiene que dar más vueltas por minuto que la rueda A,  para que la correa avance a una velocidad uniforme. El borde de cada rueda (A y B) debe tener la misma  velocidad lineal.

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7

EVALUACIÓN DE CONTENIDOS

ESTÁNDARES DE APRENDIZAJE Y SOLUCIONES



CONTROL A: SOLUCIONES 1

Expresamos todas las velocidades en unidades del Sistema Internacional: a) 5

b) 250 c) 7



millas terrestres 1609 m 1h m ? ? = 2,23 s h 1 milla terrestre 3600 s mm 1m m ? = 0,25 s s 1000 mm

km 1000 m 1h m ? ? = 1,94 3600 s s h 1 km

d) 3 nudos = 3

millas náuticas 1852 m 1h m ? ? = 1,54 s h 1 millas náuticas 3600 s

v del a) > v del c) > v del d) > v del b). 2



a) Se pueden distinguir dos etapas con dos tipos de movimiento:





• Etapa A: entre el instante 0 s y 16 s. MRU ya que la velocidad permanece constante.





• Etapa B: Entre el instante 16 s y 20 s. MRUA. La aceleración es negativa porque la velocidad disminuye progresivamente.



b) La etapa B tiene aceleración: amedia =



v f - vi 0 m/s - 4 m/s m = = -1 2 t f - ti 20 s - 16 s s



L a aceleración es negativa porque el movimiento es de frenada. La velocidad va disminuyendo hasta que se hace 0.

c) Nos desplazamos en un coche con velocidad constante. En un momento, hay un obstáculo y tenemos que parar. Pisamos el freno y la velocidad disminuye hasta que dejamos de movernos. 3



a) Gráfica posición‑tiempo para este movimiento: x (m) 70

B

60 50

A

40 30 20 10 0 0

5

10

15

20

t (s)

b) En la gráfica posición‑tiempo se distinguen dos tramos:



• Tramo A: entre el instante 0 s y 16 s. MRU. La gráfica posición‑tiempo es una línea recta inclinada. Cuando mayor es el tiempo que lleva circulando el coche, más alejada es su posición.





• Tramo B: entre el instante 16 s y 20 s. MRUA. La aceleración es negativa porque en el intervalo de tiempo de 16 a 18 segundos, el coche avanza más despacio que en el intervalo siguiente, de 18 a 20 segundos.





c) Calcula la velocidad media de cada tramo y la velocidad media total del movimiento. • Tramo A: vmedia =



desplazamiento 64 m - 0 m m = =4 tiempo 16 s s

Como en este tramo es un MRU, la velocidad media coincide con la velocidad en cada instante.

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• Tramo B: vmedia =

desplazamiento 72 m - 64 m m = =2 20 s - 16 s s tiempo

vmedia =

desplazamiento 72 m - 0 m m = = 3,6 tiempo 20 s s

• En todo el recorrido:

La velocidad media de todo el recorrido es un valor próximo al del tramo A, porque la mayor parte del recorrido se hace con esa velocidad constante. d) La velocidad media de todo el recorrido es un valor intermedio al de las velocidades medias de los dos tramos. Además, es más próximo al del tramo A porque la mayor parte del recorrido se hace con esa velocidad constante. 4



a) P ara conocer la longitud que recorre una rueda cuando da una vuelta, calculamos la longitud de su circunferencia. Luego se calcula cuántas vueltas tiene que dar para recorrer 100 m:

• Rueda delantera (grande): número de vueltas en 100 m: 100 m ?

1 vuelta = 31,85 vueltas 3,14 m

L = 2r ? r = 2r ? 0,2 m = 1,26 m número de vueltas en 100 m: 100 m ?

1 vuelta = 79,37 vueltas 1,26 m

L = 2r ? r = 2r ? 0,5 m = 3,14 m



• Rueda trasera (pequeña):

b) Expresamos la velocidad en m/min para facilitar el cambio de unidades:







5

• Rueda delantera: 3

m 60 s 1 vuelta vueltas = 57,33 ? ? min s 1 min 3,14 m

3

m 60 s 1 vuelta vueltas ? ? = 142,86 min s 1 min 1,26 m

• Rueda trasera:

a) Utilizamos la velocidad de la luz como factor de conversión: 8,3 min $

60 s 300 000 km ? = 149 400 000 km . 150 ? 10 6 km 1 min s

b) Utilizamos la velocidad de la luz como factor de conversión: 384 400 km ?

1s = 1,28 s 300 000 km

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7

EVALUACIÓN POR COMPETENCIAS

EL MOVIMIENTO

Nombre:

Curso:

Fecha:

EVALUACIÓN POR COMPETENCIAS

La carrera de los 1500 m La carrera de 1500 m es una de las clásicas pruebas de at‑ letismo de medio fondo. Su origen podría estar en las carre‑ ras de medio fondo que se celebraban en la Inglaterra del siglo xviii. Tenemos noticias de que en 1787, el atleta inglés Steve Warpole corrió la distancia de una milla en un tiempo de 4:30,0 minutos. La primera marca oficial de los 1500 m lisos está fechada en 1865, en el Royal Oak de Manchester, con un tiempo de 4:17,0 minutos. Mejor marca siglo

Atleta

País

Récord

Lugar

Fecha

xix

Albin Lemusiaux

FRA

4:10,2/5

París

28‑06‑1896

xx

Hicham El Guerrouj

MAR

3:26,00

Roma

14‑07‑1998

xxi

Bernat Lagat

USA

3:26,34

Bruselas

24‑08‑2001

También es relevante la evolución en el método para medir el tiempo. Los métodos analógicos que se utilizaron inicial‑ mente dieron paso a los métodos electrónicos a partir de 1980. Así, la marca alcanzada ese año por el atleta británico Steve Ovett se registró como 3:31,36 min. En la historia del atletismo español debemos destacar el lo‑ gro de Tomás Barris, que el 29 de agosto de 1958 quedó cuar‑ to en la carrera celebrada en Turku (Finlandia), con un registro de 3:41,7. Se considera la decimosegunda mejor marca del ranking mundial y fue conseguida en una carrera celebrada alrededor de las 21 horas, con una temperatura de 22 ºC, una humedad del 65 % y velocidad del viento casi nula.

1

La prueba alcanzó relevancia con el resurgimiento de los Jue‑ gos Olímpicos celebrados en Atenas en 1896. Desde entonces, la han corrido grandes atletas, siendo uno de los más famosos el británico Sebastian Coe, que alcanzó el récord de 3:21,1 el 15 de agosto de 1979, en Zúrich. El español Fermín Cacho ganó la medalla de oro en 1500 m en los Juegos Olímpicos de Barcelona 92, con un registro de 3:40,12. En la tabla siguiente se muestran los récords históricos de los últimos siglos.

¿Por qué crees que se cita la carrera de la milla como el antecedente histórico de la carrera de los 1500 m?: a) Porque en el siglo xviii los ingleses dominaban el mundo. b) Porque una milla son 1609 m y es parecido a 1500 m. c) Porque los antiguos griegos celebraban carreras de una milla.

Los tiempos anotados por los tres jueces de la prueba fue‑ ron: Tres minutos cuarenta y un segundos y siete décimas. Tres minutos cuarenta y un segundos y siete décimas. Tres minutos cuarenta y un segundos y seis décimas. Los tiempos parciales de su carrera fueron: 400 m: 57,0; 800 m: 1:57,8; 1000 m: 2:28,3; 1200 m: 2: 58,6; 1500 m: 3: 41,7. Resulta llamativo que el récord alcanzado en 1998 por el marroquí Hicham El Guerrouj aún no haya sido batido. En esa carrera alcanzó los parciales de 400 m: 54,3; 800 m: 1:50,7; 1000 m: 2:28,8; 1200 m: 2:46,34. Los últimos 300 me‑ tros los cubrió en 39,66 segundos.

b) Observa las siguientes medidas de tiempo e indica cuál es la precisión de los instrumentos utilizados: Medida

Lectura

4:10,2/5

4 minutos, 10 segundos y dos quintos

2:28,3

2 minutos, 28 segundos y 3 décimas

3:26,34

3 minutos, 26 segundos, 34 centésimas

d) Porque era la mayor distancia que una persona podía correr sin descansar. 2

Sobre la medida del tiempo: a) ¿Con qué instrumento se mide?

314 ES0000000006255 563068 Tema 07_32061.indd 314

Precisión

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D

.

Nombre:

3

Curso:

A lo largo de los años ha ido bajando el récord de la carrera de los 1500 m. Escribe dos razones por las que crees que ha sucedido.

B

Fecha:

Hicham El Guerrouj

a) b) 4

5

Repasa el texto y localiza el fragmento en el que se citan algunas condiciones ambientales que pueden influir en el resultado de una carrera de 1500 m. Finalmente, haz un comentario sobre la carrera de cada uno. Puedes indicar si crees que han ido a un ritmo constante durante toda la carrera, si han esprintado al final, etc.

Por qué crees que se utilizan tres jueces para anotar el tiempo de la prueba. Razona si tiene mayor o menor error la medida realizada por un juez o por tres jueces.

A.

B. 6

Haz una tabla con los registros parciales de la carrera de 1500 m del español Tomás Barris y el marroquí Hicham El Guerrouj. Tomás Barris

Hicham El Guerrouj

8

Calcula la velocidad media que ha llevado cada uno de los atletas Tomás Barris y el marroquí Hicham El Guerrouj, en su carrera.

9

En los Juegos Olímpicos de 2012, el jamaicano Usain Bolt ganó la medalla de oro en la carrera de 100 m al lograr un tiempo de 9.63 s. Calcula su velocidad media y compárala con la de Hicham El Guerrouj en su carrera de 1500 m. ¿Cuál es mayor? ¿Por qué crees que una es mayor que la otra?

10

En los últimos años hemos visto que algunos medallistas olímpicos han perdido las medallas logradas al comprobar su dopaje. Imagina que eres la persona responsable del deporte juvenil en tu ciudad. Señala tres medidas para evitar los efectos del dopaje entre los deportistas.

a 400 m a 800 m a 1000 m a 1200 m a 1500 m 7

Con los datos que has obtenido en la actividad anterior, representa la gráficas posición‑tiempo de la carrera de Tomás Barris (A) y el marroquí Hicham El Guerrouj (B). Sugerencias: expresa el tiempo en segundos y utiliza una hoja de cálculo. A

Tomás Barris

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7

EVALUACIÓN POR COMPETENCIAS

ESTÁNDARES DE APRENDIZAJE Y SOLUCIONES

Competencia que se trabaja

Comunicación lingüística

Competencia matemática y competencias básicas en ciencia y tecnología

Aprender a aprender

Sentido de iniciativa y emprendimiento

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Criterio

Estándares de aprendizaje

Actividades

B1‑5. Interpretar la información sobre temas científicos de carácter divulgativo que aparece en publicaciones y medios de comunicación.

B1‑5.1. Selecciona, comprende e interpreta información relevante en un texto de divulgación científica y transmite las conclusiones obtenidas utilizando el lenguaje oral y escrito con propiedad.

1, 3, 4

B1‑4 Reconocer los materiales, e instrumentos básicos presentes en el laboratorio de Física y en el Química; conocer y respetar las normas de seguridad y de eliminación de residuos para la protección del medioambiente.

B1‑4.2. Identifica material e instrumentos básicos de laboratorio y conoce su forma de utilización para la realización de experiencias, respetando las normas de seguridad e identificando actitudes y medidas de actuación preventivas

2

B1‑5. Interpretar la información sobre temas científicos de carácter divulgativo que aparece en publicaciones y medios de comunicación.

B1‑5.1. Selecciona, comprende e interpreta información relevante en un texto de divulgación científica y transmite las conclusiones obtenidas utilizando el lenguaje oral y escrito con propiedad.

2, 6, 7

B1‑3. Conocer los procedimientos científicos para determinar magnitudes.

B1‑3.1. Establece relaciones entre magnitudes y unidades utilizando, preferentemente, el Sistema Internacional de Unidades y la notación científica para expresar los resultados.

7, 8, 9

B4‑ 3. Diferenciar entre velocidad media e instantánea a partir de gráficas espacio‑tiempo y velocidad‑tiempo, y deducir el valor de la aceleración utilizando estas últimas.

B4‑3.1. Deduce la velocidad media e instantánea a partir de las representaciones gráficas del espacio y de la velocidad en función del tiempo.

8, 9

B4‑3.2. Justifica si un movimiento es acelerado o no a partir de las representaciones gráficas del espacio y de la velocidad en función del tiempo.

7

B1‑1 Reconocer e identificar las características del método científico.

B1‑1.2. Registra observaciones, datos y resultados de manera organizada y rigurosa, y los comunica de forma oral y escrita utilizando esquemas, gráficos, tablas y expresiones matemáticas.

5, 6

B1‑7 Reconocer las consecuencias para la salud de comportamientos impropios y proponer medidas correctoras.

B1‑7‑1 Propone acciones concretas para una actividad personal y social más saludable.

10

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EVALUACIÓN POR COMPETENCIAS: SOLUCIONES 1

La respuesta correcta es la b.

2

a) El tiempo se mide con un cronómetro

La carrera de Tomás Barris es muy uniforme. Lleva el mismo ritmo durante toda la carrera. x (m)

b) La precisión viene dada por el menor intervalo de medida que puede hacer: Medida

3

Lectura

1600

Precisión

4:10,2/5

4 minutos, 10 segundos y dos quintos

Un quinto de segundo

2:28,3

2 minutos, 28 segundos y 3 décimas

Una décima de segundo

3:26,34

3 minutos, 26 segundos, 34 centésimas

Una centésima de segundo

1400 1200 1000 800 600 400

a) La técnica de entrenamiento y la preparación física han mejorado.

200

4

Puede influir la hora, la temperatura, la humedad y la velocidad del viento.

5

La medida la hacen tres jueces para que tenga menos error. El resultado es la media de las tres medidas, así se reducen los errores que pueda cometer un solo juez.

6

Tomás Barris

Hicham El Guerrouj

a 400 m

57,0

54.3

a 800 m

1:57,8

1:50,7

a 1000 m

2:28,3

2:28,8

a 1200 m

2:58,6

2:46,34

a 1500 m

3: 41,7

3:26,00

0

50

100

150

200

250

La carrera de Hicham El Guerrouj no es uniforme. En la primera mitad y en los últimos 300 m lleva el mismo ritmo, pero en la zona intermedia baja el ritmo y luego esprinta. 8



Para calcular la velocidad media, expresamos el tiempo total en segundos • Para Tomás Barris: vmedia =



desplazamiento 1500 m m = = 6,766 tiempo 221,7 s s

• Para Hicham El Guerrouj: vmedia = 9

desplazamiento 1500 m m = = 7,282 tiempo 206 s s

• Para Usain Bolt : vmedia =

x (m)

7

t (s)

0

b) La alimentación y el cuidado físico de los deportistas han mejorado.

desplazamiento 100 m m = = 10,384 tiempo 9,63 s s

La carrera de Usain Bolt es mucho más corta, por eso puede hacer un esfuerzo mayor para alcanzar una velocidad alta durante un tiempo mucho más reducido.

1600 1400 1200

10

Respuesta modelo:



• Obligar a todos los deportistas a pasar análisis una semana antes de una competición.



• Sancionar a los deportistas y a los entrenadores y médicos del equipo si se detectan sustancias dopantes en los análisis.



• Llevar a cabo actividades que favorezcan el deporte limpio y el deporte no competitivo.



• Promover acciones informativas a los niños y jóvenes y a los padres sobre los peligros del dopaje.

1000 800 600 400 200 t (s)

0 0

50

100

150

200

250

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UNIDAD 8 Fuerzas y movimientos en el universo

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UNIDAD 8. Fuerzas y movimientos en el universo

Guion de la unidad y sugerencias didácticas. . . . . . 322 Presentación de la unidad Objetivos Contenidos Consideraciones a tener en cuenta Competencias que se trabajan Criterios de evaluación

Enseñanza individualizada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324 Refuerzo • Ficha 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324 • Ficha 1 (soluciones) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325 • Ficha 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 326 • Ficha 2 (soluciones) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327

Profundización • Ficha 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328 • Ficha 1 (soluciones) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 329

Ampliación • Los movimientos de los planetas y los satélites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330 • Las fases de la Luna y las mareas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334 • Trabajo de investigación: la ESA y la NASA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337

Problemas resueltos • Problema resuelto 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 340

Experiencias • ¿Dónde está el centro de gravedad de un cuerpo? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341 • Movimiento circular por acción de una fuerza de atracción . . . . . . . . . . . . . 342

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.

Recursos para la evaluación de contenidos . . . . . . . 343 Autoevaluación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343 Controles • Control B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 344 • Control A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 346

Estándares de aprendizaje y soluciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . 348

Recursos para la evaluación por competencias . . . 352 Prueba de evaluación de competencias • Misiones espaciales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352

Estándares de aprendizaje y soluciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . 354

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8

PRESENTACIÓN Y PROGRAMACIÓN

FUERZAS Y MOVIMIENTOS EN EL UNIVERSO

PRESENTACIÓN 1.

C

Como se aprecia en el título, en esta unidad se recogen los dos conceptos fundamentales de las unidades anteriores y se revisa su influencia mutua en el estudio del universo. El objetivo es establecer que la fuerza gravitatoria es responsable del movimiento orbital de los astros.

2.

Iniciamos el capítulo analizando la observación del cielo. Desde ahí, abordaremos el estudio formal del movimiento (leyes de Kepler) y su causa (ley de la gravitación).

3.

Aunque el objetivo de la unidad es el universo, haremos un apartado especial para el estudio del sistema solar. Además del interés que tiene su conocimiento, es un buen modelo para analizar el movimiento de los astros y las fuerzas gravitatorias.

4.

Como ejemplo palpable del efecto de la ley gravitatoria, estudiaremos el peso de los cuerpos y el fenómeno de las mareas. Se insiste en la diferencia entre peso y masa, tratando de corregir una confusión común.

1

2

3

OBJETIVOS •   Identificar los diferentes tipos de cuerpos o estructuras  que existen en el universo. •   Interpretar la visión del universo que muestran nuestros  sentidos con los conceptos físicos de fuerza y movimiento. •   Reconocer que la fuerza gravitatoria es la responsable  del peso de los cuerpos y también del movimiento orbital de los astros, y de sus agrupamientos en el universo. •   Distinguir entre masa y peso.

•   Comprender el valor de las magnitudes que caracterizan  los cuerpos y fenómenos en el universo: distancias, tamaño, medidas de tiempo, etc. •   Conocer el sistema solar diferenciando planetas, satélites  y otros astros. •   Analizar los movimientos de rotación y traslación de  la Tierra y la Luna con vistas a comprender fenómenos cotidianos como la sucesión de estaciones o las mareas.

CONTENIDOS SABER

•   Identificar diferentes tipos de señales luminosas que se observan en el cielo. •   Conocer de forma cualitativa las leyes que rigen el movimiento de los astros. •   Establecer una relación cualitativa entre la ley de la gravitación y el movimiento de los astros. •   Relacionar el peso de los cuerpos con la atracción gravitatoria.  •   Conocer el vocabulario en relación con los cuerpos que pueblan el universo. •   Asignar el orden de magnitud apropiado al tamaño de los cuerpos o a la distancia que los separa. •   Utilizar la velocidad de la luz como recurso para medir las distancias en el universo. •   Conocer los cuerpos que forman el sistema solar y ubicarlos en un modelo.  •   Conocer los movimientos periódicos de la Tierra y relacionarlos con la sucesión día‑noche  y las estaciones. •   Conocer los movimientos de la Luna y relacionarlos con las fases. •   Relacionar las mareas con la atracción gravitatoria de la Luna y el Sol.

SABER HACER

C

•   Observar el cielo. •   Relacionar la masa de un cuerpo con su peso en diferentes situaciones.

1

•   Buscar información científicamente relevante sobre cuerpos celestes y organizarla.  SABER SER

2

•   Comprender la posición del ser humano en el universo. •   Entender el conocimiento científico como un proceso en construcción. •   Asumir la necesidad de revisar teorías establecidas para adaptarlas a nuevos descubrimientos.

3

•   Potenciar el trabajo individual y en grupo. •   Reconocer la utilidad de los recursos TIC como herramienta de estudio.

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.

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8

PRESENTACIÓN Y PROGRAMACIÓN

FUERZAS Y MOVIMIENTOS EN EL UNIVERSO

CONSIDERACIONES A TENER EN CUENTA 1. Los datos cuantitativos sobre el universo comprenden cantidades de diverso orden de magnitud. Hay que tener en cuenta las herramientas matemáticas que maneja el alumnado para procurar que la información suministrada sea comprensible.

4. La relación entre la fuerza gravitatoria y el movimiento orbital es un buen ejemplo para introducir la relación entre las fuerzas centrales y el MCU. Aunque faltan varios cursos para que se estudie este problema cuantitativamente, puede ser un buen momento para aproximarse a ello.

2. Siempre que sea posible se expresarán los tamaños o las distancias en relación a objetos familiares. Por ejemplo, se puede expresar el tamaño con relación al radio de la Tierra, o el periodo con relación al año terrestre. Véase el ejercicio resuelto 2.

5. La materia de esta unidad es un buen ejemplo con el que el alumnado puede conocer cómo es un estudio científico donde no existe experimentación, solo análisis de datos.

3. Los conceptos peso y masa se suelen tomar como sinónimos. Cálculos sencillos como los que aparecen en el apartado 3.1 ayudarán a diferenciarlos.

6. En Internet existe gran cantidad de información relativa a esta unidad. Es una buena ocasión para proponer trabajos que obliguen al alumnado a extraer la información relevante y elegir fuentes solventes. Preparar una presentación y exponerla completará la acción formativa.

COMPETENCIAS QUE SE TRABAJAN Comunicación lingüística

Competencia digital

El alumno va a aprender la diferencia entre distintos tipos de cuerpos celestes o sus agrupamientos. Son términos frecuentes en los medios de comunicación que no siempre se emplean con precisión. Además, aprenderá la diferencia entre masa y peso.

Esta es una de las unidades más apropiadas para que el alumno adquiera y practique sus habilidades en el campo de la competencia digital.

Competencia matemática, científica y tecnológica

Desde la búsqueda de información, distinguiendo la solvencia de la fuente, a la localización de animaciones y modelos que ayuden a comprender el universo.

La necesidad de manejar datos de orden de magnitud muy grande o muy pequeño será un buen ejercicio para mejorar su competencia matemática.

Es importante que el alumno entre en contacto con los grandes centros de estudio sobre el universo: la NASA y la ESA, conociendo sus sitios web.

Los conocimientos científicos adquiridos en esta unidad, no solo van a aumentar su conocimiento sobre el mundo, sino que servirán de base para abordar estudios en los próximos cursos de enseñanza secundaria.

Debemos aprovechar la vistosidad de la información que se maneja para estimular a los alumnos a preparar presentaciones y mostrarlas a sus compañeros.

Si bien en este curso no se hace hincapié en el aprovechamiento tecnológico de los conocimientos sobre el universo, se puede aprovechar para introducir al alumnado en el mundo de los satélites artificiales y sus múltiples aplicaciones.

En esta unidad el alumno se puede encontrar con una gran cantidad de información que debe aprender a relativizar y categorizar. Todo ello le ayudará a mejorar su capacidad de aprendizaje, y su efecto se apreciará en estudios posteriores.

Competencia en aprender a aprender

CRITERIOS DE EVALUACIÓN 1. Identificar los diferentes tipos de cuerpos celestes y reconocer niveles de agrupación entre ellos, desde los cúmulos de galaxias a los sistemas planetarios.

4. Relacionar cualitativamente la fuerza de gravedad con las masas de dos cuerpos y la distancia que los separa.

2. Analizar el orden de magnitud del tamaño de los cuerpos celestes y las distancias entre ellos.

5. Distinguir entre masa y peso, calculando el valor de la aceleración de la gravedad a partir de la relación entre ambas magnitudes

3. Relacionar cuantitativamente la velocidad de la luz con el tiempo que tarda en llegar a la Tierra desde objetos celestes lejanos y con la distancia a la que se encuentran dichos objetos, interpretando los valores obtenidos.

6. Reconocer que la fuerza de gravedad mantiene a los planetas girando alrededor del Sol y a la Luna alrededor de nuestro planeta, justificando el motivo por el que esta atracción no lleva a la colisión de los dos cuerpos.

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REFUERZO

FICHA 1

FUERZAS Y MOVIMIENTOS EN EL UNIVERSO

ACTIVIDADES DE REFUERZO 1

2

a) ¿Cuál es el peso del cuerpo?

Calculamos el peso de un cuerpo en la Tierra multiplicando su masa (en kg) por el factor 9,8 (N/kg). ¿Cuál es el peso de un cuerpo de 5 kg? El peso de un cuerpo no es más que la fuerza de atracción gravitatoria que ejerce la Tierra sobre él. De acuerdo con la ley de Newton, la fuerza de atracción gravitatoria entre dos cuerpos es directamente proporcional a sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa: FG = G ?

b) ¿Cuál es su masa? Dato: factor para calcular el peso en la Tierra: 9,8 N/kg. 8

Imagina que llevas a la Luna el resorte de 20 cm con constante de elasticidad 980 N/m. ¿Cuánto mediría al colgar de él un cuerpo de 5 kg de masa? Dato: factor para calcular el peso en la Luna: 1,6 N/kg.

9

M?m d2

Calcula la fuerza de atracción gravitatoria que ejerce la Tierra sobre un cuerpo de 5 kg cuando está:

Para conocer el peso de un cuerpo en una balanza de platos colocamos el cuerpo en un plato y, en el otro, un conjunto de pesas calibradas cuya masa ejerza el mismo peso que el cuerpo: 8 kg

a) En el suelo.

5 kg

b) En lo alto de la Torre Eiffel (300 m).

2 kg

1 kg

Datos: G = 6,67 ? 10-11 (N ? m2/kg2); MT = 6 ? 1024 kg; RT = 6400 km. 3

La fuerza de atracción gravitatoria tiene la dirección de la línea que une ambos cuerpos. Dibuja la dirección y sentido de la fuerza peso de un cuerpo de 5 kg que está:

Comprueba que cuando la balanza está equilibrada, el peso del objeto coincide con el peso del conjunto de pesas calibradas.

a) En el suelo.

Dato: factor para calcular el peso en la Tierra: 9,8 N/kg.

b) En lo alto de la Torre Eiffel (300 m). c) Compáralas e indica cómo es su módulo, su dirección y su sentido. 4

5

6

El peso de un cuerpo depende del lugar donde se encuentre. Por ejemplo, el peso de un cuerpo en la Luna se obtiene multiplicando su masa (en kg) por el factor 1,6 (N/kg). ¿Cuál es el peso en la Luna de un cuerpo de 5 kg? Teniendo en cuenta la expresión de la fuerza de atracción gravitatoria, indica qué es lo que hace que el factor por el que hay que multiplicar la masa pasa obtener el peso en la Tierra sea tan distinto del factor a aplicar en la Luna. Calcula cuánto pesará en la Luna un cuerpo que en la Tierra pesa 100 N. Datos: factor para calcular el peso en la Luna: 1,6 N/kg; factor para calcular el peso en la Tierra: 9,8 N/kg.

7

Un resorte mide 20 cm, pero al colgar de él un cuerpo, se estira hasta 25 cm. La constante de elasticidad del resorte es 980 N/m.

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10

Imagina que quieres pesar un objeto de 8 kg en la Luna y utilizas para ello una balanza de platos. ¿Qué pesas calibradas debes colocar en el otro platillo para que la balanza esté equilibrada? Dato: factor para calcular el peso en la Luna: 1,6 N/kg.

11

Teniendo en cuenta los resultados de las actividades 6, 7, 8 y 9, completa las frases siguientes: a) Una balanza de resorte da un peso (igual / diferente) de un mismo objeto en la Tierra que en la Luna. b. Una balanza de platos da un peso (igual / diferente) de un mismo objeto en la Tierra que en la Luna.

12

La fuerza peso es la responsable de que un cuerpo se caiga cuando lo dejamos libre. Teniendo en cuenta la relación entre fuerza y movimiento, responde: a) ¿Qué tipo de movimiento tiene un cuerpo que cae libremente sobre la Tierra: MRU, MRUA o MCU? b) Si un cuerpo cae desde una altura de 2 m en la Tierra y en la Luna, ¿en qué caso tardará más en recorrer esa distancia? ¿Por qué?

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,

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8

REFUERZO

FICHA 1

FUERZAS Y MOVIMIENTOS EN EL UNIVERSO

ACTIVIDADES DE REFUERZO (soluciones) N N = 5 kg ? 9,8 = 49 N kg kg

1

P = m ? 9,8

2

Sustituimos valores (en unidades S.I.) y calculamos:

a) En el suelo: d = RT. FG = 6,67 ? 10-11

N? m kg 2

Cuando la balanza está equilibrada, la fuerza sobre los dos platillos es la misma. N PT = m ? 9,8 kg N • Objeto: PT = 8 kg ? 9,8 = 78,4 N kg N • Pesas: PT = (5 + 2 + 1) kg ? 9,8 = 78,4 N kg

10

Para que la balanza esté equilibrada, la fuerza sobre los dos platillos debe ser igual: N Objeto: PL = 8 kg ? 1,6 = 12,8 N kg

2

24

?

6 ? 10 kg ? 5 kg (6400 $ 10 3) 2 m 2

= 48,9 N

b) Cuando está en lo alto de la Torre Eiffel, el valor d = RT + 300 m . RT. FG = 48,9 N 3

9

En ambos casos, tiene el mismo módulo, la dirección del radio de la Tierra y el sentido hacia el centro. Si consideramos dos puntos que estén muy próximos (lo alto de la torre y un punto en su base, las direcciones son prácticamente la misma, por eso la fuerza peso es la misma.





Calculamos la masa de las pesas para que su peso coincida con este: m=

Hay que poner pesas cuya masa total sea 8 kg. 11

P

P

P

12,8 N = 8 kg 1,6 N/kg

a) Una balanza de resorte da un peso diferente de un mismo objeto en la Tierra que en la Luna. b) Una balanza de platos da un peso igual de un mismo objeto en la Tierra que en la Luna.

12

a) MRUA, porque se mueve en línea recta bajo la acción de una fuerza. b) Tarda más en la Luna porque la fuerza es menor.

P

N N = 5 kg ? 1,6 = 8N kg kg

4

P = m ? 1,6

5

La masa de la Luna y su radio son mucho menores que la masa de la Tierra. Los otros factores en la expresión de FG son iguales.

6

Calculamos la masa del cuerpo que permanece constante: PT = m ? 9,8

N kg

"m=

PL = m ? 1,6 7

PT 100 N = = 10,2 kg 9,8 N/kg 9,8 N/kg

N N = 10,2 kg ? 1,6 = 16,3 N kg kg

a) El peso es la fuerza que tira del resorte. F = k ? DL = 980 m=

8

N ? 0,05 m = 49 N m

PT 49 N = = 5 kg 9,8 N/kg 9,8 N/kg

Hay que calcular su peso en la Luna: N N PL = m ? 1,6 = 5 kg ? 1,6 = 8N kg kg Utilizamos la ley de Hooke para calcular el estiramiento:

DL =

F 8N = = 8,2 ? 10-3 m = 8,2 mm k 980 N/m

El muelle mide 20,82 cm.

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REFUERZO

FICHA 2

FUERZAS Y MOVIMIENTOS EN EL UNIVERSO

ACTIVIDADES DE REFUERZO 1

a) ¿Es mayor el Sol o la estrella Polar? ¿Cuántas veces es mayor?

La unidad de longitud en el Sistema Internacional es el metro, m. Pero el tamaño de los astros o conjuntos de astros en el universo y las distancias entre ellos son tan grandes que se miden en otras unidades.



• Unidad astronómica (ua): distancia igual a la que separa la Tierra del Sol. Equivale a 150 millones de kilómetros.



• Año luz: distancia igual a la que recorre la luz en un año. La luz se propaga a una velocidad de 300 000 km/s.

b) ¿Qué está más lejos de la Tierra, el Sol o la estrella Polar? ¿Cuántas veces más? c) Utiliza los resultados anteriores para explicar por qué se ve la estrella Polar mucho menor que el Sol. 6

Determina cuál de estas unidades es mayor y cuántas veces es mayor una que la otra. 2

a) ¿Cuál es el planeta más pequeño? Calcula cuántas veces es más pequeño que la Tierra.

Los astros que vemos en el cielo tienen tamaños muy diferentes. El Sol, la Tierra y la Luna son cuerpos aproximadamente esféricos cuyo radio es:

b) ¿Cuál es el planeta más grande? Calcula cuántas veces es mayor que la Tierra.

Radio (km) Sol

695 800

Tierra

6370

Luna

1737

b) En una hoja de papel, dibuja distancias proporcionales al radio del Sol, de la Tierra y de la Luna.

4

5

Planeta

Radio (km)

Mercurio

2400

Venus

6052

Tierra

6378

Marte

3394

Júpiter

71 900

Saturno

60 330

Urano

25 560

Neptuno

24 780

c) ¿Cuál es el planeta de tamaño más parecido a la Tierra?

a) Tomando como referencia el radio de la Tierra, determina a cuántos radios terrestres equivalen el radio del Sol y el de la Luna.

3

En la tabla se muestra el radio de los diferentes planetas del sistema solar, comenzando por el más próximo al Sol, Mercurio, y terminando por el más alejado, Neptuno:

En la tabla siguiente se muestran los datos de la distancia media del Sol y de la Luna a la Tierra. Determina cuál es mayor y cuántas veces es mayor la una que la otra.

d) Razona si es cierto que cuanto más lejos se encuentra un planeta del Sol, mayor es su tamaño. 7

En la tabla siguiente se muestra la masa de los diferentes planetas del sistema solar, comenzando por el más próximo al sol, Mercurio, y terminando por el más alejado, Neptuno. Planeta

Masa (kg)

Mercurio

0,33 ? 1024

Venus

4,87 ? 1024

Distancia Tierra-Sol

150 millones de km

Tierra

5,97 ? 1024

Distancia Tierra-Luna

384 400 km

Marte

0,64 ? 1024

Júpiter

1898,7 ? 1024

Saturno

568,51 ? 1024

Teniendo en cuenta los resultados de las actividades 2 y 3, explica por qué cuando los vemos en el cielo, el Sol y la Luna nos parecen del mismo tamaño. En noches claras de verano podemos ver puntitos brillantes en el cielo. Son las estrellas, y algunas están agrupadas formando constelaciones de nombre conocido como la Osa Menor, cuya estrella más brillante es la estrella Polar. Aunque aparenta ser un punto, su radio mide 31,5 millones de km y se encuentra a 431 años luz de la Tierra. Compara estos datos con los que se indican en las actividades 2 y 3 y calcula:

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Urano Neptuno

86,85 ? 1024 102,44 ? 1024

a) ¿Cuál es el planeta de menor masa? Calcula cuántas veces es menor que la de la Tierra. b) ¿Cuál es el planeta de mayor masa? Calcula cuántas veces es mayor que la de la Tierra. c) ¿Cuál es el planeta de masa más parecida a la Tierra? d) Razona si es cierto que, cuanto más lejos se encuentra un planeta del Sol, mayor es su masa.

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REFUERZO

FICHA 2

FUERZAS Y MOVIMIENTOS EN EL UNIVERSO

ACTIVIDADES DE REFUERZO (soluciones) 1

1 ua = 150 ? 106 km.

6

a) El planeta más pequeño es Mercurio. RT 6378 km = = 2,66 RM 2400 km

km 3600 ? 24 ? 365 s 1 año luz = 3 ? 105 ? = 9,46 ? 1012 km año s 9,46 ? 1012 km 1 año luz = = 63 ? 10 3 1 ua 150 ? 10 6 km

b) El planeta más grande es Júpiter RJ 71900 km = = 11,27 RT 6378 km

1 año luz = 63 000 ua: 2

a)

Radio (km)

R/RT

695 800

109

Tierra

6370

1

Luna

1737

0,27

Sol

c) Venus. d) No. Los planetas que están más alejados que Júpiter tienen, sucesivamente, menor tamaño. 7

a) Mercurio. MT 5,97 ? 10 24 kg = = 18,1 MM 0,33 ? 10 24 kg b) Júpiter

b)

MJ 1898,7 ? 10 24 kg = = 318 MT 5,97 ? 10 24 kg

RL RS

c) Venus. d) No. Los planetas que están más alejados que Júpiter tienen menos masa que Júpiter.

RT Nota: el dibujo no está a escala.

3

d T-S 150 ? 10 6 km = = 390 d T-L 384 400 km d T-S = 390 d T-L

4

Cuando la Tierra está en línea con la Luna y el Sol, las distancias y los radios forman dos triángulos semejantes. dT-S

RT

dT-L

RL

RS

De ello se deduce: d T-L d T-S = RL RS Sustituimos los valores en cada caso: 384 400 km 150 ? 10 6 km . ; 221 . 216 1737 km 695 800 km 5

a) ¿Es mayor el Sol o la estrella Polar? ¿Cuántas veces es mayor? RE. Polar 31,5 ? 10 6 km = = 45,3 R Sol 695 800 km b) Calculamos la distancia de la estrella Polar a la Tierra en km para comparar: 431 años luz = 3 ? 105

km 3600 ? 24 ? 365 s ? = 4,08 ? 1015 km 1 año s

d T-EP 4,08 ? 1015 km = = 27,2 ? 10 6 d T-S 150 ? 10 6 km c) La estrella Polar está 27 millones de veces más lejos de la Tierra que el Sol, una desproporción mucho mayor que la del radio.

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8

PROFUNDIZACIÓN

FICHA 1

FUERZAS Y MOVIMIENTOS EN EL UNIVERSO

ACTIVIDADES DE AMPLIACIÓN 1

2

En el siglo xvii, el científico británico Isaac Newton explicó que el movimiento de los astros era consecuencia de la atracción gravitatoria entre ellos. Repasa el enunciado de esta ley y explica qué es igual y qué es diferente en la fuerza gravitatoria que ejerce la Tierra sobre la Luna y la fuerza gravitatoria que ejerce la Luna sobre la Tierra.

4

Datos: G = 6,67 ? 10-11 (N ? m2/kg2); MT = 6 ? 1024 kg; RT = 6400 km. N M?m P = m ? 9,8 ; FG = G ? kg d2

Las manzanas A y B tienen una masa de 100 g y están separadas 1 m. 5 D

C

El peso de un cuerpo no es más que la fuerza de atracción gravitatoria que ejerce la Tierra sobre él. Compara las siguientes expresiones y determina a qué equivale el factor 9,8 N/kg. Haz el cálculo para comprobarlo.

El factor que permite calcular el peso de un cuerpo en la Luna es distinto del de la Tierra. Haz un cálculo similar al que has realizado en la actividad 3 para deducir su valor. Datos: G = 6,67 ? 10-11 (N ? m2/kg2); RL = 1737 km; ML = 7,35 ? 1022 kg.

B A

P = m ? 1,6 6

a) Calcula el módulo de la fuerza gravitatoria que ejerce la manzana B sobre A. Dibuja su dirección y sentido.

Datos: G = 6,67 ? 10-11 (N ? m2/kg2); RT = 6400 km; MT = 6 ? 1024 kg.

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B

C

384 400 km

Luna

a) Dibuja la fuerza gravitatoria que ejercen la Tierra y la Luna sobre la nave espacial cuando está en las posiciones A, B y C. b) Determina el sentido de la fuerza total que actúa sobre la nave espacial en los puntos A, en B y en C.

Dato: G = 6,67 ? 10-11 (N ? m2/kg2). Fórmula para calcular la fuerza gravitatoria: M?m FG = G ? d2 Si se rompe el pedúnculo que une la manzana al árbol, se cae al suelo. Explica por qué sucede esto si la manzana A está atraída por las manzanas B, C y D. Puedes ayudarte calculando la fuerza con que la Tierra atrae a la manzana. Ten presente que las distancias se miden desde el centro de un cuerpo al centro del otro.

M?m d2

Tierra

c) La manzana D tiene una masa de 50 g y está a 1 m de A. Calcula la fuerza gravitatoria que ejerce D sobre A. ¿Es mayor o menor que la que ejerce B? ¿Cuántas veces?

3

: FG = G ?

En la segunda mitad del siglo xx, varias misiones llevaron tripulantes a la Luna. Aunque los viajes reales no se hacían en línea recta, observa el esquema en el que se indican varias posiciones de una nave espacial en viaje de la Tierra a la Luna. A

b) La manzana C, también de 100 g, está a 2 m de A. Calcula la fuerza gravitatoria que ejerce C sobre A. ¿Es mayor o menor que la que ejerce B? ¿Cuántas veces?

N kg

c) Razona si es posible que exista un punto entre la Tierra y la Luna en el que la fuerza total debida a la atracción gravitatoria sea nula. ¿El punto estará más cerca de la Tierra o de la Luna? 7

Una nave espacial viaja desde la Tierra a la Luna. Calcula a qué distancia de la Tierra la fuerza gravitatoria total que actúa sobre la nave espacial es nula. ¿Depende este punto de que la nave espacial tenga una masa mayor o menor? Datos: G = 6,67 ? 10-11 (N ? m2/kg2); RL = 1737 km; MT = 6 ? 1024 kg; ML = 7,35 ? 1022 kg.

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PROFUNDIZACIÓN

FICHA 1

FUERZAS Y MOVIMIENTOS EN EL UNIVERSO

ACTIVIDADES DE AMPLIACIÓN (soluciones) 1

La fuerza gravitatoria que ejerce la Tierra sobre la Luna es igual y de sentido contrario a la que ejerce la Luna sobre la Tierra.

6

FT

2

?

kg 2

0,1 kg ? 0,1 kg 12 m2

b) En los puntos A y en B el sentido de la fuerza total que actúa sobre la nave está dirigido hacia la Tierra (ejerce la fuerza gravitatoria de mayor módulo) y en C, hacia la Luna.

= 6,67 ? 10-13 N

b) El módulo de la fuerza es la cuarta parte de la anterior. N ? m2

FG = 6,67 ? 10-11

c) Tiene que ser un punto en el que el módulo de la fuerza de atracción que ejerce la Tierra sea igual al módulo de la fuerza de atracción que ejerza la Luna. Como la masa de la luna es menor, el punto debe estar mucho más cerca de la Luna que de la Tierra.

0,1 kg ? 0,1 kg

? = 1,67 ? 10-13 N kg 2 22 m2 c) El módulo de la fuerza es la mitad porque la masa de la manzana D es la mitad. FG = 6,67 ? 10-11 3

N ? m2

N ? m2 kg

0,1 kg ? 0,05 kg 12 m2

= 3,34 ? 10-13 N

2

?

6 ? 10 24 kg ? 0,1 kg 3

(6400 ? 10 ) m

2

7

A

9,8

" G? "

N N ? m2 6 ? 10 24 kg = 6,67 ? 10-11 ? kg kg 2 (6400 ? 10 3) 2 m 2

"

1,6

N ML = G? 2 kg RL

C

FL d

Luna

FG Luna = FG Tierra "

N MT = G? 2 kg RT

1,6

FT

Tierra

= 0,98 N

Comparando expresiones:

B 384 400 km - d

Comparando expresiones: 9,8

5

?

La fuerza con que la Tierra atrae a la manzana es mucho mayor que la fuerza con que la atraen las otras manzanas. La calculamos sustituyendo valores en esta expresión: FG = 6,67 ? 10-11

4

kg 2

Luna

Tierra

FT-L

N $ m2

FL

a) El módulo de la fuerza gravitatoria que ejerce la Tierra disminuye a medida que la nave se aleja. El módulo de la fuerza gravitatoria que ejerce la Luna aumenta a medida que la nave se acerca a ella.

a) Sustituimos valores en la expresión: FG = 6,67 ? 10-11

FT C

FT B FL 384 400 km

El módulo es el mismo porque las masas de los cuerpos y la distancia entre ellos coinciden.

FL-T

A F L

ML ? mnave M T ? mnave = G? d2 (384 400 ? 10 3 - d ) 2

7,35 ? 10 22 kg 6 ? 10 24 kg = 2 d (384 400 ·10 3 - d ) 2 (384 400 ·10 3 - d ) 2 = d2

"

"

6 ? 10 24 7,35 ? 10 22

(384 400 ·10 3 - d ) = 9 " d = 38 440 ? 10 3 m d

N N·m 2 7,35 ? 10 22 kg = 6,67 ? 10-11 ? 2 kg kg (1737 ? 10 3) 2 m 2

DÍA A DÍA EN EL AULA FÍSICA Y QUÍMICA 3.° ESO Material fotocopiable © Santillana Educación, S. L.

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8

AMPLIACIÓN

FICHA 1

FUERZAS Y MOVIMIENTOS EN EL UNIVERSO

Nombre:  

     Curso:  

     Fecha:  

Los movimientos de los planetas y los satélites Recuerda que… •   Los planetas del sistema solar tienen dos movimientos: –   Traslación: es un giro alrededor del Sol. Describen una órbita cerrada que se repite cada cierto tiempo.   Llamamos año al tiempo que tarda un planeta en dar una vuelta completa. –   Rotación: es un giro alrededor de sí mismo. El tiempo que tarda el planeta en dar una vuelta alrededor   de sí mismo se llama día. •   Los satélites que giran alrededor de un planeta también tienen un movimiento de traslación y un movimiento de rotación. Observa la Tierra en su movimiento de traslación y su movimiento de rotación. 

El movimiento de traslación El movimiento de rotación

Día

Noche

  Cualquiera que sea su posición en la órbita, cada día la Tierra da una vuelta completa alrededor de su eje, girando   hacia el este. Así pues, cada punto de la Tierra pasa por la posición frente al Sol (mediodía) y va girando hasta   colocarse en la posición más alejada (medianoche) para volver finalmente a la posición inicial.

1

La imagen representa una proyección del hemisferio norte visto desde arriba. a) Localiza en la imagen un punto de América, imagina que ahí es  mediodía y marca A: 12 h día. b) Sigue la línea radial hasta el otro extremo y marca la parte donde  es medianoche. Escribe B: 12 h noche. c) Traza una línea perpendicular a la anterior y localiza en qué lugar  son las seis de la tarde. Escribe C: 6 h tarde. d) Sigue la línea hasta el otro extremo del círculo y marca   en qué lugar son las seis de la mañana.   Escribe D: 6 h mañana. e) Indica qué hora sería en los puntos A, B, C y D si la Tierra girase  en torno a su eje en sentido contrario.

2

Cuando en España son las 12 del mediodía, ¿qué hora es en la India? ¿Y en América?

330 ES0000000006255 563068 Tema 08_28933.indd 330

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D

8

AMPLIACIÓN

FICHA 1

FUERZAS Y MOVIMIENTOS EN EL UNIVERSO

Nombre:  

3

     Curso:  

     Fecha:  

En su movimiento de traslación, la Tierra va teniendo unas partes u otras más orientadas al Sol, lo que hace que reciban más o menos calor. Esto se debe a que el eje de rotación de la Tierra está inclinado con respecto al plano de la órbita. Observa el esquema y responde: Primavera en el  hemisferio norte. Otoño en el  hemisferio sur

21 de marzo

21 de junio 21 de diciembre

Verano en el  hemisferio norte.

Invierno en el  hemisferio norte.

Invierno en el  hemisferio sur

23 de septiembre

Otoño en el  hemisferio norte.

Verano en el  hemisferio sur

Primavera en el  hemisferio sur

a) ¿Qué parte de la Tierra recibe más directamente los rayos del sol el 21 de diciembre?

he

  b) Localiza la posición de España y explica por qué el 21 de diciembre estamos en invierno.

 

.

    c) ¿Qué parte de la Tierra recibe más directamente los rayos del sol el 21 de junio?   d) Localiza la posición de España y explica por qué el 21 de junio estamos en verano.   e) Explica por qué cuando en el hemisferio norte estamos en primavera, en el hemisferio sur están en otoño,   y viceversa.   f) Busca el significado de la palabra solsticio. Localiza la fecha del solsticio de verano y el de invierno.   ¿Son las mismas en el hemisferio norte y en el hemisferio sur? Indica qué fiestas coinciden con cada uno   de estos solsticios (por ejemplo, en España).     g) Busca el significado de la palabra equinoccio. Localiza la fecha de los dos equinoccios del año.   ¿Son las mismas en el hemisferio norte y en el hemisferio sur?    

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8

AMPLIACIÓN

FICHA 1

FUERZAS Y MOVIMIENTOS EN EL UNIVERSO

Nombre:

4

Curso:

Fecha:

La Luna tiene un movimiento de traslación alrededor de la Tierra y otro de rotación alrededor de sí misma. En dar una vuelta completa, tanto en traslación como en rotación, tarda el mismo tiempo, 27,3 días.

B

A

C

Luna

Tierra

D

a) ¿Cuánto tiempo dura un día lunar?

b) ¿Cuánto tiempo dura un año lunar?

El dibujo muestra la posición de un punto concreto de la Luna en su movimiento alrededor de la Tierra. c) Cuando la Luna pasa de A a B, ¿qué parte de su órbita alrededor de la Tierra ha girado? ¿Cuántos días han pasado?

d) Cuando el punto rojo pasa de la posición que se indica en A a la que se indica en B, ¿qué parte del giro de rotación de la Luna se ha producido? ¿Cuántos días han pasado?

e) Continúa analizando el movimiento de la Luna hasta completar una vuelta alrededor de la Tierra. Comprueba la posición del punto rojo en cada caso y explica en base a ello por qué vemos siempre la misma cara de la Luna.

f) Imagina que la Luna no tuviese movimiento de rotación. Explica dónde se encontraría el punto rojo en cada una de las posiciones que se señalan en el dibujo. ¿Veríamos entonces las dos caras de la Luna?

332 ES0000000006255 563068 Tema 08_28933.indd 332

DÍA A DÍA EN EL AULA FÍSICA Y QUÍMICA 3.° ESO Material fotocopiable © Santillana Educación, S. L.

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D

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AMPLIACIÓN

FICHA 1

FUERZAS Y MOVIMIENTOS EN EL UNIVERSO

Nombre:

5

Curso:

Fecha:

El planeta Mercurio tarda 59 días terrestres en completar su movimiento de rotación y 88 días terrestres en completar su órbita alrededor del Sol. Su órbita es aproximadamente circular. Mercurio

A

Sol

B

a) ¿Cuánto dura un día de Mercurio?

b) ¿Cuánto dura un año de Mercurio?

El dibujo muestra a Mercurio en su movimiento de traslación y de rotación. Nos fijamos en un punto concreto de Mercurio que señalamos con el punto rojo: c) ¿Cuánto tiempo tarda Mercurio en pasar desde la posición inicial a la que se señala como A? ¿Y a la que se señala como B?

d) Si tenemos en cuenta el movimiento de rotación, ¿qué parte del día de Mercurio ha transcurrido desde la posición inicial hasta A? Teniéndolo en cuenta, ¿dónde estará el punto rojo cuando Mercurio esté en A? Márcalo en el dibujo.

e) Contando el tiempo en días de Mercurio, ¿cuánto habrá pasado desde la posición inicial hasta B? ¿Dónde estará el punto rojo cuando Mercurio esté en B? Márcalo en el dibujo.

f) Sigue el movimiento del planeta hasta completar la órbita. Cuando vuelve a la posición inicial, ¿cuántos días de Mercurio han transcurrido? ¿Dónde está el punto rojo?

g) ¿Cuánto tiempo tiene que transcurrir, como mínimo, para que en la posición inicial el punto rojo se encuentre en la misma posición que en el dibujo? Expresa el resultado en días de Mercurio y en años de Mercurio.

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8

AMPLIACIÓN

FICHA 2

FUERZAS Y MOVIMIENTOS EN EL UNIVERSO

Nombre:

Curso:

Fecha:

Las fases de la Luna y las mareas Recuerda que… La Tierra es un planeta que gira alrededor del Sol. La Luna es un satélite que gira alrededor de la Tierra. Tanto la Tierra como la Luna tienen un movimiento de traslación y otro de rotación. •   El periodo de traslación de la Tierra es de 365 días, y el de rotación, de 24 horas; ambos aproximadamente. •   Tanto el periodo de traslación como el de rotación de la luna es de 27,3 días, aproximadamente. En su movimiento, la órbita de la Luna forma un plano un poco diferente al plano de la órbita de la Tierra alrededor del Sol.  Esto influye tanto en la parte de la Luna que vemos iluminada como en el fenómeno de las mareas.

1

Llamamos fases de la Luna a los distintos aspectos que muestra la Luna vista desde la Tierra. Es una consecuencia de su posición con respecto a los rayos del Sol: a) Se suele decir que la Luna cambia de fase una vez a la semana.  Explícalo.

cuarto menguante

luna nueva Luna

cuarto creciente

luna llena

b) Razona si es cierto que cada mes vemos las cuatro fases lunares.

c) Razona cuál de estas frases es cierta y cuál no. Corrige las frases que no son ciertas para que se lean como correctas: Correcta

Falsa

a)  La luna llena recibe más rayos de luz que la luna nueva. b)  En la luna nueva solo vemos la sombra de la luna. c)  En el cuarto creciente, la Luna está pasando de la fase de luna llena a la de luna nueva. d)  En la fase menguante, la Luna disminuye de tamaño.

8

d) Relaciona la posición de la Luna en su órbita con la forma  de la Luna que vemos desde la Tierra:

7 6

5

1 4 2 3

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Cara oculta

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D

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AMPLIACIÓN

FICHA 2

FUERZAS Y MOVIMIENTOS EN EL UNIVERSO

Nombre:

2

Curso:

Fecha:

Las mareas son los movimientos de subida y bajada del nivel del agua del mar que podemos ver cuando estamos cerca de la costa. La imagen siguiente muestra el nivel del agua de todos los días de un mes en un determinado lugar. Obsérvalo y responde:

a) ¿Cuántos ciclos de marea hay cada día?

b) Cada ciclo de marea, ¿comienza y finaliza todos los días a la misma hora?

c) Observa el comienzo y la finalización de los ciclos de marea de un día de la primera semana (por ejemplo, el martes)  y compáralo con el mismo día de la tercera semana. Luego haz lo mismo con un día de la segunda  semana y compáralo con el mismo día de la cuarta semana. ¿Hay alguna relación?

d) Observa que el martes 2 de junio hay marea alta hacia las dos de la tarde. Fíjate ahora en lo que ocurre  los demás martes del mes de junio, aproximadamente a la misma hora: a)  El martes 9 de junio, hay marea 

c)  El martes 23 de junio hay marea 

b)  El martes 16 de junio, hay marea 

d)  El martes 30 de junio hay marea 

e) La altura que alcanza el nivel del agua en la marea alta, ¿es siempre el mismo?

f) Localiza el día que la Luna está en fase de luna nueva y de luna llena y observa la altura máxima que alcanza  la marea alta en los días cercanos. Haz ahora lo mismo con las fases de cuarto creciente y menguante. Completa la frase: •   Los días cercanos a la luna nueva o a la luna llena, la marea alta es más (alta/baja) que los días cercanos  a cuarto creciente o cuarto menguante.

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8

AMPLIACIÓN

FICHA 2

FUERZAS Y MOVIMIENTOS EN EL UNIVERSO

Nombre:

3

Curso:

Fecha:

T

Las mareas se deben, sobre todo, a la atracción gravitatoria de la Luna sobre la Tierra. Aunque se ejerce sobre todo el planeta, su efecto solo se nota sobre el agua, porque es flexible. No se nota sobre el suelo rígido.

R C

Tierra B

Luna

A

L e y

Tierra

Agua

Si no existiese la Luna, el agua formaría una capa uniforme sobre la Tierra.

Atracción Atracción Atracción menor media mayor

Con respecto a lo que sería la atracción en el punto medio, la Luna ejerce una atracción un 3,4 % más fuerte en la parte de la Tierra más próxima y un 3,2 % más débil en la parte opuesta.

Esto da lugar a fuerzas de marea que elevan el agua en las zonas en línea con la Luna y la bajan en la línea perpendicular.

La Tierra da una vuelta alrededor de sí misma cada 24 horas, mientras la Luna apenas varía su posición. El punto A está dos veces cada día en situación de marea alta y otras dos en situación de marea baja.

A

Observa la imagen de la derecha con la proyección del hemisferio norte. En un momento en que tenemos marea alta en España, indica: a) Qué otras zonas del hemisferio están en marea alta.

b) Qué zonas están en marea baja.

4

En su movimiento alrededor de la Tierra, la Luna queda a veces en línea con el Sol y otras veces, la línea Luna‑Tierra es perpendicular a la línea Tierra‑Sol. a) Haz un esquema de la atracción gravitatoria que ejercen el Sol y la Luna sobre el agua de la superficie de la Tierra en cada caso. ¿Cuándo es mayor la fuerza de marea total? b) Se llaman mareas vivas a las más acusadas. Se producen cuando la Luna está en línea con la Tierra y el Sol. ¿En qué fase debe estar la Luna para que se produzcan mareas vivas?

336 ES0000000006255 563068 Tema 08_28933.indd 336

c) Se llaman mareas muertas a las menos acusadas, en las que hay menos desnivel entre la marea alta y la baja. ¿En qué fase debe estar la Luna para que se produzcan mareas muertas?

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AMPLIACIÓN

FICHA 3

FUERZAS Y MOVIMIENTOS EN EL UNIVERSO

Nombre:

Curso:

Fecha:

Trabajo de investigación: la ESA y la NASA Recuerda que… La ESA y la NASA son dos organizaciones destinadas a la investigación espacial. La primera es un organismo europeo, y la segunda estadounidense. Se propone un trabajo de investigación sobre estos organismos y algunos de sus descubrimientos, que tendrá como finalidad la elaboración de una presentación TIC. 1

Primera búsqueda de información: Abre un buscador de Internet y localiza el término ESA. Luego localiza NASA. Utiliza alguna enciclopedia u otra fuente de información externa y también las páginas propias de cada uno de estos organismos. Puedes utilizar su versión en inglés o en castellano: •  http://es.wikipedia.org/wiki/Agencia_Espacial_Europea

•  http://es.wikipedia.org/wiki/NASA

•  http://www.esa.int/esl/ESA_in_your_country/Spain

•  http://www.lanasa.net

a) ESA y NASA son siglas que identifican organismos. Escribe el significado de cada palabra: •   ESA:  •   NASA:  b) Localiza en qué año se crearon y qué países forman parte de él: Año

Países

ESA NASA c) Indica si hay en España algún centro de estos organismos, dónde se encuentra y cuál es su función principal: Centro en España

Función

ESA NASA 2

Misiones. Cada una de estas entidades organiza sus trabajos en misiones. Investiga en la página principal de cada una de ellas, elige 3 misiones que te parezcan especialmente relevantes y completa la información que se pide: a) Misiones de la ESA: •  Nombre: 

Fecha:

Finalizada: Sí/No

Fecha:

Finalizada: Sí/No

Fecha:

Finalizada: Sí/No

Finalidad:

•  Nombre:  Finalidad:

•  Nombre:  Finalidad:

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AMPLIACIÓN

FICHA 3

FUERZAS Y MOVIMIENTOS EN EL UNIVERSO

Nombre:

Curso:

Fecha:

b) Misiones de la NASA: •  Nombre: 

Fecha:

Finalizada: Sí/No

Fecha:

Finalizada: Sí/No

Fecha:

Finalizada: Sí/No

Finalidad:

•  Nombre:  Finalidad:

•  Nombre:  Finalidad:

3

En las páginas de estas entidades puedes encontrar sus actividades más relevantes y algunas de las conclusiones que derivan de ellas. Repásalas y elige algo que te haya llamado la atención. a) Actividades realizadas por la ESA: 1.  Observación de la Tierra y cuidado del medioambiente:

2.  El hombre en el espacio. La estación espacial. La investigación científica en el espacio:

3.  Ciencia espacial:

4.  Telecomunicaciones:

b) Actividades realizadas por la NASA: 1.  El universo: observaciones desde distintos telescopios:

2.  La Estación Espacial Internacional:

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AMPLIACIÓN

FUERZAS Y MOVIMIENTOS EN EL UNIVERSO

Nombre:

4

FICHA 3

Curso:

Fecha:

Tanto la ESA como la NASA tienen páginas dedicadas especialmente a la educación. Repasa cada una de ellas y selecciona tres elementos que te hayan llamado la atención y que hayas comprendido bien. Haz un pequeño resumen de cada uno: a) La ESA como recurso educativo.  http://www.esa.int/esaKIDSes/index.html 1.  Elemento Resumen: 

2.  Elemento Resumen: 

3.  Elemento Resumen: 

b) La NASA como recurso educativo: http://spaceplace.nasa.gov/menu/space/sp 1.  Elemento Resumen: 

2.  Elemento Resumen: 

3.  Elemento Resumen: 

5

Prepara una presentación TIC: a) Reúnete con dos o tres personas que hayan hecho un trabajo similar al tuyo y poned en común lo que obtuvo cada una. b) Elaborad un guion de la presentación. c) Repartid el trabajo de elaborar la presentación eligiendo para cada parte aquella persona que haya obtenido  la información más interesante. En cualquier caso, haced un reparto equitativo, de forma que todo el mundo  tenga una participación importante. d) Iniciad la presentación con una página en la que figure el título y el nombre de las personas que participan. e) En una segunda página, indicad el índice o esquema de la presentación. f) Al final, indicad las fuentes bibliográficas. g) Si es posible, al terminar abrid un pequeño debate en el que se discuta acerca del interés de que existan organismos  como la ESA o la NASA. Esforzaos por que existan argumentos a favor y en contra. Al finalizar la persona  que modere debe hacer un pequeño resumen del debate y establecer las conclusiones.

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PROBLEMAS RESUELTOS

FUERZAS Y MOVIMIENTOS EN EL UNIVERSO

¿

PROBLEMA RESUELTO 1 Neptuno es el planeta más alejado del sistema solar. Dista del Sol 30 ua. Recuerda que la unidad astronómica es la distancia que separa la Tierra del Sol. Suponiendo que todos los planetas giran en torno al Sol describiendo órbitas circulares: a) Representa el movimiento de traslación de Neptuno y la Tierra. Dibuja los planetas en el momento en que están más próximos entre sí y en el momento en que están más alejados. b) Calcula, en km, la menor distancia que separa a Neptuno de la Tierra. c) Imagina que una sonda espacial se posa sobre la superficie de Neptuno cuando está en su posición más próxima y envía señales electromagnéticas a la Tierra. Teniendo en cuenta que viajan a la velocidad de la luz, ¿con cuánto retraso las recibiríamos en la Tierra? Datos: 1 ua = 150 millones de km; vluz = 300 000 km/s.

1

Planteamiento y resolución a) Representación no proporcional de la órbita de la Tierra y la de Neptuno alrededor del Sol:

1 ua 30 ua

Sol

Tierra

Neptuno

30 ua

2

b) Distancia entre Neptuno y la Tierra: •   Distancia menor : 30 ua - 1 ua = 29 ua

3

150 ? 106 km 29 ua ? = 4,35 ? 109 km 1 ua

4

c) Tenemos en cuenta la distancia de Neptuno a la Tierra y la velocidad de la luz: 4,35 ? 109 km ?

1s 1h = 1,45 ? 10 4 s ? = 4,03 h 300 000 km 3600 s

ACTIVIDADES Para estos problemas necesitas los siguientes datos: 1 ua = 150 millones de km; vluz = 300 000 km/s. 1

Teniendo en cuenta la información sobre Neptuno y la Tierra que se muestra, calcula:

4

a) La mayor distancia, en km, que separa a Neptuno de la Tierra. b) El tiempo que tardaría en llegar a la Tierra la señal electromagnética enviada por una nave posada sobre la superficie de Neptuno cuando está en la posición más alejada.

Sol.: 9,46 ? 1012 km 5

Sol.: a) 4,65 · 109 km; b) 4,31 h 2

El sistema solar forma parte de la galaxia Vía Láctea y se encuentra a unos 28 000 años luz de su centro. Calcula esta distancia: a) En kilómetros.

La Tierra es aproximadamente una esfera de 12 104 km de diámetro. Calcula la velocidad de giro de un punto que está sobre el ecuador sabiendo que su periodo de rotación es 1 día. Sol.: 1584,4 km/h

3

El sistema solar incluye al Sol y ocho planetas que giran a su alrededor. Se considera que sus límites están a 1 año luz del Sol. Calcula esta distancia en kilómetros.

b) En unidades astronómicas. Sol.: a) 2,64 ? 1017 km; b) 1,77 ? 109 ua 6

El cinturón de Kuiper es un conjunto de cuerpos que orbitan alrededor del Sol a una distancia entre 30 y 100 ua. Calcula:

Neptuno es aproximadamente una esfera de 49 560 km de diámetro. Un punto de su diámetro gira a una velocidad de 2,7 km/s. ¿Cuánto dura un día de Neptuno en días terrestres?

a) La anchura, en km, del cinturón de Kuiper.

Sol.: 16,01 h

Sol.: a) 1,05 · 1010 km; b) 9,7 h

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b) El tiempo que tardaría una señal luminosa, emitida desde la parte más exterior de este cinturón, en llegar a su parte más interior.

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D

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EXPERIENCIAS

FICHA 1

FUERZAS Y MOVIMIENTOS EN EL UNIVERSO

¿Dónde está el centro de gravedad de un cuerpo? Material

OBJETIVO

•   Objeto plano de madera o de plástico de forma irregular.

Determinar dónde se encuentra el centro de gravedad de un cuerpo, es decir, el punto donde se aplica su fuerza peso.

•   Soporte. •   Hilo. •   Regla y rotulador.

PROCEDIMIENTO 1. Toma un objeto de forma irregular y haz agujeros en distintos puntos próximos a su borde. 2. Cuelga el objeto por cada uno de estos agujeros. Dibuja en el objeto una línea que tenga la misma dirección que la vertical del hilo. Puedes ayudarte colgando una plomada del mismo agujero. 3. Cuelga ahora el objeto irregular por otro agujero y dibuja la vertical. 4. Hazlo sobre un tercer y un cuarto agujero. Verás que todas las líneas se cortan en un mismo punto. Es el centro de gravedad (G). A

B

G

C

G

D

G

G

CUESTIONES 1

Dibuja la fuerza peso del cuerpo que has utilizado en esta experiencia.

2

Recorta en cartón o en madera un objeto de forma similar a un bumerán y encuentra su centro de gravedad. ¿Es un punto del cuerpo?

3

Imagina un objeto duro como una piedra y diseña un procedimiento para localizar su centro de gravedad.

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EXPERIENCIAS

FICHA 2

FUERZAS Y MOVIMIENTOS EN EL UNIVERSO

Movimiento circular por acción de una fuerza de atracción OBJETIVO Comprobar que una fuerza de atracción dirigida hacia el centro provoca un movimiento circular. Comprobar el movimiento cuando desaparece la fuerza.

Material •   Bola con gancho de 5 g (aproximadamente). •   Hilo fuerte para atar. •   Cinta métrica. •   Cronómetro. •   Caja con arena o harina en el fondo. 

PROCEDIMIENTO 1.  Ata la bola a una cuerda de unos 15 cm. 2. Prepara una caja que tenga una fina capa de harina o arena uniformemente repartida en su base.   La caja debe ser lo bastante grande como para que la bola atada a la cuerda describa   una circunferencia completa en su interior. 3. Coge la cuerda entre los dedos y haz girar la bola. Comprobarás que si gira a una velocidad suficientemente alta,   describe una circunferencia horizontal. 4. Cuando gire uniformemente, mide con el cronómetro cuanto tiempo tarda en dar 10 vueltas. 5. Luego suelta la cuerda y observa la marca que deja la bola en la arena o harina de la caja. 6. Repite el procedimiento utilizando una cuerda de distinta longitud (más corta o más larga que la inicial. A

B

C

 

 

CUESTIONES 1

Haz un esquema de la bola cuando gira y describe una circunferencia horizontal. Dibuja la fuerza y la velocidad de la bola. ¿Qué es lo que ejerce la fuerza que la hace girar?

2

Explica el movimiento de la bola cuando deja de estar sujeta con la cuerda.

3

Si has logrado medir el tiempo que tarda la bola en dar 10 vueltas con dos longitudes diferentes de la cuerda, completa la frase siguiente: •   Cuanto mayor es el radio de la circunferencia que describe la bola (mayor/menor) es el tiempo   que tarda en dar una vuelta completa. Luego, redacta otra frase similar relacionando el radio de la órbita que describen los planetas con la duración de su propio año.

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D

FUERZAS Y MOVIMIENTOS EN EL UNIVERSO

Nombre:

Curso:

Fecha:

AUTOEVALUACIÓN 1

Cuál de los siguientes conjuntos incluye cuerpos que pueden pertenecer a un mismo sistema planetario:

7

a) Satélites, estrella y planetas.

a) El cuerpo pesa lo mismo en la Tierra que en la Luna porque es el mismo cuerpo.

b) Estrellas, galaxias y planetas. c) Cometa, satélite y Sol.

b) El cuerpo pesa más en la Luna que en la Tierra porque la Luna es más pequeña y el cuerpo está más cerca del centro de la Luna que del centro de la Tierra.

d) Nebulosa, galaxia y estrella. 2

De los puntos inmóviles y brillantes que observamos en el cielo en una noche clara, podemos asegurar:

c) El cuerpo pesa más en la Tierra porque la Tierra tiene más masa que la Luna.

a) Son estrellas que están emitiendo luz. b) Son estrellas que han emitido luz.

d) El cuerpo pesa lo mismo en la Tierra que en la Luna, pero tiene más masa en la Tierra.

c) Son cometas que pasan cerca de una estrella. d) Son planetas iluminados por el Sol. 3

8

Los planetas giran alrededor del Sol describiendo órbitas de forma:

b) 10 ua

b) Hiperbólica.

c) 0,2 ua

c) Elíptica.

d) 0,7 ua

d) Parabólica.

5

Se denomina unidad astronómica (ua) a una medida de longitud equivalente a la distancia que separa la Tierra del Sol. La distancia que separa Venus del Sol es: a) 2 ua

a) Circular.

4

Un cuerpo que tiene de masa 5 kg se lleva en una misión espacial desde la Tierra a la Luna. Razona cuál de las siguientes afirmaciones es cierta:

Dos cuerpos que tienen igual masa están separados un metro, y la fuerza de atracción entre ellos es 20 N. Si se separan hasta que la distancia entre ellos es de 2 m, la fuerza de atracción es ahora de: a) 5 N

c) 40 N

b) 10 N

d) 80 N

Dos cuerpos que tienen igual masa están separados un metro, y la fuerza de atracción entre ellos es 20 N. Si la masa de uno de ellos se duplica, la fuerza de atracción es ahora de: a) 5 N

c) 40 N

b) 10 N

d) 80 N

9

Con respecto a las fases de la Luna, podemos decir: a) Son las distintas orientaciones que tiene la Luna. b) Son el resultado de la orientación de la Luna respecto al Sol. c) Dependen de lo cerca o lejos que está la Luna con respecto a la Tierra. d) Cambian cada 14 días.

10

Las mareas se deben a: a) La atracción del Sol. b) La atracción de la Luna. c) La atracción de la Luna y el Sol. d) El movimiento de traslación de la Tierra.

6

Con respecto al universo, podemos asegurar: a) En el universo solo hay siete planetas. b) En las noches de luna llena las personas con trastornos psiquiátricos se sienten peor. c) Cada planeta solo puede tener un satélite. d) Puede haber planetas girando alrededor de otras estrellas en los que sea posible la vida. 1 b, 2 b, 3 c, 4 a, 5 c, 6 d, 7 c, 8 d, 9 b, 10 c SOLUCIONES

.

8

EVALUACIÓN DE CONTENIDOS

DÍA A DÍA EN EL AULA FÍSICA Y QUÍMICA 3.° ESO Material fotocopiable © Santillana Educación, S. L.

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EVALUACIÓN DE CONTENIDOS

FUERZAS Y MOVIMIENTOS EN EL UNIVERSO

Nombre:

Curso:

Fecha:

CONTROL B 1

Indica cuáles de los nombres siguientes designan un cuerpo celeste y cuáles una agrupación de cuerpos celestes. Nombre

Un cuerpo

Un conjunto de cuerpos

Estrella Planeta Cúmulo Nebulosa Cometa Sistema solar Constelación Satélite

2

Neptuno es el planeta más alejado del sistema solar. Dista del Sol 4500 millones de kilómetros por término medio. a) ¿A qué distancia se encuentra, medida en unidades astronómicas (ua)?

b) ¿Cuánto tiempo tarda en llegar a Neptuno la luz del Sol?

Datos: 1 ua = 150 · 106 km. La luz se propaga a 300 000 km/s. 3

Un cuerpo de 5 kg pesa 19 N en Marte y 49 N en la Tierra. a) ¿Dónde es mayor la fuerza gravitatoria, en Marte o en la Tierra?

b) Calcula el factor que permite calcular el peso de un cuerpo de masa conocida en Marte y en la Tierra.

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Nombre:

Curso:

Fecha:

c) ¿Cuánto pesa en Marte un cuerpo que pesa 245 N en la Tierra?

4

La Tierra y la Luna están separadas una distancia de 384 000 km: a) Dibuja la fuerza de atracción gravitatoria que la Tierra ejerce sobre la Luna.

b) Suponiendo que la fuerza de atracción gravitatoria tuviese el valor F, dibuja la fuerza de atracción gravitatoria que la Tierra ejerce sobre la Luna si: – La masa de la Luna se duplica.

– La masa de la Tierra se duplica.

– La distancia que separa la Tierra de la Luna se duplica.

5

La Luna gira alrededor de la Tierra con una velocidad que le permite describir una órbita cerrada. Describe el movimiento que tendría la Luna si: a) Su velocidad fuese cero.

v dT-L

b) Su velocidad fuese mayor que v.

c) Su velocidad fuese menor que v.

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EVALUACIÓN DE CONTENIDOS

FUERZAS Y MOVIMIENTOS EN EL UNIVERSO

Nombre:

Curso:

Fecha:

CONTROL A 1

2

Las siguientes palabras indican cuerpos celestes o grupos de cuerpos. Ordénalos de menor a mayor de manera que muestren la relación entre ellos: a) Estrella.

c) Cúmulo.

e) Sistema solar.

b) Planeta.

d) Universo.

f) Constelación.

g) Satélite.

El factor que relaciona el peso y la masa de un cuerpo en la Tierra es 9,8 N/kg, y en la Luna es 1,6 N/kg. Imagina que compras 15 N de oro en la Luna a un precio de 3 €/N. a) ¿Ganarías dinero si vendieses ese oro en la Tierra al mismo precio (3 €/N)?

b) Y si comprases 15 N de oro en la Tierra a 3 €/kg, ¿ganarías dinero si los vendieses en la Luna al mismo precio?

3

Se estima que el universo tiene una extensión de 93 millones de años luz. Teniendo en cuenta que la luz se propaga a 300 000 km/s. a) Calcula la extensión del universo en km.

b) Se llama unidad astronómica (ua) a una distancia de 150 millones de kilómetros. Calcula la extensión del universo en ua.

4

En su movimiento alrededor de la Tierra, la Luna describe una órbita que se corta con la órbita que describe la Tierra en su movimiento alrededor del Sol. Como se ve en el dibujo (no a escala), hay dos momentos en que la Luna está en línea con el Sol y la Tierra (luna nueva y luna llena) y otros dos en que la línea Tierra‑Luna es perpendicular a la línea Tierra‑Sol:

Luna nueva

Cuarto menguante

Luna

Cuarto creciente

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Luna llena

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D

.

Nombre:

Curso:

Fecha:

a) Dibuja (dirección y sentido) la fuerza de atracción gravitatoria que el Sol y la Tierra ejercen sobre la Luna en las fases de luna nueva y luna llena. ¿En qué caso es mayor la fuerza gravitatoria total que actúa sobre la Luna?

b) Dibuja (dirección y sentido) la fuerza de atracción gravitatoria que el Sol y la Tierra ejercen sobre la Luna en las fases de cuarto menguante y cuarto creciente. ¿En qué caso es mayor la fuerza gravitatoria total que actúa sobre la Luna?

5

Imagina que tienes una piedra sujeta por una honda y la haces girar. a) Dibuja (dirección y sentido) la fuerza que mantiene a la piedra girando y la velocidad en dos puntos de su trayectoria. ¿Qué le ocurre a la piedra si sueltas la honda?

b) Dibuja un planeta que gira en torno al Sol. Dibuja (dirección y sentido) la fuerza de atracción gravitatoria que ejerce el Sol sobre el planeta y la velocidad en dos puntos de su trayectoria. •  ¿Qué le ocurriría al planeta si desapareciese el Sol?

•  ¿Qué le ocurriría al planeta si no girase?

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8

EVALUACIÓN DE CONTENIDOS

ESTÁNDARES DE APRENDIZAJE Y SOLUCIONES

Criterio

Estándares de aprendizaje

Actividades Control B

Control A

B4‑2. Establecer la velocidad de un cuerpo como la relación entre el espacio recorrido y el tiempo invertido en recorrerlo.

B4‑2.2. Realiza cálculos para resolver problemas cotidianos utilizando el concepto de velocidad.

2

B4‑6. Considerar la fuerza gravitatoria como la responsable del peso de los cuerpos, de los movimientos orbitales y de los distintos niveles de agrupación en el universo, y analizar los factores de los que depende.

B4‑6.1. Relaciona cualitativamente la fuerza de gravedad que existe entre dos cuerpos con las masas de los mismos y la distancia que los separa.

4

4

B4‑6.2. Distingue entre masa y peso calculando el valor de la aceleración de la gravedad a partir de la relación entre ambas magnitudes.

3

2

B4‑6.3. Reconoce que la fuerza de gravedad mantiene a los planetas girando alrededor del Sol, y a la Luna alrededor de nuestro planeta, justificando el motivo por el que esta atracción no lleva a la colisión de los dos cuerpos

5

5

B4‑7.1. Relaciona cuantitativamente la velocidad de la luz con el tiempo que tarda en llegar a la Tierra desde objetos celestes lejanos y con la distancia a la que se encuentran dichos objetos, interpretando los valores obtenidos.

2

3

B4‑7.2. Identifica los diferentes niveles de agrupación entre cuerpos celestes, desde los cúmulos de galaxias a los sistemas planetarios.

1

1

B4‑7. Identificar los diferentes niveles de agrupación entre cuerpos celestes, desde los cúmulos de galaxias a los sistemas planetarios, y analizar el orden de magnitud de las distancias implicadas.

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CONTROL B: SOLUCIONES 1

Nombre

Un cuerpo

Estrella

X

Planeta

X

Cúmulo

X

Nebulosa

X

Cometa

X

Sistema solar

X

Constelación

X

Satélite 2

Un conjunto de cuerpos

X

a) Hacemos el cambio de unidades con el factor de conversión: 4500 ? 10 6 km ?

1 ua = 30 ua 150 ? 10 6 km

b) Utilizamos la velocidad de la luz como factor de conversión: 4500 $ 10 6 km ? 3

1s 1h = 15 ? 10 3 s ? = 4,17 h 300 ? 10 3 km 3600 s

a) La fuerza gravitatoria es mayor en la Tierra que en Marte. b) La masa del cuerpo permanece constante. PM = m ? x

"x=

PM 19 N N = = 3,8 5 kg m kg

c) El factor que relaciona la masa y el peso es constante para cada planeta. La relación entre el peso de un cuerpo en un planeta y en otro, también permanece constante: 19 N en Marte x = " 49 N en Tierra 245 N en Tierra

" x= 4

245 ? 19 N en Marte = 95 N en Marte 49

a) La fuerza de atracción gravitatoria que la Tierra ejerce sobre la Luna tiene la dirección de la línea que une sus centros y el sentido, hacia el centro de la Tierra:

F

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8

EVALUACIÓN DE CONTENIDOS

ESTÁNDARES DE APRENDIZAJE Y SOLUCIONES

b) El valor de la fuerza de atracción gravitatoria es directamente proporcional a la masa de los cuerpos e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellos: a y b: la fuerza se duplica tanto si se duplica la masa de la Luna como si se duplica la masa de la Tierra.

2F

c) Si se duplica la distancia que separa la Tierra de la Luna, la fuerza se reduce a la cuarta parte.

F/4

5

a) Si su velocidad fuese cero, la Luna caería verticalmente hacia la Tierra.

Luna

b) Si la velocidad fuese mayor que v, la Luna se saldría de la órbita y acabaría escapando.

va Tierra

c) Si la velocidad fuese menor que v, la Luna iría reduciendo el radio de su órbita hasta caer sobre la Tierra.

vb vc

v

CONTROL A: SOLUCIONES 1

Satélite < Planeta < Estrella > Sistema Solar < Constelación < Cúmulo < Universo

2

a) La masa del cuerpo permanece constante. Calculamos su masa y el peso en la Tierra. Con ello podremos calcular el dinero que se ganaría con su venta: N kg

PL = m ? 1,6

" 15 N = m ? 1,6

PT = m ? 9,8

N kg

"m=

15 N = 9,375 kg 1,6 N/kg

N N = 9,375 kg ? 9,8 = 91,875 N kg kg

Calculamos lo que costaría comprarlo en la Luna y el precio de venta en la Tierra: € € PrecioLuna = 15 N ? 3 = 45 € ; Precio Tierra = 91,875 N ? 3 = 275,63 € N N Ganaríamos dinero vendiéndolo en la Tierra. b) Hacemos cálculos similares a los del apartado anterior, partiendo del peso en la Tierra: PT = m ? 9,8

N kg

" 15 N = m ? 9,8

PL = m ? 1,6

N kg

"m=

15 N = 1,53 kg 9,8 N/kg

N N = 1,53 kg ? 1,6 = 2,45 N kg kg

Calculamos lo que costaría comprarlo en la Tierra y el precio de venta en la Luna: € € Precio Tierra = 15 N ? 3 = 45 € ; PrecioLuna = 2,45 N ? 3 = 7,35 € N N Perderíamos dinero vendiéndolo en la Luna.

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3

a) Utilizamos la velocidad de la luz como factor de conversión para hacer el cambio de unidades: 93 ? 10 6 años ?

365 días 24 horas 3600 s 300 000 km ? ? ? = 1,25 ? 10 21 km 1 años 1 día 1 hora 1s

b) Utilizamos el factor de conversión adecuado: 1,25 ? 10 21 km ? 4

a)

Sol

Luna nueva

Órbita lunar

1 ua = 8,33 ? 1012 ua 150 ? 10 6 km

Cuarto menguante

Tierra

Luna llena

Cuarto creciente

La fuerza gravitatoria total es mayor en la fase de luna llena porque en ese punto la fuerza gravitatoria del Sol y la de la Tierra tienen la misma dirección y sentido. b)

Sol

Luna nueva

Órbita lunar

Cuarto menguante

Tierra

Luna llena

Cuarto creciente

La fuerza gravitatoria total sobre sobre la Luna tiene el mismo módulo, ya que está a la misma distancia del Sol y de la Tierra en ambos casos. Cambia la dirección y el módulo de la fuerza. 5

a) La fuerza lleva la dirección de la honda y se dirige hacia la mano que la sujeta. La velocidad lleva la dirección del movimiento que es, en cada punto, la dirección de la tangente a la circunferencia que describe. Si se suelta la honda, la piedra saldrá despedida en la dirección de la velocidad que lleva en ese momento.

b) Si desapareciese el Sol, no habría fuerza de atracción y el planeta continuaría moviéndose en línea recta en la dirección y sentido de la velocidad que tuviese en el momento en que desapareciese el Sol.

v

v

F

F

Tierra F

v

Sol

c) Si el planeta no girase, la fuerza de atracción le haría moverse directamente hacia el Sol y terminaría cayendo sobre él. F

v

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8

EVALUACIÓN POR COMPETENCIAS

FUERZAS Y MOVIMIENTOS EN EL UNIVERSO

Nombre:

Curso:

Fecha:

EVALUACIÓN POR COMPETENCIAS

Misiones espaciales En la década de 1970, la NASA envió varias sondas espacia­ les no tripuladas con el objeto de conocer los planetas ex­ teriores. Entre ellas están las sondas Voyager y las Pioneer, y en todas ellas se incluía un disco o placa con un mensaje ideado por el astrónomo Carl Sagan, en el que se trataba de informar de la existencia del ser humano a una posible civi­ lización extraterrestre.

unos 160 bits de datos que se captan por las antenas que la NASA tiene distribuidas por el mundo, una de las cuales está en Robledo de Chavela (Madrid). El coste total de la misión Voyager, desde su lanzamiento, asciende a 741 mi­ llones de euros.

El lugar de lanzamiento fue Cabo Cañaveral, EE. UU., y en su viaje por el espacio pasaron cerca de diversos planetas, uno de los cuales era Saturno. Es el sexto planeta del siste­ ma solar, con una órbita situada a 1430 millones de kiló­ metros, y el segundo en tamaño, con un diámetro de 120 660 km. Su día dura 10 horas y catorce minutos. Las imágenes enviadas por las sondas permitieron conocer, por ejemplo, que Saturno estaba rodeado por más anillos (hasta 8) que los cuatro descubiertos por Galileo en 1610. Los anillos tienen un ancho total de 65 000 km y un espesor de solo algunos kilómetros, y se cree que están formados por bolas de nieve heladas. Con respecto a los satélites, de las diez lunas conocidas se pasó a 15 (hoy sabemos que tiene más de 60). Dos de ellas, Jano y Epimeteo, comparten órbita a unos 91 000 km sobre la superficie de Saturno. Actualmente, las sondas Voyager estudian el ambiente del sistema solar exterior, donde se produce el viento solar. El 13 de septiembre de 2013, la NASA informó que la Voyager I se encontraba a 126 ua del Sol. Cada día, la Voyager I envía

1

Haz una lista con los datos de Saturno que se citan en el texto.

3

Razona si el año de Saturno dura más o menos que el año terrestre.

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2

Busca en el texto información que te permita conocer que Saturno tiene un movimiento de rotación y otro de traslación.

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Nombre:

4

El día de Saturno, ¿dura más o menos que el día terrestre? ¿Qué puedes decir de la velocidad de giro de Saturno con respecto a la de la Tierra. Apoya tu argumento con cálculos. Dato: el diámetro de la Tierra es 12 104 km.

5

Se llaman satélites coorbitales aquellos que comparten órbita.

Curso:

Fecha:

7

¿Participa España en la misión Voyager? ¿Cómo?

8

La serie de viajes Apolo eran misiones tripuladas que iban a la Luna. ¿Por qué crees que las sondas Voyager y Pioneer son no tripuladas?

9

Muchas personas cuestionan que se gaste tanto dinero en las misiones espaciales, cuando existen tantos problemas en el mundo que se podrían atender con ese presupuesto. Escribe un argumento a favor de que se realicen misiones espaciales y otro en contra de que se lleven a cabo estas acciones.

10

Imagina que hubieras tenido la oportunidad de colaborar con Carl Sagan para elegir la información incluida en la placa que viaja en las sondas espaciales. Señala tres elementos que habrías incluido en el mensaje.

a) ¿Cómo se llaman los satélites coorbitales de Saturno?

b) Representa Saturno y sus satélites coorbitales. Calcula el radio de la órbita que describen.

6

a) Teniendo en cuenta que una unidad astronómica (ua) es una distancia igual a la que separa la Tierra del Sol (150 millones de km), ¿a cuántos kilómetros se encontraba la Voyager I el 13 de septiembre de 2013?

Las señales emitidas por la sonda viajan a la velocidad de la luz. ¿Cuánto tardan en ser recogidas por alguna de las antenas que hay en la Tierra? Dato: vluz = 300 000 km/s.

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EVALUACIÓN POR COMPETENCIAS

ESTÁNDARES DE APRENDIZAJE Y SOLUCIONES

Competencia que se trabaja

Criterio

Estándares de aprendizaje

Actividades



Comunicación lingüística

Competencia matemática y competencias básicas en ciencia y tecnología

Aprender a aprender

Sentido de iniciativa y emprendimiento

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B1‑2. Valorar la investigación científica y su impacto en la industria y en el desarrollo de la sociedad.

B1‑2.1. Relaciona la investigación científica con las aplicaciones tecnológicas en la vida cotidiana.

8, 9

B1‑5. Interpretar la información sobre temas científicos de carácter divulgativo que aparece en publicaciones y medios de comunicación.

B1‑5.1. Selecciona, comprende e interpreta información relevante en un texto de divulgación científica y transmite las conclusiones obtenidas utilizando el lenguaje oral y escrito con propiedad.

B1‑3. Conocer los procedimientos científicos para determinar magnitudes.

B1‑3.1. Establece relaciones entre magnitudes y unidades utilizando, preferentemente, el Sistema Internacional de unidades y la notación científica para expresar los resultados.

B1‑5. Interpretar la información sobre temas científicos de carácter divulgativo que aparece en publicaciones y medios de comunicación.

B1‑5.1. Selecciona, comprende e interpreta información relevante en un texto de divulgación científica y transmite las conclusiones obtenidas utilizando el lenguaje oral y escrito con propiedad.

B4‑6. Considerar la fuerza gravitatoria como la responsable del peso de los cuerpos, de los movimientos orbitales y de los distintos niveles de agrupación en el universo, y analizar los factores de los que depende.

B4‑6.3. Reconoce que la fuerza de gravedad mantiene a los planetas girando alrededor del Sol, y a la Luna alrededor de nuestro planeta, justificando el motivo por el que esta atracción no lleva a la colisión de los dos cuerpos.

4, 5

B4‑7. Identificar los diferentes niveles de agrupación entre cuerpos celestes, desde los cúmulos de galaxias a los sistemas planetarios, y analizar el orden de magnitud de las distancias implicadas.

B4‑7.1. Relaciona cuantitativamente la velocidad de la luz con el tiempo que tarda en llegar a la Tierra desde objetos celestes lejanos y con la distancia a la que se encuentran dichos objetos, interpretando los valores obtenidos.

6

B1‑1 Reconocer e identificar las características del método científico.

B1‑1.2. Registra observaciones, datos y resultados de manera organizada y rigurosa, y los comunica de forma oral y escrita utilizando esquemas, gráficos, tablas y expresiones matemáticas.

1, 5

B1‑2. Valorar la investigación científica y su impacto en la industria y en el desarrollo de la sociedad,

B1‑2.2. Imagina acciones destinadas a mejorar la convivencia, basándose en los avances científicos y tecnológicos.

9, 10









1, 2, 5, 7



4, 6

1, 3, 5

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D

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EVALUACIÓN POR COMPETENCIAS: SOLUCIONES 1

Saturno:

6



• Número de orden: 6.º planeta del sistema solar.



• Órbita de 1430 millones de kilómetros.



• Diámetro: 120 660 km.



• Duración del día: 10 horas y 14 minutos.



• Anillos: 8.

150 $ 10 6 km = 1,89 ? 1010 km 1 ua b) Calculamos el tiempo utilizando la velocidad de la luz como factor de conversión: 126 ua ?

1,89 ? 1010 km ?

– Ancho total de los anillos: 65 000 km.

7

– Espesor de los anillos: unos pocos kilómetros.

• Satélites: 62. 8

– Jano y Epimeteo comparten órbita a unos 91 000 km por encima de la superficie. 2

Movimiento de traslación: Tiene una órbita de 1430 millones de kilómetros. Es la órbita que describe en su movimiento de traslación alrededor del Sol. Movimiento de rotación: su día dura diez horas y catorce minutos. Es el tiempo que tarda en dar una vuelta alrededor de sí mismo.

3

4

La tercera ley de Kepler dice que el tiempo que tarda un planeta en dar una vuelta alrededor del Sol es mayor cuanto más alejado está del Sol. Neptuno está más alejado del Sol que la Tierra; por tanto su año (el tiempo que tarda en dar una vuelta alrededor del Sol) es mayor que el año de la Tierra. El día de Saturno dura 10 horas y catorce minutos, y esto es menos que el día terrestre (24 horas). La velocidad de giro de Saturno debe ser mayor que la velocidad de giro de la Tierra, pues el diámetro de Saturno es mayor que el de la Tierra: vplaneta =

2r ? Rplaneta r ? Dplaneta = t vuelta t vuelta

Hacemos el cálculo para cada planeta. Tenemos en cuenta que 14 minutos es 0,25 horas. v Saturno =

r ? 120 660 km

v Tierra =

10,25 h

r ? 12 104 km 24 h

= 37 000

km h

km = 1584 h

5

Epimeteo

Jano Ro = Rs + +91 000 km

Rórbita =

a) El 13 de septiembre de la Voyager I estaba a 126 ua del Sol:

9

1s 1h = 6,3 ? 10 4 s ? = 17,5 h 300000 km 3600 s

Una de las antenas de la NASA que recoge las señales enviadas por la Voyager I está en Robledo de Chavela (Madrid). Los viajes a la Luna duran unos pocos días, mientras que los viajes a los planetas más alejados, como Saturno, pueden durar varios años. Por este motivo los viajes a la Luna son tripulados, y los otros, no. Argumentos a favor:



• Para resolver los problemas que aparecen en los viajes espaciales, la ciencia y la tecnología tienen que lograr grandes avances, que luego pueden tener aplicación para resolver problemas en la Tierra. Así se han logrado avances en aviónica, telecomunicaciones, etc.



• El conocimiento del universo puede ayudar al ser humano a conocer otros lugares con otros materiales que nos pueden resultar útiles.



• La ciencia y la tecnología tienen que estudiar muchos problemas diferentes, y el estudio de lo que existe en el espacio exterior es solo uno de ellos.



Argumentos en contra:



• En el mundo hay problemas acuciantes, como la escasez de agua o de alimento que se podrían solucionar con el dinero que se gasta en la investigación espacial.



• Hay muchos hechos en la Tierra que aún no se conocen. Antes de conocer el mundo exterior, habría que conocer el mundo en que vivimos.



• Las personas inteligentes que estudian los problemas del universo podrían utilizar su inteligencia para evitar las guerras entre los hombres.

10

Respuesta libre. Se valorará la capacidad que tiene el mensaje de mostrar cómo es el ser humano, sus logros y su deseo de convivir en paz con otras civilizaciones desconocidas.

Rs 91 000 km Saturno

DS 120 660 km + 91 000 km = + 91 000 km = 151 330 km 2 2

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UNIDAD 9 Fuerzas eléctricas y magnéticas

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UNIDAD 9. Fuerzas eléctricas y magnéticas

Guion de la unidad y sugerencias didácticas. . . . . . 360 Presentación de la unidad Objetivos Contenidos Consideraciones a tener en cuenta Competencias que se trabajan Criterios de evaluación

Enseñanza individualizada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362 Refuerzo • Ficha 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362 • Ficha 1 (soluciones) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363

Profundización • Ficha 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 364 • Ficha 1 (soluciones) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365

Ampliación • El campo eléctrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 366 • La formación de rayos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 368 • Síntesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 369

Problemas resueltos • Problema resuelto 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 370 • Problema resuelto 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 371

Experiencias • Propiedades eléctricas de la materia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 372

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Recursos para la evaluación de contenidos . . . . . . . 375 Autoevaluación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 375 Controles • Control B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 376 • Control A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 378

Estándares de aprendizaje y soluciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . 380

Recursos para la evaluación por competencias . . . 384 Prueba de evaluación de competencias • ¿ Cómo influyen los conocimientos de electromagnetismo en otras disciplinas, como la ciencia de materiales? . . . . . . . . . . . . . . . . . . 384

Estándares de aprendizaje y soluciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . 386

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9

PRESENTACIÓN Y PROGRAMACIÓN

FUERZAS ELÉCTRICAS Y MAGNÉTICAS

PRESENTACIÓN

C

1. Antes de adentrarnos en el estudio de las fuerzas eléctricas y magnéticas, recordamos el concepto de fuerza, sus tipos, el origen de las cargas eléctricas y la unidad de carga.

3. Nos centramos en las fuerzas eléctricas y aprendemos a calcularlas aplicando la ley de Coulomb.

2. A continuación describimos la historia de la electricidad y explicamos los distintos métodos de electrización entre cuerpos. Estos contenidos nos ayudarán a comprender los fenómenos eléctricos cotidianos, como es el caso de las tormentas eléctricas o las descargas que recibimos al bajarnos de un coche en movimiento.

5. Para finalizar esta unidad creemos necesario introducir el concepto de electromagnetismo y los experimentos que llevaron a su descubrimiento.

1

4. De igual forma, presentamos el fundamento de las fuerzas magnéticas y algunas de sus aplicaciones.

2

OBJETIVOS •   Conocer el fenómeno físico de la electricidad y explicar  su fundamento. •   Identificar los distintos métodos de electrización  de la materia. •   Describir fenómenos eléctricos cotidianos.

•   Explicar en qué consiste el magnetismo  y la naturaleza de las fuerzas que se establecen entre imanes. •   Construir un imán y una brújula. •   Conocer la relación entre la electricidad  y el magnetismo.

•   Aprender a calcular el valor de las fuerzas  que se establecen entre cargas eléctricas.

CONTENIDOS SABER

•   La electricidad. •   Fuerzas entre cargas eléctricas. •   El magnetismo. •   El electromagnetismo.

SABER HACER

•   Realizar experiencias con cuerpos electrizados. •   Comprobar qué fuerzas aparecen al acercar dos imanes. •   Usar la brújula.

SABER SER

•   Interesarse por las manifestaciones de la electricidad en nuestro entorno más inmediato. •   Analizar el fundamento de las fuerzas eléctricas y magnéticas para poder explicar  fenómenos cotidianos.

C

•   Valorar las numerosas aplicaciones de la electricidad y del magnetismo en nuestro  día a día.

1

2

3

4

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PRESENTACIÓN Y PROGRAMACIÓN

FUERZAS ELÉCTRICAS Y MAGNÉTICAS

CONSIDERACIONES A TENER EN CUENTA 1. Presentamos la historia de la electricidad destacando los descubrimientos más importantes y los experimentos  en que se basaron. Con ello despertamos el interés del alumno para pasar a explicar los distintos métodos de electrización de la materia, citando  experiencias concretas. 2.   Es importante que el alumno conozca la ley de Coulomb,  describiendo la relación entre las cargas eléctricas  y la distancia que las separa. Proponemos diversos ejemplos de cálculo.

3.   Para comprender el magnetismo resulta muy útil  experimentar con imanes. Así podremos explicar  las fuerzas magnéticas y algunas de sus aplicaciones. 4.   Mediante los experimentos de Oersted y Faraday  introducimos el concepto de electromagnetismo. 5. Para afianzar los conocimientos del alumno proponemos experiencias sencillas, como la construcción de un imán  y de una brújula.

COMPETENCIAS QUE SE TRABAJAN Comprensión de textos En las secciones UN CASO PRÁCTICO y FORMAS DE  PENSAR de la unidad, se trabajan los contenidos  relacionados con la comprensión lectora y expresión  escrita, a través de un texto seguido de actividades. Competencia científica y matemática Tras estudiar el fundamento de la electricidad  y el magnetismo el alumno será capaz de explicar mejor  el mundo que le rodea, identificando distintos fenómenos  eléctricos y magnéticos en la naturaleza. Así, hablamos  de las tormentas eléctricas y de las auroras polares, respectivamente. Además, los experimentos propuestos  a lo largo de la unidad nos acercan a la realidad cotidiana, despertando el interés del alumno por el funcionamiento de dispositivos como una brújula  o un electroimán. Por otro lado, trabajamos con la notación científica  en los problemas de cálculo de fuerzas eléctricas, 

con múltiplos y submúltiplos para transformar  las unidades de carga eléctrica. Aprender a aprender A lo largo de toda la unidad se trabajan habilidades,  en las actividades o en el desarrollo, para que el alumno sea capaz de continuar aprendiendo de forma autónoma de acuerdo con los objetivos de la  unidad. De esta forma se explica cómo cargar un péndulo  eléctrico como experiencia para comprender mejor  la electrización de la materia. También se propone,  la construcción de un imán y de una brújula para trabajar  el magnetismo y sus efectos. Toma la iniciativa En la última actividad de FORMAS DE PENSAR,  se anima al alumno a tomar la iniciativa y decidir acerca de utilizar o no pulseras magnéticas para curar enfermedades.

CRITERIOS DE EVALUACIÓN 1.   Identificar situaciones cotidianas en las que se pongan  de manifiesto fenómenos electrostáticos y magnéticos. 2. Describir los distintos métodos de electrización  de la materia, poniendo ejemplos concretos. 3. Valorar la importancia de la electricidad en nuestra vida  cotidiana. 4. Relacionar cualitativamente la fuerza eléctrica que existe  entre dos cuerpos con su carga y la distancia que los separa mediante la ley de Coulomb.

5. Analizar el comportamiento de los imanes y deducir  mediante experiencias las características de las fuerzas magnéticas puestas de manifiesto 6. Deducir que la electricidad y el magnetismo son dos manifestaciones de un mismo fenómeno  al reproducir los experimentos de Oersted y de Faraday en el laboratorio.

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9

REFUERZO

FICHA 1

FUERZAS ELÉCTRICAS Y MAGNÉTICAS

ACTIVIDADES DE REFUERZO 1

2

¿Qué variación experimenta la masa de un cuerpo cuando se carga con -1 C sabiendo que la carga de un electrón es -1,6 ? 10-19 C y su masa es 9 ? 10-31 kg?

8

Dibuja las fuerzas magnéticas que se establecen entre los pares de imanes de la figura:

S

N

N

S

S

N

S

N

Expresa en culombios las siguientes cargas eléctricas: a) 20 nC b) 7,3 nC c) 2,7 ? 104 nC d) 0,065 nC e) 3 ? 10-2 nC f) 2500 nC

3

9 -5

Dos cargas, q1 = +2 ? 10 C y q2 = -5 ? 10 C, están situadas en el aire a una distancia de 45 cm una de la otra. a) Calcula el valor de la intensidad de las fuerzas con que interaccionan. b) Representa en un esquema su dirección y sentido.

4

5

Una carga de -3 nC está colocada en el vacío y atrae a otra carga situada a 0,5 m de distancia con una fuerza de 0,45 N. ¿Cuál es el valor de la otra carga? ¿Cuál es su signo? Dos cargas puntuales de -2 nC y +3 nC están situadas en el vacío y se atraen con una fuerza de 1,3 ? 10-4 N. Calcula la distancia a la que están colocadas.

6

Calcula el valor de dos cargas iguales que en el vacío se repelen con una fuerza de 0,09 N cuando están colocadas a una distancia de 0,9 m.

7

Define los siguientes términos:

Responde a las siguientes cuestiones: a) ¿Qué es el electromagnetismo?

-6

b) ¿Quién fue Hans Christian Oersted? c) Describe con tus palabras el experimento de Oersted. 10

¿Verdadero o falso? Justifica las afirmaciones falsas: a) En un electroimán, aunque se detenga el paso de la corriente eléctrica, los efectos magnéticos permanecen. b) En 1831 Michael Faraday fue capaz de producir una corriente eléctrica por medio de imanes. c) Cuanto más rápido se mueve un imán dentro de una bobina, menor es la intensidad de corriente. d) Cuando un imán entra en una bobina, la corriente circula en sentido contrario que cuando sale de ella.

a) Material ferromagnético. b) Imán. c) Brújula.

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REFUERZO

FICHA 1

FUERZAS ELÉCTRICAS Y MAGNÉTICAS

ACTIVIDADES DE REFUERZO (soluciones) 1

Hallamos la variación de la masa del cuerpo mediante un factor de conversión: -1 C ?

6

9 ? 10-31 kg = 5,625 ? 10-12 kg -1,6 ? 10-19 C

F=K?

10-6 C = 2 ? 10-5 C 1 nC 10-9 C 7,3 nC = 7,3 nC ? = 7,3 ? 10-9 C 1 nC

c)

2,7 ? 10 4 n C = 2,7 ? 10 4 nC ?

d)

0,065 nC = 0,065 nC ?

e) f)

-2

-2

3 ? 10 n C = 3 ? 10

10-6 C = 2,7 ? 10-2 C 1 nC

10-9 C = 6,5 ? 10-7 C 1 nC

Q1 =

10-9 C = 2,5 ? 10-6 C 1 nC

7

q2

+

F

8

9

–

Q1 ? Q 2 d2

" Q2 =

0,45 N ? (0,5 m) 2 N ? m2 9 ? 10 ? 3 ? 10-6 C C2

F ? d2 K ? Q1

= 4,17 ? 10-6 C

Su signo es positivo, ya que es atraída por la carga Q1 negativa. Despejamos d de la expresión matemática de la ley de Coulomb: F=K?

Q1 ? Q 2 d2

"d=

N

N

S

S

N

S

N

a) El electromagnetismo a la parte de la física que estudia la relación entre los fenómenos eléctricos y magnéticos.

10

a) Falso, los efectos magnéticos desaparecen. b) Verdadero.

9

5

S

c) Oersted construyó un circuito eléctrico y colocó una brújula orientada en línea con un cable. Al cerrar el interruptor, la aguja de la brújula se ponía perpendicular al cable. Si la corriente iba en sentido contrario, la brújula se orientaba en sentido contrario.

Expresamos las unidades en el SI y calculamos el valor de Q2: Q2 =

a) Un material ferromagnético es aquel material que siente la atracción de un imán.

b) Hans Christian Oersted fue un físico danés que en 1819 descubrió que una corriente eléctrica se comporta como un imán.

De la expresión de la ley de Coulomb despejamos Q2: F=K?

= 2,8 ? 10-6 C

c) Una brújula es una aguja imantada que gira libremente.

45 cm 4

N ? m2 9 ? 10 C2

b) Un imán es un objeto capaz de atraer a ciertos objetos metálicos, como aquellos elaborados a base de hierro, aleaciones de cobalto o níquel, etc.

b) La dirección y sentido de las fuerzas eléctricas quedan representados en el siguiente esquema: F

0,09 N ? (0,9 m) 2

Cada una de las cargas tiene un valor de 2,8 · 10-6 C.

a) Para calcular la fuerza eléctrica aplicamos la ley de Coulomb, expresando las unidades en el SI: Q1 ? Q 2 F=K? d2 N ? m 2 2 ? 10-5 C ? 5 ? 10-6 C F = 9 ? 10 9 ? = 4,44 N (0,45 m) 2 C2

q1

F ? d2 K

" Q1 =

9

10-6 C nC ? = 3 ? 10-8 C 1 nC

2500 nC = 2500 nC ?

Q12 d2

Hallamos el valor de Q1:

20 nC = 20 nC ?

b)

3

F=K?

Expresamos el valor de las cargas indicadas en culombios:

a)

Q1 ? Q1 Q12 =K? 2 2 d d

Despejamos Q1 de la expresión anterior:

El cuerpo experimenta una variación de masa de 5,626 · 10-12 kg. 2

Como ambas cargas son iguales podemos escribir la ley de Coulomb para este caso como:

K?

c) Falso, cuanto más rápido se mueve un imán dentro de una bobina, mayor es la intensidad de corriente. d) Verdadero.

Q1 ? Q 2 F

Expresamos las unidades en el SI y calculamos d: d=

9 ? 10 9

N ? m2 C

2

?

2 ? 10-9 C ? 3 ? 10-6 C = 0,64 m 1,3 ? 10-4 N

Ambas cargas están separadas una distancia de 0,64 m.

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9

PROFUNDIZACIÓN

FUERZAS ELÉCTRICAS Y MAGNÉTICAS

ACTIVIDADES DE AMPLIACIÓN 1

¿Qué signo tiene cada una de las cargas siguientes? Justifica tu respuesta.

5

Observa el siguiente dispositivo: Bobina

Q2

Q1

Escobilla

d

2

Indica cuánto crees que se debe modificar la distancia entre dos cargas eléctricas para que la fuerza de interacción entre ellas:

Imán

a) Se duplique. b) Se reduzca a la cuarta parte.

a) ¿Con qué fenómeno estudiado en la unidad tiene relación?

c) Aumente cinco veces. 3

b) ¿Qué representa?

Sobre la imagen de la Tierra representa las líneas del campo magnético terrestre.

c) ¿Cómo funciona? 6

Observa las siguientes imágenes y explica en qué consiste el fenómeno que ves en cada una: a)

¿Coincide el polo norte geográfico con el polo norte magnético? 4

Dibuja un electroimán y señala las partes de las que consta.

b)

A continuación responde: a) ¿Crees que un electroimán se puede emplear para separar objetos de hierro en la industria? Razona tu respuesta. b) Cita otras aplicaciones que puedan tener los electroimanes.

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PROFUNDIZACIÓN

FUERZAS ELÉCTRICAS Y MAGNÉTICAS

ACTIVIDADES DE AMPLIACIÓN (soluciones) 1

2

No, el polo norte geográfico no coincide con el polo norte magnético.

Ambas cargas tienen el mismo signo (o las dos positivas o las dos negativas), ya que las fuerzas que se establecen entre ellas son de repulsión. Q1 ? Q 2 a) Si F1 = K ? y debe cumplirse que F2 = 2 ? F1; d 22 tenemos: 2 ? F1 = K ? =

Q1 ? Q 2 d 22

" d2 =

K?

Cerca del polo norte geográfico está el polo sur del imán terrestre y cerca del polo sur geográfico está el polo norte del imán. Así el ángulo que forma la dirección del norte geográfico con la dirección del norte magnético se denomina ángulo de declinación magnética y tiene un valor aproximado de unos 11°.

Q1 ? Q 2 = 2 $ F1

1 1 Q1 ? Q 2 d1 ?K ? = ? d1 = 2 4 4 F1 > d1

4

Interruptor

Por tanto, la distancia entre cargas debe reducirse a la cuarta parte. F1 Q1 ? Q 2 b) Si F1 = K ? y debe cumplirse que F2 = ; 2 d 22 tenemos: F1 Q1 ? Q 2 =K? 4 d 22 =

" d2 =

Q1 ? Q 2 4?K ? = F1 >

4?K ?

Clavo

Generador

Q1 ? Q 2 = F1

4 ? d1 = 2 ? d1

d1

Por tanto, la distancia entre cargas debe duplicarse. c) Si F1 = K ? tenemos: 5 ? F1 = K ? =

Q1 ? Q 2 y debe cumplirse que F2 = 5 ? F1; d 22 Q1 ? Q 2 d 22

" d2 =

1 Q1 ? Q 2 = ?K ? 5 F1 >

K?

a) Sí, ya que al comportarse como un imán atrae a los materiales ferromagnéticos.

Q1 ? Q 2 = 5 ? F1

1 ? d1 = 0,45 ? d1 5

d1

b) Los electroimanes se emplean en interruptores, en los freno y embragues electromagnéticos de vehículos, en zumbadores, etc. 5

b) Se trata de una dinamo, un dispositivo que transforma energía mecánica en energía eléctrica.

Por tanto, la distancia entre cargas debe multiplicarse por 0,45.

c) Consiste en un imán que gira alrededor de una bobina donde, a causa del movimiento, se genera corriente eléctrica.

3

6

S N

a) Tiene relación con el electromagnetismo.

a) Electricidad estática. Los cabellos de la niña se repelen entre sí debido a la carga eléctrica positiva que adquieren al tocar la esfera de plástico con la mano. b) Aurora polar. Se produce cuando llegan a la atmósfera terrestre partículas con carga eléctrica procedentes del Sol. Las auroras polares observadas cerca del polo norte se llaman auroras boreales. Las auroras polares observadas cerca del polo sur se llaman auroras australes.

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9

AMPLIACIÓN

FICHA 1

FUERZAS ELÉCTRICAS Y MAGNÉTICAS

Nombre:

Curso:

Fecha:

El campo eléctrico Llamamos campo eléctrico a la región del espacio que rodea a un cuerpo cargado en la que se manifiestan fuerzas electrostáticas sobre otro cuerpo cargado colocado en ella. Recibe el nombre de intensidad del campo eléctrico en un punto la fuerza, F, que ejerce dicho campo sobre una unidad de carga positiva, q, colocada en dicho punto: F E= q Se mide en N/C. Las líneas de campo eléctrico pueden representarse gráficamente como se muestra en la figura. Las líneas de campo salen de un cuerpo con carga positiva y entran en un cuerpo con carga negativa.

1

Una carga q1 crea a su alrededor un campo eléctrico. Si a 10 cm de ella se coloca otra carga q2 de +3 nC, esta es repelida con una fuerza de 7,9 N. Calcula la intensidad del campo en el punto en que se encuentra q2.

2

Representa gráficamente el campo eléctrico generado por la carga de la actividad 1.

3

Calcula el valor de una carga q que produce un campo eléctrico de 2,5 · 104 N/C en un punto que está situado a 12 cm.

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D

.

9

AMPLIACIÓN

FICHA 1

FUERZAS ELÉCTRICAS Y MAGNÉTICAS

Nombre:

Curso:

Fecha:

4

Una carga de 4 · 10-3 nC se sitúa en un punto de un campo eléctrico. Calcula el valor de la fuerza que se ejercerá sobre dicha carga, sabiendo que la intensidad del campo eléctrico en ese punto es de 1125 N/C.

5

Si el valor de la intensidad del campo eléctrico en un punto coincide con el valor de la constante K de Coulomb, ¿qué condiciones se deben cumplir?

6

Dibuja las líneas de campo eléctrico en los siguientes sistemas de cargas:

+

+

–

+

–

–

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9

AMPLIACIÓN

FICHA 2

FUERZAS ELÉCTRICAS Y MAGNÉTICAS

Nombre:  

     Curso:  

     Fecha:  

La formación de los rayos

S

Recuerda que…

A t l e f f P h a c E d i

•   Existen tres métodos de electrización de la materia:   por frotamiento, por contacto y por inducción. Cargas   eléctricas Relámpago Nubes Rayo

L d v p i G c n m c c

Suelo 1

Fíjate en la figura y describe cómo se forma un rayo.

2

¿Qué diferencia hay entre un rayo y un relámpago?

3

¿Encuentras alguna relación entre la electricidad estática y las nubes de una tormenta? Justifica tu respuesta.

4

¿Quién inventó el pararrayos? Elabora un dibujo en el que muestres su funcionamiento.

5

¿Qué medidas de seguridad tomarías durante una tormenta?

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9

AMPLIACIÓN

FICHA 3

FUERZAS ELÉCTRICAS Y MAGNÉTICAS

Nombre:  

     Curso:  

     Fecha:  

Síntesis A Edison no fue al primero que se le encendió la bombilla eléctricamente hablando. El filósofo y científico griego Tales de Mileto describió en el 600 a.C. la capacidad del ámbar (elektron  en griego) para atraer las partículas más livianas cuando se  frotaba con la ropa. Sin saberlo, Tales estaba descubriendo el  fenómeno que ahora conocemos como electricidad estática.  Para entender la importancia de su hallazgo, hubo que esperar  hasta que el inglés William Gilbert estudió las propiedades de  atracción del ámbar en 1600, en su obra «De Magnete», que se  convertiría en un «best seller» para los científicos de la época.  Este médico privado de la reina Isabel I fue el primero en hablar  de fuerza eléctrica, y la estudió a través de un electroscopio  inventado por él mismo. Los siglos xviii y xix son fundamentales para este viaje a través  de los electrones. El italiano Alessandro Volta desarrolló un invento fundamental para que tu móvil actual sea autónomo: la  pila eléctrica, tatarabuela de las baterías. Como tantos otros  inventos, la pila surgió de una controversia. El anatomista Luigi  Galvani diseccionaba ranas cuando se percató de que, al chocar con un gancho de bronce, sus ancas se contraían espontáneamente. Galvani denominó al fenómeno «electricidad animal», pero Volta se propuso demostrarle que no estaba en lo  cierto y que los músculos de las ranas no «producían» electricidad.

Para ello, construyó la pila voltaica con discos de zinc y plata,  separados por un paño mojado en salmuera, que transformaban la energía química en un flujo de corriente eléctrica. Cuando concluyó su invento, mostró la pila a la Royal Society de Londres en 1800 y al mismísimo Napoleón, que quedó maravillado. Ya en 1820, Hans Christian Orsted estableció que una corriente  eléctrica que fluye a través de un hilo conductor crea un campo  magnético capaz de desviar la aguja de una brújula. Para entendernos, este danés fue el primero en relacionar electricidad  y magnetismo, una amistad sin la que tu móvil no podría existir. Michael Faraday fue un paso más allá. Nacido en el seno de  una familia humilde y aficionado a la lectura de las obras que le  mandaban encuadernar, este británico descubrió las leyes de  inducción electromagnética: en 1832, demostró ante el Royal  Institute el modo de transformar el magnetismo en electricidad. Los experimentos de Faraday permitieron al físico James Clerk  Maxwell publicar la primera teoría unificada electromagnética  treinta años después. Artífice de las famosas ecuaciones de  Maxwell presentes en todo libro de física que se precie, predijo  incluso la existencia de esas ondas electromagnéticas gracias  a las cuales puedes hablar por tu teléfono móvil. Fuente: www.eldiario.es

1

Elabora un eje cronológico señalando los descubrimientos citados en el texto y su descubridor.

2

Define los siguientes términos que aparecen en el texto: electricidad estática, fuerza eléctrica, electroscopio, inducción electromagnética.

3

¿Qué relación hay entre estos descubrimientos y la tecnología de tu teléfono móvil?

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PROBLEMAS RESUELTOS

FUERZAS ELÉCTRICAS Y MAGNÉTICAS

PROBLEMA RESUELTO 1 Un cuerpo que tiene una carga Q de -20 nC y otro un carga q de +2 nC. Si ambos están en el aire, separados una distancia de 4 cm: a) Calcula la fuerza eléctrica entre ambos. N ? m2 C2 b) Representa en un esquema las fuerzas que intervienen, indicando su dirección y sentido. Dato: K = 9 ? 109

Planteamiento y resolución a) Para calcular la fuerza eléctrica debemos aplicar la ley de Coulomb. Primero expresamos el valor de cada carga y de la distancia entre ambas en unidades del SI: -9

C = -2 ? 10-8 C 1 nC 10-6 C q = +2 C ? = +2 ? 10-6 C 1C d = 4 cm = 0,04 m

Q = -20 nC ?

10

Por tanto, se establece entre ellos una fuerza de 0,225 N. b) La dirección y sentido de las fuerzas eléctricas quedan representados en el siguiente esquema:

–

N $ m2

F

+

40 cm

Las fuerzas serán de atracción, puesto que ambos cuerpos tienen cargas de distinto signo.

A continuación calculamos el valor de la fuerza eléctrica mediante la expresión matemática de la ley de Coulomb: Q?q F=K? 2 " d

" F = 9 ? 109

F

2 ? 10-8 C ? 2 ? 10-6 C (0,04 m) 2 C " F = 0,225 N 2

?

ACTIVIDADES 1

Calcula la fuerza entre un cuerpo que tiene una carga de +5 nC y otro de +6 mC que están en el aire, separados una distancia de 60 cm. Dato: K = 9 ? 109

3

N ? m2 C2

Dato: K = 9 ? 109

Sol: 0,75 N 2

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N $ m2 C2

Sol: 691,2 N

Representa en un esquema las fuerzas eléctricas que intervienen en la actividad 1. ¿Son de atracción o de repulsión? Razona tu respuesta.

370

Calcula la fuerza entre un cuerpo que tiene una carga de -0,6 mC y otro de -8 nC que están en el aire, separados una distancia de 0,25 m.

4

Representa en un esquema las fuerzas eléctricas que intervienen en la actividad 2. ¿Son de atracción o de repulsión? Razona tu respuesta.

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9

PROBLEMAS RESUELTOS

FUERZAS ELÉCTRICAS Y MAGNÉTICAS

PROBLEMA RESUELTO 2 Dos cargas eléctricas se atraen con una fuerza de 10 N. Piensa y responde: a) ¿De qué tipo son las cargas? b) ¿Cómo sería la fuerza si una carga se reduce a la tercera parte? c) ¿Cómo sería la fuerza si la distancia entre las cargas se cuadriplica?

Planteamiento y resolución a) Si se atraen, las dos cargas deben tener signo contrario: una positiva y la otra negativa. b) Aplicamos la ley de Coulomb a la fuerza de 10 N: Q1 ? Q 2 F1 = 10 N = K ? d2 Si una carga se reduce a la tercera parte (supongamos que Q1), tenemos:

Por tanto, la fuerza eléctrica se reduce a la tercera parte. c) Si la distancia entre ambas cargas se cuadriplica: Q1 ? Q 2 Q1 ? Q 2 F3 = K ? =K? = (4 ? d) 2 16 ? d 2

H 1 Q1 ? Q 2 1 = ? = ? F1 16 16 d2 F1

F1 Q1 H ? Q2 1 Q ? Q2 1 1 F2 = K ? 3 2 = ?K = ? F1 3 3 d d2

La fuerza eléctrica se reduce a la dieciseisava parte.

ACTIVIDADES 1

Dos cargas se repelen con una fuerza de 30 N:

5

Teniendo en cuenta que:

a) ¿De qué tipo son las cargas? b) ¿Cómo sería la fuerza si una carga se reduce a la mitad? c) ¿Cómo sería la fuerza si la distancia entre las cargas se duplica? 2

Dos cargas se atraen con una fuerza de 2 N: a) ¿De qué tipo son las cargas? b) ¿Cómo sería la fuerza si ambas cargas se triplican? c) ¿Cómo sería la fuerza si la distancia entre las cargas se reduce a la tercera parte?

3

Dos cargas se repelen con una fuerza de 5 N. ¿Cómo sería la fuerza si ambas cargas se duplican y la distancia entre ellas se triplica?

4

Dos cargas se repelen con una fuerza de 25 N:

F1 = K ?

Q1 ? Q2 d2

a) ¿Qué le debe suceder a la carga Q2 para que F1 se reduzca a la mitad? b) ¿Y a la distancia entre las cargas para que F1 duplique su valor? c) Si Q1 se duplica y d se reduce a la cuarta parte, ¿cambia el valor de F1? d) ¿En cuánto se reduce o se incrementa F1 si Q1 se duplica y Q2 se reduce a la tercera parte?

a) ¿De qué tipo son las cargas? b) ¿Cómo sería la fuerza si cambia el signo de una de las cargas?

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9

EXPERIENCIAS

FUERZAS ELÉCTRICAS Y MAGNÉTICAS

Propiedades eléctricas de la materia OBJETIVO En esta práctica vas a comprobar que la materia puede adquirir carga eléctrica por frotamiento, inducción o contacto con otro cuerpo cargado. Demostrarás que existen dos tipos de cargas eléctricas, las positivas y las negativas, y que los cuerpos con carga de distinto tipo se atraen y los que tienen carga del mismo tipo se repelen. Finalmente, utilizarás un electrómetro para «visualizar» la cantidad de carga de un objeto.

Material •   2 bases aisladas. •   2 bornes aislados. •   2 varillas con gancho. •   2 péndulos electrostáticos. •   Barra de ebonita. •   Barra de metacrilato (o plexiglás). •   Piel de gato. •   Lámina de acetato. •   Electrómetro.

PROCEDIMIENTO 1

1. Monta dos péndulos electrostáticos. 2. Frota la barra de ebonita con la piel de gato y acércala a uno de los péndulos. Verás que, al principio, la bola del péndulo es atraída por la barra [1] hasta que la toca [2] y, luego, es repelida por ella [3].

1

3. Toca con los dedos la bola del péndulo electrostático y observará que se pierde la carga, que pasa a tierra a través de tu cuerpo. Frota ahora la barra de metacrilato (o plexiglás) con la lámina de acetato y acércala al otro péndulo. Igualmente, verás que, al principio, la bola del péndulo es atraída por la barra [4] hasta que la toca [5] y, luego, es repelida por ella [6].

4

2

3

5

6

¿Por qué ocurre esto? Cuando la barra cargada se acerca a la bola del péndulo, este se carga por inducción, de ahí que la carga de la parte de la bola más próxima a la barra sea de distinto tipo, y por eso es atraída por ella. Una vez que la barra toca la bola del péndulo, le cede parte de su carga; entonces, la barra y el péndulo se repelen porque ambos tienen carga del mismo tipo.

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2

Prueba ahora lo siguiente: 1. Coloca los péndulos de forma que sus bolas estén separadas unos 10 cm y toca con los dedos la bola de ambos para asegurarte de que están descargados.

A

B

2. Frota la barra de ebonita con la piel de gato y toca con ella la bola de uno de los péndulos. 3. Frota la barra de metacrilato (o plexiglás) con la lámina de acetato y toca con ella la bola del otro péndulo.

Atracción

4. Ahora, acerca los péndulos uno al otro y verás que las bolas se atraen (foto A).

Repulsión

5. Después toca con la barra de ebonita cargada las bolas de ambos péndulos. Cuando los acerques, verás que las bolas se repelen (foto B). Sucederá lo mismo si tocas ambas bolas con la barra de metacrilato cargada. ¿Por qué se comportan así las bolas?

La barra de ebonita y la de metacrilato adquieren carga de distinto tipo por frotamiento. En el primer caso, las bolas de ambos péndulos se atraen porque tienen carga de distinto tipo. Sin embargo, en la segunda experiencia, las bolas de ambos péndulos se repelen porque tienen carga del mismo tipo. 3

Electroscopio y electrómetro 1. Coloca una base aislada con la varilla como se indica en la figura. Haz una tira de papel de aluminio de unos 10 cm de largo y 0,5 cm de ancho, dóblala por la mitad y sujétala en el extremo con cinta adhesiva [1].

1

2

2. Con los dedos, haz que las dos láminas de la tira se junten. Después, toca el extremo superior con una de las barras cargadas y verás que las dos láminas se separan [2]. Esto es un electroscopio elemental. El electrómetro es un electroscopio con una escala graduada. Antes de utilizarlo, asegúrate de que no hay nada que impida el movimiento de la lámina interior. 1. Entre dos experiencias sucesivas del electroscopio o del electrómetro, toca las láminas metálicas con los dedos para que se descarguen a través de tu cuerpo [1].

1

2

2. Cuando la barra cargada toca el electrómetro, las láminas se separan. La separación es proporcional a la cantidad de carga [2].

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NOTAS

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FUERZAS ELÉCTRICAS Y MAGNÉTICAS

Nombre:

Curso:

Fecha:

AUTOEVALUACIÓN 1

Si tocamos una esfera metálica neutra con una varilla cargada negativamente, estamos llevando a cabo electrización por:

6

a) Se atraen. b) Se repelen.

a) Inducción.

c) Depende de la distancia a la que se encuentren.

b) Contacto. c) Frotamiento. 2

7

b) Se atraen. c) No se establece ninguna fuerza magnética entre ellos.

a) Inducción o contacto. b) Frotamiento.

3

8

Dos globos frotados contra un jersey:

El polo norte de la brújula es el extremo que apunta hacia: a) El polo norte magnético.

a) Se atraen.

b) El polo sur geográfico.

b) Se repelen.

c) El polo norte geográfico.

c) Depende del signo de la carga eléctrica que adquieran. 4

El polo norte de un imán y el polo sur de otro: a) Se repelen.

En un electroscopio la detección de carga eléctrica se realiza por:

c) Inducción.

Dos cargas positivas:

9

¿Cuál de las siguientes afirmaciones sobre el pararrayos es falsa?

¿Cuál de las siguientes afirmaciones sobre el electroimán es falsa? a) Se basa en el fenómeno denominado electromagnetismo.

a) Fue inventado por Benjamin Franklin en 1752.

b) Funciona por la acción de la corriente eléctrica.

b) Consigue que los rayos se descarguen de forma controlada.

c) Aunque la corriente eléctrica cese, los efectos magnéticos permanecen.

c) Su extremo repele al rayo. 10 5

Según la ley de Coulomb: a) La intensidad de la fuerza con que se atraen o se repelen dos cuerpos cargados eléctricamente es directamente proporcional al producto de sus cargas e inversamente proporcional a la distancia que los separa.

¿Quién descubrió que al mover un imán dentro de una bobina de hilo de cobre, se produce una corriente eléctrica? a) Hans Christian Oersted. b) Michael Faraday. c) Charles du Fay

b) La intensidad de la fuerza con que se atraen o se repelen dos cuerpos cargados eléctricamente es directamente proporcional al producto de sus cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa. c) La intensidad de la fuerza con que se atraen o se repelen dos cuerpos cargados eléctricamente es inversamente proporcional al producto de sus cargas y directamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa. 1 b, 2 a, 3 b, 4 c, 5 b, 6 b, 7 b, 8 c, 9 c, 10 b SOLUCIONES

.

9

EVALUACIÓN DE CONTENIDOS

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9

EVALUACIÓN DE CONTENIDOS

FUERZAS ELÉCTRICAS Y MAGNÉTICAS

Nombre:

Curso:

Fecha:

CONTROL B Observa las siguientes imágenes y explica, de forma razonada, qué forma de electrización tiene lugar en cada una:

1 A

B

a)

2

C

b)

c)

Indica si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas, y corrige las falsas: a) Un microculombio (µC) equivale a 10-9 culombios (C).

b) Dos cuerpos con carga eléctrica positiva se repelen.

c) La fuerza eléctrica es inversamente proporcional a la carga de los cuerpos y directamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa.

d) Al separar dos cuerpos cargados, disminuye la intensidad de la fuerza eléctrica que se establece entre ellos.

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Nombre:

3

Fecha:

Dos cuerpos cargados con +0,6 mC están separados a una distancia de 10 m en el aire. Elabora un esquema que represente las fuerzas que se establecen entre ellos y calcula la intensidad de la fuerza eléctrica. Dato: K = 9 ? 109

4

Curso:

N ? m2 C2

Responde a las siguientes cuestiones sobre magnetismo: a) ¿Qué sucede al acercar el polo norte de un imán al polo norte de otro imán?

b) ¿Qué es un material ferromagnético?

c) ¿Hacia dónde apunta el polo sur de una brújula?

5

Describe el experimento de Oersted y la conclusión a la que llegó.

¿Qué relación hay entre este experimento y un electroimán?

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EVALUACIÓN DE CONTENIDOS

FUERZAS ELÉCTRICAS Y MAGNÉTICAS

Nombre:

Curso:

Fecha:

CONTROL A 1

Dibuja en electroscopio y un versorio ELECTROSCOPIO

VERSORIO

¿Para qué se utilizan estos instrumentos? ¿En qué se basa su funcionamiento?

2

Indica, justificando tu respuesta, si los siguientes dispositivos y fenómenos tienen fundamento eléctrico o magnético: a) Un pararrayos.

b) Las auroras boreales.

c) Los detectores de metales utilizados en la industria.

d) Los calambres que recibimos en algunas ocasiones al bajarnos de un coche en movimiento.

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Nombre:

3

Curso:

Fecha:

Dos cuerpos están cargados con cargas Q1 y Q2, respectivamente, y separados una distancia d en el aire. Explica cómo variará la fuerza eléctrica en los siguientes casos: a) La distancia entre ambos cuerpos se triplica.

b) La carga eléctrica de cada cuerpo se reduce a la tercera parte.

4

Dibuja las fuerzas magnéticas que se establecen entre los siguientes imanes:

S

N

N

S

N

S

¿Cómo construirías un imán a partir de una barra metálica?

5

¿Qué sucederá al conectar el interruptor del siguiente circuito? ¿En qué experiencia está basado?

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EVALUACIÓN DE CONTENIDOS

ESTÁNDARES DE APRENDIZAJE Y SOLUCIONES

Criterio B4‑8. Conocer los tipos de cargas eléctricas, su papel en la constitución de la materia y las características de las fuerzas que se manifiestan entre ellas.

Estándares de aprendizaje

Actividades Control B

Control A

B4‑8.1. Explica la relación existente entre las cargas eléctricas y la constitución de la materia y asocia la carga eléctrica de los cuerpos con un exceso o defecto de electrones.

1, 2

1

B4‑8.2. Relaciona cualitativamente la fuerza eléctrica que existe entre dos cuerpos con su carga y la distancia que los separa, y establece analogías y diferencias entre las fuerzas gravitatoria y eléctrica.

2, 3

3

B4‑9. Interpretar fenómenos eléctricos mediante el modelo de carga eléctrica y valorar la importancia de la electricidad en la vida cotidiana.

B4‑9.1. Justifica razonadamente situaciones cotidianas en las que se pongan de manifiesto fenómenos relacionados con la electricidad estática.

1

1, 2

B4‑10. Justificar cualitativamente fenómenos magnéticos y valorar la contribución del magnetismo en el desarrollo tecnológico.

B4‑10.1. Reconoce fenómenos magnéticos identificando el imán como fuente natural del magnetismo y describe su acción sobre distintos tipos de sustancias magnéticas.

4

2, 4

B4‑10.2. Construye, y describe el procedimiento seguido para ello, una brújula elemental para localizar el norte utilizando el campo magnético terrestre.

4

B4‑11. Comparar los distintos tipos de imanes, analizar su comportamiento y deducir mediante experiencias las características de las fuerzas magnéticas puestas de manifiesto, así como su relación con la corriente eléctrica.

B4‑11.1. Comprueba y establece la relación entre el paso de corriente eléctrica y el magnetismo, construyendo un electroimán.

5

5

B4‑11.2. Reproduce los experimentos de Oersted y de Faraday, en el laboratorio o mediante simuladores virtuales, deduciendo que la electricidad y el magnetismo son dos manifestaciones de un mismo fenómeno.

5

5

B4‑12. Reconocer las distintas fuerzas que aparecen en la naturaleza y los distintos fenómenos asociados a ellas.

B4‑12.1. Realiza un informe empleando las TIC a partir de observaciones o búsqueda guiada de información que relacione las distintas fuerzas que aparecen en la naturaleza y los distintos fenómenos asociados a ellas.

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CONTROL B: SOLUCIONES 1

a) Electrización por frotamiento. Un cuerpo se carga al frotarlo con otro. Con un paño de lana o seda frotamos un objeto de vidrio o de plástico. Si frotamos una varilla de vidrio con un paño de seda, la varilla cede electrones y queda cargada positivamente, mientras que el paño capta los electrones y queda cargado negativamente. Si frotamos una varilla de plástico con un paño de lana, la varilla recibe electrones del paño y queda cargada negativamente, mientras que el paño queda cargado positivamente. b Electrización por inducción. Un cuerpo neutro se carga eléctricamente al aproximarle otro cuerpo cargado. Si a una esfera metálica neutra le acercamos (sin tocar) una varilla cargada positivamente, las cargas de la esfera se ordenan. Sus cargas negativas se colocan próximas a la varilla, y las positivas, alejadas. Así, la carga neta de la esfera no varía, pero la proximidad de las cargas negativas con la varilla hace que la esfera sea atraída. c) Electrización por contacto. Si una esfera metálica neutra se toca con una varilla cargada, parte de la carga de la varilla pasa a la esfera y ambos cuerpos quedan cargados con la misma carga. Por tanto, se repelen.

2

a) Falso, un microculombio (nC) equivale a 10-6 culombios (C). b) Verdadero. c) Falso. Según la ley de Coulomb, La fuerza eléctrica es directamente proporcional a la carga de los cuerpos e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa. d) Verdadero.

3

Como ambas cargas tienen el mismo signo, se repelen. Para calcular la fuerza eléctrica aplicamos la ley de Coulomb, pasando las unidades al SI: +0,6 mC

Q1 ? Q 2 F=K? d2 N $ m 2 6 ? 10-4 C ? 5 ? 10-4 C F = 9 ? 10 9 ? = 32,4 N (10 m) 2 C2 4

F

+0,6 mC

+

+

F

10 m

a) Ambos polos se atraen. b) Un material ferromagnético es aquel material que es atraído por un imán. c) Hacia el polo sur geográfico.

5

Oersted descubrió que una corriente eléctrica se comporta como un imán. Construyó un circuito eléctrico y colocó una brújula orientada en línea con el cable. Al cerrar el interruptor, la aguja de la brújula se ponía perpendicular al cable. Si la corriente iba en sentido contrario, la brújula se orientaba en sentido contrario. Así, concluyó que el hilo conductor de la corriente se comporta como un imán. Al cambiar el sentido de la corriente, cambia el sentido de su comportamiento magnético, es decir, se intercambian los polos magnéticos. Un electroimán es un imán que funciona por acción de la corriente eléctrica.

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EVALUACIÓN DE CONTENIDOS

ESTÁNDARES DE APRENDIZAJE Y SOLUCIONES

N

CONTROL A: SOLUCIONES 1

ELECTROSCOPIO

VERSORIO Contacto

Tapón de corcho

Escala

Bola metálica

Lámina fija Lámina móvil

Barra metálica

Láminas metálicas

El electroscopio y el versorio se utilizan para detectar la presencia de carga eléctrica. En ambos casos la detección se puede realizar por contacto o por inducción 2

a) Un pararrayos se basa en un fenómeno eléctrico. El extremo del pararrayos atrae el rayo, cuyas cargas son conducidas hasta que llegan bajo el suelo, a tierra. De esta forma se descarga sin producir daño. b) Las auroras boreales son fenómenos con base magnética. Las partículas cargadas procedentes del Sol son atraídas por el imán terrestre y se acumulan cerca de los polos geográficos porque ahí están los polos magnéticos del imán terrestre. Las auroras boreales son las que se observan en el polo norte, y las australes, las que tienen lugar en el polo sur. c) Los detectores de metales utilizados en la industria tienen un fundamento magnético. Se trata de imanes que atraen a las partículas metálicas. d) Los calambres que recibimos al bajarnos de un coche en movimiento son fenómenos eléctricos. Se trata de pequeñas descargas de electricidad estática que se acumulan al rozar el metal con el aire.

3

Responderemos ambas cuestiones teniendo en cuenta la expresión de la ley de Coulomb: Q1 ? Q 2 d2 a) Si se triplica la distancia entre ambos cuerpos, la fuerza eléctrica se reduce a la novena parte: F=K?

F=K?

Q1 ? Q 2 Q1 ? Q 2 1 =K? = F 9 (3 ? d ) 2 9 ? d2

b) Si la carga eléctrica de cada cuerpo se reduce a la tercera parte, la fuerza eléctrica también se reduce a la novena parte: Q1 Q 2 ? Q1 ? Q 2 1 Q1 ? Q 2 1 F=K? =K? 3 23 = K? = F 2 9 9 d d d2 4

S

N

N

S

N

S

Para construir un imán a partir de una barra metálica podemos frotar la barra con otro imán, siempre en el mismo sentido. Otra opción sería enrollar la barra con un cable y hacer pasar por ella una corriente eléctrica (en este caso construiríamos un electroimán) 5

Al cerrar el interruptor del circuito, la corriente eléctrica circula por la bobina de la derecha y el anillo de hierro se magnetiza. Se induce así una corriente eléctrica en la bobina de la izquierda que influye en la brújula. Veríamos como se desvía la aguja de la brújula. Si desconectáramos el interruptor la aguja de la brújula se desviaría en sentido contrario. Este circuito está basado en la experiencia de Faraday.

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NOTAS

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EVALUACIÓN POR COMPETENCIAS

FUERZAS ELÉCTRICAS Y MAGNÉTICAS

Nombre:

Curso:

Fecha:

EVALUACIÓN POR COMPETENCIAS

¿Cómo influyen los conocimientos de electromagnetismo en otras disciplinas, como la ciencia de materiales? Desde hace mucho tiempo, se sabe en física que la electricidad y el magnetismo son dos caras de la misma moneda. Las ondas en el espacio libre, tales como la luz visible o las ondas de radio, siempre están formadas por un componente eléctrico y otro magnético. Pero, sin embargo, en lo que se refiere a las propiedades de los materiales, la electricidad y el magnetismo son vistos como cuestiones separadas. Hay materiales con propiedades magnéticas que reaccionan a los campos magnéticos, y hay materiales con propiedades eléctricas que pueden ser influenciados por los campos eléctricos. Se dice que un imán tiene un campo magnético, pero no presenta un campo eléctrico. En un cristal piezoeléctrico, por otro lado, pueden generarse campos eléctricos, pero no campos magnéticos. Sectores tecnológicos actuales de primer orden, como es el de la microelectrónica, se basan en la interacción entre la materia y el electromagnetismo. Las señales electromagnéticas pueden procesarse y almacenarse en materiales especialmente diseñados al efecto. En la ciencia de los materiales normalmente se han estudiado los efectos eléctricos y magnéticos por separado. Sin embargo, hay materiales extraordinarios, llamados multiferroicos, en los que las excitaciones eléctricas y magnéticas están estrechamente entrelazadas. Un equipo de la Universidad Tecnológica de Viena ha mostrado en un experimento que las propiedades magnéticas y sus excitaciones pueden ser influenciadas por un voltaje eléctrico. Hay muchas ideas para encontrarle aplicaciones futuras a este des-

1

Resume en un par de líneas la idea central que transmite el texto.

2

¿Cómo se ha entendido tradicionalmente la electricidad y el magnetismo en la ciencia de materiales?

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cubrimiento: combinando las ventajas respectivas de los efectos magnéticos y de los eléctricos, tenemos nuevos materiales magnetoeléctricos, que podrían ser usados en un futuro en nuevos tipos de amplificadores, transistores, sensores, etc. Fuente: Adaptado de http://noticiasdelaciencia.com

3

¿En qué consisten los materiales magnetoeléctricos?

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Nombre:

4

Curso:

Responde a las siguientes cuestiones:

7

a) ¿Quién descubrió la relación entre electricidad y magnetismo?

Fecha:

Dos cuerpos cargados de + 5 nC que están en el aire, separados una distancia de 10 cm: a) Elabora en tu cuaderno un esquema con las fuerzas que intervienen.

b) Describe el experimento que permitió este descubrimiento.

b) Halla el valor de la fuerza eléctrica que existe entre ellos.

5

¿Qué diferencia hay entre un imán y un electroimán? Relaciona las imágenes siguientes con cada uno de ellos. A

6

Cita tres fenómenos naturales en el que se ponga de manifiesto la electricidad o el magnetismo.

9

¿Qué opinas sobre la evolución del conocimiento científico sobre el electromagnetismo?

10

Ahora que tienes más información, contesta:

B

S

a)

8

N

b)

¿Verdadero falso? Razona tu respuesta. «Un imán puede producir una corriente eléctrica, y una corriente eléctrica de puede comportar como un imán»

¿Cómo influyen los conocimientos de electromagnetismo en otras disciplinas, como la ciencia de materiales?

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EVALUACIÓN POR COMPETENCIAS

ESTÁNDARES DE APRENDIZAJE Y SOLUCIONES

Competencia que se trabaja

Criterio

B4‑11.1. Comprueba y establece la relación entre el paso de corriente eléctrica y el magnetismo, construyendo un electroimán.

1, 2, 3, 4

Comunicación lingüística

B4‑11. Comparar los distintos tipos de imanes, analizar su comportamiento y deducir mediante experiencias las características de las fuerzas magnéticas puestas de manifiesto, así como su relación con la corriente eléctrica. B4‑8. Conocer los tipos de cargas eléctricas, su papel en la constitución de la materia y las características de las fuerzas que se manifiestan entre ellas.

B4‑8.2. Relaciona cualitativamente la fuerza eléctrica que existe entre dos cuerpos con su carga y la distancia que los separa, y establece analogías y diferencias entre las fuerzas gravitatoria y eléctrica.

8

B4‑9. Interpretar fenómenos eléctricos mediante el modelo de carga eléctrica y valorar la importancia de la electricidad en la vida cotidiana.

B4‑9.1. Justifica razonadamente situaciones cotidianas en las que se pongan de manifiesto fenómenos relacionados con la electricidad estática.

9

B4‑10. Justificar cualitativamente fenómenos magnéticos y valorar la contribución del magnetismo en el desarrollo tecnológico.

B4‑10.1. Reconoce fenómenos magnéticos identificando el imán como fuente natural del magnetismo y describe su acción sobre distintos tipos de sustancias magnéticas.

6

B4‑11. Comparar los distintos tipos de imanes, analizar su comportamiento y deducir mediante experiencias las características de las fuerzas magnéticas puestas de manifiesto, así como su relación con la corriente eléctrica.

B4‑11.1. Comprueba y establece la relación entre el paso de corriente eléctrica y el magnetismo, construyendo un electroimán

6, 7

B4‑11. Comparar los distintos tipos de imanes, analizar su comportamiento y deducir mediante experiencias las características de las fuerzas magnéticas puestas de manifiesto, así como su relación con la corriente eléctrica.

B4‑11.1.Comprueba y establece la relación entre el paso de corriente eléctrica y el magnetismo, construyendo un electroimán.

Competencia matemática y competencias básicas en ciencia y tecnología

Sentido de iniciativa y emprendimiento

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Estándares de aprendizaje

B4‑11.2. Reproduce los experimentos de Oersted y de Faraday, en el laboratorio o mediante simuladores virtuales, deduciendo que la electricidad y el magnetismo son dos manifestaciones de un mismo fenómeno.

Actividades

5

10, 11

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EVALUACIÓN POR COMPETENCIAS: SOLUCIONES 1

2

Combinar electricidad y magnetismo permite desarrollar nuevos materiales magnetoeléctricos.

Los materiales magnetoeléctricos son aquellos que cuentan tanto con propiedades magnéticas como eléctricas. Ambas propiedades están íntimamente relacionadas.

4

a) El físico danés Hans Christian Oersted (1777‑1851) descubrió esta relación. b) Oersted construyó un circuito eléctrico y colocó una brújula orientada en línea con el cable. Al cerrar el interruptor, la aguja de la brújula se ponía perpendicular al cable. Si la corriente iba en sentido contrario, la brújula se orientaba en sentido contrario. Así se percató de que la corriente eléctrica orientaba la aguja de la brújula. Por tanto, el hilo conductor de la corriente se comportaba como un imán. a) Electroimán.

5 nC

Un electroimán es un imán que funciona por acción de la corriente eléctrica. En cuanto la corriente se cesa, desaparece el efecto magnético. Por tanto, su efecto magnético es temporal, no permanente. Verdadero, el primer caso se demuestra con el experimento de Faraday, y el segundo, con el de Oersted.

+ 10 m

b) Para calcular la fuerza eléctrica aplicamos la ley de Coulomb, pasando las unidades al SI: Q1 ? Q 2 F=K? d2 N ? m 2 5 ? 10-9 C ? 5 ? 10-9 C F = 9 ? 10 9 = 2,25 ? 10-5 N ? (0,10 m) 2 C2 8

La electricidad se pone de manifiesto, por ejemplo, en los relámpagos o en los calambres que recibimos al bajar de un coche en movimiento. Un caso de magnetismo son las auroras boreales.

9

Tras leer el texto el alumno debe darse cuenta de que el conocimiento científico está en constante evolución. Esta evolución nos permite por una parte conocer mejor el mundo que nos rodea, y por otra, desarrollar nuevos productos y tecnologías que mejoran nuestra calidad de vida.

10

Las diversas disciplinas científicas están relacionadas entre sí. Es necesario que los descubrimientos de unas se abran a las demás. Solo así conseguimos optimizar nuestro conocimiento, dando pie a nuevos descubrimientos. En el caso de la ciencia de materiales, conocer las propiedades eléctricas y magnéticas de la materia ha dado lugar a novedosos materiales con muchas aplicaciones tecnológicas.

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5 nC

+

b) Imán.

Un imán es un objeto capaz de atraer a ciertos objetos metálicos, fabricados de materiales ferromagnéticos (como el hierro). El imán se magnetiza al exponerse a un campo magnético externo. El efecto magnético permanece tras desactivarse este campo externo.

6

a) Como ambas cargas tienen el mismo signo, se repelen:

Tradicionalmente se han analizado por separado las propiedades eléctricas y magnéticas de un material. Existen materiales con propiedades eléctricas y otros con propiedades magnéticas.

3

5

7

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UNIDAD 10 Electricidad y electrónica

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UNIDAD 10. Electricidad y electrónica

Guion de la unidad y sugerencias didácticas. . . . . . 392 Presentación de la unidad Objetivos Contenidos Consideraciones a tener en cuenta Competencias que se trabajan Criterios de evaluación

Enseñanza individualizada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 394 Refuerzo • Ficha 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 394 • Ficha 1 (soluciones) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 395 • Ficha 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 396 • Ficha 2 (soluciones) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 397 • Ficha 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 398 • Ficha 3 (soluciones) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 399

Profundización • Ficha 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 400 • Ficha 1 (soluciones) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 401

Ampliación • Magnitudes asociadas a la corriente eléctrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 402 • Circuito eléctrico. Ley de Ohm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 404 • Ley de Ohm. Asociación de resistencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 405 • Transformaciones energéticas en un circuito eléctrico . . . . . . . . . . . . . . . . 406 • Síntesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412 • La electricidad y el cuerpo humano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413

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Problemas resueltos • Problema resuelto 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 414 • Problema resuelto 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 415 • Problema resuelto 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 416

Experiencias • Potencia de un receptor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 417 • Efecto químico de la corriente eléctrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 418

Recursos para la evaluación de contenidos . . . . . . 419 Autoevaluación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 419 Controles • Control B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 420 • Control A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 422

Estándares de aprendizaje y soluciones . . . . . . . . . . . . . . . . . 424

Recursos para la evaluación por competencias . . . 428 Prueba de evaluación de competencias • ¿Qué supone el descubrimiento de nuevos elementos? . . . . . . . . . . . . . . . 428

Estándares de aprendizaje y soluciones . . . . . . . . . . . . . . . . . 430

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10

PRESENTACIÓN Y PROGRAMACIÓN

ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA

PRESENTACIÓN

C

1. En primer lugar, y para entender el estudio de la electricidad, es necesario conocer la estructura última de la materia que ya hemos estudiado en la unidad 3. Además, hay que recurrir al estudio de los elementos de un circuito eléctrico y de sus magnitudes para poder realizar cálculos.

2.

1

Por otra parte, es necesario identificar las transformaciones energéticas que se producen en un circuito eléctrico, así como las aplicaciones de la corriente eléctrica. Destacamos aquí el campo de la electrónica, tan en auge en nuestra sociedad actual.

2

OBJETIVOS

3 •   Conocer los elementos que forman un circuito eléctrico  sencillo.

•   Conocer los factores que influyen en la resistencia eléctrica  de un material.

•   Saber qué es la intensidad de corriente, la tensión  y la resistencia eléctrica.

•   Conocer y saber colocar correctamente  un amperímetro y un voltímetro en un circuito.

•   Realizar cálculos en circuitos eléctricos aplicando  la ley de Ohm.

•   Conocer las aplicaciones de la corriente eléctrica.

•   Aprender a conectar varias resistencias y/o pilas  en serie, en paralelo y de forma mixta.

•   Describir qué función cumplen los distintos componentes  de un circuito electrónico.

CONTENIDOS SABER

•   Carga eléctrica. Almacenamiento. •   Conductores y aislantes. •   Corriente eléctrica y circuitos eléctricos. •   Intensidad, tensión y resistencia eléctrica. Relación entre ellas.  Ley de Ohm. •   Cálculos en circuitos eléctricos. •   Agrupaciones de resistencias en un circuito. •   Agrupaciones de pilas en un circuito. •   Aplicaciones de la corriente eléctrica. Efectos de la corriente. •   La electrónica. Componentes electrónicos en un circuito.

SABER HACER

•   Resolver problemas numéricos en los que aparezcan las distintas magnitudes  tratadas en la unidad, como son intensidad de corriente, tensión o resistencia. •   Construir y montar distintos circuitos eléctricos. •   Realizar experiencias de laboratorio que pongan de manifiesto fenómenos  como la galvanoplastia.

SABER SER

C

1

•   Valorar la importancia que ha tenido la electricidad en el desarrollo industrial  y tecnológico de nuestra sociedad.

2

•   Fomentar hábitos destinados al ahorro de energía eléctrica.

3

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.

10

PRESENTACIÓN Y PROGRAMACIÓN

ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA

CONSIDERACIONES A TENER EN CUENTA 1.   El tratamiento de la corriente eléctrica desde un punto  de vista microscópico (la corriente está formada  por un flujo continuo de electrones) puede llevarse  a cabo desde el momento en que los alumnos  conocen la teoría atómica de la materia (estudiada en la unidad 3).  2.   Introduciremos las magnitudes eléctricas y la relación  existente entre ellas, lo que nos permitirá llevar a cabo  cálculos en circuitos eléctricos. 3.   Una vez conocido por los alumnos el hecho  de que las partículas en movimiento llevan energía, 

será algo mas fácil interpretar los fenómenos energéticos  en los circuitos eléctricos. Este hecho, ayudará también  a los alumnos a comprender cómo las cargas eléctricas que circulan por un circuito pueden ceder energía en los receptores. 4.   En los apartados finales de la unidad estudiaremos  las aplicaciones de la corriente eléctrica, así como los distintos componentes electrónicos, contenidos fundamentales para entender el funcionamiento de los aparatos y dispositivos tecnológicos  que nos rodean.

COMPETENCIAS QUE SE TRABAJAN Comprensión de textos y expresión escrita

Usa las TIC

En las secciones APLICA UNA TÉCNICA y FORMAS  DE PENSAR se trabajan de forma explícita los contenidos  relacionados con la comprensión lectora y expresión  escrita, a través de un texto seguido de actividades.

En el TRABAJO COOPERATIVO se propone el uso  de cálculo para elaborar gráficas, enseñando al alumno  cómo se agrega una línea de tendencia.

Competencia científica y matemática En esta unidad, el apoyo matemático es imprescindible.  Fracciones, ecuaciones y cálculos son necesarios  para resolver los problemas numéricos de cálculos  de resistencias equivalentes, potencia, consumo  energético, etc. Por otro lado, el conocimiento de los fundamentos básicos de electricidad y de las aplicaciones derivadas  de esta hace que esta unidad contribuya de forma  importante a la consecución de las habilidades necesarias  para interactuar con el mundo físico. Los contenidos tratados posibilitan la comprensión de sucesos  cotidianos, de manera que el alumno pueda desenvolverse de forma óptima en las aplicaciones  de la electricidad.

Aprender a aprender A lo largo de toda la unidad se trabajan las destrezas  necesarias para que el aprendizaje sea lo mas autónomo  posible. Las actividades están diseñadas para ejercitar  habilidades como: analizar, adquirir, procesar, evaluar,  sintetizar y organizar los conocimientos nuevos; siempre  en un contexto real y cotidiano. Toma la iniciativa Saber cómo se genera la electricidad y sus aplicaciones  hace que el alumno se forme en habilidades propias  de la vida cotidiana como son la conexión de bombillas,  el conocimiento de los peligros de la manipulación de la electricidad y el cálculo del consumo eléctrico.  Estas habilidades despertarán el interés del alumno  por temas como la factura de la luz de casa, siendo capaz  de proponer medidas para reducir el consumo.

CRITERIOS DE EVALUACIÓN 1.   Identificar los elementos de un circuito eléctrico y los tipos  de conexión entre ellos (serie y paralelo). 2.   Explicar que es la intensidad de corriente, la tensión  y la corriente eléctrica. 3.   Resolver problemas numéricos que relacionen las distintas  magnitudes tratadas en la unidad (intensidad, tensión,  resistencia eléctrica).

4.   Construir circuitos eléctricos con varias resistencias. 5.   Calcular el consumo de cualquier aparato eléctrico a partir  de su potencia y el tiempo que ha estado funcionando. 6.  Describir los efectos de la corriente eléctrica. 7. Diferenciar los distintos componentes de un circuito electrónico, describiendo la función que cumple cada uno.

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10

REFUERZO

FICHA 1

ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA

ACTIVIDADES DE REFUERZO 1

La resistividad de la plata es más baja que la del cobre y esta menor aún que la del hierro. De esto podemos deducir:

a) El rendimiento es del 50 %, y el resto de la energía se ha degradado.

b) Los hilos de cobre siempre presentarán más resistencia que los hilos de plata, si tienen la misma longitud.

b) El rendimiento es del 20 %, y parte de la energía se transforma en calor.

c) Los hilos de cobre siempre presentarán menos resistencia que los hilos de hierro, si tienen la misma longitud.

c) El rendimiento es del 2 %, y parte de la energía se transforma en calor.

Explica cómo varía la intensidad de corriente que circula por un hilo metálico conectado a los bornes de una pila cuando:

6

d) El diámetro del hilo se duplica. En un circuito aparecen conectados en serie varios elementos: una pila de 9 V, un interruptor, una lámpara de10 X y un amperímetro.

a) Bombilla

c) Plancha

b) Batidora

d) Televisor

Sabiendo que la carga de un electrón es de 1,6 ? 10-19 C, ¿a cuántos electrones equivale la carga de 4 nC?

8

Por un conductor circula una corriente de 0,2 A. ¿Cuánto tiempo tiene que transcurrir para que la carga que lo ha atravesado sea de 2 C?

9

En el circuito de la figura, indica cuál es el voltímetro y cuál es el amperímetro. ¿Qué magnitud mide cada uno de estos aparatos?

b) La longitud del hilo se duplica. c) El diámetro del hilo se reduce a la mitad.

A diario utilizamos aparatos que transforman energía eléctrica en otros tipos de energía. Indica las transformaciones que se producen en estos:

7

a) La longitud del hilo se reduce a la mitad.

3

Una bombilla utiliza 1000 J de energía eléctrica para producir 200 J de energía luminosa. Justifica cuál es la afirmación correcta:

a) Es más barato elaborar hilos conductores de cobre que hilos de plata.

d) Los hilos de plata siempre presentarán menos resistencia que los hilos de hierro, si tienen la misma longitud. 2

5

a) Haz un esquema del circuito. b) Calcula la intensidad que circula por el circuito. c) ¿Cómo varía la lectura del amperímetro cuando colocamos otra lámpara idéntica a la primera y en serie con esta? 4

Se han realizado medidas con un amperímetro en un circuito en el que se ha ido variando el voltaje proporcionado por el generador obteniéndose: Voltaje (V)

Intensidad (mA)

1,5

80

3,0

158

4,5

241

6,0

320

7,5

402

9,0

476

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10

3

2

En una bombilla de bajo consumo aparece: 15 W‑220 V. En una normal aparece: 40 W‑220 V. Compara su consumo en 150 horas de funcionamiento. Si el precio de la energía eléctrica es de 0,08 €/kWh, ¿cuánto dinero se ahorra?

11

Un tostador tiene una potencia de funcionamiento de 1200 W. Para tostar dos rebanadas de pan está encendido durante dos minutos. a) Calcula la energía consumida por el tostador en ese tiempo. Exprésala en kWh y en julios.

a) Representa los datos en una gráfica. ¿Se cumple la ley de Ohm? b) ¿Cuál será la resistencia del circuito?

1

b) Si el precio de la energía eléctrica es de 0,08 €/kWh, calcula el coste mensual del tostador si cuatro personas toman dos tostadas al día cada una.

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D

.

10

REFUERZO

FICHA 1

ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA

ACTIVIDADES DE REFUERZO (soluciones) 1

a) Falso. No se dice nada sobre el precio.

6

b) Batidora: energía eléctrica en mecánica.

c) Falso. Dependerá del grosor de los hilos.

c) Plancha: energía eléctrica en calorífica. d) Televisor: energía eléctrica en luminosa.

d) Falso. Dependerá del grosor de los hilos. 2

a) Bombilla: energía eléctrica en luminosa.

b) Falso. Dependerá del grosor de los hilos.

a) Como la resistencia se reduce a la mitad, la intensidad de corriente se duplicará.

7

En este caso: n= 1,6 ? 10-19

c) Como la resistencia se multiplica por cuatro, la intensidad de corriente se reducirá a la cuarta parte.

8

Despejamos el tiempo de la siguiente expresión: q q 2C I= = 10 s "t= = t I 0,2 A

9

1 y 2 son amperímetros, que miden la intensidad de corriente y se colocan en serie; 3 es un voltímetro, que mide la diferencia de potencial y se coloca en paralelo.

10

Para la bombilla de bajo consumo:

d) Como la resistencia se divide por cuatro, la intensidad de corriente se hará cuatro veces mayor. 3

a)

A

C nC = 2,5 ? 1013 electrones C e-

4 nC ? 10-6

b) Como la resistencia se duplica, la intensidad de corriente se reducirá a la mitad.

E = P ? t = 15 W ?

∆V R

=

9V 10 X

E = 40 W ?

= 0,9 A

c) Como la resistencia total aumenta, la intensidad disminuye. En este caso, como la resistencia se duplica, la intensidad se reducirá a 0,45 A. 4

? 150 h = 2,25 kWh

Para la bombilla normal:

b) Aplicamos la ley de Ohm:

∆V = I ? R " I =

1 kW 103 W

DV (V) 500 400 300

1 kW 103 W

? 150 h = 6 kWh

El ahorro conseguido es: Ahorro = (6 - 2,25) kWh ? 0,08 €/kWh = 0,3 € 11

a) La energía consumida será:





• E = P ? t = 1200 W ? 2 min ?





• E = 1200 W ?

1 kW 103 W

? 2 min ?

60 s 1 min 1h

= 144 000 J

60 min

= 0,04 kWh

b) Si el tostador funciona 2 minutos al día durante 30 días, el consumo será:

200 100

E = 0,04 kWh ? 30 = 1,2 kWh

0 0

2

4

6

8

10 I (mA)

Y el precio será:

a) Sí, se cumple la ley de Ohm.

1,2 kWh ? 0,08 €/kWh = 0,384 €

b) Aplicando la ley de Ohm: R= 5

∆V I

"R=

6V 0,320 A

= 18,75 X

La respuesta correcta es la b), porque: Energía obtenida 200 R= ? 100 = ? 100 = 20 % Energía consumida 1000

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10

REFUERZO

FICHA 2

ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA

ACTIVIDADES DE REFUERZO 1

Observa el siguiente montaje:

3

Indica el sentido de la corriente en cada uno de los circuitos y señala las bombillas que lucirán y las que no. A

A

3 2

1

a) Vamos colocando diferentes materiales en A entre las placas metálicas para cerrar el circuito, ¿en qué casos se encenderá la bombilla?

2 B

Material

Se encenderá la bombilla

No se encenderá la bombilla

3 1

4

 

Clavo Lápiz de madera Papel de aluminio

2

C

Goma del pelo b) A continuación completa las siguientes frases:

3

•   El ________ y el ________ cierran el ________  porque son materiales ________. Por tanto,  la bombilla se ________. •   El ________ y el ________ no ________ el circuito  porque son materiales ________. Por tanto,  la bombilla ________. 2

  D

¿En cuál de los siguientes circuitos aparece correctamente representado el sentido de la corriente eléctrica? A

1

B 4

C

1

D

¿Cuál es el valor de la resistencia en el siguiente circuito?

10 V

 

5A

 

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D

.

10

REFUERZO

FICHA 2

ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA

ACTIVIDADES DE REFUERZO (soluciones) 1

a) La tabla queda:

D

Se encenderá la bombilla

Material

No se encenderá la bombilla

Clavo

✓

Lápiz de madera

Lucirá la única bombilla.

✓

Papel de aluminio

✓

Goma del pelo

 

1

4

  En este caso basta con aplicar la ley de Ohm. 

DV = I ? R " R =

✓

b) •   El clavo y el papel de aluminio cierran el circuito porque son materiales conductores. Por tanto, la bombilla se enciende.

10 V

•   El lápiz de madera y la goma para el pelo no cierran el circuito porque son materiales aislantes. Por tanto, la bombilla no se encenderá.

2X

 

2

  En el B. Los electrones salen del polo negativo de la pila  y vuelven a ella por el polo positivo.

3

  (El sentido representado es el convencional, no el real.)

DV I

=

10 V 5A

=2X

5A

A

2

1

3

Lucirán todas las bombillas. 2 B

3 4

1

 

No lucirá ninguna bombilla. 2 C

3 1

Lucirán las bombillas 1 y 3.

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10

REFUERZO

FICHA 3

ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA

ACTIVIDADES DE REFUERZO 1

Observa los circuitos y determina, para cada uno de ellos, cuáles son voltímetros y cuáles son amperímetros. Indícalo con la letra A o V, según corresponda.

3

En una bombilla de bajo consumo aparece marcado 15 W‑220 V. En una bombilla normal, 40 W‑220 V. a) ¿Qué dato nos proporciona información del consumo? b) ¿Qué cantidad de energía consume la bombilla de bajo consumo en 150 h de funcionamiento? Expresa el resultado en kWh.

A

c) ¿Qué cantidad de energía consume la bombilla normal en el mismo tiempo? d) Si el precio de la energía eléctrica es de 0,08 €/kWh, ¿cuál es el ahorro que supone utilizar bombillas de bajo consumo? B 4

En la última columna, calcula el gasto de cada uno de los aparatos en media hora de funcionamiento.

Aparato

Potencia (W)

C

D

Televisor

100

Lavadora

2200

Refrigerador

400

Horno microondas

800

Secador de pelo

1600

8 bombillas Plancha

2

10 cada una 2000

a) Investiga el consumo de algunos de los electrodomésticos que utilizas en tu casa y completa una tabla parecida a la anterior.

En el siguiente circuito, calcula: 2A

Gasto energético (media hora)

b) ¿En qué estancia de la vivienda se encuentran los aparatos que consumen más energía eléctrica?

R2 = 4 X

A2 5

A3

Observa los circuitos y señala en qué caso se agotarán antes las pilas.

R3 = 2 X A1 R1 = 1 X

A

5A

a) La resistencia equivalente del circuito. Dibuja el circuito equivalente con una sola resistencia.

B

b) La intensidad que marca el amperímetro A3 (aplicando la ley de Ohm). c) La diferencia de potencial en los extremos de la pila (aplicando la ley de Ohm).

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D

.

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REFUERZO

FICHA 3

ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA

ACTIVIDADES DE REFUERZO (soluciones) 1

b) 3 A, puesto que la intensidad de corriente se reparte entre las dos ramas.

Los amperímetros se colocan en serie, mientras que los voltímetros se colocan en paralelo.

c) Como conocemos el valor de la resistencia equivalente y la intensidad de corriente: 7 DV = I ? R = 5 A ? X = 11,67 V 3

A

V 3

A

a) El de la potencia eléctrica (número de vatios). b) La energía es igual a la potencia multiplicada por el tiempo:

B

E = P1 ? t = 0,015 kW ? 150 h = 2,25 kWh c) Análogamente: E = P2 ? t = 0,040 kW ? 150 h = 6 kWh

V

d) Coste 1 = 0,08 ? 2,25 = 0,18 € Coste 2 = 0,08 ? 6 = 1,848 € El ahorro que supone utilizar bombillas de bajo consumo será, pues:

C

A

V

V

D

A

Ahorro = Coste 2 - Coste 1 = = 1,848 € - 0,18 € = 1,668 € 4

A A

Aparato

A A

2

El gasto se calcula multiplicando la potencia por el tiempo de funcionamiento. Si expresamos la potencia en kW y el tiempo en horas, el consumo energético vendrá dado en kWh. E = P ? t.

a) Primero se calcula la resistencia equivalente a R2 y R3: 1 R2,3

=

1 R2

+

1 R3

=

1 4

+

1 2

=

3 4

" R2,3 =

4 3

Luego calculamos la resistencia equivalente del circuito: 4 7 RT = R2,3 + R1 = + 1 = X 3 3 7 RT = X 3

Potencia (W)

Gasto energético (media hora)

Televisor

100

0,05 kWh

Lavadora

2200

1,1 kWh

Refrigerador

400

0,2 kWh

Horno microondas

800

0,4 kWh

Secador de pelo

1600

0,8 kWh

8 bombillas

10 cada una

0,04 kWh

Plancha

1000

1,0 kWh

a) Respuesta libre. b) En la cocina: hornos, placas de vitrocerámica, lavadora… 5

A

Se agotarán antes las pilas en el circuito en que se han colocado en serie (A), pues el voltaje que proporcionan es mayor. Es decir, dan más energía a cada carga eléctrica que abandona la pila.

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PROFUNDIZACIÓN

ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA

ACTIVIDADES DE AMPLIACIÓN 1

Explica cómo deben ser las resistencias internas de los voltímetros y de los amperímetros para que nos indiquen con precisión aquellas medidas para las que han sido diseñados:

7

b) Ambas resistencias internas deben ser muy grandes.

8

Una pila de 9 V se conecta a dos resistencias en serie. Entre los extremos de la primera resistencia, R1, hay una diferencia de potencial de 2 V. La segunda resistencia, R2, vale 4 X. Calcula la intensidad de corriente y la resistencia R1.

9

En el circuito de la figura, determina la diferencia de potencial y la intensidad de corriente para cada una de las resistencias.

a) La pila se agotará antes. b) No se cumple la ley de Ohm. d) La resistencia total se reduce. 3

Elige la respuesta correcta y justifícala. El material conductor más adecuado para construir una estufa eléctrica es:

4X

b) El que presente mucha resistencia eléctrica, ya que aumenta el efecto Joule.

5X 6X

c) El que trabaje a menor potencial, ya que mejora el rendimiento. d) Cualquiera es válido siendo un material conductor. 4

Expresa en culombios el valor de la carga de 15 ? 1020 electrones.

5

Un conductor de cobre tiene una sección circular de 0,3 mm2 y una longitud de 10 m. ¿Cuánto vale su resistencia eléctrica? Resistividad del cobre: r = 1,7 ? 10-8 X ? m. Un hornillo eléctrico está conectado a la red a 230 V y circula a través de él una corriente de 2 A. La resistencia está construida mediante un hilo de cobre de 2 mm2 de sección. Contesta: ¿Cuál es la longitud del hilo? Resistividad del cobre: r = 1,7 ? 10-8 X ? m.

400 ES0000000006255 563068 Tema 10_28935.indd 400



12 V

a) El que presente poca resistencia eléctrica, ya que permite mejor el paso de las cargas.

6

10 X R4

3X R6

d) La resistencia interna del amperímetro debe ser grande y la del voltímetro, muy pequeña.

c) El voltaje suministrado por la pila se duplica.

4X R3

6X R5

c) La resistencia interna del amperímetro debe ser muy pequeña y la del voltímetro, grande.

Cuando colocamos varias lámparas en paralelo en un circuito lucen más. Por tanto:

6X R2

3X R1

a) Ambas resistencias internas deben ser muy pequeñas.

2

Halla la resistencia equivalente del circuito de la figura:

10

Dos resistencias iguales de 10 X cada una están conectadas en paralelo. A continuación se conecta en serie otra resistencia de 20 X y todo el conjunto se conecta a una batería de 30 V. Dibuja el circuito y calcula: a) La resistencia equivalente. b) La potencia disipada en la resistencia, conectada en serie, de 20 X.



c) El calor desprendido en el circuito en 30 minutos. 11

En una lámpara aparecen las indicaciones: 40 W‑220 V. Si la bombilla tiene un filamento de 1 mm2 de sección, calcula la longitud del filamento. Resistividad del material: r = 5 ? 10-3 X ? m.

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D

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PROFUNDIZACIÓN

ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA

ACTIVIDADES DE AMPLIACIÓN: SOLUCIONES 1

a) Falso.

9

Respuesta gráfica:

b) Falso.

12 V

I

c) Verdadero. d) Falso. 2

a) Verdadero.

I

b) Falso.

I1 A I3 I2

I

c) Falso.

B

d) Verdadero. 3

La b), ya que interesa producir calor: Q = R ? I2 ? t.

4

Operando obtenemos: 20

Q = 15 ? 10 electrones ? 5

6

7

La resistencia equivalente del circuito será: 1 1 1 1 = + + " R = 1,62 X R R1 R2 R3

= 240 C

1 electrón

Calculando: I 10 m R = t ? = 1,7 ? 10-8 X ? m ? S 3 ? 10-7 m2

En el nudo A:

" R = 0,57 X

I = I1 + I2 + I3. Según la ley de Ohm:

Aplicando la ley de Ohm tenemos: R=



1,6 ? 10-19 C

DV I I

"R=t?

220 V

=

2 A

" I=

R ? S

= 12941 m

t S R2,3 = R2 + R3 = 6 X + 4 X = 10 X. Así: 1

=

R2,3,4

1 R2,3

+

1 R4

I=

= 110 X " 10

" R2,3,4 = 5 X

= 7,4 A R • I1 = 3 A; • I2 = 2,4 A; • I3 = 2 A a) Las dos resistencias conectadas en paralelo equivalen a: 1 1 1 = + "R=5X R1,2 R1 R2 La resistencia equivalente es:

R5 y R6 se pueden reducir a: 1 R5,6

=

1 R5

+

R = R1,2 + R3 = 5 + 20 = 25 X 1 R6

b) Según la ley de Ohm:

= R5,6 = 2 X "

El circuito formado será: R2 = 4 X

R1

DV

30 V = = 1,2 A R 25 X La potencia disipada en la resistencia será: I=

" R = R1 + R2,3,4 + R5,6 = 3 + 5 + 2 = 10 X 8

DV

P = I 2 ? R = (1,2 A)2 ? 20 X = 28,8 W c) Según la ley de Joule:

I

Q = I2 ? R ? t = (1,2 A)2 ? 25 X ? 1800 s ? 0,24 = 15552 cal

9V 11

Calculamos la resistencia de la lámpara:

Como las resistencias están conectadas en serie:



P = DV ? I =

DV = DV1 + DV2 y I1 = I2 " DV2 = 5 V Aplicando la ley de Ohm: I=

DV2 R2

= 1,25 A; R1 =

D V1 l1

R

"R=r?

I S

" R = 806,6 X " " I = 0,16 m

= 3,2 X

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DV 2

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10

AMPLIACIÓN

FICHA 1

ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA

Nombre:  

     Curso:  

     Fecha:  

Magnitudes asociadas a la corriente eléctrica Recuerda que… •   Corriente eléctrica es un desplazamiento de cargas eléctricas a través de un material conductor   cuando existe en él un campo eléctrico o una diferencia de potencial. •   Recibe el nombre de diferencia de potencial entre dos puntos, A y B (ddp o DV = VA - VB) la energía   necesaria para trasladar una unidad de carga positiva de un punto a otro. La diferencia de potencial   también recibe el nombre de tensión, y se mide en voltios (V). •   Para conseguir un desplazamiento permanente de cargas eléctricas a través de un conductor es necesario   disponer de una ddp; para ello necesitamos una fuente productora de electricidad, es decir, un generador   eléctrico que es encargado de crear y mantener una diferencia de potencial. L  lamamos generador eléctrico a todo dispositivo capaz de transformar alguna forma de energía   en energía eléctrica. •   Llamamos intensidad de corriente eléctrica, I, a la carga eléctrica que atraviesa la sección recta   de un conductor en la unidad de tiempo: I = q/t. Su unidad en el SI es el amperio (A). •   La resistencia eléctrica, R, de un conductor es una magnitud física que indica la mayor o menor dificultad   que ofrece para permitir el paso de la corriente eléctrica. Se mide en ohmios (X).  

La resistencia de un conductor depende de su naturaleza, de su longitud (l ) y de su sección (S). I R=t S

 

1

La diferencia de potencial entre una nube y la copa de un árbol es de 103 MV. Si la descarga de un rayo es de 1,2 ? 105 mC, calcula la energía que se ha transmitido.

2

Calcula la intensidad de una corriente sabiendo que por una sección de un conductor ha circulado la carga de 6 ? 10-2 C en 3 segundos.

3

Calcula el valor de la carga eléctrica que atraviesa una sección de un conductor cuando circula por él una corriente de 2 mA durante 25 min.

4

Calcula el número de electrones que tienen que pasar por una sección transversal de un conductor en 1 s para que la intensidad de la corriente sea de 1 A. (Carga del electrón: e- = -1,6 ? 10-19 C.)

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D

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10

AMPLIACIÓN

FICHA 1

ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA

Nombre:  

     Curso:  

     Fecha:  

5

Por un conductor circula una corriente de 3 mA. ¿Cuántos culombios han circulado por el conductor en media hora?

6

Calcula la intensidad de la corriente eléctrica que circula por un conductor, sabiendo que por él pasa una carga de 7 C cada minuto.

7

Calcula la resistencia de un conductor de 50 m de longitud y 4 mm2 de sección: a) Si es de cobre.

b) Si es de aluminio.

(Resistividad del cobre: 1,7 ? 10-8 X ? m; resistividad del aluminio: 2,8 ? 10 -8 X ? m.) 8

¿Qué longitud de alambre de nicrom (aleación de níquel, cromo y hierro) de 1,2 mm de diámetro se necesita para obtener una resistencia de 4 X (tnicrom = 100 ? 10-8 X ? m)?

9

Dos hilos del mismo material tienen igual longitud y distinta sección, ¿cuál tendrá menos resistencia?

10

Calcula la resistencia de un conductor de constantán (aleación de cobre y níquel) (t = 50 ? 10-8 X ? m) en los siguientes casos: a) Longitud: 29,2 m; diámetro de la sección: 2 mm.

b) Longitud: 58,4 m; diámetro de la sección: 2 mm.

c) Longitud: 29,2 m; diámetro de la sección:  2 mm.

d) Longitud: 58,4 m; diámetro de la sección:  2 mm.

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10

AMPLIACIÓN

FICHA 2

ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA

Nombre:

Curso:

Fecha:

Circuito eléctrico. Ley de Ohm Recuerda que… • Un circuito eléctrico es un sistema en el que la corriente eléctrica procedente de un generador es utilizada en un recorrido cerrado, volviendo al generador. Los componentes de un circuito eléctrico elemental son los siguientes: – Generador: transforma alguna forma de energía en energía eléctrica. – Receptores: utilizan la energía eléctrica transformándola en otras formas de energía. – Interruptor: dispositivo que impide o permite el paso de la corriente, abriendo o cerrando el circuito. – Conductores: cables de conexión entre los distintos elementos del circuito; permiten la circulación de la corriente. • En un circuito eléctrico, el sentido real de la corriente es el del movimiento de los electrones. Estos circulan desde el polo negativo del generador al polo positivo a través de los conductores, y desde el polo positivo al polo negativo por el interior del generador. E l sentido convencional de la corriente es el que tendrían las cargas positivas si fueran estas las que se movieran por el interior del conductor. Circularían desde el polo positivo del generador al polo negativo, a través de los conductores, y desde el polo negativo al polo positivo por el interior del generador. El sentido convencional es el que se atribuye normalmente a la corriente eléctrica. • Ley de Ohm. La corriente I en un conductor es directamente proporcional a la diferencia de potencial, DV, que existe en los extremos del conductor. La constante de proporcionalidad entre I e DV recibe el nombre de resistencia R. DV



I

= R

Se cumple, por tanto: DV = I ? R. A partir de la ley de Ohm podemos definir la unidad de resistencia, el ohmio: 1 X =

1V

1A U n ohmio es la resistencia de un conductor por el que circula la corriente de un amperio cuando entre sus extremos hay una diferencia de potencial de un voltio.

1

2

Teniendo en cuenta la ley de Ohm, indica cuál de las siguientes afirmaciones es cierta. Explícalo con tus palabras. a) Si aumenta la resistencia, aumenta la tensión.

c) Si aumenta la intensidad, la resistencia es mayor.

b) Si aumenta la intensidad, aumenta la tensión.

d) Si disminuye la intensidad, disminuye la resistencia.

Representa un circuito eléctrico que contenga una pila, un interruptor y una resistencia. Sobre el esquema, indica el sentido de la corriente.

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AMPLIACIÓN

FICHA 2

ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA

Nombre:

Curso:

Fecha:

3

Describe el procedimiento que seguirías para medir la resistencia de una lámpara si para ello dispones de un voltímetro y de un amperímetro.

4

Calcula el valor de la diferencia de potencial entre los extremos de una resistencia de 5 X, si circula por ella una corriente de 0,3 A.

5

Una lámpara de 200 X de resistencia admite una intensidad máxima de corriente de 2,5 A. Calcula el voltaje máximo a que puede conectarse.

6

Un circuito consta de dos pilas iguales unidas en paralelo y conectadas a una lámpara que tiene una resistencia de 30 X. El amperímetro conectado para medir la intensidad de la corriente señala 50 mA. Se pide: a) Representar el circuito con el amperímetro y un voltímetro que mida la diferencia de potencial entre los bornes de la lámpara.

b) ¿Cuál será la lectura del voltímetro?

c) ¿Cuál es la diferencia de potencial entre los bornes de cada una de las pilas?

7

Completa la tabla siguiente, sabiendo que V, I, R cumplen la ley de Ohm en cada caso. V (V) 50

I (mA) 0,5 2,5

500

2000

400

12

30 30

100

100

1,0

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R (X)

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10

AMPLIACIÓN

FICHA 2

ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA

Nombre:  

8

     Curso:  

     Fecha:  

L

Dibuja el esquema de un circuito que tenga: una pila de 5 V, una resistencia de 50 X, un amperímetro y un voltímetro.

R

•

 

 

   

Calcula: a) La intensidad que circulará por el circuito.

•

  b) La resistividad de la resistencia de 50 X si tiene una longitud de 0,5 m y una sección de 1 mm2.

 

c) Los culombios que atraviesan el circuito en 20 s.

 

d) El valor de la intensidad de la corriente, sabiendo que en una milésima de segundo han circulado   por el circuito 1018 electrones.

9

Calcula la tensión a la que está conectado un calentador sabiendo que la resistencia eléctrica es de 110 X y que circula una intensidad de corriente de 2 A.

10

Por una lámpara conectada a 230 V de tensión circula una corriente de 1,5 A. Calcula: a) La resistencia de la lámpara.

b) La carga eléctrica que ha circulado por la lámpara en un minuto.

c) La tensión a la que se debe conectar la lámpara si la intensidad de la corriente aumenta un 15 %.

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AMPLIACIÓN

FICHA 3

ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA

Nombre:  

     Curso:  

     Fecha:  

Ley de Ohm. Asociación de resistencias Recuerda que… •   Dos o más resistencias están conectadas en serie cuando por todas ellas circula la misma   intensidad de corriente.   –   La diferencia de potencial entre los extremos de una asociación de resistencias en serie   es igual a la suma de las diferencias de potencial entre los extremos de cada una de ellas.   –   La resistencia equivalente de un conjunto de resistencias en serie es la suma de todas ellas. Serie R1

b

R2

a

Req c

a

c

I

I = I1 = I2;

I

DVtotal = DV ? R1 + DV ? R2;

Requivalente = R1 + R2

•  D   os o más resistencias están colocadas en paralelo o derivación cuando en los extremos de todas ellas   existe la misma diferencia de potencial.   –   La intensidad de la corriente eléctrica que circula por la rama principal es igual a la suma   de las intensidades que circulan por cada una de las ramas secundarias.   –   La inversa de la resistencia equivalente de dos o más resistencias conectadas en paralelo es la suma   de las inversas de cada una de ellas. R1

Paralelo I1 b I2 I

a I1 I2 I

Req a

b I

R2

;

DV ? R1 = DV ? R2

 

1

I = I1 + I2

;

1 Requivalente

=

1 R1

+

1 R2

Calcula el valor de la resistencia equivalente en los casos siguientes: a) Tres resistencias en serie de 2 X, 4 X y 6 X.

b) Dos resistencias en paralelo de 5 X y 20 X.

2

Si tres lámparas iguales se conectan a un mismo generador: a) En serie.

b) En paralelo.

¿En qué caso lucen más las lámparas? ¿Qué sucede, en cada caso, si se funde una lámpara?

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AMPLIACIÓN

FICHA 3

ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA

Nombre:

3

Curso:

Fecha:

T

Dos resistencias, R1 = 200 X y R2 = 300 X, están conectadas en serie a los bornes de una pila. Calcula la diferencia de potencial entre los bornes de la pila, sabiendo que la caída de potencial en la resistencia R1 es de 4 V.

R

•

4

Un circuito está formado por cuatro resistencias de 1, 3, 5 y 7 X conectadas en serie con un generador que produce una diferencia de potencial entre sus bornes de 120 V. Calcula: a) La resistencia equivalente.

• b) La intensidad de la corriente que circula por cada resistencia.

c) La caída de potencial en cada resistencia.

• 5

Si dos resistencias están conectadas en paralelo y R1 es mayor que R2. ¿En qué resistencia será mayor la intensidad? Razona la respuesta.



•

6

Un circuito está formado por un generador y dos resistencias en paralelo: R1 = 40 X y R2 = 60 X. a) Determina su resistencia equivalente.

b) Calcula la diferencia de potencial entre los extremos de cada resistencia, sabiendo que por la resistencia R1 circulan 0,3 A.

c) Calcula la intensidad total del circuito.

7

En el circuito de la figura, determina: a) La resistencia equivalente.

12 V - +

b) La intensidad que circula por cada resistencia. R3 = 4 X

c) La diferencia de potencial entre los extremos de cada resistencia.

R1 = 10 X

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R2 = 2 X

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10

AMPLIACIÓN

FICHA 4

ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA

Nombre:

Curso:

Fecha:

Transformaciones energéticas en un circuito eléctrico Recuerda que… • La energía, E, que suministra el generador de un circuito se emplea para producir el trabajo de transportar las cargas eléctricas de un punto A a otro B del circuito. Es igual a la carga q que transporta del punto A al B por la diferencia de potencial que existe entre ellos. E = (VA - VB ) ? q = V ? q – V: diferencia de potencial en voltios (V).

– E: energía suministrada en julios (J). – q: carga transportada en culombios (C).

• La energía eléctrica consumida en una resistencia la obtenemos teniendo en cuenta la definición de intensidad de corriente y la ley de Ohm: I = q/t

;

;

V=R?I

E=V?I?t

;

E = R ? I2 ? t

E, en el SI, se mide en julios (J), pero también se emplea el kilovatio hora (kWh) 1 kWh = 3,6 ? 106 J • La potencia eléctrica es la energía producida, consumida o transferida en la unidad de tiempo: P = E/t. La unidad de potencia es el vatio (W); 1 W = 1 J/1 s. P or tanto, la potencia eléctrica que consume una resistencia la obtendremos con las siguientes ecuaciones: P = V ? I; P = R ? I 2. • Ley de Joule. La cantidad de calor, Q (energía calorífica), que se produce en una resistencia, R, por el paso de una corriente, I, es proporcional al cuadrado de la intensidad, a la resistencia y al tiempo.

1 J = 0,24 cal

;

Q = 0,24 ? P ? t = 0,24 ? V ? I ? t = 0,24 ? R ? I 2 ? t

1

Una lámpara se conecta a una diferencia de potencial de 125 V. Si durante media hora circula por ella una corriente de 2,5 A, ¿qué cantidad de energía consume?

2

Un radiador de 1250 W de potencia ha estado encendido durante tres horas y media a una tensión de 230 V. Calcula: a) La corriente que ha pasado por él.

b) La cantidad de calor desprendida.

3

Calcula la potencia de un secador eléctrico conectado a una tensión de 230 V, sabiendo que la intensidad de la corriente que circula por él es de 2,5 A.

4

Calcula la energía que consumen los siguientes aparatos: a) Una aspiradora de 600 W que funciona durante 25 min.

b) Un horno de 3000 W funcionando durante dos horas.

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10

AMPLIACIÓN

FICHA 4

ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA

Nombre:

5

Curso:

Fecha:

Un horno microondas de 750 W está conectado a una tensión de 230 V. Calcula: a) La intensidad de corriente.

b) La energía consumida en una hora y media.

c) El coste de la energía consumida si el precio del kWh es de 0,18 €.

6

¿Cómo varía la energía producida en una resistencia si la corriente que circula por ella se hace el doble?

7

Una lámpara de incandescencia lleva la inscripción 60 W‑230 V. Calcula: a) La intensidad de la corriente que circula por ella.

b) Su resistencia.

c) La energía consumida en una hora y media, expresada en kWh.

d) El coste de funcionamiento durante dicho tiempo, si el kWh vale 0,18 €.

8

¿Cuánto cuesta la energía consumida en un mes por tres lámparas de 100 W cada una, si están encendidas durante cuatro horas? (El precio del kWh es de 0,18 €.)

9

¿Cómo variará la resistencia de un conductor para que la corriente permanezca constante si la tensión se triplica?

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AMPLIACIÓN

ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA

Nombre:

10

FICHA 4

Curso:

Fecha:

Indica si son verdaderos (V) o falsos (F) los siguientes enunciados: La potencia eléctrica es proporcional a la intensidad de la corriente y a la diferencia de potencial. La energía eléctrica se disipa en forma de calor en las resistencias. El calor desarrollado por el efecto Joule es solamente proporcional al cuadrado de la intensidad y a la resistencia del conductor. El kilovatio hora (kWh) es una unidad de potencia. La potencia consumida por una resistencia es directamente proporcional al cuadrado de la tensión. Un julio equivale, en el SI, a un vatio ? segundo (W ? s). La energía disipada por el efecto Joule disminuye con el tiempo.

11

Una plancha tiene una potencia de 1500 W. Calcula: a) La resistencia que ofrece al paso de la corriente si la plancha está conectada a una tensión de 230 V.

b) La energía, en kWh, que consume en una hora.

c) El coste de dicha energía si el precio del kWh es 0,18 €.

d) La cantidad de calor que ha desprendido la plancha, suponiendo que el 90 % de la energía eléctrica se transforma en calor.

12

En una vivienda funcionan diariamente los aparatos siguientes durante el tiempo que se señala: •  Lámparas: 5 de 10 W y 10 de 4 W, conectadas 4 horas. •  Frigorífico de 500 W funcionando su motor 5 horas. •  Lavadora de 2 kW durante 1 hora. •  Televisor de 200 W durante 3 horas. •  Otros electrodomésticos: 200 W durante 2 horas. Calcula: a) El consumo en kWh de energía eléctrica durante un mes de 30 días.

b) La potencia contratada con la compañía eléctrica suministradora. ¿Qué ocurre si se contrata menos potencia de la necesaria?

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L d S d p l

LA ELECTRICIDAD

se produce gracias a la existencia de

se describe usando diferentes magnitudes

intensidad

potencia eléctrica

que circulan por

cuya transferencia permite

se mide con se mide con se mide con

formado por

L da lugar a

o también se emplea el

la electrización de los cuerpos

óhmetro

determinan

produce la corriente

descritas por

transforman la electricidad

que

que

conducen la corriente

E

en

no circula por

que puede ser

formada por

L e d c e q

que

E e y relacionadas con

electrones

alterna

calor

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Fecha: Curso: Nombre:

L Síntesis

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FICHA 5

ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA

10

AMPLIACIÓN

I

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10

AMPLIACIÓN

FICHA 6

ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA

Nombre:

Curso:

Fecha:

La electricidad y el cuerpo humano Los daños causados por una descarga eléctrica dependen de la intensidad de corriente que circula por el cuerpo. Según la ley de Ohm (I = (VA – VB)/R), para una diferencia de potencial fija, la intensidad que circula es inversamente proporcional a la resistencia del camino. Se suele tomar la cantidad de 50 voltios como máxima tensión permisible

de contacto, y es la diferencia de potencial que puede soportar el ser humano sin sufrir lesiones. Como la instalación de nuestras casas tiene una tensión de 230 V, habrá que tomar precauciones y no tocar los aparatos conectados a la red (secadores, televisor, neveras, lámparas, etc.) con las manos húmedas, lo que facilitaría el paso de la corriente.

Intensidades de corriente y sus efectos Rango

Intensidad de corriente (mA) 2

Primero

10 Hasta 25

Segundo

25 hasta 80

Tercero

80 hasta 5000

Cuarto

Más de 5000

Efectos

Consecuencias

Ligero cosquilleo.

Susto con movimientos incontrolados.

Entumecimiento.

Paralización de la respiración.

Aumento de la presión sanguínea.

Pérdida del conocimiento.

Fuertes calambres musculares, convulsiones.

Náuseas, rotura de huesos, falta de oxígeno.

Fibrilación ventricular.

Paro cardiaco y muerte.

Quemaduras graves, paro cardiaco.

Muerte por quemaduras.

La electricidad en la naturaleza

Aplicación

Voltaje (V)

Existen varias clases de peces que pueden producir descargas eléctricas, como la anguila. Estas descargas les sirven de protección y para conseguir alimento.

Relámpago Transporte de corriente

300 000 V

Los órganos eléctricos están situados en el caso de la anguila en la cola, compuesta de más de mil placas dispuestas en forma de columna, que originan una serie de descargas eléctricas controladas por el sistema nervioso central. El origen de esta energía eléctrica está en unas reacciones químicas que se producen en los tejidos.

Radiografías

100 000 V

En la tabla de la derecha aparecen voltajes típicos.

Usos domésticos

Bujías de automóvil

15 000 V

Tubos de neón

5000 V

Tren eléctrico

3000 V

Batería de automóvil Radiotransistor Linterna Corriente muscular

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15 000 000 V

230 V 12 V 6V 4,5 V 0,05 V

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10

PROBLEMAS RESUELTOS

ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA

PROBLEMA RESUELTO 1 En el siguiente esquema está representado un circuito mixto, es decir, un circuito en el que aparecen elementos agrupados en serie y en paralelo.

12 V

a) ¿Circulará la misma intensidad de corriente por las dos resistencias R1 y R2?

R1 = 25 X

b) ¿Circulará la misma intensidad de corriente por las dos resistencias R3 y R4?

R2 = 25 X

c) ¿Circulará la misma intensidad de corriente por las dos resistencias R1 y R4? R3 = 60 X

d) Calcula la resistencia equivalente del circuito. e) ¿Cuál es la intensidad que pasa por las resistencias R1 y R2? f) ¿Cómo variará el valor del apartado anterior si se coloca otra pila de 12 V en serie con la anterior?

R4 = 60 X

Planteamiento y resolución a) Sí, pues ambas están conectadas en serie. Todas las cargas que pasan por la resistencia R1 pasan también por la resistencia R2. b) Sí, pues aunque estén asociadas en paralelo, ambas son iguales y no hay otras resistencias conectadas con ellas.

Luego calculamos la resistencia total sumando las tres resistencias en serie: RT = R1 + R2 + Req 3-4 = 25 + 25 + 30 = 80 X e) Basta con aplicar la ley de Ohm, puesto que sabemos el voltaje y la resistencia total:

c) No, porque las cargas que pasan por R1 luego se dividen y unas pasan por R y otras por R4. d) Primero calculamos la resistencia equivalente a las que están en paralelo: 1 1 1 1 1 2 = + = + = " Req 3-4 R3 R4 60 60 60 60 " Req 3-4 = = 30 X 2

I=

DV RT

=

12 80

= 0,15 A = 15 mA

f) Como se coloca en serie, el voltaje equivalente será de 12 + 12 = 24 V. Por tanto, si se duplica el valor del voltaje, también lo hará el valor de la intensidad total que recorre el circuito, por lo que por R1 y R2 circularán 2 ? 15 = 30 mA.

ACTIVIDADES 1

Calcula la resistencia equivalente. 12 V

R1 = 10 X

R2 = 20 X

R3 = 30 X

R4 = 50 X

Sol.: 100 X 2

Calcula la resistencia equivalente. 12 V R = 30 X (todas)

3

Señala si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas y justifica tus respuestas.

a) La intensidad que recorre todas las resistencias de un circuito es la misma, independientemente del valor de las resistencias. b) La intensidad que recorre todas las resistencias de un circuito depende del voltaje del generador. c) Cuando hay dos resistencias agrupadas en paralelo, la mitad de las cargas eléctricas se van por una y, la otra mitad, por la otra.

Sol.: 20 X

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10

PROBLEMAS RESUELTOS

ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA

PROBLEMA RESUELTO 2 A una pila de 12 V se conectan en serie tres resistencias de 15, 5 y 3 X, respectivamente. Realiza un esquema del circuito formado y calcula: a) La resistencia equivalente. b) La intensidad que circula por el circuito y la que circula por cada una de las resistencias. c) El voltaje en cada una de las resistencias.

Planteamiento y resolución b) Para calcular la intensidad que circula por el circuito, aplicamos la ley de Ohm:

El circuito formado se representa así: 12 V

I

I=

DV R

=

12 V 23 X

= 0,52 A

Como las resistencias están conectadas en serie, la intensidad en todas ellas es la misma: I = I1 = I2 = I3 = 0,52 A R1

R2

R3

a) Las resistencias están conectadas en serie, por tanto, la resistencia equivalente valdrá:

c) La diferencia de potencial en cada una de las resistencias depende de su valor. Aplicamos la ley de Ohm a cada una de las resistencias: •  DV1 = I ? R1 = 0,52 A ? 15 X = 7,8 V •  DV2 = I ? R2 = 0,52 A ? 5 X = 2,6 V

R = R1 + R2 + R3 = 15 X + 5 X + 3 X = 23 X

•  DV3 = I ? R3 = 0,52 A ? 3 X = 1,6 V

ACTIVIDADES 1

En el circuito de la figura, calcula:

3

En el circuito de la figura: 230 V

DV A 0,3 A R1

A

R2 =15 X 84 X R

12 V V

105 V

V

V

a) El valor de la resistencia R1.

a) ¿Cuánto marca el voltímetro V?

b) La diferencia de potencial en R2.

b) ¿Cuánto marca el amperímetro A?

c) DV entre los extremos de la pila.

c) ¿Cuánto vale la resistencia R?

Sol.: a) 40 X; b) 4,5 V; c) 16,5 V 2

Una bombilla conectada a 230 V deja pasar por ella una intensidad de corriente de 1,5 A. Calcula: a) La resistencia que tiene la bombilla. b) La carga eléctrica que ha circulado por la misma en 1 hora. Sol.: a) 153,3 X; b) 5400 C

Sol.: a) 125 V; b) 1,25 A; c) 100 X 4

A una pila de 12 V se conectan en serie tres resistencias de 10, 15 y 5 X, respectivamente. Calcula la intensidad de corriente y la diferencia de potencial en cada una de las resistencias.

Sol.: 0,4 A; 4 V; 6 V; 2 V

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V

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10

PROBLEMAS RESUELTOS

ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA

P

PROBLEMA RESUELTO 3 En el casquillo de una bombilla aparece la inscripción 230 V‑40 W. Con estos datos, calcula: a) La intensidad de corriente que pasa por la bombilla cuando se conecta a la tensión indicada. b) La resistencia de la bombilla. c) La energía eléctrica consumida en 8 horas de funcionamiento, expresada en kWh. d) La cantidad de calor irradiada por la bombilla en 1 minuto de funcionamiento. e) Si la bombilla se conecta a una tensión de 110 V, ¿desarrollará la misma potencia?

Planteamiento y resolución Las indicaciones que aparecen significan:

de tiempo. Si la bombilla ha estado funcionando durante 8 h: 1 kW E = P ? t = 40 W ? 3 ? 8 h = 0,32 kWh 10  W

•   La tensión máxima a la que se puede conectar: DV = 220 V. •  La potencia eléctrica: P = 40 W. a) La intensidad de corriente que circula por la bombilla cuando se conecta a dicha tensión es: P 40 W I= = = 0,18 A 230 V DV b) La resistencia de la bombilla la calculamos aplicando la ley de Ohm: R=

DV I

=

230 V 0,18 A

= 1278 X

 M

1

d) El calor que desprende una resistencia se puede determinar aplicando la ley de Joule: Q = I 2 ? R ? t = (0,18 A)2 ? 1278 X ? 60 s ? 0,24 cal/J = = 596,26 cal e) La potencia desarrollada depende de la tensión:  P = DV ? I. Por tanto, conectada a 110 V desarrollará menor potencia: 1102 X DV DV 2 P = DV ? I = DV ? = = " P = 9,5 W 1278 R R

2

3

Esto se traduce en que la bombilla luce menos.

c) La potencia eléctrica equivale a la cantidad de energía  eléctrica consumida por la bombilla en la unidad 

4

ACTIVIDADES 1

Un calefactor de 1250 W de potencia funciona durante 1 hora y 40 minutos. La resistencia de la máquina es de 100 X. Calcula:

3

a) La intensidad de corriente que circula. b) Si el 70 % de la energía consumida se desprende en forma de calor, determina la cantidad de calor que se desprende en ese tiempo.

Sol.: 0,144 €

Calcula la resistencia de:

Un hornillo tiene las siguientes especificaciones: 520 W‑230 V. Si se conecta a 230 V, resuelve y determina:

a) Una bombilla de 100 W‑230 V.

a) La intensidad que circula por el hornillo.

b) Una plancha de 850 W‑230 V.

b) Su resistencia.

c) ¿En cuál de los aparatos se produce más cantidad de calor?

c) La energía calorífica desprendida en el hornillo en 25 minutos.

Sol.: a) 529 X; b) 62,2 X; c) En la plancha

Sol.: a) 2,26 A; b) 101,7 X; c) 186999 cal

Sol.: a) 3,53 A; b) 1,26 ? 106 cal 2

Al salir de casa, olvidamos apagar el televisor. Si la potencia consumida del aparato es de 300 W y estamos fuera de casa durante 6 horas, ¿cuánto nos habrá costado el descuido? El precio de la energía eléctrica es de 0,08 €/kWh.

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4

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D

.

10

EXPERIENCIAS

FICHA 1

ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA

Potencia de un receptor Material

OBJETIVO

•   Un generador (pila o fuente  de alimentación).

Utilizar el voltímetro y el amperímetro para llegar a deducir cuál es la potencia eléctrica de un receptor.

•   Amperímetro. •   Voltímetro (o polímetros  en su defecto).

•   Varias lámparas (del mismo valor,  a ser posible).

•   Interruptores para controlar el paso  de la corriente.

•   Hilos conductores.

PROCEDIMIENTO Monta un circuito eléctrico con varias lámparas, amperímetros y voltímetros. 1. Primero monta un circuito sencillo con un generador (una pila o una fuente de alimentación), una sola lámpara, un amperímetro conectado en serie y un voltímetro conectado en paralelo. Anota la lectura que ofrecen el amperímetro y el voltímetro. 2. A continuación añade una segunda lámpara en serie con la primera. De nuevo, anota la lectura del voltímetro y del amperímetro. •  ¿Ha variado la lectura ofrecida por el amperímetro? •  ¿Y la ofrecida por el voltímetro? •  ¿Ha variado la intensidad luminosa emitida por las lámparas respecto al primer circuito? 3. Ahora añade una tercera lámpara en paralelo con una de las lámparas anteriores. Vuelve a observar las lámparas y anota nuevamente la lectura del amperímetro y del voltímetro. 4. Recoge todos los resultados del experimento en una tabla. RESISTENCIA 1 I (A)

DV (V)

RESISTENCIA 2 I (A)

DV (V)

RESISTENCIA 3 I (A)

DV (V)

Circuito 1 Circuito 2 Circuito 3

CUESTIONES 1

Para cada uno de los circuitos montados en esta experiencia, calcula la potencia para cada receptor. En este caso se puede emplear la expresión: P = DV ? I

2

Cuando conectamos una lámpara en paralelo con otra, la intensidad de corriente por ellas aumenta, lo que se deja notar por el aumento de la intensidad luminosa emitida. En este caso, ¿crees que la energía consumida por las lámparas aumentará también?

3

Contesta: a) Entonces, ¿qué ocurrirá con el generador? b) Si es una pila, ¿tardará más o menos tiempo en agotarse?

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10

EXPERIENCIAS

FICHA 2

ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA

Efecto químico de la corriente eléctrica OBJETIVO Algunas reacciones químicas solo se pueden llevar a cabo por acción de la corriente eléctrica. En esta práctica verás un ejemplo de estas reacciones en el que se recubre un metal de otro metal; el proceso se llama galvanoplastia.

Material •   Fuente de corriente continua que permita obtener entre  3 y 6 V. En su defecto, se puede utilizar una pila de petaca. •   2 cables de conexión con pinzas de cocodrilo. •   Soporte con dos pinzas. •   Electrodo de grafito (se podría sustituir por una mina de lápiz gruesa). •   Vaso de precipitados de 250 mL. •   Disolución acuosa de sulfato de cinc (ZnSO4) al 5 %. •   Varias monedas de 1, 2, 5, 10 o 20 céntimos de euro. •   Pinzas de madera. PROCEDIMIENTO 1

Montaje y pasos previos Las monedas deben estar bien limpias. Si no son nuevas, lávalas con agua y jabón, frotando para eliminar los restos orgánicos o de grasa que tengan adheridos. 1. Vierte la disolución de sulfato de cinc en el vaso de precipitados. Sujeta una moneda con una pinza e introdúcela en la disolución del vaso. 2. Déjala entre 3 y 5 minutos y comprobarás que la moneda no cambia de color.

2

Galvanoplastia

1

2

1. Con el cable y la pinza de cocodrilo, conecta el electrodo de grafito al polo positivo de la fuente de corriente continua. 2. Utilizando una de las pinzas del soporte, coloca este electrodo dentro del vaso de precipitados de forma que no se mueva. 3. Introduce el otro cable en la pinza de cocodrilo que sujeta la moneda y conecta su otro extremo al polo negativo de la fuente. 4. Conecta la fuente de tensión a 3 V [1] y espera 2 minutos [2]. Apaga y saca la moneda. Verás que la parte sumergida está recubierta de un metal de color plateado: es cinc. 5. Repite el procedimiento utilizando otras monedas. Haz que varíe el voltaje o el tiempo que permanecen sumergidas. Verás que la cantidad de cinc que se deposita en la moneda es mayor cuanto mayor es el voltaje o más tiempo transcurre.

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D

ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA

Nombre:

Curso:

Fecha:

AUTOEVALUACIÓN 1

La corriente en la que las cargas se mueven siempre en el mismo sentido se denomina:

6

¿Qué unidades tiene la resistividad? a) Ω

a) Corriente eléctrica.

b) Ω ? m

b) Corriente continua.

c) Ω ? m2

c) Corriente alterna. 7 2

En un circuito eléctrico: a) Los electrones salen del polo positivo y se mueven hacia el negativo. b) Los electrones salen del polo negativo y se mueven hacia el positivo. c) Depende del sentido de la corriente en el circuito.

3

La expresión matemática de la ley de Ohm es: I a) DV = R R b) I = DV c) DV = I ? R

8

Indica cómo están conectadas las resistencias del siguiente circuito eléctrico:

Indica cuál de las siguientes afirmaciones es falsa para un circuito con varios elementos en paralelo: a) La inversa de la resistencia equivalente a las resistencias que están en paralelo es igual a la suma de las inversas de cada una de ellas. b) La intensidad total que llega a la derivación se divide en las distintas ramas. c) La diferencia de potencial es la suma de las diferencias de potencial de todos los elementos del circuito.

a) En serie. b) En paralelo. c) R1 y R2 están en paralelo, y la resistencia equivalente de ambas se encuentra en serie con R3. 4

b) Resistencia. c) Intensidad de corriente. Para medir la diferencia de potencial en un elemento de un circuito, por ejemplo, el voltímetro se debe colocar:

Un alternador es un ejemplo de: a) El efecto magnético de la corriente eléctrica. b) El efecto mecánico de la corriente eléctrica.

La magnitud eléctrica que representa la carga eléctrica que atraviesa una sección del conductor en la unidad de tiempo, se denomina: a) Diferencia de potencial.

5

9

c) El efecto térmico de la corriente eléctrica. 10

El componente electrónico que permite almacenar carga eléctrica y usarla cuando se necesite, generando una corriente eléctrica, recibe el nombre de: a) Condensador. b) Diodo. c) Transistor.

a) En serie con el elemento. b) En paralelo con el elemento c) Depende del tipo de conexión de elementos en el circuito.

1 b, 2 b, 3 a, 4 c, 5 b, 6 b, 7 c, 8 c, 9 a, 10 a SOLUCIONES

.

10

EVALUACIÓN DE CONTENIDOS

DÍA A DÍA EN EL AULA FÍSICA Y QUÍMICA 3.° ESO Material fotocopiable © Santillana Educación, S. L.

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10

EVALUACIÓN DE CONTENIDOS

ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA

Nombre:  

     Curso:  

     Fecha:  

CONTROL B 1

Dibuja el esquema de un circuito eléctrico que contenga: •  Una pila. •  Un interruptor. •  Una bombilla. a) Marca con una flecha, sobre el dibujo, el sentido   de la corriente eléctrica. b) Coloca un amperímetro y un voltímetro que midan   el voltaje en los extremos de la bombilla y la intensidad  de corriente que la atraviesa.

2

En el circuito de la figura, calcula: A3 R3 = 3 X

5 A R1 = 1 X

R4 = 6 X A2 R2 = 2 X V

a) La resistencia equivalente del circuito.       b) La intensidad de corriente que marca el amperímetro 2.       c) La diferencia de potencial en los extremos de la pila.       d) La intensidad de corriente que marca el amperímetro 3.      

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D

.

Nombre:  

3

     Curso:  

     Fecha:  

Un tostador tiene una potencia de funcionamiento de 1200 W a 230 V. Si para tostar dos rebanadas de pan está encendido durante dos minutos, calcula: a) La intensidad de corriente que circula por el tostador cuando está encendido.     b) La energía consumida por el tostador en ese tiempo, expresándola en kilovatios hora y en julios.     c) Si el precio de la energía eléctrica es de 0,18 €/kWh, calcula el coste mensual del tostador   si cuatro personas toman al día dos tostadas cada una.    

4

Determina cuál de los siguientes materiales presenta mayor resistencia eléctrica: a) Un hilo de cobre de 20 cm de longitud y 2 mm de diámetro.   b) Una barra de cobre de 20 cm de longitud y 2 cm de diámetro.   c) Un hilo de cobre de 20 m de longitud y 2 mm de diámetro.   d) Un hilo de algodón de 20 m de longitud y 2 mm de sección.   Justifica tu respuesta.        

5

¿Cuáles de los siguientes electrodomésticos basan su funcionamiento en el efecto Joule? •  El televisor

•  La plancha

•  El calefactor

•  La nevera

Justifica tu respuesta.          

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10

EVALUACIÓN DE CONTENIDOS

ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA

Nombre:

Curso:

Fecha:

CONTROL A 1

En el siguiente circuito: B

A

1

4

2

3

C

6

5

a) Marca el recorrido de la corriente eléctrica y señala cuáles de las bombillas se encienden.

b) ¿Cambia la situación si cerramos el interruptor B?

2

A una pila de 12 V se conectan en serie dos resistencias de 15 y 5 X y dos resistencias en paralelo de 3 X cada una. a) Realiza un esquema del montaje.

b) Calcula la resistencia equivalente.

c) Calcula la intensidad que circula por el circuito.

d) Calcula el voltaje en cada una de las resistencias.

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D

.

Nombre:

3

Curso:

Fecha:

Una bombilla de 50 W está funcionando durante 1 hora y 40 minutos. La resistencia del filamento es de de 300 X. a) Calcula la intensidad de la corriente que circula por el filamento.

b) Si el 90 % de la energía consumida se desprende en forma de calor, calcula la cantidad de calor que se desprende en ese tiempo.

c) ¿En qué se basa el funcionamiento de la bombilla?

4

Nombra algunos aparatos que incluyan un motor eléctrico en su funcionamiento y explica cómo funciona un motor eléctrico.

5

En la factura de la luz podemos leer que la potencia contratada es de 5,5 kW. Si tenemos funcionando a la vez: •  Un calefactor de 1250 W. 

•  Un lavavajillas de 2000 W.

•  6 bombillas de 60 W. 

•  Una lavadora de 1900 W.

•  Un televisor de 180 W. a) ¿Que ocurrirá?

b) ¿Qué tenemos que hacer para solucionarlo?

c) Calcula la cantidad de energía que consume el lavavajillas si está funcionando tres cuartos de hora y exprésala en kWh.

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10

EVALUACIÓN DE CONTENIDOS

ESTÁNDARES DE APRENDIZAJE Y SOLUCIONES

Criterio B5‑8. Explicar el fenómeno físico de la corriente eléctrica e interpretar el significado de las magnitudes intensidad de corriente, diferencia de potencial y resistencia, así como las relaciones entre ellas.

B5‑9. Comprobar los efectos de la electricidad y las relaciones entre las magnitudes eléctricas mediante el diseño y construcción de circuitos eléctricos y electrónicos sencillos, en el laboratorio o mediante aplicaciones virtuales interactivas.

B5‑10. Valorar la importancia de los circuitos eléctricos y electrónicos en las instalaciones eléctricas e instrumentos de uso cotidiano, describir su función básica e identificar sus distintos componentes.

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Estándares de aprendizaje

Actividades Control B

Control A

1

1

B5‑8.2. Comprende el significado de las magnitudes eléctricas intensidad de corriente, diferencia de potencial y resistencia, y las relaciona entre sí utilizando la ley de Ohm.

1, 2, 4

2

B5‑8.3. Distingue entre conductores y aislantes reconociendo los principales materiales usados como tales.

4

B5‑9.1. Describe el fundamento de una máquina eléctrica, en la que la electricidad se transforma en movimiento, luz, sonido, calor, etc. mediante ejemplos de la vida cotidiana, identificando sus elementos principales.

5

3, 4

B5‑9.2. Construye circuitos eléctricos con diferentes tipos de conexiones entre sus elementos, deduciendo de forma experimental las consecuencias de la conexión de generadores y receptores en serie o en paralelo.

1, 2

1

B5‑9.3. Aplica la ley de Ohm a circuitos sencillos para calcular una de las magnitudes involucradas a partir de las dos, expresando el resultado en las unidades del Sistema Internacional.

2

2

B5‑10.1. Asocia los elementos principales que forman la instalación eléctrica típica de una vivienda con los componentes básicos de un circuito eléctrico.

5

5

B5‑10.2. Comprende el significado de los símbolos y abreviaturas que aparecen en las etiquetas de dispositivos eléctricos.

3

5

B5‑8.1. Explica la corriente eléctrica como cargas en movimiento a través de un conductor.



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D

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CONTROL B: SOLUCIONES 1

Respuesta gráfica modelo: A V I

2

a) Calculamos la resistencia equivalente del montaje en paralelo: Req. 3-4 =

R3 ? R4 R3 + R4

=2X

Calculamos la resistencia equivalente de las resistencias en serie en el circuito: Req = R1 + R2 + Req. 3-4 = 1 + 2 + 2 = 5 X b) I = 5 A.

Rl = 2 X

I=5A

c) Según la ley de Ohm:

DV = I ? R = 5 A ? 5 X = 25 V d) Para las resistencias en paralelo tenemos:





DV l

DVl = 5 A ? 2 X = 10 V El voltaje es el mismo en las dos resistencias: I3 =

3

DV l R3

=

10 3X

P

DV

=

1200 W 230 V

R3

I

a) P = DV ? I. Por tanto: I=

I3

= 3,3 A

= 5,22 A

I4

R4

b) E = P ? t = 1200 W ? 120 s = 144 000 J. Por tanto: E = 1,2 kW ?

2 60

h = 0,04 kWh

c) E = 0,04 kWh ? 4 ? 30 = 4,8 kWh. Así: Coste = 4,8 kWh ? 0,08 €/kWh = 0,384 € 4

L La respuesta correcta es la c, ya que R = t . S La resistencia depende del material del que esté hecho el conductor. Para un determinado material, la resistencia es mayor cuanto mayor es la longitud y menor es el diámetro.

5

Se llama efecto Joule a la transformación de la energía eléctrica en calor. Se produce en todos los aparatos eléctricos, pero se aprovecha en la plancha y el calefactor.

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10

EVALUACIÓN DE CONTENIDOS

ESTÁNDARES DE APRENDIZAJE Y SOLUCIONES

CONTROL A: SOLUCIONES 1

A

a) Se encienden las bombillas 1, 2, 3 y 4. b) Al cerrar el interruptor B, no cambia la situación porque el paso de corriente sigue interrumpido.

1

C

4

2 2

B

3

6

5

a) Dibujo: R1 = 15 X

12 V

R2 = 5 X

R3 = 3 X

R4 = 3 X

b) En este caso: 1

=

1

+

1

" Rl = 1,5 X

Rl 3 3 Calculamos la resistencia equivalente:

Req = 15 X + 5 X + 1,5 X = 21,5 X Req

c) Aplicando la ley do Ohm, DV = I ? R: I=

DV R

=

12 V 21,5 X

= 0,56 A

d) Aplicando la ley de Ohm en cada una de las resistencias, tenemos: •  DV1 = 0,56 A ? 15 X = 8,4 V  

 

•  DV2 = 0,56 A ? 5 X = 2,8 V

 

 

•  DV3 = 0,56 A ? 1,5 X = 0,8 V

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.

3

a) A partir de la expresión P = I2 ? R: I=

P = R

50 W = 0,4 A 300 X

b) E = P ? t = 50 W ? 6000 s = 300 000 J " Q = 300 000 ? 0,90 = 270 000 J c) Su funcionamiento está basado en el efecto Joule: un metal se calienta por efecto de la corriente eléctrica, se pone incandescente y emite luz. 4

Lavadora, batidora, ventilador, frigorífico. Un motor eléctrico funciona haciendo pasar una corriente eléctrica por una bobina cerca de dos imanes; estos se mueven provocando el giro del motor.

5

a) PT = 1250 W + 360 W + 180 W + 2000 W + 1900 W = 5690 W Supera la potencia contratada y salta el interruptor automático. b) Controlar la potencia de los aparatos eléctricos que conectamos, de forma que no estén conectados a la vez los de mayor potencia. c) E = 2 kW ? 0,75 h = 1,5 kWh.

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EVALUACIÓN POR COMPETENCIAS

ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA

Nombre:

Curso:

Fecha:

EVALUACIÓN POR COMPETENCIAS

¿Cómo podemos proteger nuestra vivienda del riesgo de incendio? La seguridad en la instalación eléctrica de nuestra casa es importante para prevenir los riesgos de incendio. Para que los aparatos eléctricos funcionen debe existir un circuito cerrado de electricidad, de la fuente de energía al aparato y de vuelta a la fuente. Los interruptores lo cierran o lo abren. Las conducciones se hacen mediante cables de hilos de cobre recubiertos de plástico. El grosor (la sección en mm2) indica cuál es la máxima intensidad de corriente que pueden soportar. Un cable de 2,5 mm2 es adecuado para una intensidad máxima de 15 A. Para una tensión de 230 V, los cables pueden conectarse a varios elementos sin sobrepasar la potencia total máxima.

del cable que, al estar expuesto a una superficie combustible, puede producir un incendio. La mejor solución es independizar los circuitos eléctricos del hogar. Por ejemplo: un circuito especialmente dedicado a la cocina, un segundo circuito para enchufes, un tercer circuito solo para alumbrado. Usando los cables adecuados en cada caso.

Por ejemplo: el televisor tiene un consumo de 50 W; la lavadora consume 800 W; el microondas, 1200 W; una secadora, 1800 W; más 10 bombillas de 100 W cada una que equivalen a 1000 W. La suma anterior indica un consumo total de 4850 W, lo que, dividido por el voltaje de la casa (230 V) nos da un consumo de 22 A, aproximadamente. Los incendios de tipo eléctrico se producen por sobrecalentamiento. Si en el caso anterior tenemos un cable que está capacitado para un consumo de 16 A y lo sometemos a un sobreconsumo de 22 A, esto generará un recalentamiento

1

¿Por qué se producen los incendios derivados del riesgo eléctrico?

3

¿Por qué los hilos conductores en una instalación eléctrica son de cobre y están recubiertos de plástico?

2

Indica qué electrodoméstico de los citados en el texto consume más energía por unidad de tiempo.

4

¿Qué diferencia de potencial tiene el circuito de la casa de la que habla el texto?

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Nombre:

5

Contesta:

Curso:

Fecha:

9

El teléfono móvil funciona con corriente continua de 12 V. ¿Cómo es posible entonces que podamos cargar la batería en la red eléctrica de casa, si funciona a 230 V?

10

Señala, justificando tu respuesta, a qué tipo de iluminación corresponden las bombillas citadas en el texto:

a) ¿Cuál sería la potencia máxima de los aparatos que podríamos conectar a un cable de 2,5 mm2 de sección sin que sufra una sobrecarga?

b) De los que se describen en el texto, ¿qué aparato tendríamos que desconectar?

a) LED. 6

Al aumentar el grosor de los cables, ¿qué ocurre con la resistencia eléctrica? Justifica tu respuesta.

b) Bombillas incandescentes. c) Bombillas de bajo consumo.

a) Aumenta. b) Disminuye c) No se modifica.

¿Qué ventajas presentan los LED y para qué se usan en la actualidad?

7

Utilizando la ley de Ohm, explica por qué, sin cambiar el voltaje, un cable de mayor grosor puede soportar una intensidad mayor.

11 8

Explica en qué consiste el efecto Joule.

Ahora que tienes más información, contesta: ¿Cómo podemos proteger nuestra vivienda del riesgo de incendio?

a

.

¿En qué parte del texto aparece reflejado?

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10

EVALUACIÓN POR COMPETENCIAS

ESTÁNDARES DE APRENDIZAJE Y SOLUCIONES

Competencia que se trabaja

Comunicación lingüística

Competencia matemática y competencias básicas en ciencia y tecnología

Criterio

Estándares de aprendizaje

Actividades

B5‑8. Explicar el fenómeno físico de la corriente eléctrica e interpretar el significado de las magnitudes intensidad de corriente, diferencia de potencial y resistencia, así como las relaciones entre ellas.

B5‑8.3. Distingue entre conductores y aislantes reconociendo los principales materiales usados como tales.

B5‑10. Valorar la importancia de los circuitos eléctricos y electrónicos en las instalaciones eléctricas e instrumentos de uso cotidiano, describir su función básica e identificar sus distintos componentes.

B5‑10.1. Asocia los elementos principales que forman la instalación eléctrica típica de una vivienda con los componentes básicos de un circuito eléctrico.

B5‑9. Comprobar los efectos de la electricidad y las relaciones entre las magnitudes eléctricas mediante el diseño y construcción de circuitos eléctricos y electrónicos sencillos, en el laboratorio o mediante aplicaciones virtuales interactivas.

B5‑9.1. Describe el fundamento de una máquina eléctrica, en la que la electricidad se transforma en movimiento, luz, sonido, calor, etc. mediante ejemplos de la vida cotidiana, identificando sus elementos principales.

B5‑8. Explicar el fenómeno físico de la corriente eléctrica e interpretar el significado de las magnitudes intensidad de corriente, diferencia de potencial y resistencia, así como las relaciones entre ellas.

B5‑8.2. Comprende el significado de las magnitudes eléctricas intensidad  de corriente, diferencia de potencial y resistencia, y las relaciona entre sí utilizando la ley de Ohm.

6, 7

B5‑9. Comprobar los efectos de la electricidad y las relaciones entre las magnitudes eléctricas mediante el diseño y construcción de circuitos eléctricos y electrónicos sencillos, en el laboratorio o mediante aplicaciones virtuales interactivas.

B5‑9.1. Describe el fundamento de una máquina eléctrica, en la que la electricidad se transforma en movimiento, luz, sonido, calor, etc. mediante ejemplos de la vida cotidiana, identificando sus elementos principales.

8, 10

B5‑9.3. Aplica la ley de Ohm a circuitos sencillos para calcular una de las magnitudes involucradas a partir de las dos, expresando el resultado en las unidades del Sistema Internacional.

7

B5‑10. Valorar la importancia de los circuitos eléctricos y electrónicos en las instalaciones eléctricas e instrumentos de uso cotidiano, describir su función básica e identificar sus distintos componentes.

B5‑10.1. Asocia los elementos principales que forman la instalación eléctrica típica de una vivienda con los componentes básicos de un circuito eléctrico.

4, 5

B5‑10.2. Comprende el significado de los símbolos y abreviaturas que aparecen en las etiquetas de dispositivos eléctricos.

9

B5‑10.4. Reconoce los componentes electrónicos básicos describiendo sus aplicaciones prácticas y la repercusión de la miniaturización del microchip en el tamaño y precio de los dispositivos.

9

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3

1, 2, 4

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D

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Competencia que se trabaja

Criterio

Sentido de iniciativa y emprendimiento

B5‑8. Explicar el fenómeno físico de la corriente eléctrica e interpretar el significado de las magnitudes intensidad de corriente, diferencia de potencial y resistencia, así como las relaciones entre ellas.

Estándares de aprendizaje

B5‑8.1. Explica la corriente eléctrica como cargas en movimiento a través de un conductor.

Actividades

11, 12

B5‑8.3. Distingue entre conductores y aislantes reconociendo los principales materiales usados como tales.

12

EVALUACIÓN POR COMPETENCIAS: SOLUCIONES 1

Los incendios derivados del riesgo eléctrico se producen por sobrecalentamiento. Si un cable se recalienta y está en contacto con material combustible, puede dar lugar a un incendio.

2

Energía por unidad de tiempo es la definición de potencia. Por tanto, la secadora, que es el electrodoméstico citado en el texto con mayor potencia (1800 W), es el que mayor energía consume por unidad de tiempo.

3

Porque el cobre es un material conductor que permite que circulen las cargas, mientras que el plástico es un material aislante que evita que salgan al exterior.

4

El circuito eléctrico de la vivienda tiene una diferencia de potencial de 230 V.

5

a) Calculamos la potencia con la ecuación: P = DV ? I Como un cable de 2,5 mm2 de grosor soporta una intensidad máxima de 15 A, tenemos:

8

El calor que se produce es: E = I2 ? R ? t En el texto alude al efecto Joule en el fragmento: «Los incendios de tipo eléctrico se producen por sobrecalentamiento. Si en el caso anterior tenemos un cable que está capacitado para un consumo de 16 A y lo sometemos a un sobreconsumo de 22 A, esto genera un recalentamiento del cable que, al estar expuesto a una superficie combustible, puede producir un incendio». 9

Mediante un transformador se convierte la corriente alterna de 230 V a corriente continua de 12 V.

10

La opción correcta es la b). Sabemos que se trata de bombillas incandescentes por el elevado valor de potencia que tiene cada una según el texto: 100 W.

P = 230 V ? 15 A = 3450 W b) La potencia necesaria para todos los aparatos eléctricos conectados es de 4850 W. Por tanto, es necesario reducirla en:

Los LED no tienen filamentos y, por tanto, no se calientan, consumen muy poca energía y tienen larga vida. Actualmente se utilizan en lámparas, iluminación de vehículos y ciudades o en el standby de los aparatos electrónicos.

DP = 4850 W - 3450 W = 1400 W Sería necesario desconectar la secadora. 6

La opción correcta es la b). L Según la expresión: R = t ? S Cuando aumenta la sección del conductor, la resistencia disminuye.

7

Como hemos visto, cuanto mayor es la sección del cable, menor es la resistencia. Si ahora tenemos en cuenta la ley de Ohm:

DV = I ? R

Cuando circula una corriente eléctrica por un hilo, este se calienta. Esta transformación de energía eléctrica en calor se conoce como efecto Joule.

11

El alumno debe ser consciente de que una instalación eléctrica segura previene los riesgos de incendio. Así, los cables de conducción empleados deben tener el grosor adecuado para evitar un sobrecalentamiento en el caso de que la potencia de los aparatos conectados sobrepase su capacidad. Como todos los aparatos eléctricos no tienen la misma potencia, es conveniente independizar los circuitos adaptando cada uno a sus necesidades.

Observamos que intensidad y resistencia son inversamente proporcionales. Por tanto, si la resistencia es menor, la intensidad de corriente será mayor.

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UNIDAD 11 Las centrales eléctricas

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UNIDAD 11. Las centrales eléctricas

Guion de la unidad y sugerencias didácticas. . . . . . 436 Presentación de la unidad Objetivos Contenidos Consideraciones a tener en cuenta Competencias que se trabajan Criterios de evaluación

Enseñanza individualizada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 438 Refuerzo • Ficha 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 438 • Ficha 1 (soluciones) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 439

Profundización • Ficha 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 440 • Ficha 1 (soluciones) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 441

• Ampliación • Biocombustibles para producir electricidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 442 • Síntesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 444

Problemas resueltos • Problema resuelto 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 445

Experiencias • Construcción de una pila casera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 446

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Recursos para la evaluación de contenidos . . . . . . . 447 Autoevaluación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 447 Controles • Control B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 448 • Control A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 450

Estándares de aprendizaje y soluciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . 452

Recursos para la evaluación por competencias . . . 456 Prueba de evaluación de competencias • ¿ Es respetuosa con el medio ambiente una central de cogeneración de biomasa? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 456

Estándares de aprendizaje y soluciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . 458

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11

PRESENTACIÓN Y PROGRAMACIÓN

LAS CENTRALES ELÉCTRICAS

C

PRESENTACIÓN 1. Comenzamos la unidad diferenciando los dos tipos de corriente eléctrica así como sus generadores. 2. A continuación estudiamos los distintos tipos de centrales eléctricas existentes en la actualidad para la producción de energía eléctrica. 3. Una vez que conocemos el proceso de producción de energía eléctrica, prestamos atención a cómo se transporta y se distribuye la electricidad para el consumo final. 4. Describimos los impactos medioambientales de cada tipo de central eléctrica durante la producción, así como en el proceso transporte.

5. Nos centramos en la instalación eléctrica de una vivienda y aprendemos a interpretar el recibo de la luz. A su vez, presentamos una serie de medidas de seguridad a tener en cuenta en instalaciones eléctricas. 6. Por último, por medio de gráficos analizamos la producción de energía eléctrica según las distintas fuentes y examinamos el consumo de energía eléctrica en los diversos sectores empresariales y en una vivienda.

1

2

3

OBJETIVOS •   Valorar el papel de la electricidad en nuestras vidas  e identificar las diferentes fuentes utilizadas en su producción. •   Reconocer la importancia de los circuitos eléctricos  y electrónicos en las instalaciones eléctricas, describir su función básica e identificar sus distintos componentes. •   Describir el proceso por el que las distintas fuentes  de energía se transforman en energía eléctrica en las centrales eléctricas, así como los métodos de transporte y almacenamiento de la misma.

•   Comparar el impacto medioambiental durante  la producción en los distintos tipos de centrales eléctricas y reconocer la importancia del ahorro energético para un desarrollo sostenible. •   Analizar cómo se distribuye el consumo de energía  eléctrica en los diferentes sectores empresariales, así como dentro de una vivienda.

CONTENIDOS SABER

•  Tipos de corriente eléctrica. •  Las fábricas de electricidad. •  Transporte y distribución de electricidad. •  Impacto ambiental de la electricidad. •  La electricidad en casa. •   Producción y consumo de energía eléctrica.

SABER HACER

•  Interpretar esquemas. •  Producir energía eléctrica en el laboratorio. •  Analizar tablas y gráficos.

C

•   Elaborar gráficos de sectores y de otros tipos.

1 SABER SER

•   Valorar la importancia de un consumo responsable de la energía eléctrica. •   Ser consciente de los peligros que entraña la electricidad y conocer las normas de seguridad  en el manejo de la instalación y los aparatos eléctricos.

2

•   Tomar conciencia de la necesidad de buscar soluciones de abastecimiento energético  que sean respetuosas con el medio ambiente.

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D

d 

.

11

PRESENTACIÓN Y PROGRAMACIÓN

LAS CENTRALES ELÉCTRICAS

CONSIDERACIONES A TENER EN CUENTA 1. Para comprender el funcionamiento de una central eléctrica es necesario que el alumno conozca  previamente los dos tipos de corriente eléctrica, así como sus generadores. 2. Actualmente existen diversas clases de centrales eléctricas que presentamos con detalle. En este apartado  es interesante diferenciar las que funcionan con fuentes  renovables de las que usan fuentes convencionales. 3.   De forma esquemática resumimos los impactos  medioambientales de cada tipo de central eléctrica, lo que facilita la síntesis de contenidos y el ejercicio  de comparación entre ellas.

4.   Creemos importante describir la instalación  eléctrica de una vivienda y las medidas de seguridad a tener en cuenta, así como las partes de una factura de la luz, ya que se trata del entorno  más cercano al alumno relacionado con los contenidos de la unidad. 5.   Interpretar la producción y consumo de energía  eléctrica en forma de gráficos, y atendiendo a diversos criterios facilita una visión global de estos contenidos, enseñando al alumno a estructurar y presentar  la información.

COMPETENCIAS QUE SE TRABAJAN Comprensión de textos

Usa las TIC

En la sección FORMAS DE PENSAR de la unidad,  se trabajan los contenidos relacionados con la comprensión lectora y expresión escrita, a través de un texto seguido de actividades.

En la actividad 32 se anima al alumno a buscar  información sobre una central eléctrica próxima a su ciudad. Para exponer la información debe elaborar una presentación digital utilizando un ordenador o una tableta.

Competencia científica y matemática En esta unidad explicamos cómo se genera la energía  eléctrica que usamos a diario utilizando distintas fuentes  (renovables y no renovables). Esto nos ayuda  a comprender mejor el mundo en el que vivimos  y conocer el funcionamiento de instalaciones y dispositivos que vemos en nuestro día a día. En REPASA FÍSICA Y QUÍMICA del inicio de la unidad  trabajamos los factores de conversión para transformar unidades. Después, en el apartado 6 de la unidad y en la sección APLICA UNA TÉCNICA trabajamos  con gráficos de sectores y porcentajes.

Aprender a aprender En el apartado 5 interpretamos una factura de la luz,  lo que despierta el interés del alumno por temas  cotidianos y le ayuda a ser más autónomo e independiente en su aprendizaje Toma la iniciativa En la última actividad de FORMAS DE PENSAR,  se anima al alumno a tomar la iniciativa y decidir si aprobaría o no la construcción de una central eólica cerca de donde vive.

CRITERIOS DE EVALUACIÓN 1. Valorar el papel de la energía eléctrica en nuestras vidas e identificar las diferentes fuentes para su producción. 2.   Identificar y representar los componentes más habituales  en un circuito eléctrico: conductores, generadores, receptores y elementos de control describiendo su correspondiente función.

3.   Describir el proceso por el que las distintas fuentes  de energía se transforman en energía eléctrica en las centrales eléctricas, así como los métodos de transporte y almacenamiento de la misma. 4.   Comparar el impacto medioambiental de los distintos  tipos de centrales eólicas y reconocer la importancia del ahorro energético para un desarrollo sostenible.

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11

REFUERZO

LAS CENTRALES ELÉCTRICAS

ACTIVIDADES DE REFUERZO 1

De las siguientes afirmaciones, algunas corresponden a las características de la corriente continua y otras las de la corriente alterna:

4

Relaciona cada una de las centrales eléctricas con el impacto ambiental que puede producir: 1. Térmica de combustión.

a) Las cargas circulan unas veces en un sentido y otras en el contrario.

2. Térmica nuclear.

b) Las cargas eléctricas circulan siempre en el mismo sentido.

4. Eólica.

3. Hidráulica.

c) El generador de corriente que proporciona energía a las cargas para que hagan su recorrido tiene un polo positivo y un polo negativo que son  siempre los mismos.

5. Fotovoltaica.

d) El generador de corriente que proporciona energía a las cargas cambia de polaridad varias veces por segundo.

c) Alteración del paisaje, ya que las instalaciones ocupan mucho espacio.

a) Emisión de gases (CO2, SO2 y óxidos de nitrógeno). b) Campos y pueblos sumergidos.

d) Accidentes por emisiones radiactivas que pueden llegar al agua.

e) El generador de corriente alterna proporciona una energía a cada carga, el voltaje, que varía entre un valor máximo (V ) y un valor mínimo (-V ), pasando por cero. f) El generador de corriente continua proporciona una energía a cada carga, el voltaje, V, que tiene siempre el mismo valor. Ordénalas en una tabla como la que se muestra a continuación: Corriente continua

Corriente alterna

e) Muerte de aves que chocan contra las aspas. Clasifica los impactos anteriores en atmosféricos, acuáticos o terrestres. 5

Cita cinco medidas que debamos tener en cuenta para manejar la electricidad con seguridad en nuestras casas. Haz referencia a: •  Presencia de agua. •  Cables. •  Enchufes. •  Toma de tierra.

2

Responde a las siguientes cuestiones: a) ¿Qué es una central eléctrica? b) Describe de forma general cómo funciona una central eléctrica. Debes incluir en tu descripción los siguientes términos: •  Rotor. •  Estátor. • Turbina. •  Eje de giro. c) Elabora un esquema que refleje la descripción anterior.

3

Explica el proceso mediante el cual la electricidad llega a nuestras casas desde donde se genera.

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REFUERZO

LAS CENTRALES ELÉCTRICAS

ACTIVIDADES DE REFUERZO (soluciones) 1

2

Los impactos ambientales anteriores se clasifican de la siguiente forma:

Corriente continua

Corriente alterna

b)

a)

a) Atmosférico.

c)

d)

b) Terrestre.

f)

e)

c) Terrestre. d) Acuático. e) Atmosférico.

a) Una central eléctrica es una instalación donde se fabrica energía eléctrica a partir de otras fuentes de energía. b) En una central eléctrica se genera corriente alterna haciendo girar electroimanes (el rotor) dentro de una pieza estática que alberga las bobinas donde se induce la corriente (el estátor). El rotor gira en torno al eje de giro mediante una turbina movida por vapor de agua, agua embalsada que cae o el viento, según el tipo de central eléctrica. c) El esquema que refleja la descripción anterior es el siguiente: Turbina

Corriente eléctrica + Estátor

Eje de giro

5

Respuesta modelo:

 

•   Desconectar los aparatos eléctricos antes de manipularlos,  si no funcionan correctamente.

 

•   No manejar un aparato eléctrico si está mojado  o si nosotros estamos mojados.

 

•   Los cables de los electrodomésticos y aparatos eléctricos  deben estar recubiertos de plástico. Si un cable está dañado, hay que desenchufarlo y repararlo.

 

•   Vigilar que los enchufes a los que se conectan estén  en buen estado.

 

•   Utilizar enchufes con toma de tierra para conectar  los aparatos que consumen mucha energía eléctrica, como es el caso del frigorífico o la lavadora.

Rotor 3

La energía eléctrica que se produce en las centrales eléctricas debe llegar a las casas y demás instalaciones para que se pueda consumir. Para su transporte se usan  cables eléctricos. Existe una red eléctrica nacional a la que llega la energía que se produce en todas las centrales y la distribuye por todo el país. La energía que se pierde en el transporte es menor cuanto mayor es el voltaje (también llamado tensión eléctrica). Por ello la corriente que se produce en las centrales  se transforma en corriente «de alta tensión», y así se transmite por las líneas de la red eléctrica que recorren el país. Antes de que entre en las casas se reduce de nuevo la tensión (el voltaje) para que se pueda utilizar.

4

1. a) 2. d) 3. b) 4. e) 5. c)

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PROFUNDIZACIÓN

LAS CENTRALES ELÉCTRICAS

ACTIVIDADES DE AMPLIACIÓN 1

Explica el funcionamiento de los siguientes generadores y cita alguna de sus aplicaciones:

Según la factura de la luz, en una vivienda se han consumido 197 kWh en los meses de febrero y marzo del mismo año.

3

a) Una pila.

Si el precio del kWh era de 0,18 €/kWh en este periodo de tiempo:

b) Una dinamo. ¿Son generadores de corriente continua o de corriente alterna? 2

 

 

a) ¿Cuánto dinero debe pagar esta familia la energía  consumida? b) ¿La factura que les ha llegado se corresponderá  con el importe calculado en el apartado a? Razona tu respuesta.

Observa la siguiente imagen:

El siguiente gráfico muestra la distribución del consumo de energía en el mundo por fuentes:

4

100 %

1

2 3

90 %

10 8 4

7

80 %

9

70 %

6

 

60 %

 

50 %

5

 

40 %

 

30 %

a) ¿De qué tipo de central eléctrica se trata?

 

10 %

 

0%

b) Elabora una leyenda para esta figura en la que describas a qué elemento corresponde cada número de la figura. Utiliza los siguientes términos en la leyenda:

 

20 %

América del Norte

Petróleo

América del Europa Sur y Central y Euroasia

Gas natural

Carbón

Oriente Medio

Nuclear

África

Asia Pacífico y Oceanía

Hidroeléctrica

Renovables

•   Presa.

•   Turbina.

a) ¿Cuál es la fuente de energía predominante en cada  zona?

•   Eje.

•   Líneas de distribución  y transporte.

b) ¿Dónde hay mayor diversificación energética?  ¿Y menor?

•   Grupos  turbina‑alternador.

c) ¿Qué ventajas crees que supone la diversificación  energética? Razona tu respuesta.

•   Embalse. •   Transformador. •   Generador. •   Rejas filtradoras.

 

 

•   Tubería.

c) Explica el funcionamiento de esta central eléctrica. d) Describe y clasifica los principales impactos ambientales que provoca completando la siguiente tabla: Atmosféricos Acuáticos Terrestres

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o

ables

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PROFUNDIZACIÓN

LAS CENTRALES ELÉCTRICAS

ACTIVIDADES DE AMPLIACIÓN (soluciones) 1

a) Una pila transforma energía química en energía eléctrica. Las pilas se agotan cuando finaliza la reacción química en su interior.

3

Las pilas recargables y las baterías pueden revertir la reacción química para que se vuelva a iniciar. Se pueden recargar un cierto número de veces.

197 kWh ?

b) Una dinamo genera energía eléctrica haciendo girar un dispositivo.

2

0,18 € = 35,46 € 1 kWh

b) No, el importe total de la factura será superior, ya que incluye también los siguientes conceptos: potencia contratada, impuesto eléctrico y alquiler de equipo.

Las pilas se utilizan en numerosos aparatos que usamos a diario: mandos a distancia, relojes digitales, teclados y ratones inalámbricos, etc.

Se emplean para obtener luz en los faros de las bicicletas y linternas o para cargadores manuales de teléfonos móviles.

a) El importe correspondiente a la energía eléctrica consumida por esta familia en este periodo de tiempo es:

4

a) En cada zona predomina las siguientes fuentes energéticas:

 

 

•   América del Norte: carbón.

 

 

•   América del Sur y Central: petróleo.

Ambos dispositivos son generadores de corriente continua.

 

 

•   Europa y Eurasia: gas natural.

a) Se trata de una central hidráulica.

 

 

•   Oriente Medio: petróleo y gas natural.

b) La leyenda de la figura es la siguiente:

 

 

•   África: petróleo.

 

 

•   Asia Pacífico y Oceanía: carbón.

1. Embalse. 2. Presa. 3. Rejas filtradoras. 4. Tubería. 5. Grupos turbina‑alternador. 6. Turbina.

b) Existe una mayor diversificación energética en Europa y Eurasia, seguida de América del Sur y Central. La menos diversificación energética la encontramos en Oriente medio, con toda su energía procedente del petróleo y gas natural. c) La diversificación energética asegura el suministro energético. Al contar con fuentes variadas, si una falla existen otras alternativas.

7. Eje. 8. Generador. 9. Transformador. 10. Líneas de distribución y transporte. c) El agua embalsada llega a la turbina a través de una tubería y mueve sus palas. El movimiento de la turbina se transmite al rotor, que induce la corriente en el estátor del generador. Por último, la corriente eléctrica producida se produce transforma en corriente «de alta tensión», y así se distribuye por las líneas de la red eléctrica hasta su consumo final. d) Los principales impactos de una central hidráulica son: Atmosféricos

•   No emite gases.

Acuáticos

•   Alteración del paisaje  y los ecosistemas. •   Aparición de nuevos  microclimas y hábitats.

Terrestres

•   Campos y pueblos sumergidos.

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AMPLIACIÓN

FICHA 1

LAS CENTRALES ELÉCTRICAS

Nombre:  

     Curso:  

     Fecha:  

Biocombustibles para producir electricidad Recuerda que… •   La energía eléctrica es una energía limpia en el lugar en el que se utiliza, pues no produce   ningún tipo de residuos. Pero no sucede lo mismo en el momento de la producción o el transporte. •   Los biocombustibles son combustibles de origen   biológico que se obtienen a partir de restos orgánicos.   A diferencia de los combustibles fósiles son   combustibles renovables.

Luz solar

Emisión   de gases

Ciclo   de CO2

Respiración  de animales Fotosíntesis

Luz

Oxígeno

Materia  orgánica Agua

Respiración  de plantas

Carbón orgánico

Dióxido   de carbono

Organismos muertos  y productos de  desecho Organismos en  descomposición Fósiles y combustible de fósiles

1

Fíjate en la figura de arriba a la derecha y describe el ciclo que sigue el dióxido de carbono.

2

¿Qué representa la figura de la izquierda?

3

Explica qué significa que un combustible sea renovable.

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D

.

11

AMPLIACIÓN

FICHA 1

LAS CENTRALES ELÉCTRICAS

Nombre:  

4

     Curso:  

     Fecha:  

Existen diversos tipos de biocombustibles:

BIOCOMBUSTIBLES

Sólidos

Líquidos

Biomasa

Gaseosos

Bioetanol

Biogás

Biodiésel

Busca en Internet cómo se produce cada uno de ellos y cuáles son sus principales aplicaciones.

5

El biogás, entre otros usos, se emplea para producir electricidad, como se observa en el siguiente diagrama: Tanque  de entrada

Higienización

Cogeneración

70 °C

Residuos  forestales  y ganaderos

Residuos  alimentarios

Digestor Biogás

Energía  eléctrica

Electricidad

Almacenamiento

Calor Calor

Viviendas

Industrias

Granjas

a) ¿Qué ventajas y desventajas crees que presenta una planta de biogás respecto a una central eléctrica   que funciona con combustibles de origen fósil?

b) ¿Tendrá mayor o menos impacto ambiental que una central térmica de combustión? Razona tu respuesta.

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AMPLIACIÓN

FICHA 2

LAS CENTRALES ELÉCTRICAS

Nombre:

Curso:

Fecha:

Síntesis El recibo de la luz es un gasto importante para muchas familias, y la necesidad de ahorrar en la factura es cada vez mayor. Estas son algunas de las medidas que se pueden tomar para recortar el gasto en la factura de un bien indispensable. Bajar la potencia contratada

Consulta el consumo en tiempo real

La potencia que cada vivienda necesita varía mucho según la circunstancias de cada una. Depende de los tipos de electrodomésticos que tengamos, de cómo los utilizamos, de cuántas personas viven y de cuántos aparatos queremos usar al mismo tiempo. Averigua cuánta potencia necesitas realmente contratar y no contrates más de la cuenta.

Alrededor de siete millones de hogares tienen instalados los contadores digitales que detallan el consumo en tiempo real, aunque solo cuatro millones son operativos plenamente. Estos dispositivos serán obligatorios en todas las casas a partir de 2018. Acceder a esta medición es el único modo de saber cuánto y cuando consumes, si te interesa o no una tarifa con discriminación horaria, si tienes la potencia bien contratada, o si las actuaciones que haces tienen resultado.

Contrata una tarifa con discriminación horaria El nuevo sistema que establece la tarifa eléctrica a través del precio que marque el mercado diario no modifica la opción de contratar una tarifa de discriminación horaria que sustituye a la antigua tarifa nocturna, establece distintos precios en función de las horas del día en las que se realiza el consumo. De este modo, el día se divide en dos periodos, punta y valle, cada uno de los cuales se circunscribe a unos horarios que son diferentes dependiendo de la estación del año. Es decir, una alternativa para pagar menos en las horas valle, aquellas en las que el precio de la luz es menor, entre las 22:00 y las 12:00 en invierno y las 23:00 y las 13:00 horas en verano. Su objetivo es incentivar el consumo energético en periodos más baratos en los que el sistema eléctrico está menos sobrecargado. Si como mínimo un 40 % de tu consumo es en este horario, ahorrarás un mínimo del 10 % en la facturación de la energía.

Controla los standby El sistema standby en el que quedan los aparatos eléctricos cuando se apagan genera un consumo de energía considerable. Usar regletas con interruptor de apagado y evitar dejar los cargadores enchufados más tiempo del necesario son medidas que contribuyen a reducir el gasto en electricidad. Parece una obviedad, pero si apagas los aparatos eléctricos por la noche conseguirás ahorrar: 100 W ? 8 horas ? 365 días = 292 kWh/año Según la CNMC, el consumo medio doméstico español es de 2630 kWh año. Por tanto, si apagas tus dispositivos cuando duermes ahorrarás un mínimo del 10 % de tu consumo anual. Fuente: Expansión, 11 de julio de 2014

1

¿Por qué es importante ahorrar electricidad?

2

Define los siguientes términos que aparecen en el texto: potencia contratada, periodo punta, periodo valle, contador digital y consumo medio doméstico

3

Indica cuáles de las medidas citadas en el texto tenéis ya en cuenta en vuestra vivienda, y cuáles podríais valorar adoptar. Cita además otras medidas adicionales que se te ocurran.

4

Sin duda, el ahorro energético repercute directamente sobre nuestros bolsillo, pero, ¿qué otros sectores se benefician de este ahorro?

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D

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PROBLEMAS RESUELTOS

LAS CENTRALES ELÉCTRICAS

PROBLEMA RESUELTO 1 Analiza los siguientes circuitos y calcula la intensidad que circula por cada uno de ellos. A

R = 180 X

A

R = 180 X

s , s e r n o

V = 10 V

s s s a e

Planteamiento y resolución a) Se trata de un circuito de corriente continua.

b) Se trata de un circuito de corriente alterna.

Para calcular la intensidad que circula por cada circuito aplicaremos la ley de Ohm:

Como en la corriente alterna el voltaje cambia en cada instante, para los cálculos de la ley de Ohm en los circuitos de corriente alterna hay que utilizar el voltaje eficaz:

V = I?R

Despejamos la intensidad de la expresión anterior y efectuamos el cálculo: V 10 V I= = = 0,056 A R 180 X Por el primer circuito circula una intensidad de 0,056 A.

e o

4

.

Veficaz = 230 V

Veficaz = I ? R Despejamos la intensidad de la expresión anterior y efectuamos el cálculo: Veficaz 230 V I= = = 1,28 A R 180 X Por el segundo circuito circula una intensidad de 1,28 A.

ACTIVIDADES 1

Calcula la intensidad que circula por el siguiente circuito:

2

Calcula la intensidad que circula por el siguiente circuito: R = 150 X

R = 150 X

V=4V

Veficaz = 230 V

Sol: 1,53 A

Sol: 0,027 A

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PROBLEMAS RESUELTOS

FICHA 1

LAS CENTRALES ELÉCTRICAS

Construcción de una pila casera OBJETIVO Construir una pila con materiales caseros y sencillos.

Material •   Placas de cobre y cinc. •  Vinagre o limón. •   Hilo de cobre lacado. •  Detector de corriente (reloj digital, polímetro…).

PROCEDIMIENTO 1. En primer lugar, recoge dos placas de cobre y cinc que actuarán como electrodos. Interesa que estén lo más limpias posible (conviene eliminar cualquier óxido que pudieran tener) y que no sean demasiado pequeñas. 2. Una vez que tengas las placas, sumérgelas parcialmente en vinagre (puede servir también un limón) que actuará como electrolito conductor. En el caso del vinagre, el electrolito será el ácido acético y, en el limón, el ácido cítrico. 3. Si ahora conectas las partes de las placas que no están sumergidas mediante un hilo de cobre lacado, habrás construido una pila casera. 4. Una vez construida la pila has de comprobar que se genera paso de corriente. Si conectaras la pila a un polímetro, comprobarías que es posible que este aparato no sea lo suficientemente sensible para detectar la corriente generada. Por ello, es más recomendable que utilices un reloj digital (necesita una corriente de intensidad muy baja para su funcionamiento).

CUESTIONES 1

¿Cómo se genera la energía eléctrica en una pila?

2

¿Sabes cuál fue la primera pila construida? ¿En qué consistía? ¿Quién fue su inventor?

3

¿Cuántos tipos de pilas conoces?

4

¿Por qué crees que se gastan las pilas? ¿Sabes en qué consisten las pilas recargables?

5

Una de las pilas más corrientes son las llamadas pilas secas, que puedes encontrar en cualquier aparato de radio o casete. Haz un corte transversal de una pila seca y dibújala, nombrando las distintas partes que la componen. Una vez terminada la actividad, recuerda que debes depositar la pila en uno de los contenedores de pilas de tu ciudad.

6

Busca información sobre la posible toxicidad de algunos componentes de las pilas. ¿Por qué en algunas de ellas pone 0 % de cadmio?

7

¿Por qué es importante depositar las pilas agotadas en los contenedores correspondientes?

8

¿Existe algún contenedor para recoger las pilas usadas en tu entorno? ¿Qué otros lugares (tiendas, etc.) conoces en que se recojan pilas usadas?

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D

LAS CENTRALES ELÉCTRICAS

Nombre:

Curso:

Fecha:

AUTOEVALUACIÓN 1

Indica cuál de las siguientes afirmaciones sobre la corriente continua es falsa:

¿De qué tipo es la corriente eléctrica que se genera en una central solar fotovoltaica?

a) Las cargas circulan siempre en el mismo sentido.

a) Alterna.

b) El generador de corriente que proporciona energía a las cargas cambia de polaridad varias veces por segundo.

b) Continua.

c) El generador de corriente que proporciona energía a las cargas tiene siempre la misma polaridad. 2

6

c) Depende del tipo de paneles solares empleados. 7

La corriente eléctrica que se produce en las centrales se transforma en corriente «de alta tensión» porque: a) Las casas utilizan corriente eléctrica de mayor tensión.

Para transformar la corriente continua en corriente alterna y viceversa se utiliza:

b) La energía que se pierde en el transporte es menor cuanto menor es el voltaje.

a) Un generador de corriente alterna.

c) La energía que se pierde en el transporte es menor cuanto mayor es el voltaje.

b) Un transformador. c) Un inversor o rectificador. 8 3

En una central eléctrica, la pieza estática que alberga las bobinas donde se induce la corriente se denomina:

a) Una central térmica nuclear. b) Una central térmica de combustión.

a) Estátor.

c) Una central hidráulica.

b) Rotor. c) Electroimán. 4

9

¿Cuál de las siguientes afirmaciones acerca de las centrales térmicas de combustión es falsa?

En la instalación eléctrica de una casa, el interruptor diferencial: a) Sirve para cortar la corriente eléctrica en toda la casa.

a) El vapor hace mover la turbina.

5

¿Cuál de las siguientes centrales eléctricas tiene mayor impacto atmosférico?

b) La energía obtenida en la combustión se emplea para calentar el agua.

b) Permite desconectar la energía eléctrica en una parte de la casa o en una parte de la instalación.

c) El agua embalsada llega a la turbina a través de un canal y mueve sus palas.

c) Corta el suministro de energía eléctrica si detecta fugas.

Para que un aerogenerador funcione correctamente la velocidad del viento debe ser:

10

¿En cuál de los siguientes sectores empresariales se consume actualmente mayor cantidad de energía?

a) Mayor que 3 m/s.

a) Agricultura.

b) Menor que 25 m/s.

b) Residencial.

c) Mayor que 11 km/h y menor que 90 km/h.

c) Comercio y servicios.

1 b, 2 c, 3 a, 4 c, 5 c, 6 b, 7 c, 8 b, 9 c, 10 c SOLUCIONES

.

11

EVALUACIÓN DE CONTENIDOS

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EVALUACIÓN DE CONTENIDOS

LAS CENTRALES ELÉCTRICAS

Nombre:

Curso:

Fecha:

CONTROL B 1

Completa la siguiente tabla: Corriente continua

Corriente alterna

Descripción

Símbolo Representación gráfica de voltaje frente a tiempo

2

Relaciona cada una de las centrales eléctricas con sus características: A

Central hidráulica

B

Central térmica de combustión

C

D

E 3

Se obtiene energía eléctrica a partir de carbón, gas o derivados del petróleo. La góndola situada en la parte superior de la torre contiene el multiplicador y el generador. El agua embalsada llega a la turbina a través de un canal y mueve sus palas.

Central eólica

Central fotovoltaica

Produce energía eléctrica en gran cantidad utilizando muchos paneles orientados adecuadamente.

Central térmica nuclear

En el núcleo del reactor se produce la fisión nuclear, que libera una gran cantidad de calor que convierte agua en vapor.

Responde a las siguientes cuestiones: a) ¿Qué tipo de centrales eléctricas no emiten gases a la atmósfera?

b) ¿Cuál aumenta la acidez de los ríos y lagos?

c) ¿Cuáles producen contaminación visual?

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D

.

Nombre:

4

Curso:

Fecha:

Coloca las siguientes leyendas sobre la figura que se muestra a continuación: Cuadro eléctrico

25 A

PIA

25 A 30 mA

ID

10 A

16 A

IGA

25 A

ICP

20 A

16 A

¿Qué nombre recibe cada uno de los elementos anteriores representados por siglas y cuál es su función?

5

Observa el siguiente gráfico de consumo de energía eléctrica en un hogar medio: 2%

2%

2%

1%

2%

Iluminación Frigorífico

3%

17 %

4%

Calefacción Televisor

7%

Vitrocerámica 18 %

8%

Lavadora Pequeño electrodoméstico Horno

9% 10 %

Agua caliente Microondas Lavavajillas Secadora Ordenador Aire acondicionado

a) ¿Qué tres elementos consumen más energía eléctrica?

b) Basándote en tu respuesta al apartado anterior, propón tres medidas para ahorrar energía.

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EVALUACIÓN DE CONTENIDOS

LAS CENTRALES ELÉCTRICAS

Nombre:

Curso:

Fecha:

CONTROL A 1

Nombra los elementos que componen el siguiente circuito eléctrico y calcula la intensidad que circula por el mismo: R = 80 X

Veficaz = 230 V 2

Explica el proceso de obtención de energía eléctrica en una central eólica. Elabora un esquema con los elementos componen un aerogenerador

3

Observa la imagen siguiente: a) ¿De qué tipo de central se trata?

b) Describe su impacto ambiental.

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D

.

Nombre:

4

Curso:

Fecha:

Analiza la siguiente factura de la luz de una vivienda: ENERGÍA Potencia facturada Energía facturada Impuesto sobre electricidad TOTAL ENERGÍA

12,91 € 61,96 € 3,83 €

5,5 kW × 36 días × 0,065 203 €/kW día 386 kWh × 0,160 529 €/kWh 4,864 % s/74,87 € × 1,05113

78,70 €

SERVICIOS Y OTROS CONCEPTOS 36 días × 0,02 663 €/día Alquiler equipos de medida 1,26 meses × 0,99 €/mes Seguro Protección de Pagos (1)

0,96 € 1,25 €

TOTAL SERVICIOS Y OTROS CONCEPTOS

2,21 €

IMPORTE TOTAL IVA

80,91 € 16,99 €

21 % s/80,91 €

TOTAL IMPORTE FACTURA

97,90 €

(1) No se aplica IVA sobre este concepto.

a) ¿Qué potencia hay contratada en la vivienda?

b) ¿A cuánto asciende el importe por la energía eléctrica consumida?

c) ¿Por qué conceptos se paga siempre independientemente de que haya o no consumo eléctrico?

5

Analiza el siguiente balance eléctrico de España: Generación neta No renovables 69,0 %

Renovables 31,0 %

Nuclear: 25,4 %

Hidráulica: 7,9 %

Carbón: 21,6 %

Eólica: 16,7 %

Ciclo combinado: 10,5 %

Solar fotovoltaica: 3,0 %

Cogeneración y resto: 11,5 %

Solar térmica: 1,5 % Térmica renovable: 1,9 % (Fuente: REE, 2014).

a) Construye un gráfico de sectores que represente los datos anteriores.

b) ¿A partir de qué tipo de centrales se genera más electricidad? ¿Cuáles le siguen a continuación?

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EVALUACIÓN DE CONTENIDOS

ESTÁNDARES DE APRENDIZAJE Y SOLUCIONES

Criterio

Estándares de aprendizaje

Actividades Control B

Control A

B5‑5. Valorar el papel de la energía en nuestras vidas, identificar las diferentes fuentes, comparar el impacto medioambiental de las mismas y reconocer la importancia del ahorro energético para un desarrollo sostenible.

B5‑5.1. Reconoce, describe y compara las fuentes renovables y no renovables de energía, analizando con sentido crítico su impacto medioambiental.

3

3

B5‑6. Conocer y comparar las diferentes fuentes de energía empleadas en la vida diaria en un contexto global que implique aspectos económicos y medioambientales.

B5‑6.1. Compara las principales fuentes de energía de consumo humano, a partir de la distribución geográfica de sus recursos y los efectos medioambientales.

3

3

2, 5

5

B5‑10. Valorar la importancia de los circuitos eléctricos y electrónicos en las instalaciones eléctricas e instrumentos de uso cotidiano, describir su función básica e identificar sus distintos componentes.

B5‑10.3. Identifica y representa los componentes más habituales en un circuito eléctrico: conductores, generadores, receptores y elementos de control describiendo su correspondiente función.

4

1

B5‑11. Conocer la forma en la que se genera la electricidad en los distintos tipos de centrales eléctricas, así como su transporte a los lugares de consumo.

B5‑11.1. Describe el proceso por el que las distintas fuentes de energía se transforman en energía eléctrica en las centrales eléctricas, así como los métodos de transporte y almacenamiento de la misma.

2

2, 3

B5‑6.2. Analiza la predominancia de las fuentes de energía convencionales frente a las alternativas, argumentando los motivos por los que estas últimas aún no están suficientemente explotadas.

 

 

 

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D

.

CONTROL B: SOLUCIONES 1

Corriente continua Descripción

Las cargas circulan siempre en el mismo sentido.

Corriente alterna Las cargas circulan unas veces en un sentido y otras veces en el contrario.

Símbolo

Representación gráfica de voltaje frente a tiempo

V

V

+

+ -

+ t

-

t 2

Central hidráulica " El agua embalsada llega a la turbina a través de un canal y mueve sus palas. Central térmica de combustión " Se obtiene energía eléctrica a partir de carbón, gas o derivados del petróleo. Central eólica " La góndola situada en la parte superior de la torre contiene el multiplicador y el generador. Central fotovoltaica " Produce energía eléctrica en gran cantidad utilizando muchos paneles orientados adecuadamente. Central térmica nuclear " En el núcleo del reactor se produce la fisión nuclear, que libera una gran cantidad de calor que convierte agua en vapor.

3

a) Las centrales térmicas nucleares, las centrales hidráulicas y las fotovoltaicas. b) La central térmica de combustión. c) Todas ellas. Cuadro eléctrico

4

•   Interruptor general automático (IGA): sirve  para cortar la corriente en toda la casa. •   Interruptor diferencial (ID): corta el suministro  de energía si detecta fugas. Puede saltar cuando se produce una gran tormenta o una avería.

25 A

25 A 30 mA

10 A

16 A

25 A

20 A

16 A

•   Interruptores parciales (PIA): permiten desconectar  la energía eléctrica en una parte de la casa o en una parte de la instalación. •   Interruptor de control de potencia (ICP): limita  el consumo total máximo de la vivienda.

ICP

5

IGA

Diferencial

Interruptores parciales

a)  El frigorífico, la iluminación y la calefacción (en este orden). b) Para ahorrar energía podemos adoptar medidas como las siguientes:

 

 

•   Sustituir el frigorífico por uno de clase A, A+, A++, A+++ (bajo consumo energético).

 

 

•   No dejar encendidas luces que no estemos utilizando, y procurar tener instaladas en nuestra vivienda todas  las bombillas de bajo consumo.

 

 

•   Mantener el hogar a 21 °C en invierno (como máximo) y vestirnos acorde a la estación del año en que estemos.

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EVALUACIÓN DE CONTENIDOS

ESTÁNDARES DE APRENDIZAJE Y SOLUCIONES

CONTROL A: SOLUCIONES 1

El circuito está formado por una resistencia, un generador de corriente alterna y un interruptor. Para calcular la intensidad aplicamos la ley de Ohm: I=

2

Veficaz 230 V = = 2,86 A R 80 X

Los aerogeneradores aprovechan la energía del viento para generar energía eléctrica. La fuerza del viento mueve las aspas del aerogenerador, que transmite su movimiento al rotor de un generador. El generador transforma el movimiento de giro del multiplicador en electricidad. El rotor gira en su interior e induce corriente en las bobinas del estátor exterior.

1

2

El rotor está formado por varias palas que tienen la misma forma que el ala de un avión y giran cuando sopla el viento.

La góndola situada en la parte superior de la torre contiene el multiplicador y el generador.

El multiplicador es un sistema de engranajes que aumenta la velocidad de giro del rotor.

3

El generador produce corriente eléctrica a partir del giro del multiplicador.

4

3

En el transformador la electricidad se transforma a alta tensión para su óptimo transporte por la red.

La torre mantiene la góndola a gran altura, donde la velocidad del viento es mayor.

a) Es una central térmica nuclear. b) El impacto ambiental es el siguiente:





• Impacto atmosférico: no emite gases.





• Impacto acuático: accidentes por emisiones radiactivas que pueden llegar al agua.





• Impacto terrestre: residuos radiactivos, accidentes por emisiones radiactivas que pueden dañar el terreno por muchos años, ocupación del terreno y contaminación visual por las instalaciones.

4

Analiza la siguiente factura de la luz de una vivienda: a) 5,5 kW. b) A 61,96 €, sin IVA. c) Aunque no se consuma, siempre se paga por los términos de facturación de potencia, alquiler de equipos de medida e impuesto eléctrico.

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D

.

5

a) Construimos un gráfico de sectores: Nuclear 25,4 %

Solar térmica 1,5 %

Hidráulica 7,9 %

Solar fotovoltaica 3,0 %

Eólica 16,7 %

Carbón 21,6 %

Ciclo combinado 10,5 %

Térmica renovable 1,9 %

Cogeneración y resto 11,5 %

b) Se produce más electricidad mediante las centrales nucleares., seguidas de las centrales térmicas de combustión a partir de carbón.

DÍA A DÍA EN EL AULA FÍSICA Y QUÍMICA 3.° ESO Material fotocopiable © Santillana Educación, S. L.

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11

EVALUACIÓN POR COMPETENCIAS

LAS CENTRALES ELÉCTRICAS

Nombre:

Curso:

Fecha:

EVALUACIÓN POR COMPETENCIAS

¿Es respetuosa con el medio ambiente una central de cogeneración de biomasa? Una central de biomasa es una instalación que permite el aprovechamiento de la biomasa para la producción de elec‑ tricidad. Tiene un ciclo térmico similar al de las centrales térmicas convencionales: la energía calorífica que se produ‑ ce en un determinado foco es transformada en energía me‑ cánica rotatoria mediante una turbina y, posteriormente, en energía eléctrica a través de un generador. La diferencia está en que el combustible principal utilizado para producir la energía calorífica en el caso de las centrales de biomasa lo constituyen principalmente los residuos agrícolas y los residuos forestales.

Desde el punto de vista de cambio climático, se considera que los gases de invernadero emitidos en la producción de electricidad a partir de la biomasa no tienen impacto nega‑ tivo, ya que el CO2 producido en la combustión es aproxi‑ madamente el mismo que la cantidad fijada por la masa vegetal durante su crecimiento. En cualquier caso, en la hi‑ pótesis de no utilizarse la biomasa en una central, el CO2 volvería a la atmósfera a través del proceso natural de des‑ composición de la materia orgánica. En el esquema siguiente, se describe el esquema de funcio‑ namiento de una central‑tipo de biomasa.

Silos de combustible

Transformador

Turbinas Generador Dosificador

Condensador Preparación

Caldera

Filtro

Combustible de apoyo

Chimenea

Fuente: http://www.unesa.es

1

¿A qué tipos de biomasa hace referencia el texto?

456 ES0000000006255 563068 Tema 11_28936.indd 456

2

¿Qué ventajas presenta la biomasa para la generación de energía eléctrica?

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D

.

Nombre:

3

Observa la imagen y contesta:

Curso:

7

a) ¿Dónde tiene lugar la combustión de la biomasa?

Fecha:

Observa el gráfico siguiente sobre la generación de electricidad en España: Nuclear 25,4 %

Solar térmica 1,5 % Hidráulica 7,9 % Solar fotovoltaica 3,0 % Eólica 16,7 %

b) Completa el siguiente texto: El agua se evapora y el ____________ mueve las ____________. El movimiento de las mismas se transmite a un _______________ que produce energía eléctrica.

4

Carbón 21,6 %

Térmica renovable 1,9 % Cogeneración y resto 11,5 %

Ciclo combinado 10,5 %

Fuente: REE, Boletín Octubre de 2014.

c) ¿Cuál es la función del transformador?

a) ¿En qué sector están englobadas las centrales de cogeneración de biomasa? ¿Qué porcentaje representan sobre el total?

Teniendo en cuenta que la cogeneración consiste en la producción simultánea de energía eléctrica y energía térmica útil (agua caliente, vapor, etc.), responde:

b) ¿La energía producida en este tipo de centrales será renovable? Justifica tu respuesta.

a) ¿Qué tipo de central tendrá mayor eficiencia energética, una de cogeneración o una convencional?

8

Responde a las siguientes cuestiones sobre el consumo de energía eléctrica: a) ¿La corriente eléctrica que llega a nuestras casas es continua o alterna? Razona tu respuesta.

b) ¿En cuál de ellas habrá menos pérdidas por transporte? ¿Por qué? b) Enumera cinco medidas que debemos tener en cuenta para manejar con seguridad la instalación eléctrica de nuestra vivienda: 1. 2. 5

¿A qué diferencia tipo de impacto se refiere el texto en el último párrafo?

3. 4.

a) Acuático.

5.

b) Atmosférico c) Terrestre.

9

Ahora que tienes más información, contesta: ¿Es respetuosa con el medio ambiente una central de cogeneración de biomasa?

6

¿Qué otros tipos de centrales eléctricas conoces?

DÍA A DÍA EN EL AULA FÍSICA Y QUÍMICA 3.° ESO Material fotocopiable © Santillana Educación, S. L.

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11

EVALUACIÓN POR COMPETENCIAS

ESTÁNDARES DE APRENDIZAJE Y SOLUCIONES

Competencia que se trabaja

Comunicación lingüística

Competencia matemática y competencias básicas en ciencia y tecnología

Sentido de iniciativa y emprendimiento

Criterio

Estándares de aprendizaje

Actividades

B5‑5. Valorar el papel de la energía en nuestras vidas, identificar las diferentes fuentes, comparar el impacto medioambiental de las mismas y reconocer la importancia del ahorro energético para un desarrollo sostenible.

B5‑5.1. Reconoce, describe y compara las fuentes renovables y no renovables de energía, analizando con sentido crítico su impacto medioambiental.

B5‑11. Conocer la forma en la que se genera la electricidad en los distintos tipos de centrales eléctricas, así como su transporte a los lugares de consumo.

B5‑11.1. Describe el proceso por el que las distintas fuentes de energía se transforman en energía eléctrica en las centrales eléctricas, así como los métodos de transporte y almacenamiento de la misma.

B5‑5. Valorar el papel de la energía en nuestras vidas, identificar las diferentes fuentes, comparar el impacto medioambiental de las mismas y reconocer la importancia del ahorro energético para un desarrollo sostenible.

B5‑5.1. Reconoce, describe y compara las fuentes renovables y no renovables de energía, analizando con sentido crítico su impacto medioambiental.

B5‑6. Conocer y comparar las diferentes fuentes de energía empleadas en la vida diaria en un contexto global que implique aspectos económicos y medioambientales.

B5‑6.1. Compara las principales fuentes de energía de consumo humano, a partir de la distribución geográfica de sus recursos y los efectos medioambientales.

7

B5‑6.2. Analiza la predominancia de las fuentes de energía convencionales) frente a las alternativas, argumentando los motivos por los que estas últimas aún no están suficientemente explotadas.

7

B5‑10. Valorar la importancia de los circuitos eléctricos y electrónicos en las instalaciones eléctricas e instrumentos de uso cotidiano, describir su función básica e identificar sus distintos componentes.

B5‑10.3. Identifica y representa los componentes más habituales en un circuito eléctrico: conductores, generadores, receptores y elementos de control describiendo su correspondiente función.

8

B5‑11. Conocer la forma en la que se genera la electricidad en los distintos tipos de centrales eléctricas, así como su transporte a los lugares de consumo.

B5‑11.1. Describe el proceso por el que las distintas fuentes de energía se transforman en energía eléctrica en las centrales eléctricas, así como los métodos de transporte y almacenamiento de la misma.

B5‑5. Valorar el papel de la energía en nuestras vidas, identificar las diferentes fuentes, comparar el impacto medioambiental de las mismas y reconocer la importancia del ahorro energético para un desarrollo sostenible.

B5‑5.1. Reconoce, describe y compara las fuentes renovables y no renovables de energía, analizando con sentido crítico su impacto medioambiental.

458 ES0000000006255 563068 Tema 11_28936.indd 458

1, 2

2

4, 5, 7

3, 6

9

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31/07/2015 12:23:25

D

.

EVALUACIÓN POR COMPETENCIAS: SOLUCIONES 1

2

3

El texto hace referencia a la biomasa agrícola (residuos agrícolas, como, por ejemplo, la paja de cereal), y a la biomasa forestal (residuos forestales, como, por ejemplo, los restos de la poda de chopos).

1. Desconectar los aparatos eléctricos antes de manipularlos, si no funcionan correctamente. 2. No manejar un aparato eléctrico si está mojado o si nosotros estamos mojados. 3. Los cables eléctricos deben estar recubiertos de plástico. Si un cable está dañado, hay que desenchufarlo y repararlo. 4. Vigilar que los enchufes estén en buen estado.

a) En la caldera (10).

c) El transformador se encarga de elevar el voltaje de la corriente eléctrica para su posterior transporte en las líneas de la red eléctrica de distribución. a) La central de cogeneración tendrá mayor eficiencia energética, puesto que se aprovecha tanto el calor como la energía eléctrica generados en un único proceso. Sin embargo, en una central convencional se requiere aporte de calor externo para producir energía eléctrica.

a) Se trata de corriente alterna, a 230 V. b) Enumeramos cinco medidas de seguridad:

Se trata de una ventaja medioambiental, ya que el CO2 producido en la combustión de la biomasa es el mismo que la cantidad fijada por la masa vegetal durante su crecimiento. Así, haciendo un balance, la cantidad de CO2 desprendida a la atmósfera es cero. Esto contribuye a disminuir los gases de efecto invernadero. b) El agua se evapora y el vapor de agua mueve las turbinas. El movimiento de las mismas se transmite a un generador que produce energía eléctrica.

4

8

5. Utilizar enchufes con toma de tierra para conectar los aparatos que consumen mucha energía eléctrica (frigorífico, lavadora, etc.). 9

El alumno, tras analizar el impacto ambiental de este tipo de central, debe darse cuenta de que sí que es respetuosa con el medio ambiente. La respuesta se basa en el balance CO2 (el emitido a la atmósfera es el mismo que el captado por las plantas durante su crecimiento), y en el aprovechamiento de calor y electricidad producidos en la cogeneración para la misma central.

A su vez esta mayor eficiencia de las centrales de cogeneración da lugar a un menor consumo de combustible, menor coste de producción menor y menor impacto ambiental. b) Habrá menos pérdidas por transporte en la central de cogeneración, ya que la energía se produce donde se consume. 5

La opción correcta es la b).

6

En la unidad hemos estudiado las centrales hidroeléctricas, térmicas (de combustión y nucleares, eólicas y fotovoltaicas.

7

a) En «Cogeneración y resto». Representan el 11,5 % del total de generación de energía eléctrica en España. b) Sí, ya que utiliza como fuente la biomasa agrícola y forestal, que es un recurso renovable (se genera en la naturaleza a un ritmo mayor del que se consume).

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ANEXO: Sistema periódico de los elementos 1

GRUPO

2

3

4

5

6

7

8

PERIODO

* El hidrógeno, aunque esté a la izquierda del sistema periódico, no es un metal.

1

1

1,008

Número atómico

H*

Ca

Hidrógeno

Li

2

Litio

11

3

23,00

5

39,10

K

85,47

40,08

20

38

87,62

Sr

21

132,9

Cs

137,3

56

Ba Bario

(223)

(226)

88

44,96

Sc

Escandio

39

Estroncio

Cesio

87

24,31

12

Ca

Rubidio

6

Be

Calcio

Rb

55

Nombre

Magnesio

Potasio

37

9,012

Mg

Sodio

4

4

Berilio

Na

19

Símbolo (los elementos artificiales, como , se representan con caracteres huecos)

Calcio

6,941

3

Masa atómica (u)

40,08

20

88,91

Y

Itrio

57-71 Lantanoides

89-103

22

47,87

Ti

Titanio

40

91,22

Zr

Circonio

72

178,5

Hf

Hafnio

104

(265)

23

50,94

V

Vanadio 92,91

41

Nb Niobio

73

180,9

Ta

Tántalo

105

(268)

24

52,00

Cr

Cromo 95,96

42

Mo

Molibdeno

74

183,8

W

Wolframio

106

(271)

25

54,94

Mn

Manganeso

43

(98)

Fe

Hierro

44

101,1

Rutenio

186,2

76

190,2

Os

Re

Osmio

Renio

107

55,85

Ru

Tecnecio

75

26

(270)

108

(277)

7 Francio

Radio

Actinoides

57 Lantanoides

6

138,9

La

Lantano

89 Actinoides

(227)

7 Actinio

460 ES0000000006255 563068 Tema 11_28936.indd 460

Rutherfordio

58

140,1

Ce Cerio

90

232,0

Th Torio

Dubnio

59

140,9

Pr

Praseodimio

91

(231)

Pa

Protactinio

Seaborgio

60

144,2

Nd

Neodimio

92

238,0

U

Uranio

Bohrio

61

Hassio

(145)

Samario

(237)

Neptunio

150,4

Sm

Prometio

93

62

94

(244)

Plutonio

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31/07/2015 12:23:31

D

9

8

10

11

12

13

14

15

16

17

18

2

NO METALES

os

4,003

He Helio

SEMIMETALES 10,81

5

METALES

B

Boro

GASES NOBLES 13

26,98

Al

Aluminio

6

55,85

Fe

Hierro

4

101,1

Ru

Rutenio

6

190,2

Os

Co

Cobalto

(277)

Hassio

2

150,4

Sm

Samario

4

(244)

Plutonio

.

102,9

45

Rh Rodio

77

Osmio

08

58,93

27

192,2

Ir

Iridio

109

(276)

Meitnerio

63

152,0

Eu

Europio

95

(243)

Americio

58,69

28

Ni

Níquel 106,4

46

Pd

Paladio

78

195,1

Pt

Platino

110

(281)

63,55

29

Cu

Cobre 107,9

47

Ag Plata

197,0

79

Au Oro

111

(280)

Darmstadtio Roentgenio

64

157,3

Gd

Gadolinio

96

(247)

Curio

65

158,9

Tb

Terbio

97

(247)

Berkelio

65,38

30

Zn Cinc

48

112,4

Cd

Ga Galio

49

Cadmio

80

200,6

Hg

(285)

Copernicio

66

162,5

Dy

Disprosio

98

(251)

Californio

114,8

In Indio

81

Mercurio

112

69,72

31

204,4

Tl

Talio

113

(284)

Ununtrio

67

164,9

Ho

Holmio

99

(252)

Einstenio

12,01

6

C

Carbono

14

28,09

Si

Silicio 72,64

32

Ge

Germanio 118,7

50

Sn

Estaño 207,2

82

Pb

Plomo

114

(289)

Flerovio

68

167,3

Er

Erbio

100

(257)

Fermio

14,01

7

N

Nitrógeno

15

30,97

P

Fósforo 74,92

33

As

Arsénico 121,8

51

Sb

Antimonio

83

209,0

Bi

Bismuto

115

Ununpentio

168,9

69

Tm Tulio

101

(258)

Mendelevio

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(288)

16,00

8

O

19,00

9

F

Oxígeno

16

32,06

S

Flúor

Azufre

34

78,96

Se

Selenio

52

127,6

Te

(209)

Polonio

116

(293)

Livermorio

70

173,1

Yb

Iterbio

102

(259)

Nobelio

Cl

Cloro 79,90

35

Br

Bromo 126,9

53

I

Teluro

84

35,45

17

Yodo

85

(210)

Astato

117

(294)

Ununseptio

71

20,18

10

Ne Neón

39,95

18

Ar

Argón

36

83,80

Kr

Kriptón

54

131,3

Xe

Xenón

86

(222)

Radón

118

(294)

Ununoctio

175,0

Lu

Lutecio

103

(262)

Lawrencio

461 31/07/2015 12:23:34

NOTAS

ES0000000006255 563068 Tema 11_28936.indd 462

N

31/07/2015 12:23:35

NOTAS

ES0000000006255 563068 Tema 11_28936.indd 463

31/07/2015 12:23:36

Dirección de arte: José Crespo. Proyecto gráfico: Estudio Pep Carrió. Fotografía de portada: Leila Méndez. Jefa de proyecto: Rosa Marín. Coordinación de ilustración: Carlos Aguilera. Ilustración: Enrique Cordero, Emilio del Peso, Eduardo Leal y Carlos Aguilera. Jefe de desarrollo de proyecto: Javier Tejeda. Desarrollo gráfico: Raúl de Andrés, Rosa Barriga, Olga de Dios, Jorge Gómez y Julia Ortega. Dirección técnica: Jorge Mira Fernández. Subdirección técnica: José Luis Verdasco Romero. Coordinación técnica: Francisco Moral. Confección y montaje: José Yugo y Alejandro Martínez. Corrección: Juan Luis López y Nuria del Peso. Documentación y selección fotográfica: Nieves Marinas. Fotografía: ARCHIVO SANTILLANA

© 2015 by Santillana Educación, S. L. Avenida de los Artesanos, 6 28760 Tres Cantos, Madrid Printed in Spain

ISBN: 978-84-680-3634-2 CP: 563068 Depósito legal: M-26491-2015

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La presente obra está protegida por las leyes de derechos de autor y su propiedad intelectual le corresponde a Santillana. A los legítimos usuarios de la misma solo les está permitido realizar fotocopias para su uso como material de aula. Queda prohibida cualquier utilización fuera de los usos permitidos, especialmente aquella que tenga fines comerciales.

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