LOS ESTADOS FLUIDOS DE LA MATERIA

Transcripción

1 LOS ESTADOS FLUIDOS DE LA MATERIA Profesora Gilda Díaz ACADEMIA SABATINA UNIVERSIDAD INTERAMERICANA DE PUERTO RICO RECINTO DE BAYAMÓN Math and Science Partnership for the 21st Century Elementary and Secondary School MSP-21 Phase IV

2 Estándares Indicadores Conservacion y Cambio ES.Q.CF1.CC.6 Aplica las leyes de los gases para explicar la relación y los efectos de los cambios en presión, temperatura y volumen en situaciones como la construcción de aeróstatos, los cambios climáticos y los tanques de buceo, entre otras. Estructura y niveles organización de la materia ES.Q.CF1.EM.14 Analiza la teoría cinético-molecular para describir y explicar las propiedades físicas de los estados de la materia por medio de un modelo.

3 Conceptualización Materia es todo aquello que tiene masa y ocupa espacio. Toda la materia está compuesta de átomos. El espacio que ocupa el gas se conoce como VOLUMEN. La MASA es la cantidad de materia, o sea, la masa de las partículas que componen la materia.

4 Estados de la materia ACTIVIDAD 1 Materiales: Plantilla Cuentas de colores

5 Propiedades de un gas Actividad de Descubrimiento Haz una lista de las propiedades de un gas. Utiliza como ejemplo el aire.

6 Características de los Gases No tienen forma propia. Adquieren la forma del envase que los contenga. No tienen volumen propio. Ocupan todo el espacio del envase que los contiene. Se pueden comprimir con facilidad. Comparado con el estado líquido y el sólido de la misma sustancia, el estado gaseoso tiene baja densidad.

7 Características de los Líquidos No tienen forma propia. Adquieren la forma del envase que los contenga. Tienen volumen propio, porque las partículas se atraen entre sí (cohesión) No se puede comprimir con facilidad. Las partículas tienen libertad de movimiento, por lo que pueden fluir, derramarse, y adoptar la forma del envase

8 Forma y Volumen de los Estados de la Materia Estado Forma Volumen Sólido Tiene forma propia Tiene volumen propio Líquido Toma la forma del envase Tiene volumen propio Gas Toma la forma del envase Ocupa el volumen interior del envase en su totalidad

9 Botella Vacía o Llena? Vacío Lugar o recipiente que carece de materia Esto es confuso! Ninguna de las dos botellas está vacía.

10 Volumen del gas en la botella Aquí, mis palabras se pierden en el aire. Por qué el volumen que indica la botella no es el volumen del gas que contiene?

11 Actividad de Exploración 1 Esta botella no está vacía!está LLENA! Cómo lo podemos demostrar?

12 Teoría de cinética molecular Esta teoría se basa en la idea de que las partículas que componen la materia están en constante movimiento.

13 Teoría de Cinética Molecular Explica las propiedades de los gases en términos de energía, tamaño y movimiento. Cuáles son algunas de las propiedades de los gases?

14 Teoría de cinética molecular Las partículas de un gas (átomos, moléculas) son muy pequeñas comparado al espacio vacío que las separa. Cuando se les aplica una fuerza, se puede reducir la separación, o sea, se puede comprimir la muestra del gas.

15 Fluidos Por qué es más fácil comprimir un gas que un líquido?

16 Teoría de cinética molecular El número de partículas es grande y la separación media entre ellas es grande comparada con sus dimensiones. Por lo tanto, ocupan un volumen despreciable en comparación con el volumen del envase y se consideran masas puntuales.

17 Teoría de cinética molecular Las partículas del gas se mueven en constante movimiento aleatorio, con diferentes velocidades cada una, pero con una velocidad promedio que no cambia con el tiempo. Se mueven en línea recta hasta que colisionan con otras partículas o con las paredes del envase.

18 Teoría de cinética molecular Las partículas realizan choques elásticos entre sí, por lo tanto se conserva la energía cinética de las partículas. La energía cinética se puede transferir entre partículas en la colisión, pero EL TOTAL de la energía entre las partículas no cambia (SE CONSERVA)

19 Teoría de cinética molecular Las fuerzas de atracción y repulsión entre partículas son despreciables, excepto durante el choque, en que se consideran las fuerzas impulsivas que surgen durante el choque.

20 Teoría de cinética molecular La energía de las partículas Energía Cinética E K = 1 2 mv2 m es la masa de las partículas y v = la velocidad de las partículas En una muestra de gas ideal, todas las partículas tienen la misma masa, pero no la misma velocidad.

21 Energía cinética y Temperatura La temperatura absoluta (en Kelvin) es una medida de la energía cinética promedio de una muestra de materia. T en Kelvin Energía cinética

22 Teoría de cinética molecular A LA MISMA TEMPERATURA Todas las partículas de un gas tienen la misma energía cinética promedio Energía Cinética E K = 1 2 mv2 Las partículas más livianas (menos masa) tienen mayor rapidez promedio que las partículas con mas masa.

23 Teoría de cinética molecular Qué esperas que ocurra si aumentas la temperatura de una misma masa de gas? Energía Cinética E K = 1 2 mv2

24 Hay un Genio en la Botella UN GAS Qué diferencia hay entre estas dos botellas?

25 Presión, P P = Presión N = número de partículas m = la masa de las partículas v = la velocidad promedio de las partículas V = Volumen del gas contenido en un cubo

26 La Presión de un gas Emplea la jeringuilla para identificar los componentes

27 La Botella y su Ambiente Temperatura equilibrada La botella está rodeada de aire El aire ejerce una presión: la presión atmosférica, P A Es un sistema abierto, y la presión del aire dentro de la botella es P A

28 La Presión de un Gas Qué diferencias hay en estos dos escenarios?

29 Volumen vs. Presión Esta relación es fundamental en el proceso de respiración. Cómo puedes demostrar la relacion de volumen vs. presion utilizando una jeringuilla? Utiliza la jeringuilla para definir la variable independiente y la variable dependiente.

30 Variables experimentales Selecciona las variables y justifica tu contestación. La variable INDEPENDIENTE es: T V Masa Presión La variable DEPENDIENTE es: T V Masa Presión Las variables controladas son: T V Masa Presión

31 Volumen vs. Presión Cuando ejerces fuerza sobre el pistón, la Presión sobre el gas Aumenta Disminuye Igual A la vez, el volumen del gas en la jeringuilla La relación entre V y P es Inversamente proporcional Directamente proporcional

32 Ley de Boyle Volumen cons tan te Presion PV cons tan te V P final final V P final final

33 Respiración PV EXPLICA LO QUE OBSERVAS

34 Volumen vs. Cantidad del gas Cuando el sistema intercambia materia con el ambiente, es un sistema abierto. Si no quieres que cambie la temperatura o la presión, entonces debe haber un cambio en volumen. Si aumenta la cantidad del gas, qué ocurre con el volumen?

35 Preparar dos botellas Teflón Globo Teflón Sólo una vuelta de teflón, en dirección opuesta a como enrosca la tapa.

36 Una de las botellas Hacer un huequito pequeño con un alfiler a la parte baja de una botella Qué efecto tiene este hueco cuando se infle el globo dentro de la botella?

37 Una botella a la vez Conectar la válvula a la bomba de aire Bombear aire hasta que el globo ponga resistancia a seguir llenando. Quitar con cuidada la conexión de la bomba

38 Presión relativa Presión de aire = Presión del manómetro+ presión atmosférica = 36 psi psi = 51 psi

39 La cantidad del gas Se expresa como mol, representado por n. 1 mol es una forma de agrupar las partículas pequeñas. La masa molar corresponde a la masa de 1 mol de átomos o moléculas del gas.

40 Ley de Avogadro Volumen ( cons tan te) Mol Volumen mol cons tan te Volumen ( final ) mol ( final ) Volumen ( inicial mol ( inicial ) ) cons tan te Cómo será la gráfica de Volumen vs Mol?

41 Ley de gases ideales

42 Cómo medir el Volumen de aire en la botella Selecciona la opción más razonable y explica por qué la escogiste: Medir las dimensiones de la botella y usar la ecuación del volumen geométrico. Llenar la botella hasta arriba, y utilizar una probeta para determinar el volumen en ml. A TRABAJAR!

43 La materia tiene Masa Cómo puedo determiner la masa del gas? Selecciona la alternativa más razonable. Justifica la selección. Peso la botella vacía, y luego añado el gas, y vuelvo a pesar. Determino la masa por diferencia. Utilizo la densidad del aire y el volumen para calcular la masa.

44 La Densidad del aire DENSIDAD DEL AIRE De qué parámetros depende la densidad del aire?

45 Central Meteorlologica y Geológica del Caribe

46 La densidad depende de la Temperatura DENSIDAD MASA DE GAS VOLUMEN DE GAS Por qué la densidad depende de la Temperatura? Cambia la masa si cambiamos la temperatura? Cambia el volume si cambia la Temperatura?

47 Volumen y Temperatura Vamos a establecer como variable controlada la masa del gas. Cómo podemos hacer esto? En un Sistema Cerrado NO HAY intercambio de materia con el ambiente. No entra ni sale GAS MASA CONSTANTE

48 Cómo Medir Cambio en Volumen Selecciona cuál de las siguientes será la más adecuada para medir el cambio en el volumen de un sistema. Justifica la selección:

49 Cambios en Temperatura Para cambiar la Temperatura, haremos cambios en el AMBIENTE. Selecciona la alternativa más razonable. Justifica la selección. Preparar baños de agua a diferentes temperaturas. Sumergir la jeringuilla y leer volumen. Calentar el aire alrededor de la jeringuilla, medir su temperatura y leer el volumen del gas.

50 Variables experimentales Selecciona las variables y justifica tu contestación. La variable INDEPENDIENTE es: Temperatura Volumen Masa La variable DEPENDIENTE es: Temperatura Volumen Masa Una variable controlada es: Temperatura Volumen Masa

51 Plantea una Hipótesis Ten en cuenta lo siguiente: Qué cambio esperas en el volumen cuando aumentes la temperatura del gas? Cuándo la disminuyas? Qué efecto tiene la temperatura en la densidad del gas, basado en lo que observado?

52 Baños para la temperatura Agua caliente, pero no hirviendo Agua a temperatura ambiente Mezcla de agua con hielo Mezcla de agua, hielo y sal Materiales necesarios: Vaso (beakers), termómetro Agua, hielo, sal

53 Temperatura vs. Volumen La relación entre Temperatura y Volumen es directamente proporcional, si la temperatura se expresa en Kelvin. Para cambiar grados Celsius ( C ) a Kelvin: C = K

54 Ley de Charles Volumen ( cons tan te) Temperatura Volumen Temperatura cons tan te Volumen ( final ) Temperatura ( final ) Volumen ( inicial ) Temperatura ( inicial ) cons tante Cómo será la gráfica de Volumen vs Temperatura?

55 El aire Es una mezcla que, a poca altura, se compone mayormente de Nitrógeno.

56 La Constante Universal Utiliza los datos que describen el estado de un gas (P, T, V, n) correspondientes al aire para calcular el valor de R.