materia y energia
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1 ¿A qué se llama materia?¿A qué se llama materia?
Piensa y deducePiensa y deduce
a) Si te preguntasen por qué resulta más difícil mover una roca que un ladrillo, ¿cuál de las siguientes respuestas elegirías?
Porque la roca es más grandePorque la roca es más pesadaPorque la roca, al ser más grande, siempre será más pesada.
?
1 ¿A qué se llama materia?¿A qué se llama materia?
Piensa y deducePiensa y deduceb) ¿Qué objeto es más pesado, una
bola de petanca de acero o una almohada?¿Cuál es más grande?¿Son siempre más pesados los objetos más grandes? Explica tus respuestas.
Piensa por un momento en las cosas materiales que tenemos en casa
Los muebles
La ventana
La maceta
Los cuadros
El reloj
Lámpara
El equipo de música
La papelera
La TV
La pared
La maceta
La planta
Todas estas
cosas son
materia
La ventana
Piensa por un momento en las cosas materiales que tenemos en casa
Los muebles
El suelo
El techo
Todos los objetos perceptibles a simple vista son materiales. Las paredes, las casas, los muebles, los seres vivos, las piedras y las rocas, el aire los mares, el Sol, la Luna, los planetas… son materia. Pero ¿qué se entiende por este concepto?
Un cuerpo material es toda forma de materia que tiene límites propios bien definidos, como una roca.
RecuerdaRecuerda
Un sistema material es toda forma de materia que carece de morfología propia o cuyos límites son imprecisos, ya sea por su naturaleza o por su extensión. Las nubes constituyen un ejemplo de sistema material.
Cuanta más inercia tiene un objeto, más esfuerzo cuesta moverlo
La forma más apropiada e definir qué es la materia consiste en describir las propiedades que esta presenta:
Tiene dimensiones, es decir, ocupa un lugar en el espacio.
Presenta inercia, que se define como la resistencia que opone la materia a modificar su estado de reposo o de movimiento.
Dicha inercia es tanto mayor cuanto mayor es la cantidad de materia presente. Así, la inercia de una pelota de ping-pong es muy pequeña, pues cuesta muy poco ponerla en movimiento, mientras que, por el contrario, la inercia de un camión es grande.
La inercia.
La inercia de tu cuerpo te desplaza hacia delante cuando hay un choque o un frenazo.
Usa el cinturón
Usa el cinturón
Inercia
La inercia de tu cuerpo te desplaza hacia delante cuando hay un choque o un frenazo.
Usa el cinturón
o el cascoInercia
La inercia de tu cuerpo te desplaza hacia delante cuando hay un choque o un frenazo.
La inercia.
La inercia de la pesada bola empuja a Homer Simpson, al haberse atascado los dedos…
La materia es la causa de la gravedad o gravitación, que consiste en la atracción que actúa siempre entre objetos materiales aunque estén separados por grandes distancias.
La gravedad es la responsable de que los objetos caigan al suelo, de la existencia de las mareas, de que los planetas se muevan en torno al Sol y, en definitiva, de la estructura del universo.
Como la masa de la Luna es Como la masa de la Luna es menor que la de la Tierra, la menor que la de la Tierra, la gravedad allí es menorgravedad allí es menor
1.1.- La masa como medida de la materia
La cantidad de materia presente en un cuerpo se caracteriza mediante la masa.
RecuerdaRecuerda
La unidad de masa en el sistema internacional es el kilogramo (Kg), que equivale a 1000 gramos.
La masa se relaciona con la cantidad de materia y su valor mide la inercia de un cuerpo así como la acción gravitatoria que este ejerce.
1.1.- La masa como medida de la materia
La cantidad de materia presente en un cuerpo se caracteriza mediante la masa.
La masa se relaciona con la cantidad de materia y su valor mide la inercia de un cuerpo así como la acción gravitatoria que este ejerce.
¿y qué significa esta definición?
¡es fácil!¡veámoslo!
1.1.- La masa como medida de la materia
La masa como medida de la inercia.Un cuerpo de 10 Kg tiene el doble de inercia que otro de 5 Kg. Es decir, para conseguir que los dos se muevan de la misma forma , será preciso ejercer el doble de fuerza en el primero que en el segundo. Por tanto, la masa indica la inercia de un cuerpo.
Para mover dos cajas, se necesita el doble de fuerza que para mover una.
1.1.- La masa como medida de la materia
La masa como medida de la acción gravitatoria.La masa del planeta Júpiter es unas 310 veces mayor que la del planeta Tierra. Esto quiere decir que si situáramos un objeto a mitad de camino entre ambos planetas, Júpiter lo atraería con una fuerza 310 veces mayor que la Tierra.
Planeta Tierra
Planeta Júpiter
1.2.- Errores frecuentes en relación ……. con el concepto de masa
¿Los cuerpos más grandes tienen siempre más masa?
?
A veces sí¡Pero
no siempre
!
Ya sabéis que, a veces, dos objetos de parecido tamaño pueden tener pesos muy diferentes
Este trozo de madera y la esponja tienen exactamente el mismo volumen: 250 cm3
Pero no pesan lo mismo: el trozo de madera pesa más
¿Es posible que un trozo de madera pese lo mismo que uno de esponja?.
Sí, pero no tendrían el mismo tamaño (volumen)
La densidad de una sustancia es la relación que existe entre su masa y el volumen que ocupa
masa
volumendensidad =
Densidad del mercurio = 13,6 Kg/L
Densidad del alcohol = 0,8 Kg/L
Densidad del aceite = 0,9 Kg/L
¿Recuerdas qué es la densidad?¿Recuerdas qué es la densidad?
Una botella de 1 L, llena de mercurio, pesa en la balanza 13,6 kg
Una botella de 1 L, llena de alcohol, pesa en la balanza 0,8 kg
Una botella de 1 L, llena de aceite, pesa en la balanza 0,9 kg
¿Recuerdas qué es la densidad?¿Recuerdas qué es la densidad?
Plata 10,5 g/cm3
Plomo 11,3 g/cm3
Oro 19,3 g/cm3
Aluminio 2,7 g/cm3
Cuarzo 2,6 g/cm3
Cobre 8,9 g/cm3
Hierro 7,8 g/cm3
Densidades de algunas sustancias
Aceite 0,9 g /cm3 Agua 1 g/cm3
Diamante 3,5 g/cm3
1.2.- Errores frecuentes en relación ……. con el concepto de masa
¿Es lo mismo masamasa que pesopeso?
?
NO ES LO MISMONO ES LO MISMO
La masa de un objeto mide su inercia, mientras que el peso de ese objeto, en la Tierra, es la fuerza con que esta lo atrae hacia sí. Por consiguiente, un objeto en el espacio, en estado de ingravidez, no pesaría, pero su masa y su inercia seguirían siendo idénticas.
No te confundas: MASA y PESO no significan lo mismo. Estos astronautas no pesan nada en “gravedad cero”, pero siguen teniendo una masa (kg)
David 78 Kg
Michael 82 Kg
Eric 74 Kg
No te confundas: MASA y PESO no significan lo mismo.El peso es la fuerza que hace que caigan las cosas, debido a la Gravedad.No pesamos lo mismo en la Tierra que en otros planetas.
Tu peso en otros planetas sería distinto.
El Sistema Solar: comparación de diámetros
Urano51.118 Km
Mercurio4.880 Km
Venus12.104 Km
Tierra12.756 Km
Marte6.792 Km
Neptuno49.532 Km
Luna3.476 Km
Plutón2.296 Km
Saturno120.536 Km
Con anillos273.600 Km
Júpiter142.984 Km
En cada planeta,
tendrías un peso distinto, pero tu masa
sería la misma
Mercurio: tu peso aquí sería 0,37 veces tu peso en la Tierra
La gravedad es muy baja aquí.
¡Y el sol abrasa!
Es el planeta más próximo al Sol. Como no tiene atmósfera, el cielo se ve negro desde este planeta, incluso de día.
¡Qué poco
pesamos aquí!
Venus.- El segundo planeta. Su atmósfera es muy densa, formada por dióxido de carbono y nubes de ácido sulfúrico.
La temperatura superficial es la más elevada de todos los planetas del Sistema Solar.
Aquí tu peso sería 0,88 veces tu peso en la Tierra.
La gravedad es algo menor que en la Tierra. ¡No veo el
Sol, pero el calor es insoportable!
Júpiter
De enorme tamaño en comparación con la Tierra, este “gigante gaseoso” está formado por hidrógeno (90%) y helio (casi 10%).
Tierra12.756 Km
142.984 Km
Aquí tu peso sería 2,64 veces tu peso en la Tierra.
2 Escalas de observación Escalas de observación del mundo materialdel mundo materialMuchas cosas podemos verlas a simple vista…
Espejo
Lente objetivo
Revólver
Pinza
Lente ocular
Preparación
Observando lo invisibleGracias a los microscopios es posible conocer los más pequeños detalles del mundo que nos rodea. El microscopio óptico o de luz tiene dos lentes principales: el objetivo y el ocular.
La preparación debe ser muy delgada para que la luz pueda atravesarla.
Luz
La imagen se ve muy aumentada
Alga microscópica
Ladilla
Pulga
Piojo
Pulga
La Daphnia o pulga de agua dulce, observada con un microscopio
Bacterias
Todo este diminuto mundo material, invisible a simple vista, constituye lo que se llama escala de observación microscópica.
Todo aquello que podemos percibir a simple vista constituye la escala de observación macroscópica.
Recuerda:
Micro = Pequeño
Macro = Grande
Átomo de Helio (He)
ProtonesNeutrones
Electrones
Núcleo
Pero, si no se pueden ver ni con un microscopio, ¿cómo se sabe que existen?
Hay cosas materiales tan pequeñas que ni siquiera pueden verse con el microscopio de más aumentos: los átomos.
Por observación indirecta.
Gracias a la investigación científica, a experimentos que llevan a Teorías
Recuerda:
En 1º de E.S.O. vimos laTeoría Cinéticade las Partículas
(En 1º de E.S.O. lo vimos)
La teoría cinéticateoría cinética de las partículas comprende dos leyes fundamentales:
1. La materia está formada por partículas.2. Las partículas se hallan en continuo
movimiento.
2.1.- Diversidad de tamaños de la materia: los órdenes de magnitud
Lo más pequeño y lo mas grande de la Naturaleza es:
- El núcleo de un átomo 0,000 000 000 000 001 m
- El Universo 100 000 000 000 000 000 000 000 000 m
¿Quieres saber una
manera de no poner tantos
ceros?
Potencias de diez positivas
102 = 10.10 = 100
1.102 = 1.10.10 = 100
Veámoslo paso a paso.Seguro que comprendes que
¿Sí? Entonces comprenderás que…
Potencias de diez positivas
103 = 10.10.10 = 1000
1.103 = 1.10.10.10 = 1000
¿Sí? Entonces comprenderás que…
Potencias de diez positivas
104 = 10.10.10.10 = 10 000
1.104 = 1.10.10.10.10 = 10 000
¿Sí? Entonces comprenderás más cosas…
Potencias de diez positivas
70 0000 = 7.10.10.10.10.10 = 7.105
Cinco ceros
Fíjate entonces como se puede poner un número grande, por ejemplo, 70 000
10 elevado a la quinta potencia
Potencias de diez positivas
800 000 000 000
11 ceros
¿Cómo pondrías en notación científica o potencia de 10 este número?
8 por 10 elevado a 11
= 8.1011
Potencias de diez positivas
35 000
tres ceros
¿Y este número?
También suele ponerse así
= 35.103 = 3,5.104
Potencias de diez positivas
Los científicos piensan que el diámetro del Universo mide 1026 m = 1023 Km
100 000 000 000 000 000 000 000 Km
Albert EinsteinAlbert Einstein
Vale, ¿Y cómo se ponen los números muy pequeños?
Potencias de diez negativas
10.10.10.10= 0,0001
1
0,0001 = 10-4
Diez elevado a menos 4Así se
expresa
Potencias de diez negativas
10.10.10= 0,005 = 5.10-4
5
Cinco por diez elevado a menos 4Así
sería 0,005
Potencias de diez negativas
0,000000003 = 3.10-9
Fíjate en esto
Nueve ceros Tres por diez elevado a
menos nueve
Potencias de diez negativas
El núcleo de un átomo mide 10-15 m = 10-18 Km
Diez elevado a menos 15 m
0,000 000 000 000 001 m
Organización del mundo material en órdenes de magnitud
Veamos este ejemplo:
Tamaño del Sol
Tamaño de la Tierra
El diámetro del Sol es unas 100 veces mayor que el de la Tierra
DSol = 100 . DTierra = 102 . DTierra
“El tamaño del Sol es dos órdenes de magnitud mayor que la Tierra”
Organización del mundo material en órdenes de magnitud
La frase Significa que A es un orden de magnitud mayor que B A es 10 veces mayor que B
A es dos órdenes de magnitud mayor que B A es 100 veces mayor que B
A es tres órdenes de magnitud mayor que B A es 1000 veces mayor que B
A es cuatro órdenes de magnitud mayor que B A es ……….. veces mayor que B
A es …………. órdenes de magnitud mayor que B A es 100 000 veces mayor que B
A es …………. órdenes de magnitud mayor que B A es ……….. veces mayor que B
A es …………. órdenes de magnitud mayor que B A es ……….. veces mayor que B
A es …………. órdenes de magnitud mayor que B A es ……….. veces mayor que B
A es …………. órdenes de magnitud mayor que B A es ……….. veces mayor que B
A es …………. órdenes de magnitud mayor que B A es ……….. veces mayor que B
A es …………. órdenes de magnitud mayor que B A es ……….. veces mayor que B
cincocinco1000010000
seisseis
sietesiete
ochoocho
nuevenueve
diezdiez
onceonce
101066
101077
101088
101099
10101010
10101111
Un cuerpo o sistema material es tantos órdenes de magnitud mayor que otro como indica el exponente de la potencia de diez que resulta de dividir sus respectivos tamaños.
3 Transformaciones en el Transformaciones en el mundo material: la energíamundo material: la energía
Piensa y deducePiensa y deduce
237 g 237 g 48 g
Hielo
Agua líquida
Hielo Agua líquida
237 g 237 g 237 g
Tapadera
Ha habido una transformación de la materia: lo que antes era hielo ahora no lo es.
Hielo Agua líquida
237 g 237 g
Tapadera
La transformación de la materia ha sido posible gracias a la participación de un agente físico: el calor transferido desde el ambiente a mayor temperatura.
Hielo Agua líquida
237 g 237 g
Tapadera
C a l o r
C a l o r
C a l o r
Para que un cuerpo o sistema material sufra transformaciones tiene que interaccionar (*) con otro.
El calor transferido entre dos cuerpos o sistemas materiales a distinta temperatura es un agente físico capaz de producir transformaciones en la materia.
(*) Interacción: acción o influencia recíproca entre dos o más sistemas
Aire (mayor temperatura)
El hielo y el aire interaccionan
Piensa y deducePiensa y deduceSe pueden fundir dos bloques de hielo haciendo un movimiento continuado de fricción de uno sobre otro, incluso cuando el ambiente exterior y los materiales en contacto con el hielo estuvieran a una temperatura inferior a cero grados centígrados.
a) ¿Qué agente físico ha hecho posible la transformación del hielo?
b) ¿Se habría fundido el hielo sin el movimiento?
El agente físico que ha hecho posible la transformación del hielo en agua líquida se llama TRABAJO
Se realiza trabajo sobre un cuerpo cuando este se desplaza bajo la acción de una fuerza que actúa total o parcialmente en la dirección del movimiento.
TRABAJO
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Se realiza trabajo sobre un cuerpo cuando este se desplaza bajo la acción de una fuerza que actúa total o parcialmente en la dirección del movimiento.
TRABAJO
Sí se realiza un trabajo
No se realiza un trabajo (no hay movimiento)
El calor y el trabajo son los agentes físicos que producen transformaciones en la materia.
El trabajo realizado por el leñador ha contribuido a la transformación del tronco del árbol en tablas y tablones.
3.1.- ¿Qué entendemos por “transformación” ……. en un sistema material?
Una transformación es cualquier cambio de las propiedades iniciales de un cuerpo o sistema material.
Un cambio de posición.Un aumento o una
disminución de la temperatura.
Una deformación o cambio de forma.
Un cambio de volumen
Este cambio puede ser:
ExperimentaExperimenta
3.2.- La energía como propiedad …….. de los sistemas materiales.
En un vaso de café caliente introduce unos cubitos de hielo. Piensa sólo en el café y el hielo (no tengas en cuenta el aire).
a) ¿Qué le ocurre al hielo? ¿Y al café?.b) ¿Sería posible que tanto el café como el hielo
aumentaran su temperatura al entrar en contacto? ¿Por qué?.
El café “pierde calor” y el hielo “gana” hasta fundirse y transformarse en agua líquida.Al final acaban igualando sus temperaturas
Uno “gana” y otro “pierde”
¿Qué crees que ocurre cuando mezclamos agua caliente y agua fría?
La caliente pierde calorLa fría gana calorAl final acaban igualando
sus temperaturas
Uno “gana” y otro “pierde”
Piensa y deducePiensa y deduce
Este coche de juguete tiene un resorte que hace posible su desplazamiento.
Primero lo empujamos hacia atrás
Al soltarlo avanza solo
Piensa y deducePiensa y deduce
a)¿Si el resorte no se hubiera tensado, se habría puesto en movimiento el coche?
b)¿Por qué se mueve el coche al soltarlo?c) ¿Qué ocurre con el resorte cuando el
coche ya está en movimiento?
Las ruedas traseras van unidas a un resorte metálico en espiral que se arrolla a medida que el coche se mueve hacia atrás.
Las ruedas traseras van unidas a un resorte metálico en espiral que se arrolla a medida que el coche se mueve hacia atrás.
El coche “gana movimiento” a medida que el resorte “pierde tensión”
Uno “gana” y otro “pierde”
Hay una palabra que explica esto:
Uno “gana” y otro “pierde”
El café pierde energía y la transfiere al hielo, que gana energía. En conjunto, la energía total sigue siendo la misma.
El resorte pierde energía y la transfiere al coche, que gana energía. En conjunto, la energía total sigue siendo la misma.
Mire, jefe: yo sigo siendo el mismo a pesar de mis disfraces
¡Como la energía!
La ENERGÍA también puede “disfrazarse” de muchas formas, pero permanece invariable
Uno “gana” y otro “pierde”
El café tiene la capacidad de transferir calor al hielo.
El resorte tensado tiene la capacidad de realizar un trabajo. A medida que el café transfiere
calor, su temperatura disminuye y, con ella, su propia capacidad para transferir calor.
A medida que se realiza el trabajo, la tensión del resorte disminuye y, con ella, la capacidad de seguir realizando un trabajo.
Ya sabes que unas pilas nuevas tienen energía. Esta energía puede realizar un trabajo: por ejemplo hacer que el conejito ande y toque el tambor.
A medida que las pilas transfieren su energía, van perdiendo su capacidad para hacer un trabajo.
Ya sabes que la electricidad puede calentar muchos de los electrodomésticos que tenemos en casa.
La energía es la capacidad que tienen los cuerpos o sistemas materiales de transferir calor o de realizar un trabajo, de modo que, a medida que un cuerpo o sistema transfiere calor o realiza un trabajo, su energía disminuye.
¡Pero si no estamos hablando de meses!
La energía se mide en una unidad del Sistema Internacional (SI) llamada julio (J).
También el calor y el trabajo se miden en julios (J)
¿Y no puede medirse en otro mes?
4 Las variaciones de energía Las variaciones de energía en los sistemas materialesen los sistemas materiales
Las transformaciones que suceden en los sistemas materiales pueden describirse mediante los cambios que se producen en la energía de dichos sistemas.
Veamos qué significa esto
con un ejemplo
Piensa y deducePiensa y deduce
¿Sabrías explicar cómo funciona este “encendedor mecánico de cerillas”?
Bola a cierta altura
Plano inclinado
Cerilla
Rueda o molinillo
Aspas Lija
Piensa y deducePiensa y deduce
¿Podría encenderse la cerilla sin el movimiento de la rueda?
Piensa y deducePiensa y deduce
¿Podría moverse la rueda si la bola permaneciera inmóvil?
Piensa y deducePiensa y deduce
¿Podría empezar a moverse la bola si no estuviera a cierta altura del suelo?
Piensa y deducePiensa y deduce
¿Qué es, en definitiva, lo que provoca que la cerilla pueda encenderse?
La causa última de que la cerilla encienda es que la bola estaba a cierta altura del suelo
Las transformaciones que suceden en los sistemas materiales pueden describirse mediante los cambios que se producen en la energía de dichos sistemas.
La cerilla ha encendido
porque
su cabeza roza con la lijaporque
las aspas se mueven
porque
la bola se mueve
porque
la bola está en alto
Energía cinética: la bola se mueve
Energía cinética:las aspas se mueven
Energía potencial: bola a cierta altura
Energía térmicapor el rozamiento
En
erg
ía
qu
ímic
a
E. t
érm
ica
12
34
56
Unas formas de energía se van transformando en otras
Unas formas de energía se van transformando en otras
Energía potencial: es la que tienen los cuerpos cuando están en una posición distinta a la del equilibrio.
Energía cinética: es la que tienen los cuerpos por el hecho de moverse a cierta velocidad.
Energía térmica: es la que tienen los cuerpos en función de su temperatura.
Energía química: es la que se desprende o absorbe en las reacciones química.
La energía “se disfraza”
5 Fuentes de energía aprovechableFuentes de energía aprovechable
Fuentes de energía no renovables
Fuentes de energía renovables
Combustibles fósiles (petróleo, carbón y gas natural)Energía nuclear
Energía geotérmicaEnergía hidráulicaEnergía solarEnergía eólicaEnergía maremotrizEnergía de la biomasa
Energía por combustibles fósilesEnergía por combustibles fósiles
Turbina
Central térmicaCentral térmica
Combustión
Vapor Caldera
Agua líquida
Combustible
Contaminación atmosférica
Oxígeno
Generador
CO2
Energía hidráulicaEnergía hidráulica
Turbina
Generador
Salida
Central Central hidroeléctricahidroeléctrica
Presa Embalse o pantano: el agua acumulada a cierta altura tiene Energía Potencial
Entrada del agua
La energía hidráulica se obtiene del agua en movimiento. La fuerza del agua se transforma en energía mecánica al mover las aspas de una turbina en una central hidroeléctrica, donde se transforma en energía eléctrica. Las presas hidráulicas se destinan a la producción de energía eléctrica.
Marea alta
Marea baja
Energía maremotrizEnergía maremotriz
Generador
Turbina
Central Central maremotrizmaremotriz
Aerogenerador
Aspa
18
6 Energías alternativas en Castilla La Mancha
Aerogeneradores
Petróleo 55,9%
Urbano 13%
Industria 8%
Otros 5%
Las fuentes de energía en C-La Mancha
Petróleo
Carbón
Gas Natural
Energíasrenovables
Electricidadimportada
Petróleo 55,9%
Carbón 20,6%
Gas natural 12,7%
5,7%
5,1%
Biomasa
Energía hidráulica5,3%
Energía eólica3,5%
Energía solar1,2%
Biomasa 90%
Energías renovables en C-La Mancha
90%
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