Unidade 5: Materia e enerxía, conceptos e propiedades

Materia e enerxía

Unidade 5. Materia e enerxía

UNS INVITADOS MOI ESPECIAIS

Ao longo desta unidade desvelaremos alguns dos nosos segredos, pero antes ímosvos contar algo moi interesante.

A materia e todo aquilo que ten masa e volume. Os ingredientes das nosas receitas, o vapor que se desprende mentres que unha pota ferve, os utensilios que empregamos ou, incluso, nós mesmos e mesmas estamos formados por materia.

Pois ben, a materia está formada por átomos, que son unhas partículas moi, moi, moi pequeniñas e teñen un volume e unha masa diminutos. Non vos esforcedes en intentar velos porque os nosos ollos non son capaces de diferenciar cousas tan minúsculas.

Recordade: os átomos son a parte mais pequena na que podemos dividir a materia.

Ademais, tamén sabemos moito de enerxía. A enerxía axúdanos a facer cousas. Proporciónanos, por exemplo, luz e calor. Empregamola para facer un pastel, cociñar un cocido ou quentar unha sopa. Fai funcionar os nosos fornos e electrodomésticos. Sen ela non poderiamos cocinar, porque a enerxía ten a capacidade de producir cambios.

Recorda o que é masa e volume. Tamén podes pulsar aquí para lembrar que é a enerxía eléctrica.

Cambios na materia

A materia é todo o que nos rodea. Posúe unha masa e ocupa un lugar no espazo; e dicir, ten masa e volume.

Os obxectos da clase, o aire que respiramos, a auga do mar, os seres vivos ... están formados por materia.

A materia presentase en tres estados de agregación diferentes:

Estados da materia

Sólido Os sólidos teñen forma propia e manteñen o seu volume.

Líquido Os líquidos non teñen forma propia, pero mantenen o seu volume constante.

Gas Os gases non teñen forma propia e poden variar o seu volume.

Para describir a materia facemolo medindo o valor das suas propiedades.

. As propiedades xerais son comuns a todos os tipos de materia. Son a masa e o volume.

16º EP CIENCIAS DA NATUREZA

· As propiedades características tenen un valor propio para cada tipo de materia e fan que cada tipo de materia se poida usar con fins diferentes. Por exemplo, podemos empregar un tipo de materia que non conduza ben a calor para fabricar un illante térmico. Cando empregamos un tipo de materia para fabricar algún obxecto, chamaselle material.

A materia cambia

A materia non sempre se manten igual, senon que sofre cambios continuos. Podemos organizar os cambios en diferentes tipos:

Cambios segundo a súa permanencia

• Reversibles: se a materia pode recuperar o seu estado inicial. Por exemplo: o xeo pódese fundir para formar auga, pero poderíamos volver a obter xeo se a arrefriamos de novo.
• Irreversibles: se a materia non pode recuperar o seu estado inicial. Por exemplo: cando arde un papel, fagamos o que fagamos, xa non poderemos recuperar o papel; transformouse noutro tipo de materia.

Cambios segundo a súa natureza

Os cambios químicos (ou reaccións químicas)

Ocorren cando un tipo de materia se transforma noutra. As substancias iniciais chamanse reactivos e as substancias que se obtenen son produtos.

REACTIVOS PRODUTO Osíxeno Hidróxeno + Auga

Nesta imaxe podes ver un exemplo de reacción química. Para que se forme a auga (H2O) combinanse dous gases diferentes, o osixeno (O2) e o hidróxeno (H2). Durante esta reacción química, os átomos que formaban parte dos reactivos reordénanse para dar lugar a un composto novo, que será o produto.

26º EP CIENCIAS DA NATUREZA

Podemos representalo así:

Reactivos -> Produtos

Nos cambios químicos a materia transformase, non se crea nin se destrúe, polo que a súa masa se conserva. É dicir, a masa dos reactivos será sempre igual á masa dos produtos. Algunhas das reaccións químicas máis habituais son a fermentación, a oxidación e a combustión.

Os cambios físicos

Ocorren cando a composición da materia é a mesma, pero cambia o seu aspecto, o seu tamaño ou a temperatura. Tamén son cambios físicos os cambios de posición, forma ou estado.

Alguns exemplos de cambios físicos son:

1. Dilatación e contracción producidas pola calor. A temperatura fai referencia ao quente ou frío que está un corpo. Mídese cun termómetro. Cando dous corpos están a diferente temperatura, producese unha transferencia de enerxía entre eles en forma de calor.
   • Se un corpo recibe calor, aumenta a súa temperatura. Ademais, producese unha dilatación; e dicir, aumenta o seu volume.
   • Se un corpo emite calor, baixa a súa temperatura. Ademais, producese unha contracción; e dicir, diminue o seu volume.
2. Os cambios de estado. Son reversibles. Producense polo efecto da calor, xa que a materia absorbe ou cede calor e así a súa temperatura cambia.
   • Fusión: é o proceso mediante o que a materia en estado sólido pasa a estado líquido. Por exemplo: se un anaco de xeo absorbe suficiente calor, pasa a ser auga líquida.
   • Evaporación: é o proceso mediante o que a materia en estado líquido pasa a estado gasoso. Por exemplo: se a auga líquida absorbe suficiente calor, pasará a ser vapor de auga.
   • Condensación: é o proceso mediante o que a materia en estado gasoso pasa a estado líquido. Por exemplo: se o vapor de auga cede calor suficiente, pasa a ser auga en estado líquido.
   • Solidificación: é o proceso mediante o que a materia en estado líquido pasa a sólido. Por exemplo: se a auga cede suficiente calor, transformase en xeo.
   • Sublimación: é o proceso mediante o que a materia en estado sólido pasa a estado gasoso, sen pasar polo estado líquido.
   • Sublimación inversa: é o proceso mediante o que a materia en estado gasoso pasa a estado sólido, sen pasar polo estado líquido.

36º EP CIENCIAS DA NATUREZA

Sublimación Fusión Evaporación Solidificación Condensación Sublimación inversa

A flotación

A flotación é unha propiedade dos corpos que nos indica a capacidade de manterse enriba dun líquido. Esta propiedade está determinada pola densidade do líquido e a densidade do sólido. Se a densidade do corpo é menor que a do líquido, este flotará.

Por exemplo, se colocamos unha cortiza nun recipiente con auga, a cortiza flotará, porque ten menos densidade que a auga. Se colocamos unha pedra, esta afundirase.

Cambios nos corpos por acción das forzas

Todos os corpos están formados por materia. Os corpos interaccionan entre si exercendo forzas uns sobre outros.

Aínda que non as podemos ver, as forzas están presentes no noso día a día ao empurrar un obxecto, cando remamos ou cando un obxecto cae cara ao chan. Non obstante, ainda que non se poden ver, si que podemos observar os seus efectos.

As magnitudes son propiedades dun corpo que podemos medir. A lonxitude, a masa ou o tempo son magnitudes que empregamos con frecuencia. A forza e tamén unha magnitude.

Pero ... que características ten unha forza?

Cando imos á froitaría e pedimos 2 quilos de cereixas, o froiteiro ou froiteira sabe exactamente cantas nos ten que dar. Pasa o mesmo cando pedimos a un dependente ou dependenta dunha mercería 3 metros de cinta ou cando lle solicitamos ao conserxe ou á conserxe que poña a calefacción a 19 ºC.

Non obstante, cando falamos de forzas non chega con dar unha cifra e unha unidade, hai que dar máis información.

46° EP CIENCIAS DA NATUREZA

Imaxina que na clase hai unha caixa. Poden pedirche que a empuxes, é dicir, que apliques sobre ela unha forza, pero non saberías como facelo correctamente sen mais información. Tamén deben dicirche cara a onde tes que empuxar a caixa.

Forza

Para representar unha forza, podemos empregar frechas. Canto maior sexa a forza, mais longa teremos que debuxar a frecha. A liña sobre a que se pinta a frecha indícanos a dirección da forza e a punta da frecha o sentido cara ao que se aplica a forza.

As forzas non se poden ver, pero si podemos observar os seus efectos. Cando unha forza actúa sobre un corpo, pode causar nel deformacións ou cambiar o seu estado de movemento ou repouso.

Deformacións

Cando se aplica unha forza sobre un corpo, este deformase. Non todos os corpos se comportan igual cando sobre eles actúa unha forza. Distinguimos:

• Corpos elásticos: defórmanse cando unha forza actúa sobre eles, pero recuperan a súa forma cando a forza desaparece, como, por exemplo, unha goma elástica.
• Corpos plásticos: defórmanse cando unha forza actúa sobre eles, pero non recuperan a forma ao cesar a forza; por exemplo, un trozo de papel que doblamos ou a manteiga.
• Corpos ríxidos: non se deforman cando unha forza actúa sobre eles; pero, se esta é moi grande, poden romper, como a cerámica.

Cambios no movemento

Un corpo móvese se cambia de posición. Cando isto non acontece, dicimos que está en repouso. As forzas poden causar que un corpo cambie o seu estado de repouso ou movemento:

• Cando se aplica unha forza sobre un corpo que está en repouso, este pode comezar a moverse; por exemplo, cango golpeamos unha pelota.
• Se se aplica unha forza sobre un corpo que se move, este movemento modificarase. Pode, por exemplo, parar, cambiar de traxectoria ou moverse mais rápido. Por exemplo, vemos este efecto cando golpeamos unha pelota de tenis cunha raqueta.

56º EP CIENCIAS DA NATUREZA

Os gases na natureza

Na natureza podemos atopar materia nos tres estados:

• Sólido, como as rochas.
• Líquido, como a auga do mar.
• Gases, como o aire.

A atmosfera da Terra está composta por un conxunto de gases, que quedan retidos ao redor do planeta pola acción da gravidade terrestre. O aire está formado polo conxunto de gases que forman a atmosfera. Os gases maioritarios no aire son: o osíxeno e o nitroxeno.

Debido á gravidade terrestre, que atrae estes gases cara á superficie da Terra, están máis concentrados nas capas baixas da atmosfera e máis dispersos nas superiores.

Fluídos

Tanto a auga como o aire son fluídos, polo que calquera obxecto ou ser vivo que se desprace a través deles interactúan coa materia que os forman.

Aerodinámica

A física ocúpase de estudar con detalle como se comportan os fluídos. A aerodinámica é a ciencia que estuda como se comporta o aire, como se desprazan os corpos ao interactuar cos gases da atmosfera.

Comprender estas interaccións, as forzas que se xeran, axúdanos, por exemplo, a contruir coches, helicópteros, trens ou avións mais eficientes. Tamén podemos comprender o funcionamento dun paracaídas, ou o dun papaventos, ou como influe a forma do corpo e a posición que adoptan as aves ao voar.

A forma que menos resistencia ten ao desprazamento a través do aire é semellante á dunha pinga de auga. Sobre obxectos con outras formas aparecen forzas que, se comprendemos, podemos aproveitar; por exemplo, para contruir un avión.

Un avión é o medio de transporte que permite tranportar cargas moi elevadas a centos, ou miles, de quilómetros de distancia, atravesando o aire. Pero, como se consegue tal proeza?

Vexamos como se comporta un avión durante o voo.

A fuselaxe dun avión é a parte principal do mesmo; ten forma de fuso para ofrecer pouca resitencia ao avance polo aire. Nel alóxanse a tripulación, os pasaxeiros, a carga ... A esta estrutura fixanse outras que permiten que o avión se eleve, avance e, finalmente, poida aterrar.

Unha das estruturas máis destacadas que se anclan na fuselaxe son as ás. Se fixeramos un corte nunha ala dun avión veriamos que ten unha forma semellante a unha pinga de auga, pero 6