...98 99 © Grupo Anaya, S. A. Material fotocopiable autorizado. © Grupo Anaya, S. A. Material...

Unidad inicial: R 1, 2, 4, 5, 7, 8, 9, 11, 12, 13 / A 3, 6, 10, 14

Unidad 1: R 1, 2, 3, 5, 7, 8, 9 / A 4, 6

Unidad 2: R 1, 3, 4, 5, 6 / A 2, 7

Unidad 3: R 1, 2, 3, 4, 5, 6 / A 7, 8

Unidad 4: R 1, 3 / A 2, 4

Unidad 5: R 1, 3, 5, 7, 9, 10, 12, 13 / A 2, 4, 6, 8, 11

Unidad 6: R 1, 3, 5, 6, 7, 9, 10 / A 2, 4, 8

Unidad 7: R 1, 3, 5, 6, 8, 9 / A 2, 4, 7

Inclusión y atención a la diversidad

R Refuerzo

A Ampliación

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Conocimiento científico Ficha de trabajo 1

Nombre y apellidos: ................................................................................................................................................................................................................................................

Curso: ........................................................................................................................................... Fecha: ...............................................................................................U.I.

Una investigación casera

Para comprender cuáles son las etapas del método científico, nos planteamos aplicar este método a un hecho cotidiano, como es la elaboración de un bizcocho. Es sabido que la textura esponjosa de los bizcochos se obtiene al expandirse el gas que contiene la masa fer-mentada, que previamente ha sido liberado por la levadura al consumir hidratos de carbono.

El azúcar es un tipo de hidrato de carbono; ¿podríamos relacionar la cantidad de azúcar en la receta de un bizcocho con el tamaño final del bizcocho?

1. Indica cuáles serían las etapas del método científico que seguirías en tu investigación.

Etapa 1: ..................................................... Etapa 3: ....................................................

Etapa 2: ..................................................... Etapa 4: ....................................................

2. Diseñar qué experimentos se van a llevar a cabo para la comprobación de una hipótesis es una etapa muy importante del método científico:

a) En el caso del enunciado, ¿de qué variables (magnitudes físicas) crees que puede depender el tamaño del bizcocho, además de la cantidad de azúcar?

b) Indica qué experimentos realizarías para comprobar la hipótesis de partida. (Debes indicar qué variables medirías, cómo sería la receta de tu bizcocho, cuántas medidas harías, si cambiarías o no otros factores, como la temperatura del horno, la cantidad total de ingredientes, el tiempo de cocción, etc.).

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Curso: ........................................................................................................................................... Fecha: ...............................................................................................

La ciencia es creativa

1. Estamos acostumbrados en clase de ciencias a buscar la respuesta correcta, la única res-puesta, a lo que nos preguntan en un ejercicio, en un informe de laboratorio, etc. Para conseguir dar con esta respuesta necesitamos conocer, comprender y estudiar leyes y teorías que han sido validadas por el conocimiento científico durante décadas, e incluso siglos. Pero no podemos conformarnos solo con esto. Para poder formarnos como futu-ros científicos, o para comprender lo que los científicos hacen, no debemos olvidarnos de tener a punto una cualidad muy valiosa: la creatividad. En muchas ocasiones, para encontrar la explicación a un fenómeno, o una solución a un problema tecnológico, la creatividad del investigador juega un papel clave.

Con lo que aprenderemos a lo largo del curso tendremos información suficiente sobre modelos y teorías que nos ayudarán a explicar algunos fenómenos cotidianos. No obs-tante, antes de tener este conocimiento, podríamos intentar dar una respuesta propia, creada por cada uno de nosotros, acerca de algunos de ellos. Escribe tu respuesta a cada pregunta. Guarda este documento y revísalo cuando hayas finalizado el curso. Extrae alguna conclusión acerca de cómo aprendemos y qué habilidades debemos entrenar.

a) ¿Por qué no se debe echar agua caliente a una pecera?

b) ¿Por qué los alimentos se cocinan más rápido en una olla a presión?

c) ¿Por qué al abrir una botella de agua medio llena que ha estado al sol oímos una leve corriente de aire?

d) ¿Se puede disolver mucha sal en agua removiéndola con una cuchara?

e) ¿Por qué flotan los icebergs en el mar?

f) ¿Por qué al frotar un globo con nuestra cabeza se nos separa el pelo?

g) ¿Por qué se usan hilos de cobre para conducir la electricidad?

h) ¿Por qué se considera que el gas natural contamina menos que el butano?

i) ¿Por qué aparece un polvo naranja sobre las piezas de hierro que están a la intemperie?

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Un ejemplo de relaciones ciencia, tecnología y sociedad

El LHC (Large hadron collider, gran colisionador de hadrones) es la instalación más costosa y compleja que se ha construido para el estudio de los componentes últimos de la materia. Pertenece al CERN (Laboratorio europeo de física de partículas) en el que participan una veintena de estados, entre ellos España. De los experimentos que allí se llevan a cabo se han obtenido datos y explicaciones acerca de cómo era el universo instantes después del big bang y, por extensión, de cuáles son los componentes últimos de la materia. Además de estas valiosas aportaciones al conocimiento científico, las investigaciones que allí se rea-lizan tienen un impacto directo en la sociedad. Un ejemplo de ello son algunas técnicas de diagnóstico en medicina, aplicaciones de imanes superconductores y técnicas criogénicas, tecnologías relacionadas con la supercomputación y la transmisión de información, etc.

En la siguiente dirección de Internet puedes ver una fotografia que muestra un montaje del LHC, que te ayudará a hacerte una idea de sus dimensiones.

http://cms.web.cern.ch/sites/cms.web.cern.ch/files/styles/large/public/field/image/LHC_and_mountains-0503019-1-nice.jpg?itok=KxCQHtqY

Busca información en Internet sobre los contenidos del texto y responde al cuestionario que aparece a continuación. Sugerimos que se consulten estas direcciones:

• http://www.nationalgeographic.es/ciencia/espacio/origen-universo

• http://www.i-cpan.es/lhc.php

• http://home.web.cern.ch/about/member-states ç

• http://desayunoconfotones.org/2014/01/15/de-bosones-y-tumores-2/

• http://lhc-machine-outreach.web.cern.ch/lhc-machine-outreach/faq/mammography.htm

• http://www.allaboutscience.org/spanish/experimento-del-gran-colisionador-de-hadrones.htm

• http://knowledgetransfer.web.cern.ch/life-sciences/from-physics-to-medicine

• http://home.web.cern.ch/topics/birth-web

• http://webfoundation.org/about/vision/history-of-the-web/

1. ¿Qué es la teoría del big bang?

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2. ¿Qué es un hadrón?

3. Explica el significado de «componentes últimos de la materia».

4. ¿Qué estados participan en el CERN?

5. Investiga sobre la relación entre la física del CERN y las técnicas de diagnóstico de cáncer:

a) ¿Qué significan las siglas PET?

b) ¿Qué tienen en común los detectores del CERN y los tomógrafos de los hospitales?

6. ¿Quién inventó la web? ¿En qué lugar y año?

7. ¿Crees que la inversión que la sociedad hace, a través de los estados, en laboratorios como el CERN reporta beneficios a la sociedad?

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La física y la química

1. Completa el siguiente mapa conceptual:

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

a) La química estudia los cambios, y la física, solo cambios de posición.

b) La explicación científica a un hecho es siempre definitiva e inamovible.

c) Los sistemas que estudia la química son exclusivamente sistemas microscópicos.

d) Definimos sistema material como la parte del universo que es objeto de estudio.

3. Explica la diferencia entre sistema material y cuerpo.

Ciencias naturales

formadas, entre otras, por

.................................

la naturaleza de las

.................................

ambas estudian

modifican

en sistemas materiales

que noque sí

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Magnitudes y unidades


2. Indica a qué magnitudes corresponden estas unidades, su abreviatura y si se trata de magnitudes fundamentales o derivadas, en cada caso.

Unidad Abreviatura Magnitud Fundamental/derivada

Caloría Energía

Kelvin Temperatura

Gramo Masa

Pascal Presión

Aceleración de la gravedad Aceleración

Julio Energía

Centímetro cuadrado Superficie

Newton Fuerza

La experimentación

requiere de

de

para lo que necesitamos

que definen la cantidad patrón de las

que pueden sera partir de fórmulas físicas se definen las

Fundamentales

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Magnitudes derivadas

A partir de las unidades de una medida es posible determinar de qué magnitud derivada se trata si se conoce la ley física que define esta magnitud.

1. Utilizando las relaciones entre las magnitudes siguientes y la nomenclatura del recuadro:

S L2= ; V L3= ; v te

= ; a tv

= ; d vm

=

Nomenclatura:

L: longitud S: superficie V: volumen v: velocidad a: aceleración

t: tiempo d: densidad m: masa e: espacio (longitud)

E: energía F: fuerza

Indica de qué magnitud es cada una de estas medidas:

a) h

km25 es una medida de .............................................................................................

b) cm

g300 3 es una medida de ..........................................................................................

c) sm

300 000 es una medida de ......................................................................................

d) ,s

dm0 98 2 es una medida de .........................................................................................

e) m h

L200 2 $

utilizada para determinar las precipitaciones que caen por unidad de su-

perficie, es realmente una medida de ..........................................................................

2. Deduce las unidades de las siguientes magnitudes derivadas a partir de las leyes físicas que se utilizan para calcularlas:

a) p SF

= ...............................................................................................................

b) E p V$= ...............................................................................................................

c) F m a$= ...............................................................................................................

d) E m a L$ $= ...............................................................................................................

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Instrumentos de medida y errores


a) El intervalo de medida es la diferencia de magnitud que detecta el instru-mento.

b) Los errores aleatorios se pueden minimizar calibrando el equipo de medi-da.

c) La sensibilidad es la mínima variación de magnitud que detecta el instru-mento.

d) El intervalo de medida queda determinado por los valores máximos y mí-nimos de la magnitud.

2. Relaciona la medida a realizar con el instrumento de medida según su intervalo de me-dida.

3. Indica si los siguientes conjuntos de medidas, para los que indicamos un valor verdade-ro, presentan errores sistemáticos o aleatorios. Justifica tu respuesta

a) 0,987 g; 0,986 g; 0,980 g; 0,970 g. Valor verdadero: 0,950 g.

b) 9,0 s; 11,0 s; 8,5 s; 10,2 s;10,9 s. Valor verdadero: 10,0 s.

c) 36,8 ºC; 36,5 ºC; 36,8 ºC; 36,7 ºC. Valor verdadero: 36,7 ºC.

d) 23 mA; 0,025 A; 24 mA; 0,021 A. Valor verdadero: 26mA.

Cronómetro digital (sensibilidad de cs)

Cinta métrica con sensibilidad de dm

Regla con sensibilidad de mm

Balanza de laboratorio

Reloj de agujas

Balanza de baño

Volumen de aire en el aula

Tiempo que tarda en pasar un autobús por una parada

Longitud de una falange de tu mano

Masa de un bolígrafo

Tiempo que tarda un atleta en recorrer 100 m

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Error relativo y error absoluto

1. Calcula para cada medida el error absoluto y el error relativo a partir del dato del umbral de resolución del aparato de medida. Expresa la medida junto con el error absoluto, como en el ejemplo.

Medida Umbral de resolución Medida ± error absoluto Error relativo (%)

2,3 kg 100 g (2,3 ± 0,1) kg 4,3

2 h 17 min 1 s

185 cm 5 mm

–5 °C 0,5 °C

85 km/h 5 km/h

2. Indica si las siguientes medidas serían posibles o no, atendiendo al error absoluto de cada una de ellas, y corrígelas en los casos incorrectos.

Medida ¿Es correcta? Expresión correcta

(1,27 ± 0,1) g No 1,3 ± 0,1 g

(35,678 ± 0,1) A

(34,12 ± 0,001) g

(45,98 ± 0,01) s

(60,80 ± 0,1) kg

Explica qué criterio has utilizado para identificar las medidas incorrectas:

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Errores en medidas directas (I)

1. Para minimizar errores en medidas directas, se suelen hacer varias mediciones de la mag-nitud cuyo valor queremos conocer.

Un operante de laboratorio quiere comprobar la precisión de una balanza; para ello, ne-cesita conocer la sensibilidad de esta y la reproducibilidad de las medidas. En el manual de la balanza se indica que el umbral de resolución es de 0,1 g. Para comprobar la re-producibilidad de las medidas, utiliza una pesa, cuya masa mide ocho veces, obteniendo los siguientes resultados:

Medida Masa (g) Error absoluto (g) Error relativo (%)

1 0,503

2 0,524

3 0,512

4 0,501

5 0,514

6 0,508

a) Calcula el valor medio de las medidas.

b) Calcula el error relativo expresado en %, y escribe el resultado en la tabla.

c) ¿Qué medida tiene mayor error relativo?

d) ¿Qué referencia has tomado para conocer el error absoluto de cada medida?

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Errores en medidas directas (II)

1. Para minimizar errores en medidas directas, se suelen hacer varias mediciones de la mag-nitud cuyo valor queremos conocer.

Una empresa que fabrica aparatos de radar para medir la velocidad de los vehículos de una carretera quiere comprobar la fidelidad de su último modelo. Para ello, realiza varias medidas de la velocidad de un vehículo programado para circular a velocidad constante en el tramo de pruebas (90 km/h), obteniendo las medidas que se muestran a continuación:

Medida Velocidad (km/h) Error absoluto (km/h) Error relativo (%)

1 82

2 85

3 83

4 85

5 84

6 86

a) ¿Cuál es el umbral de detección del radar?

b) Calcula el valor medio de las medidas.

c) Calcula los errores absoluto y relativo de cada medida. Para ello, toma como valor verdadero la velocidad a la que está programado el vehículo de la prueba. Expresa los resultados en la tabla.

d) ¿Qué conclusión extraes sobre el conjunto de medidas del nuevo modelo de radar? ¿Son precisas? ¿Son exactas? ¿Hay algún error sistemático?

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Múltiplos y submúltiplos; notación científica

1. Expresa las siguientes medidas en notación científica, y realiza el cambio de unidades que consideres necesario para expresar la medida en el orden de magnitud adecuado, como se muestra en el ejemplo.

Notación científica Cambios de unidades

0,000 000 567 m 5,67 ∙ 10–7 m 0,568 µm

3 200 000 g

0,0089 s

0,045 C

6 700 J

0,000 009 0 m

460 m

2. Al realizar cambios de unidades de superficie o de volumen debemos tener en cuenta el exponente de la dimensión LONGITUD. Teniendo esto en cuenta, realiza los siguientes cambios de unidades:

a) 200 cm2 son ……………… m2.

b) 10–6 m2 son ……………… mm2.

c) 3 ∙ 1018 nm2 son ……………… m2.

d) 1 004 cm3 son ……………… m3.

e) 9 dm3 son ……………… m3.

f) 10–5 m3 son ………………mm3.

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Unidades de volumen

1. La unidad de volumen en el SI es el metro cúbico; sin embargo, hay otra unidad muy uti-lizada, el litro, que es la unidad de capacidad (el volumen máximo que puede contener un recipiente). Así, un litro equivale a un decímetro cúbico. Utilizando este dato, com-pleta la tabla de equivalencias entre los submúltiplos del metro cúbico y los múltiplos y submúltiplos del litro.

Equivalencia entre unidades de volumen y de capacidad

Volumen

Equivale a 8

Capacidad

1 kL = .................. L

1 dm3 1 L

1 mL = .................. L

2. Utiliza las equivalencias anteriores para realizar los siguientes cambios de unidades:

a) 6 m3 son

b) 2 · 10–3 m3 son

c) 4 cL son

d) 300 cm3 son

e) 5 ·10–4 daL son

...........................

...........................

...........................

...........................

...........................

HL.

L.

cm3.

dL.

cm3.

f) 70 dm3 son

g) 3,3 dL son

h) 750 mL son

i) 2 · 10–2 m3 son

j) 100 HL son

...........................

...........................

...........................

...........................

...........................

kL.

dm3.

m3.

L.

dm3.

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Curso: ........................................................................................................................................... Fecha: ...............................................................................................

Factores de conversión

1. La energía se expresa en julios (J) y calorías (cal). Un J equivale a 0,24 cal. Utilizando este factor de conversión, realiza los siguientes cambios de unidades.

Factores de conversión utilizados

0,24 J son ……………………… cal

1,003 kJ son ……………………… cal

2 000 kcal son ……………………… kJ

1 500 kcal son ……………………… J

¿Qué contiene mayor energía, 1 J o 1 cal? Justifica tu respuesta.

2. Realiza los siguientes cambios de unidades, indicando en la tabla los factores de conver-sión que hayas utilizado, como se muestra en el ejemplo.


sm

hkm

150 = =...........................................................................

m

kg

kg

g

L

mLg

9871

10

10

1987

1010

9873

3

3

3

3

3

$ $ $= =kg

g;

Lm

110

101

3

3

3

sm

hkm

3 105$ = =.......................................................................

gcal

kgJ

4 180 = =.......................................................................

cm

mgLg

10 33 = =

..........................................................................

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Curso: ........................................................................................................................................... Fecha: ...............................................................................................

Ecuaciones, tablas y gráficas

La energía cinética de un cuerpo, Ec se calcula a partir de la expresión E m v21

c2

$ $= , donde m es la masa del cuerpo, y v, su velocidad.

Se han hecho varias medidas de velocidad de dos móviles, de distinta masa, en una pista de pruebas. Los datos se muestran en la tabla.

Móvil 1 Móvil 2

m (kg) 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2

v (m/s) 5 7,5 10 12,5 15 5 7,5 10 12,5 15

Ec (J)

1. Calcula la energía cinética para cada caso e incluye los resultados que obtengas en la tabla.

2. Representa la energía cinética frente a la velocidad para cada móvil (utiliza símbolos diferentes para cada móvil).

v (m/s)

Ec (J)

25,0

20,0

15,0

10,0

5,0

0,0

0 2 4 6 8 10 12 14 16

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3. ¿Cómo es la dependencia entre la velocidad y la energía cinética? ¿Por qué no coinciden las representaciones de los dos móviles? Justifica tu respuesta.

4. Selecciona dos datos de la tabla para representar la dependencia de la energía cinética con la masa. ¿Cómo son los valores de la velocidad correspondientes a los datos que has elegido?

5. Representa la energía cinética frente a la masa.

m (kg)

Ec (J)

25,0

20,0

15,0

10,0

5,0

0,0

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25

6. ¿Cómo es la dependencia entre la energía cinética y la masa? ¿Son suficientes dos pun-tos para observarla? Justifica tu respuesta.

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Estructura atómica de la materia Ficha de trabajo 1


Curso: ........................................................................................................................................... Fecha: ...............................................................................................1

Leyes fundamentales

A partir de este esquema de una reacción química de formación de un compuesto, responde al cuestionario:

10 g de cobre (Cu)

5,04 g de azufre (S)

15,04 g de monosulfuro de

cobre (CuS)

1. ¿En qué se diferencia un elemento, o sustancia elemental, de un compuesto químico?

2. Escribe los nombres de las sustancias elementales y de los compuestos del esquema.

3. ¿Se cumple la ley de conservación de la masa? Compruébalo.

4. ¿Cuál es la proporción Cu/S en la formación del monosulfuro de cobre?

5. ¿Qué cantidad de cobre será necesaria para formar 30,08 g de monosulfuro de cobre?

+

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Curso: ........................................................................................................................................... Fecha: ...............................................................................................1

Primeras ideas sobre la materia


a) La idea de átomo es original del científico inglés Dalton.

b) En la teoría atómica de Dalton no se proporciona explicación alguna a las reacciones químicas.

c) Los átomos según Dalton son inmutables, es decir, no cambian.

d) La palabra átomo significa diminuto, infinitesimal.

2. Completa las palabras que faltan en las oraciones siguientes sobre las hipótesis de Dalton:

a) La ......................... está formada por ...................... ....................., que son inmutables

y de tamaño .........................., denominadas ........................... .

b) Los átomos de un mismo ......................... son iguales entre sí en ......................... y

........................., pero distintos de los ........................ de otro ........................ diferente.

c) Los ............................................... químicos se forman al unirse átomos de distintos

......................... en una relación numérica sencilla.

d) En una ................... ..................., los átomos ................... .................... de forma distinta

a como lo estaban inicialmente, pero ni se ......................... ni se ......................... .

3. Relaciona cada hecho, suposición o dibujo con la hipótesis correspondiente de la teoría atómica de Dalton:

La materia no es infinitamente

divisible

1.ª hipótesis 2.ª hipótesis 3.ª hipótesis 4.ª hipótesis

+H2O NH3

C2H4 CH4

Los átomos de que forman el grafito y los que forman

el diamante son iguales

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El electrón y la radiactividad

1. Completa el siguiente mapa conceptual acerca del descubrimiento del electrón. No ol-vides los rótulos de la figura.

El científico

......................................

...............................................................

...............................................................

...............................................................

...............................................................

..........................

................................

................................

................................

................................

elemento ................................

en el año

experimentando con

concluyó que

.........................................................

son están constituidos por

independientemente del con carga

a las que denominó

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2. Expresa la carga del electrón en microculombios y en nanoculombios, y calcula el núme-ro de electrones que son necesarios para obtener la carga de 1 C.

3. Completa el cronograma sobre los primeros descubrimientos sobre la estructura interna de los átomos

4. Ubica en el cronograma anterior a Marie y Piere Curie. ¿Por qué se denominó su descu-brimiento «radiactividad»?

1800 1803-1808 1833 1850 1895 1896 1897

Pila

A. Volta

Nueva radiación

A. H. Becquerel

Iones al pasarelectricidad.Leyes electrolisis

Teoría atómica

M. Faraday Construye un

tubo

W. CrookesDescubre los

rayos en un

tubo

W. K. Röentgen

Descubre el

en

tubo descarga

J. J.

J.

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Modelos atómicos

1. Indica a qué modelo atómico corresponde cada uno de los esquemas y el año de su publicación. Indica, además, las características principales del modelo y algún hecho experimental que lo sustente.

Modelo atómico Año Hechos experimentales

––

––

+

–

––

–

2. Indica a cuál o cuáles modelos atómicos corresponden las siguientes características.

Dalton Thomson Rutherford Bohr

El átomo es indivisible.

La parte de carga negativa del átomo es el electrón.

La parte de carga positiva del átomo está en el núcleo.

Un átomo sin ionizar es neutro.

Los electrones se pueden extraer del átomo para dar lugar a iones positivos.

Los electrones giran en órbitas estacionarias.

La corteza del átomo es un lugar fundamentalmente vacío.

La corteza del átomo se organiza en capas de electrones.

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Partículas subatómicas

1. Rellena la siguiente tabla indicando el número de protones, neutrones y electrones o los números atómicos y másicos, según el caso, para los siguientes átomos sin ionizar, es decir, sin que estén cargados eléctricamente.

A Z N.º protones N.º neutrones N.º electrones

C-14 14 6

Be-9 4 4

Ar-40 18 18

Ra-138 88

2. Al igual que la masa de las partículas subatómicas se expresa en una unidad muy pe-queña de masa (la unidad de masa atómica), la carga de un ion se expresa en valores enteros, según el número de electrones que gane o pierda el átomo.

Expresa el valor de la masa de los átomos de la tabla en unidades de masa atómica y su carga en múltiplos de la carga del electrón, a partir del número de partículas subatómi-cas, o viceversa.

Busca información que te permita identificar el elemento químico a partir del número de protones y completa con ella la primera columna de la tabla.

Elemento químico N.º protones N.º

neutronesN.º

electrones Masa (u) Carga

Potasio 19 20 20 39 +1

56 81 54 +2

35 45 36 –1

16 16 18 –2

18 22 18 —

20 40 +2

53 127 –1

52 128 –2

11 23 +1

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1Estructura atómica de la materia Ficha de trabajo 6


Curso: ........................................................................................................................................... Fecha: ...............................................................................................

Más allá de las partículas subatómicas

De las tres partículas subatómicas que componen el átomo, solo el electrón es una partícula elemental (al menos que se sepa hasta ahora), es decir, no tiene una subestructura interna. Sin embargo, los protones y los neutrones son bastante más complejos.

Para conocer cómo es la estructura interna de algo, es necesario acceder a su interior, y una forma de hacerlo es bombardearlo con otra partícula más pequeña y analizar el resultado. Esta forma de experimentación seguro que te resulta familiar, pues en esencia es el procedimiento que llevó a Rutherford a describir cómo era la subestructura del átomo: núcleo y corteza.

Según ha ido avanzando la capacidad de hacer colisiones entre partículas a mayor energía, se ha podido describir cómo son las subestructuras de partículas no elementales, como el protón y el neutrón (nucleones). En un modelo bastante simplificado, se puede decir que los nucleones están formados por tres quarks, que interaccionan entre sí de forma muy intensa, lo que produce un efecto de confinamiento.

Un neutrón está formado por dos quarks del tipo «down» y uno del tipo «up», y un protón está formado por dos quarks «up» y uno «down».

Además de los quarks «up» y «down», existen otros cuatro tipos de quarks, por lo que es fácil imaginar que, además de protones y neutrones, existirá un gran número de otras partículas (de las que se tiene evidencia experimental de su existencia a partir de los resultados de los aceleradores de partículas).

Protón

u u ud

dd

Neutrón

1. Los quarks no tienen carga entera, es decir, su carga es una fracción de la del electrón. A partir de los datos de la tabla, deduce el valor de la carga del protón y del neutrón:

Quark Carga

Up +2/3

Down –1/3

• Carga del neutrón:

• Carga del protón:

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Curso: ........................................................................................................................................... Fecha: ...............................................................................................1

Isótopos

1. Rellena la siguiente tabla indicando el número de protones y neutrones o los números atómicos y másicos, según el caso. Anota en las dos últimas filas otros isótopos del car-bono y del berilio.

A Z N.º protones N.º neutrones N.º electrones

C-14 14 6

Be-9 4 4

C-......

Be-......

2. Responde a las preguntas siguientes:

a) ¿Cómo se representa el número atómico y el número másico de un isótopo?

b) ¿Qué significa el número másico de un átomo?

c) ¿Qué significa el número atómico de un átomo?

d) ¿Cuál de los dos es mayor?

e) ¿Cómo son dos átomos que tienen igual número atómico?

f) ¿Cómo son dos átomos que tienen igual número atómico y número másico?

g) ¿Cómo se calcula el número de neutrones de un átomo?

h) ¿Tienen alguna característica común dos átomos cuyo número másico es igual?

i) Identifica los isótopos de la tabla: .................................................................................

I. X2454 II. X26

54 III. X2556 IV. X26

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Curso: ........................................................................................................................................... Fecha: ...............................................................................................1

Partículas subatómicas

1. Reflexiona antes de responder a las preguntas siguientes:

a) ¿Qué significado tiene el número atómico de un elemento?

b) ¿Cómo debe ser el número de protones respecto del número de electrones de un átomo para que este esté cargado?

c) ¿Cómo debe ser el número de protones respecto del número de electrones de un átomo para que este esté cargado con carga negativa?

d) ¿Cómo debe ser el número de protones respecto del número de electrones de un átomo para que este esté cargado con carga positiva?

e) ¿Cuál es la menor cantidad de carga eléctrica que se puede aislar?

2. Indica el número de electrones que poseen los siguientes iones a partir del valor del número atómico, y calcula su carga eléctrica, expresada en culombios:

Ion Z N.º electrones Carga (culombios)

F– 9

Ca2+ 20

Li+ 3

S2– 16

3. Indica si las siguientes afirmaciones son verdaderas (V) o falsas (F) y justifica tu respuesta.

a) El número atómico es siempre mayor que el másico.

b) El número de protones de dos átomos cualquiera del mismo elemento químico es igual.

c) El número de neutrones de dos átomos cualquiera del mismo elemento químico es igual.

d) Para conseguir cargar de forma positiva a un átomo y así convertirlo en un catión, este tiene que adquirir protones.

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Curso: ........................................................................................................................................... Fecha: ...............................................................................................1

Corteza del átomo e iones

1. Completa la siguiente tabla, indicando la distribución de electrones por capas para estos átomos neutros.

Elemento Z

N.º de electrones por capa

K L M N

Calcio 20

Cloro 17

Azufre 16

Sodio 11

Bromo 35

Oxígeno 8

Flúor 9

2. Completa la siguiente tabla, indicando la distribución de electrones por capas para estos iones.

Elemento Carga Z


K L M N

Calcio +2 20

Cloro –1 17

Azufre –2 16

Sodio +1 11

Bromo –1 35

Oxígeno –2 8

Flúor –1 9

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Las sustancias químicas Ficha de trabajo 1


Curso: ........................................................................................................................................... Fecha: ...............................................................................................2

Nombre de los elementos químicos

1. Relaciona los nombres de los elementos químicos con su símbolo en la parte izquierda de esta actividad, y escribe los nombres de los elementos o los símbolos según corres-ponda, en la parte derecha.

2. Completa la tabla, indicando el símbolo del elemento, si se trata de metal o no metal, y alguna característica que conozcas.

Elemento Símbolo Metal/No metal Característica

Helio He No metal Es un gas inerte

Cobre

Flúor

Platino

Potasio

Na In

K

Sb

Sr Na

As

P At

Kr

Rn Sn

Antimonio

Arsénico Talio

Kriptón Yodo

Fósforo

Estroncio Estroncio

Sodio

Radón Azufre

Potasio

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Curso: ........................................................................................................................................... Fecha: ...............................................................................................2

Carencia de un bioelemento: la anemia ferropénica

Lee el siguiente texto y responde a las preguntas:

La anemia ferropénica es una disminución de glóbulos rojos en la sangre provocada por la escasez de hierro, necesario para el organismo, pues forma parte de la hemoglobina. La he-moglobina es la proteína que transporta el oxígeno en la sangre. El organismo adquiere el hierro que necesita a partir de ciertos alimentos, como son las carnes rojas, moluscos, pista-chos, habas, lentejas, hígado, etc. La absorción de hierro se favorece si además se consumen alimentos frescos, ricos en vitamina C.

La anemia ferropénica afecta al 20 % de las mujeres y al 3 % de los hombres. Durante el creci-miento, y sobre todo en las adolescentes, se debe llevar una dieta sana para evitar padecerla.

En ocasiones, para tratar la anemia, además de adecuar la dieta, es necesario tomar comple-mentos de hierro. La industria farmacéutica ha desarrollado diferentes medicamentos. En el prospecto de dos de ellos se puede leer:

Medicamento I. Sulfato de hierro sesquihidratado 253,30 mg (equivale a 80 mg de hierro elemental)

Medicamento II. Cada sobre contiene 600 mg de ferrimanitol ovoalbúmina (equivale a 80 mg de Fe3+)

1. ¿Cuál de los dos medicamentos tiene una mayor concentración en hierro? Justifica tu respuesta.

2. La cantidad diaria recomendada de hierro en chicos entre 11 y 14 años es de 12 mg, y en el caso de chicas de esa misma edad, de 15 mg. ¿Qué significa este dato?

3. El contenido en hierro por cada 100 g de hígado es de 8 mg. ¿Qué cantidad de este alimento habrá que tomar al día, en los casos de la actividad anterior, para cubrir la can-tidad diaria recomendada si no se ingiriera ningún otro alimento con hierro?

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Curso: ........................................................................................................................................... Fecha: ...............................................................................................2

Aprendiendo el Sistema Periódico

1. ¿Cuáles son los elementos del segundo período? Indica su símbolo químico y si son metales, semimetales o no metales.

Símbolo

Metal, semimetal, no metal

2. Completa la siguiente tabla y extrae alguna conclusión acerca de la relación entre el grupo del Sistema Periódico y el número de electrones de valencia.

Elemento Símbolo

N.º electrones

de valencia

Grupo Elemento Símbolo

N.º electrones

de valencia

Grupo

Potasio Arsénico

Rubidio Antimonio

Cesio Bismuto

Calcio Selenio

Estroncio Teluro

Bario Polonio

Galio Bromo

Indio Yodo

Talio Astato

Germanio Kriptón

Estaño Xenón

Plomo Radón

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Curso: ........................................................................................................................................... Fecha: ...............................................................................................2

Aplicamos la regla del octeto

Completa la siguiente tabla como se muestra en el ejemplo de la primera fila, indicando la distribución de electrones por capas de cada elemento y cuántos electrones faltan o sobran para que se cumpla la regla del octeto. Indica, además, qué catión o anión se formará.

Elemento Símbolo Z

N.º de electrones por capa Faltan/

Sobran

N.º electrones para alcanzar

el octeto

Catión/ Anión

K L M N

Calcio Ca 20 2 8 10 — Sobran 2 Ca2+

Cloro 17

Azufre 16

Sodio 11

Estroncio 38

Bromo 35

Oxígeno 8

Flúor 9

1. Extrae tus conclusiones a la vista de los resultados de la tabla. ¿Qué tipo de ion (catión o anión) tenderán a formar los elementos del primer grupo? ¿Y los del décimosexto?

2. Sin utilizar información adicional, indica en qué forma iónica se encontrarán los elemen-tos del primer grupo y del decimosexto.

3. ¿Cuántos electrones tiene el Li+, el Be2+ y el H–? ¿A qué gas noble corresponde la corteza electrónica de los iones anteriores?

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Curso: ........................................................................................................................................... Fecha: ...............................................................................................2

Moléculas y cristales

Indica si la siguiente información acerca de las fórmulas químicas y la representación del compuesto es verdadera (V) o falsa (F). En el caso de que sea falsa, corrige el enunciado propuesto.

1. Un cristal de butano, C4H10, es una red tridimensional con una proporción de car-bono e hidrógeno de dos átomos de carbono por cada cinco de hidrógeno.

2. El cloruro de sodio, NaCl, es un compuesto iónico que se presenta en forma de cristales en los que los iones están ordenados tridimensionalmente en una propor-ción de dos iones sodio por cada tres iones cloro.

3. El cloro, Cl2, al ser un elemento químico, se presenta en la naturaleza como áto-mos sueltos.

4. El diamante, C, es una red tridimensional en la que todos los átomos de carbono se encuentran enlazados formando un cristal.

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Curso: ........................................................................................................................................... Fecha: ...............................................................................................2

Masas atómicas y moleculares

El cloro tiene dos isótopos, cuyas masas moleculares y abundancia se muestran en la tabla:

Abundancia (%) Masa (u)

75,77 35

24,23 37

1. Indica cuál de estas dos figuras se acerca más a la representación de un conjunto de átomos de cloro si:

representa el isótopo Cl-37

representa el isótopo Cl-35

Justifica tu respuesta.

2. Calcula la masa atómica promedio del cloro y exprésala en gramos.

3. A partir de los datos de las masas atómicas promedio, calcula las masas moleculares, o masas de la unidad fórmula, de los siguientes compuestos.

Compuesto Masa (u) Compuesto Masa (u)

Fe2O3 NaHCO3

HCN Al (OH)3

H2SO4 H2O

CH3CH3 NO2

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Curso: ........................................................................................................................................... Fecha: ...............................................................................................2

Superordenadores ecológicos

Lee este fragmento de un artículo periodístico y responde al cuestionario:

Una de las tecnologías emergentes sobre las aplicaciones del grafeno se basa en utilizar una propiedad de los electrones de los átomos de carbono que lo forman: el espín (rotación). En la actualidad, los circuitos que se encuentran en los ordenadores o los móviles se imprimen sobre silicio, el material sobre el que se construyó la revolución informática. Permitiendo el paso o no de electricidad a través de esos circuitos, es posible codificar en sistema binario la información con la que buscamos información en Internet o enviamos mensajes de texto. El sistema permite aplicaciones fantásticas, pero requiere un consumo importante de energía; de ahí que los ordenadores se calienten y necesiten ventiladores para refrigerarse.

En el grafeno, los electrones se mueven con mucha más libertad, doscientas veces más rápi-do que sobre el silicio, consumiendo mucha menos energía y produciendo menos calor. En el grafeno puede ser posible manipular el espín de los electrones, una característica magnética de las partículas que, como en el caso de la interrupción o no del paso de la energía sobre el silicio, permitiría codificar información. Hasta ahora no se ha podido construir un dispositivo con estas características porque no se ha conseguido actuar en el espín a temperatura am-biente en ausencia de corriente eléctrica. Hacerlo permitiría introducir mucha más capacidad de cálculo en menos espacio y con una fracción del consumo energético.

Adaptado de «El grafeno quiere salir del laboratorio». D. Mediavilla. El País, 23 de noviembre de 2014.

1. ¿Cuántos electrones tiene en su última capa un átomo de carbono?

2. ¿A cuántos átomos está unido cada átomo de carbono en una lámina de grafeno?

3. De las respuestas de las dos preguntas anteriores deduce si el grafeno es un posible conductor de la electricidad.

4. La palabra «espín» proviene de una palabra inglesa, cuyo significado es rotación. ¿De qué vocablo se trata?

5. ¿Qué cualidad hace que el silicio se utilice en los circuitos que se utilizan en ordenadores y otros dispositivos?

6. ¿Por qué no es posible actualmente utilizar el grafeno para codificar información de for-ma más eficiente que el modo en que se hace en circuitos de silicio?

Las reacciones químicas Ficha de trabajo 1


Curso: ........................................................................................................................................... Fecha: ...............................................................................................3

Identificando un cambio químico

1. Indica si los siguientes cambios son cambios físicos (F) o químicos (Q) y justifica tu res-puesta:

a) Proceso de elaboración de salsa mahonesa.

b) Cambio que se produce al calentar un recipiente con agua y un trozo de carne.

c) Cambio que se produce al lavar con agua fría un trozo de carne.

d) Oxidación de hierro por la acción de agentes atmosféricos.

e) Aparición de salitre en las superficies expuestas al clima marino.

2. Identifica los reactivos y los productos en las siguientes reacciones químicas.

a) Añadimos bicarbonato sódico a unos mililitros de vinagre y obtenemos dióxido de carbono y una sal de sodio.

Reactivos:

Productos:

b) Partimos una manzana por la mitad y al cabo de unas horas la superficie descubierta de piel ha adquirido color marrón.

Reactivos:

Productos:

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Curso: ........................................................................................................................................... Fecha: ...............................................................................................3

La velocidad de los cambios químicos

Indica si las siguientes afirmaciones son verdaderas (V) o falsas, y corrige las falsas:

1. En una reacción química aparecen nuevas sustancias, pues aparecen nuevos elementos químicos.

........................................................................................................................

........................................................................................................................

2. Todos los choques entre moléculas de reactivos dan como resultado molé-culas de los productos.

........................................................................................................................

........................................................................................................................

3. En un choque con energía suficiente, se rompen los enlaces que mantienen unidos los átomos de los reactivos.

........................................................................................................................

........................................................................................................................

4. La velocidad de un cambio químico se mide a partir de la velocidad de las moléculas de los reactivos.

........................................................................................................................

........................................................................................................................

5. Solo se puede medir la velocidad de las reacciones químicas en reacciones en las que intervengan sustancias moleculares, pues los cristales no poseen movimiento.

........................................................................................................................

........................................................................................................................

6. La velocidad de una reacción química se mide registrando la variación de una propiedad del sistema que reacciona con el tiempo; esa propiedad normalmente es la concentración de un reactivo.

........................................................................................................................

........................................................................................................................

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Curso: ........................................................................................................................................... Fecha: ...............................................................................................3

Representación y significado de una ecuación química

1. Escribe la reacción química en cada uno de los casos a partir del esquema que la representa. Indica, además, cuál es la fórmula química de los productos y los reactivos en cada reacción.

O OHH

Reacción química:

............................................................................................................................................

Reactivos:

..................................................................

Productos:

..................................................................

............................................................................................................................................

H H

O O

H

Reacción química:

............................................................................................................................................

Reactivos:

..................................................................

Productos:

..................................................................

............................................................................................................................................

2. Indica a cuál o cuáles de las siguientes ecuaciones químicas (I a IV) corresponden las afirmaciones que siguen.

I. Na2O (s ) + H2O (l ) 8 2 NaOH (aq)

II. CaO (s ) + H2O (l ) 8 Ca(OH)2 (aq)

III. CH4 (g)+ O2 (g) 8 2 CO2 (g) + 2 H2O (g)

IV. Al (s ) + HCl (aq) 8 AlCl3 + H2 (g)

a) Los reactivos son agua y un óxido. ...............................................................................

b) El producto se obtiene en disolución acuosa. ..............................................................

c) Se desprende al menos un gas como producto de la reacción. ...................................

d) Reactivos y productos están en estado gaseoso. .........................................................

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Ajuste de ecuaciones químicas

Ajusta las siguientes ecuaciones químicas. Utiliza la tabla de balance de átomos como en el ejemplo inferior de la izquierda, donde se han recuadrado los coeficientes estequiométricos. Recuerda que si el coeficiente estequiométrico vale «1», no se escribe.

2 HCl + Ca(OH)2 8 2 H2O + CaCl2 SO2 + H2O 8 H2SO3

2 ∙ 1 + 1 ∙ 2 = 4 H 2 ∙ 2 = 4 H

2 ∙ 1 = 2 Cl 1 ∙ 2 = 2 S

1 ∙ 1 = 1 Ca 1 ∙ 1 = 1 O

1 ∙ 2 = 2 O 2 ∙ 1 = 2

HCl + NaOH 8 NaCl + H2O Al + O2 8 Al2 O3

H Al

Na O

O

Cl

CH4 + O2 8 CO2 + H2O Ca + H2O 8 Ca(OH)2 + H2

C

O

H

SO2 + O2 + H2O 8 H2SO4

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Curso: ........................................................................................................................................... Fecha: ...............................................................................................3

Ley de la conservación de la masa

Aplica la ley de la conservación de la masa de Lavoisier para completar las siguientes tablas.

1. HCl + NaOH 8 NaCl + H2O.

Masa total de reactivos Masa total de productos

2,62 g

Masa de HCl Masa de NaOH Masa de NaCl Masa de H2O

1,37 g 2,00 g

2. Ca + 2 H2O 8 Ca(OH)2 + H2.


94,91 g

Masa de Ca Masa de H2O Masa de Ca (OH)2 Masa de H2

50 g 2,50 g

3. 2 KMnO4 8 K2O + 2 MnO + 5/2 O2.

Masa total de reactivos

Masa total de productos

Masa de KMnO4 Masa de K2O Masa de MnO Masa de O2

100,66 g 30,0 g 25,48 g

4. 2 K + 2 H2O 8 2 KOH + H2.


14,60 g

Masa de K Masa de H2O Masa de KOH Masa de H2

10,00 g 0,26 g

5. C2H6 + 7/2 O2 8 2 CO2 + 3 H2O.

Masa total de reactivos


Masa de C2H6 Masa de O2 Masa de CO2 Masa de H2O

93,0 g 347,2 g 167,4 g

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Curso: ........................................................................................................................................... Fecha: ...............................................................................................3

Ley de las proporciones definidas

Aplica la ley de las proporciones definidas y los resultados de la ficha 5 para calcular las canti-dades que se piden en las tablas, referidas a las mismas reacciones químicas que en la ficha 5.

1. HCl + NaOH 8 NaCl + H2O


Masa de HCl Masa de NaOH Masa de NaCl Masa de H2O

1,0275 g 1,5 g

2. Ca + 2 H2O 8 Ca(OH)2 + H2


Masa de Ca Masa de H2O Masa de Ca(OH)2 Masa de H2

75 g 3,75 g

3. 2 KMnO4 8 K2O + 2 MnO + 5/2 O2


Masa de KMnO4 Masa de K2O Masa de MnO Masa de O2

50,33 g 15 g 12,74 g

4. 2 K + 2 H2O 8 2 KOH + H2



5 g 0,13 g

5. C2H6 + 7/2 O2 8 2 CO2 + 3 H2O



116,25 g 209,25 g

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Curso: ........................................................................................................................................... Fecha: ...............................................................................................3

Cantidad de sustancia

1. Tenemos 710 g de sulfato de sodio (Na2SO4); realiza los cálculos necesarios para comple-tar la información de la tabla.

710 g de Na2SO4

Elemento/compuesto Na2SO4 Na S O

Masa molar (g/mol) 23 32 16

Cantidad (mol) 20

Masa (g)

Cantidad (unidades elementales) 3,011 ∙ 1024

2. Indica si las siguientes afirmaciones son verdaderas (V) o falsas (F), y justifica tu respuesta.

a) La cantidad de sustancia (moles) es igual en 10 g de metano (CH4) y en 20 g de oxígeno (O2).

b) En 12 g de carbono 12 hay 6,022 ∙ 1023 átomos de carbono 12.

c) En 300 g de trióxido de dihierro (Fe2O3) hay algo más de 3 mol de hierro y, por tanto, 6,022 ∙ 1023 átomos de hierro.

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Curso: ........................................................................................................................................... Fecha: ...............................................................................................3

Cálculos estequiométricos

Ajusta las ecuaciones químicas y rellena las tablas con los valores que falten. Utiliza los valores de las masas atómicas que te ofrecemos a continuación:

H: 1,01 u; O: 16,00 u; Na: 22,99 u; Cl: 35,45 u; K: 39,10 u; Ca: 40,08 u; Mn: 78,20 u.

1. HCl + NaOH 8 NaCl + H2O

Compuesto HCl NaOH NaCl H2O

Moles según estequiometría

Masa molecular (g/mol) 18,02

Masa que reacciona (g) 2,93

Moles que reaccionan 0,05

2. Ca + 2 H2O 8 Ca(OH)2 + H2

Compuesto Ca H2O Ca(OH)2 H2


Masa molecular (g/mol) 2,02


Moles que reaccionan

3. 4 KMnO4 8 2 K2O + 4 MnO + 5 O2

Compuesto KMnO4 K2O MnO O2


Masa molecular (g/mol)


Moles que reaccionan 0,320

Fuerzas en la naturaleza Ficha de trabajo 1


Curso: ........................................................................................................................................... Fecha: ...............................................................................................4

Las fuerzas y sus efectos

1. Completa el mapa conceptual acerca de las fuerzas y sus efectos.

2. Completa la(s) palabra(s) que faltan en los párrafos siguientes:

a) La .................................. que experimenta un material elástico es ................................

.................................. a la fuerza que sobre él se ejerce.

b) Los materiales ............................. no se deforman cuando sobre ellos actúa una fuerza,

mientras que los materiales .................................. se deforman permanentemente.

c) Muchos materiales son .................................. siempre y cuando la fuerza aplicada no

supere cierto valor, denominado .................................. de .................................. .

d) La fuerza máxima que podemos aplicar sobre un cuerpo sin que este se rompa se

denomina .................................. de .................................. .

provocan quedan determinadas por

Las fuerzas

............................

............................

intensidad

............................

cambios en estado de

.....................................

como son

cesar

un movimiento

comenzar cambio de

............................

de

que serán

dependiendo de si el material tiene comportamiento

permanentes no ......................

...................... elástico

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Curso: ........................................................................................................................................... Fecha: ...............................................................................................4

Ley de Hooke

La fuerza recuperadora de un muelle se opone a la fuerza que lo deforma. En la secuencia de ilustraciones se muestran las oscilaciones que se producen en un muelle cuando colgamos de él un objeto. Si utilizamos un muelle para medir el peso de un objeto, es necesario que esperemos a que el muelle no oscile, pues es en ese momento cuando la fuerza recuperadora del muelle se iguala al peso del cuerpo.

Dl

DlP

Fe Fe Fe

F

F

PP

P

1. Explica en cuáles de las ilustraciones la fuerza recuperadora (Fe

8) del muelle es igual al

peso del cuerpo (P8

) y por qué en aquellas en las que la fuerza recuperadora no es igual al peso, la fuerza neta (F

8) tiene un sentido hacia arriba o hacia abajo.

2. Calcula la fuerza recuperadora, y represéntala frente a la elongación, si k = 10 N/cm.

Elongación, E, (cm) Fuerza, F (N)

3

2

1,2

0,5

0,2

0,1 E (cm)

F (N)

35

25

15

10

5

01 2 3

20

30

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Curso: ........................................................................................................................................... Fecha: ...............................................................................................4

Masa y peso en diferentes astros

1. Calcula la aceleración de la gravedad en la Luna, en Marte y en la Tierra, así como el peso que tendría en ellos un cuerpo de 50 kg de masa, a partir de la masa y del radio de estos astros.

Masa (kg) Radio (km) Aceleración (.................) Peso (............)

Tierra 5,98 ∙ 1024 6 370

Luna 7,20 ∙ 1022 1 740

Marte 6,50 ∙ 1023 3 380

Dato: Constante de gravitación universal, G = 6,67 · 10–11 unidades SI.

a) Deduce las unidades de la constante de gravitación universal.

b) ¿En qué unidades se mide la aceleración? Indícalo en la tabla.

c) ¿En cuál de los astros anteriores experimentaríamos un peso mayor?

d) ¿En cuál de ellos es mayor la masa del cuerpo?

e) Supón que cada uno de los astros es esférico y calcula su densidad. Completa con tus resultados esta tabla.

Masa (kg) Volumen (km3) Densidad (kg/km3)

Tierra 5,98 ∙ 1024

Luna 7,20 ∙ 1022

Marte 6,50 ∙ 1023

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Curso: ........................................................................................................................................... Fecha: ...............................................................................................4

Brahe y Kepler, astrónomos

Aunque en la actualidad las observaciones sobre el universo requieran de tecnología para registrar radiaciones de diferente longitud de onda, los astrónomos a lo largo de siglos han utilizado un detector mucho más sencillo para analizar la luz: el ojo humano.

Lee el siguiente texto sobre dos sobresalientes astrónomos, T. Brahe y J. Kepler, y responde al cuestionario:

Tycho Brahe (1546-1601) fue el primogénito de una familia noble danesa. Aunque parecía estar destinado a ocupar un cargo en la aristocracia, fue requerido por un tío suyo, quien había acordado esta cesión con el padre de Brahe. Su tío le procuró el acceso a estudios de leyes y filosofía. Pero Brahe se sintió atraído por la astronomía desde una edad bastante tem-prana, en parte fascinado por un eclipse parcial de sol que ocurrió en aquella época. Al tratar de entender el movimiento de los cuerpos celestes, Brahe se hizo con las tablas alfonsinas elaboradas por Ptolomeo y revisadas por un grupo de cincuenta astrónomos españoles, de cuya compilación se encargó Alfonso X, el sabio. A la edad de 17 años observó el paso próxi-mo de Júpiter y Saturno y constató que las tablas alfonsinas se desviaban en un mes de esta medida, mientras que los datos de Copérnico lo hacían en varios días. Desde ese momento se consagró a la obtención de datos más precisos sobre los movimientos celestes. Propuso un modelo en el que la Tierra no se movía, mientras que el resto de los planetas giraban en torno al Sol, y este alrededor de la Tierra.

Johannes Kepler nació en Alemania en 1571. Su familia fue bastante peculiar; su madre es-tuvo acusada de brujería. No obstante, se formó en una institución luterana, lo que marcó sus creencias religiosas. Aun así, defendió el modelo de Copérnico en público, lo que le impidió acceder a un puesto docente en la Universidad Tuebingen, donde se había formado, como otros aspirantes al clero luterano. Trabajó como profesor en otra institución, en Austria.

Creía en la perfección divina de las formas de las órbitas celestes, por lo que, en un principio, basó sus modelos en órbitas circulares. Encontró diferencias con el modelo de Copérnico y basó las discrepancias entre sus modelos y las medidas de Copérnico en errores en las tablas de este último. En 1600, Tycho Brahe invitó a Kepler a colaborar en su trabajo; esta colabo-ración no fue fácil, pues Brahe era extremadamente celoso de sus datos y no era proclive a suministrárselos a Kepler, que pretendía fundamentar un modelo copernicano. No obstante, Brahe le sugirió que estudiara la órbita de Marte, lo que resultó clave para que, después de ocho laboriosos años de estudio, Kepler propusiera su modelo de órbitas elípticas.

1. ¿Qué fenómeno natural suscitó el interés de Brahe por la astronomía?

2. En el texto se citan dos tablas de datos astronómicos; ¿cuáles fueron sus autores?

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3. ¿Por qué se puede afirmar que el modelo de Brahe estaba a caballo entre el ptolemaico y el copernicano?

4. ¿Qué impidió a Kepler acceder a un puesto docente en la Universidad de Tuebingen? ¿Por qué?

5. ¿Fueron las órbitas elípticas la primera opción de Kepler para explicar el movimiento de los planetas?

6. ¿Cuál crees que ha sido la mayor aportación de Brahe al desarrollo de la astronomía?

7. ¿Por qué crees que la colaboración entre Kepler y Brahe no fue fluida?

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Electricidad y magnetismo Ficha de trabajo 1


Curso: ........................................................................................................................................... Fecha: ...............................................................................................5

Fenómenos de electrización


2. Según la información contenida en el esquema anterior y lo estudiado en la unidad, in-dica si las siguientes afirmaciones son verdaderas (V) o falsas (F). En el caso de que sean falsas, indica el número de errores y justifica por qué lo son:

a) La electrización es un proceso por el que se obtiene energía eléctrica.

b) La electrización por inducción provoca que la carga del cuerpo inductor se re-distribuya de forma que la parte cercana al inducido quede con carga del mis-mo signo que la de este sin que haya transferencia de electrones entre ambos.

Electrización

puede ser por

............................ ........................................................

al frotar dos

adquieren

al tocar un

con otro

adquieren

al acercar a un

otro

se redistribuye la

cuerpos cuerpo.................

.................

.................

.................carga

eléctrica neta..........................................................

............................llamado

llamadocargado .................

en el

de distinto del mismo

signo

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Curso: ........................................................................................................................................... Fecha: ...............................................................................................5

Fenómenos de electrización

1. Indica si las siguientes afirmaciones son verdaderas (V) o falsas (F), y enuncia correcta-mente estas últimas:

a) Si un cuerpo tiene carga negativa es porque ha ganado electrones, y si es positiva es porque ha ganado protones.

b) Al electrizar un cuerpo por frotamiento, siempre adquiere carga negativa.

c) Al electrizar un cuerpo por contacto, la carga que adquiere es del mismo signo que la del cuerpo utilizado para electrizarlo.

d) La zona más próxima de un cuerpo cargado por inducción tiene carga del mismo signo que la del cuerpo inductor.

e) Para electrizar un cuerpo es necesario que exista una transferencia de elec-trones entre el cuerpo y sus alrededores.

2. Dibuja sobre la ilustración del electroscopio qué ocurre en él al acercar a su parte superior, sin llegar a tocarlo, un cuerpo con carga positiva. Después, responde a las siguientes preguntas:

a) ¿Por qué ocurre lo que has representado en el dibujo?

b) ¿De qué tipo de electrización se trata?

c) ¿Qué hubiera pasado si el cuerpo que se acerca tuvie-se la misma carga, pero negativa? Dibújalo.

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3. Indica a qué tipo de electrización corresponden los fenómenos descritos (en algún caso puede haber más de un tipo).

Fenómeno Tipo de electrización

Los cuerpos quedan con carga de signo contrario.

Se produce una transferencia neta de electrones de un cuerpo a otro.

Los cuerpos se atraen.

Es necesario que exista contacto entre los cuerpos.

4. De acuerdo con la serie triboeléctrica incluida en tu libro de texto, razona la veracidad o falsedad de las siguientes afirmaciones:

a) Cuando se frota PVC con lana, el PVC queda con carga positiva, y la lana, con carga negativa.

b) Si se ponen en contacto un globo de goma con pelo humano, se transfieren electro-nes del pelo al globo.

c) Si se frota un globo con cabello humano, al globo adquiere más carga eléctrica que si se frota, del mismo modo y durante el mismo tiempo, con piel de conejo.

d) Disponemos de un electroscopio electrizado con carga positiva. Si tocamos su parte superior con el globo de la cuestión anterior, las laminillas se separarán más de lo que estaban.

5. Una estudiante quiere mostrar a sus compañeros que las cargas eléctricas de distinto signo se atraen. Para ello, utiliza dos globos de goma, uno de los cuales lo frota con su pelo y el otro con un trozo de cuero. Cuando los acerca, observa sorprendida que, al contrario de lo que esperaba, los globos se repelen en lugar de atraerse. ¿Qué ha fallado en esta experiencia?

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Curso: ........................................................................................................................................... Fecha: ...............................................................................................5

Carga eléctrica

1. Todas las afirmaciones siguientes contienen errores. Identifícalos y coméntalos.

a) Cuando un cuerpo cede protones, queda cargado positivamente.

b) Podemos tener cuerpos cargados con una carga equivalente a la mitad de la carga del electrón.

c) La materia, al estar formada por átomos neutros, solo puede tener carga eléctrica si intercambia electrones.

d) Es posible que dos cuerpos inicialmente neutros, aislados del resto del universo, ad-quieran simultáneamente carga eléctrica negativa.

2. Realiza los cambios de unidades utilizando notación científica y factores de conversión:

Dato Factores de conversión Resultado

3,05 ∙ 103 mC 8 nC

1,27 ∙ 10–2 kC 8 mC

4 ∙ 103 daC 8 MC

1,25 ∙ 10–10 C 8 nC

1,609 ∙ 10–19 C 8 µC

1,03 hC 8 nC

3. Indica si es posible aislar cargas de los valores indicados a continuación y explica por qué:

a) 3,218 · 10–19 C . .............................................................................................................

b) 3,000 · 10–10 C. .............................................................................................................

c) 6,436 · 10–13 µC. ...........................................................................................................

4. Completa la tabla siguiente a partir de la carga eléctrica elemental (valor absoluto de la carga del electrón).

Ion Símbolo Carga neta Carga (C) Carga (µC)

Aluminio Al3+ +3

Sulfuro S2–

Ferroso +2

Hidrógeno 1,609 ∙ 10–19

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Curso: ........................................................................................................................................... Fecha: ...............................................................................................5

Michael Faraday

Michael Faraday es uno de los científicos más influyentes del siglo xix. A él, y a otros, debe-mos el conocimiento sobre los fenómenos electromagnéticos. A continuación, se resumen algunos hechos destacados de su biografía:

1. Responde al siguiente cuestionario:

a) ¿Qué edad tenía Faraday cuando accedió a trabajar en la Royal Institution?

b) ¿Qué cargos ocupó en esta institución?

c) ¿Qué es un faradio?

Michael Faraday nació en 1791 en Newington Butts, Southwark. Recibió solo formación bási-ca, pues su familia no podía costearle estudios superiores. Durante su adolescencia trabajó como ayudante de un encuadernador de li-bros, lo que le permitió acceder a un gran nú-mero de obras científicas; de este modo fue completando su formación. Asistió a leccio-nes de ciencia en Londres, y ello le permitió acceder, en 1812, a cuatro conferencias que impartió Humphry Davy en la Royal Institution (RI). Faraday escribió a Davy solicitando traba-jo. Fue contratado como ayudante en química en esta misma institución en 1813.

Un año después, Davy lo lleva con él, como asistente y secretario, en un viaje a Francia, Italia, Suiza y Alemania, en el que celebra reuniones con los científicos más influyentes de la época para intercambiar experiencias y opiniones. A su vuelta, en 1815, Faraday continúa en su puesto de ayudante en la Ro-yal Institution colaborando con Davy y otros científicos.

En 1821 publica su trabajo sobre rotación electromagnética (en el que se detallan los

fundamentos físicos que hay detrás del mo-tor eléctrico), y es nombrado superintenden-te de la RI para el mantenimiento del edificio. En 1825 es nombrado jefe de laboratorio, y en 1833, profesor de Química en la RI (Fulle-rian professor of Chemistry).

En 1836 Faraday observó que la carga de un conductor cargado afecta solo a su par-te exterior, y que no tiene ninguna influencia sobre lo que ocurre en su interior. Para ello, cubrió las paredes de una habitación con láminas metálicas, formando una jaula, a la que aplicó descargas eléctricas, e introdujo un electroscopio para verificar la ausencia de electrificación en su interior. Este efecto ya había sido predicho por Franccesco Becca-ria, un físico italiano, estudiante de Benjamin Franklin. Beccaria indicó que la electricidad de un cuerpo emerge hacia su superficie li-bre sin difundirse en su interior.

Durante la década de los años 40 y 50 del siglo xix introdujo la electricidad en el alum-brado doméstico de Inglaterra y Gales.

Faraday se retiró en 1861, y falleció en 1867.

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d) ¿Qué es un electroscopio?

e) ¿A quién es debido el concepto «jaula de Faraday»? ¿Por qué?

f) ¿Es coherente el efecto predicho por Beccaria y el experimento de Faraday?

g) El concepto de jaula de Faraday se extiende también a los efectos de los campos electromagnéticos. Explica por qué no se tiene buena cobertura de telefonía móvil en el interior de un ascensor.

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Curso: ........................................................................................................................................... Fecha: ...............................................................................................5

Interacción entre cargas eléctricas (I)

1. Indica si los siguientes esquemas son adecuados al fenómeno que representan o no, y justifica tu respuesta:

a) b)

c) d)

2. Tenemos dos cargas iguales (de valor q culombios), separadas una distancia d metros, que se repelen con una fuerza de valor F newton. Elige la respuesta adecuada, aplicando para ello la ley de Coulomb:

a) Si las cargas valen ahora 2 · q, el nuevo valor de la fuerza (F ’) con que se repelen es:

I. F ’ = 4 · F II. F ’ = F III. F ’ = F /2 IV. F ’ = 2 · F

b) Si reducimos la distancia a la mitad (d/2), el nuevo valor de la fuerza (F ’) será:

I. F ’ = 2 · F II. F ’ = F III. F ’ = F /2 IV. F ’ = 4 · F

c) Si cambiamos de signo una de las cargas:

I. La fuerza es igual.

II. La fuerza vale igual pero ahora será de atracción.

III. La fuerza se reduce a la mitad.

IV. Tenemos que duplicar la distancia.

d) Si una de las cargas se triplica (q´ = 3 · q):

I. F ’ = F II. F ’ = 3 · F III. F ’ = F /3 IV. F ’ = F 3

..........................................................

..........................................................

F+q –Q

F

..........................................................

..........................................................

F+q

F+q

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+q FF +q

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F–2·Q

F+q

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Interacción entre cargas eléctricas (II)

1. En la tabla siguiente se dan datos del valor de la fuerza, F, con que interactúan dos car-gas de +1 mC cada una, separadas distintos valores de la distancia, d.

F (N) 50 28,0 12,4 7,0 4,5 3,1 2,3

d (m) 1,5 2 3 4 5 6 7

a) Representa gráficamente los datos de la tabla:

b) Calcula el valor de la constante K, e indica el material en el que se encuentran estas cargas comparando el valor que obtengas con los de la tabla del epígrafe 3 de la unidad en tu libro.

c) Calcula el valor de la fuerza con que se repelerían las cargas si estuvieran en el vacío, y represéntala en el gráfico del apartado a).

F (N)

d (m) 1 2 3 4 5 6 7

d) ¿Qué tipo de representación has obtenido?

e) ¿En qué material el efecto de una carga sobre la otra es más intenso?

60,0

50,0

40,0

30,0

20,0

10,0

0,00

F (N)

d (m)1 2 3 4 5 6 7

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La electrostática en nuestro entorno

1. Indica cuál es la(s) afirmación(es) correcta(s), relativa a la aparición de carga en un cumulo-nimbo, y justifica tu respuesta:

a) La aparición de carga es el resultado de la inducción de corrientes eléctricas como resultado del campo magnético del sol.

b) En un cumulonimbo, las corrientes de aire provocan electrización por fricción de los cristales de hielo.

c) En un cumulonimbo, las corrientes de aire provocan electrización por contacto de los cristales de hielo con agua ionizada.

d) Los cristales se cargan con carga positiva y negativa.

2. Indica, justificando tu respuesta, cuál de las opciones siguientes es la más recomenda-ble en el caso de que nos sorprenda una tormenta viajando en coche o en una zona no edificada:

a) Salir del vehículo con botas de goma.

b) Utilizar un paraguas de pararrayos.

c) No abandonar el vehículo.

d) Salir del vehículo justo después de oír un trueno.

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Campo eléctrico. Líneas de campo

1. Calcula y representa, a escala, la fuerza que sentiría una carga puntual de valor q = 1 C si se situara en los puntos A, B y C de la siguiente figura:

2. Con los resultados obtenidos en la actividad anterior, representa la fuerza que actuaría sobre la carga de 1 C si se situara en los puntos representados en la siguiente figura:

3. La figura que has obtenido en el apartado anterior representa la fuerza que siente la uni-dad de carga positiva (1 C) cuando se sitúa en las inmediaciones de la carga de 2 nC. Se dice que la carga de 2 nC origina en sus alrededores un campo eléctrico, que se define en cualquier punto como la fuerza que sentiría la unidad de carga positiva si se situara en él, y se representa mediante un diagrama de líneas de campo eléctrico. A partir del obtenido para una carga positiva, que se muestra en la figura inferior izquierda, repre-senta las líneas de campo en el caso de que la carga central fuese negativa.

4. Observando las figuras anteriores, explica por qué se dice que las cargas positivas son manantiales de líneas de campo, y las cargas negativas, sumideros.

2nC

rB = 2 cm

C

B

A

rA = 1 cm rC = 3 cm

2nC

rB = 2 cm

C

B

A

rA = 1 cm rC = 3 cm

+Q –Q

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Magnetismo e imanes

1. Indica si las siguientes afirmaciones son verdaderas (V) o falsas (F), y enuncia correctamente estas últimas:

a) El magnetismo es una propiedad que presentan ciertos materiales, que llama-mos imanes, de atraer a todos los metales.

b) El hierro, el cobalto, y el níquel son atraídos por los imanes.

c) Los polos de un imán se llaman polo positivo y polo negativo.

d) Si rompemos un imán justo por la mitad, separamos sus dos polos.

e) Los imanes se clasifican en naturales y artificiales, según la duración de sus propiedades magnéticas.

2. En cada una de las figuras siguientes, indica hacia dónde se moverá el imán de la dere-cha. Justifica brevemente tus respuestas.

3. En los casos de la actividad anterior, ¿es necesario que los imanes contacten para que se produzca la interacción? ¿Qué nombre reciben las fuerzas que actúan de este modo?

4. Rellena la siguiente tabla, con información de la clasificación de materiales según sus pro-piedades magnéticas:

Ferromagnéticos Paramagnéticos Diamagnéticos

Definición

Ejemplos

S N SN N S NS N S N S

a) b) c)

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Magnetismo en nuestro entorno

1. Indica la veracidad o falsedad de las siguientes afirmaciones, justificando tu decisión:

a) El estudio pormenorizado de los fenómenos eléctricos fue anterior al de los fenómenos magnéticos.

b) En la superficie terrestre, las brújulas se orientan debido a la concentración de minas de magnetita en las diferentes partes de la Tierra.

c) Los polos de un imán recibieron el nombre de «polo norte» y «polo sur» al observar que las direcciones en las que se orientaba una aguja al colocarla sobre una esfera pulida de magnetita se unían en dos puntos opuestos de ella del mismo modo que lo hacen los meridianos terrestres.

d) Si se frota cualquier objeto metálico con un imán, aquel adquiere propieda-des magnéticas.

2. Explica qué le ocurre a la aguja de acero de la siguiente figura. ¿Qué nombre recibe el proceso observado? ¿Qué ocurriría si se hiciera con una aguja de plata?

3. En la siguiente imagen del planeta Tierra, señala: el norte y el sur geográficos; el norte y el sur magnéticos; la orientación de las brújulas.

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Campo magnético. Líneas de campo

Cuando se espolvorean limaduras de hierro en los alrededores de un imán con forma de ba-rra, dado que el hierro es un material ferromagnético, interacciona fuertemente con el imán y las limaduras se disponen como se muestra en la siguiente figura:

Esto nos permite afirmar que en las inmediaciones del imán existe una perturbación magné-tica con la configuración observada, que recibe el nombre de campo magnético. Las líneas curvas que describen las limaduras de hierro reciben el nombre de líneas de campo magnéti-co, y nos permiten predecir la orientación que adquiriría una aguja imantada si se dejara libre en cualquier punto de los alrededores del imán. Se representan como sigue.

Observa que las líneas de campo salen del polo norte del imán y entran a él por el polo sur, y que su concentración es mayor en los polos, zonas del imán en las que la intensidad de la fuerza magnética es mayor.

Reflexiona sobre el texto y las imágenes anteriores hasta entenderlas bien, y responde a las siguientes cuestiones:

1. Explica brevemente, con tus palabras:

a) ¿Qué es el campo magnético?

b) ¿Qué son las líneas de campo?

c) ¿Por qué la concentración de estas es mayor en los polos del imán?

d) ¿Habría líneas de campo en la zona neutra?

N S

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2. La figura inferior izquierda muestra cómo quedan orientadas las limaduras de hierro cuando se espolvorean alrededor de un imán de herradura. A partir de ella, dibuja las líneas de campo magnético en la figura derecha.

3. Si rompemos un imán de barra por la mitad, ¿cómo serán las líneas de campo de los dos fragmentos que se obtienen? Represéntalas en la siguiente figura:

4. La Tierra se comporta como un gran imán, cuyo polo norte se encuentra aproximadamente en el sur geográfico, y su polo sur, en el norte geográfico. En la siguiente imagen de nuestro planeta, dibuja las líneas del campo magnético terrestre.

5. Explica el funcionamiento de las brújulas, utilizando el concepto de campo magnético.

SN

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Electromagnetismo (I)

1. Mediante flechas, ordena cronológicamente los descubrimientos o ideas de la columna izquierda y relaciónalos con los científicos a quienes correspondan:

Orden cronológico Fenómeno/idea Científico

Explicó las propiedades de los materiales mag-néticos en base a corrientes que circulan por su interior a nivel molecular.

Al acercar una brújula a un hilo conductor por el que circula una corriente eléctrica, la aguja imantada se orienta perpendicularmente al hilo.

Unifica los fenómenos eléctricos y magnéticos bajo un mismo campo de estudio: el electro-magnetismo.

Un imán en movimiento relativo con una espira induce en esta una corriente eléctrica.

Dos hilos conductores por los que circula una corriente eléctrica se atraen o se repelen como si fueran imanes.

2. Relaciona las siguientes imágenes con los fenómenos anteriores, y amplía todo lo que puedas su descripción.

I. II. III.

I

NS

A

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Electromagnetismo (II)

1. En el siguiente mapa conceptual hay algunos errores. Señálalos y elabora un mapa co-rrecto:

Electromagnetismo

relaciona

cuerpos cargados

ley de conservación

corriente eléctrica

Ley de Coulomb

metales

se debe acumple en movimiento desordenado es

puede ser puede serinteraccionan según

norte polo positivo

polo negativo

sur

carga magnética

polos eléctricos

pueden inducir

tiene propiedades similares a los

magnetismoelectricidad

presente en presente en

tienen dos

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Circuitos eléctricos Ficha de trabajo 1


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Corriente eléctrica. Generadores de corriente

1. Indica si las siguientes afirmaciones son verdaderas (V) o falsas (F), y justifica tu respuesta:

a) Se denomina corriente eléctrica al movimiento aleatorio de cargas eléctricas.

b) Los electrones son las únicas partículas que, en movimiento ordenado, pueden origi-nar una corriente eléctrica.

c) Hay dos tipos de corriente eléctrica, la alterna y la continua. En la alterna, el sentido del movimiento de los electrones cambia varias veces por segundo.

d) Los generadores de corriente disponen en su interior de muchas cargas; cuando se conectan, las proporcionan en modo de corriente eléctrica.

e) La fuerza electromotriz es una característica de los circuitos eléctricos de corriente alterna, y se mide en newton.

2. Debajo de cada una de las siguientes imágenes, indica de qué tipo de generador se trata y qué manifestación energética se transforma en energía eléctrica.

...........................................

...........................................

...........................................

...........................................

...........................................

...........................................

...........................................

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...........................................

...........................................

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a)

d)

b) c)

e) f)

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Dinamo

Una dinamo es un generador eléctrico que transforma la energía mecánica en eléctrica me-diante un fenómeno denominado inducción. De forma sencilla, podemos decir que la induc-ción es un fenómeno por el cual la variación del flujo magnético de, por ejemplo, un imán, provoca una corriente eléctrica en un conductor que lo rodee.

Dos estudiantes del Instituto Tecnológico de Massachusetts (James Graham y Thaddeus Jusczyk) han ideado un sistema mediante el cual utilizar la energía mecánica producida por las personas al caminar, y convertirla en energía eléctrica.

La propuesta consiste en un suelo formado por bloques sensibles que se deformen bajo el peso de las personas que caminan sobre ellos. Al pisar sobre ellos, se genera el movimiento de una pequeña dinamo en una dirección; al levantar el pie en el momento de dar un paso y reducir, así, la presión sobre los bloques, la dinamo gira en la otra dirección, con lo cual se podría obtener energía eléctrica en forma de corriente alterna.

Según sus cálculos, un paso aislado solo podría alimentar una bombilla de 60 vatios durante un segundo, pero una acumulación de 28 500 pasos podría ser capaz de hacer funcionar un tren durante un segundo.

La zancada media de una persona de 1,70 m de altura es de unos 30 cm, aproximadamente.

1. Si este suelo-dinamo se instalara en una estación de tren, en la que el recorrido medio de cada transeúnte fuera de 100 m, ¿cuántas bombillas de 60 vatios se podrían mantener encendidas durante una hora si en este tiempo caminan por la estación 200 personas?

2. Enumera las dinamos que conozcas de uso cotidiano, e indica de dónde proviene la energía mecánica que necesitan para su funcionamiento.

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Aislantes y conductores

1. Indica si las siguientes afirmaciones son verdaderas (V) o falsas (F), y justifica tu respuesta:

a) No se utilizan materiales aislantes en la instalación eléctrica de las casas.

b) Los únicos materiales que conducen la electricidad son los sólidos metálicos.

c) Un material semiconductor es aquel que puede conducir electricidad, pero en pe-queñas cantidades.

d) El silicio es un metal conductor de la electricidad.

2. Indica si los materiales siguientes son aislantes o conductores, y en qué experiencia te basas para hacer la clasificación.

Material Aislante/Conductor Experiencia

Agua de mar Conductor No bañarse en caso de tormenta

Cuerpo humano

Suelas de goma

Madera

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Semiconductores

Lee el texto acerca del comportamiento de los semiconductores y responde a las pre-guntas.

Todos los átomos, excepto los de los gases nobles, se enlazan con otros átomos. Cuando un átomo se encuentra aislado sus electrones se encuentran en determinados niveles de energía. Sin embargo, cuando se enlaza, los niveles de energía de los átomos próximos se solapan y se forma lo que denominamos una banda de energía. Se pueden distinguir dos bandas de energía, que reciben el nombre de banda de valencia y banda de con-ducción.

Para entender por qué algunos materiales son conductores de la electricidad, otros aislantes y otros, los semiconductores, presentan ambos comportamientos, vamos a utilizar una analo-gía en la que se establecen los siguientes paralelismos:

• La banda de valencia será la planta baja de una vivienda.

• La banda de conducción será la primera planta.

• En cada una de las plantas de la casa hay baldosas.

• En cada baldosa hay un habitante de la casa, puede haber baldosas vacías, pero no puede haber más de un habitante por baldosa. Cada habitante representa un electrón y el número total de baldosas es la capacidad de la banda.

Utilizando la analogía que hemos propuesto, una corriente eléctrica será posible si en alguna de las dos plantas de la casa hay habitantes y baldosas vacías, de forma que haya espacio para que estos se muevan.

Un material aislante será, por tanto, una casa en la que la planta baja está completamente llena y la primera planta absolutamente vacía.

Un material conductor tendrá la primera planta a medio llenar; por eso será posible que los habitantes de la casa se muevan, generándose, según nuestra analogía, una corriente eléctrica.

Y entonces, ¿qué será un material semiconductor? Los materiales semiconductores con-ducen la electricidad solo a determinadas temperaturas o en ciertas condiciones de luz. Según nuestra analogía ocurre que la energía térmica o lumínica es utilizada por algunos de los habitantes de la casa para ascender a la primera planta. De esta forma, en esta plan-ta se produce el tránsito de personas, que en nuestra analogía hemos establecido como corriente eléctrica.

1. Completa el siguiente párrafo: Un material ..................................... tiene su banda de

......................... vacía en condiciones de temperatura baja y ausencia de luz. Un material

................................ tiene su banda de ................................ medio ................................ .

Un material ..................................... tiene su banda de ..................................... vacía y su

banda de ..................................... llena.

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2. Explica por qué un semiconductor es capaz de conducir la electricidad en determinadas condiciones de luz o temperatura.

3. ¿Qué representan los habitantes de la casa de la analogía del texto?

4. ¿Cómo debe ser la diferencia de alturas de la casa para que un material sea semiconduc-tor? ¿Qué representa esta diferencia de alturas?

5. ¿Cómo crees que es la diferencia de alturas entre las dos plantas de la casa de la analo-gía en un material aislante?

6. Da tu opinión acerca de la utilidad de las analogías para explicar fenómenos físicos. ¿Co-noces alguna otra que te haya sido de utilidad?

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Circuito eléctrico

1. Indica, debajo de cada símbolo, el nombre del elemento al que representa:

.................................

.................................

.................................

.................................

.................................

.................................

.................................

.................................

.................................

.................................

.................................

.................................

.................................

.................................

.................................

.................................

2. En relación con los elementos de un circuito, define los siguientes términos e indica, de los elementos de la actividad anterior, cuáles pertenecen a cada tipo:

a) Generador.

b) Conductores.

c) Receptores.

d) Elementos de control.

e) Elementos de protección.

3. Representa el esquema del circuito eléctrico elemental e indica el nombre de cada ele-mento.

+ –

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4. Indica si los siguientes circuitos eléctricos son posibles o no. Descríbelos, indicando qué elementos están conectados en serie y cuáles en paralelo.

a)

..................................................................

..................................................................

..................................................................

..................................................................

..................................................................

b)

..................................................................

..................................................................

..................................................................

..................................................................

..................................................................

V

c)

..................................................................

..................................................................

..................................................................

..................................................................

..................................................................

V A

d)

..................................................................

..................................................................

..................................................................

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Magnitudes eléctricas

1. Une con flechas los elementos de las tres columnas.

2. Relaciona las magnitudes eléctricas con los elementos de la analogía hidráulica.

3. Indica la medida que señalan los siguientes instrumentos, tomando como error absoluto su umbral de resolución.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Carga por unidad de tiempo

Potencia de la bomba Cables conductores

Tuberías Generador

Diferencia de alturas entre depósitos Fuerza electromotriz

Moléculas de agua Diferencia de potencial

Bomba hidráulica Electrones

Energía por unidad de carga Diferencia de potencial

Resistencia

Intensidad de corriente

Amperio

Ohmio

VoltioResistencia al paso de la corriente eléctrica

Conducto

Bomba

Turbina

Fuerza de aspiración

Fuerza de presión

Des

nive

l

a) b)

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Magnitudes eléctricas y ley de Ohm

1. Indica, de los siguientes circuitos, cuáles serían adecuados para medir la resistencia de una bombilla con la ley de Ohm. Justifica tu elección.

2. De las siguientes gráficas, ¿cuál podría representar los valores obtenidos en el circuito anterior si la resistencia utilizada es óhmica? (Recuerda que una resistencia óhmica es la que cumple la ley de Ohm).

3. Utilizando los códigos de colores, determina el valor de las resistencias de las imágenes siguientes e indica con cuál de ellas se obtendría la gráfica correcta del apartado anterior.

A

V

e+ –

A

V V

e+ –

V

e+ –

A

e+ –

A

a)

= 22 kΩ

= 40 Ω

= 1,5 kΩ

= 6,8 kΩ

blancoamarillo oro

ororojo

rojo

rojo

verde

oro

platamarrón

plata

naranja

azul

a)

b)

c)

d)

121416

V (V)

I (A)

108642

0,10

0,20

0,30

0,40

121416

V (V)

I (A)

108642

0,10

0,20

0,30

0,40

121416

V (V)

I (A)

108642

0,10

0,20

0,30

0,40

a) b) c)

b) c) d)

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Magnitudes eléctricas y ley de Ohm

1. Completa los párrafos siguientes, relativos a las magnitudes que caracterizan un circuito eléctrico:

a) La unidad de ……...…..……...….. que atraviesa un conductor por unidad de tiempo

es la ……...…..…….......….. . Su unidad en el SI es el ……...….....……...….., que se

define como el cociente de ……...…..……...….. entre ……...…..……...….. .

b) La unidad de potencial en el SI es el ……...…..……......….., que se define como el

cociente de ……...…..……...….. entre ……...…..……...….. .

c) La resistencia de un conductor es mayor cuanto mayor sea su …….....…..……...…..,

y menor cuanto menor sea su ……...…..……...….. .

2. Tenemos dos conductores de igual sección y longitud, pero de distinto material. Uno de ellos es de cobre, y el otro, de material desconocido. Al aplicar diferentes valores de diferencia de potencial y medir la intensidad en ambos conductores, obtenemos los datos de la tabla siguiente:

V (mV) I (mA) cobre I (mA) otro

0 0 0

1 17,65 10,71

3 52,94 32,14

5 88,24 53,57

7 123,53 75,00

a) ¿Qué ley relaciona las magnitudes de la tabla? Escríbela.

b) ¿De qué factores depende la resistencia de un conductor? Escribe la expresión que los relaciona.

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3. A partir de las respuestas anteriores, diseña una estrategia para descubrir de qué mate-rial está hecho el otro conductor del enunciado.

4. Representa los datos de la tabla. ¿Qué tipo de representación obtienes?

140

120

I (A)

V (V)

100

80

60

40

20

0 2 4 6 8

5. ¿A qué corresponde al valor de la pendiente de la representación anterior? ¿Qué mag-nitud física puedes calcular a partir de ella?

6. Comprueba tu estrategia resolviendo el problema, sabiendo que el material del conduc-tor desconocido es aluminio.

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Asociaciones de resistencias y generadores

1. Calcula la resistencia equivalente de las siguientes asociaciones:

a)

b)

c)

2. Calcula el generador equivalente de las siguientes asociaciones:

a)

b)

c)

d)

3. Simplifica el siguiente circuito hasta llegar al circuito elemental:

er+ –

e+ –

e+ –

R

R

R

r

r

e ,re ,re ,r

+ –

+ –

e, re, r

2·e 2· r

+ –+

+ –

–

e, re, r

e, r

+ –+

+ –

–

e e e

r r r

+ – + – + –

R

R

R

R

R

R

R R R

...............................................................

...............................................................

...............................................................

...............................................................

...............................................................

...............................................................

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Componentes electrónicos

1. Razona acerca de la veracidad o la falsedad de las siguientes afirmaciones:

a) La electrónica es la ciencia-tecnología que se enfoca exclusivamente al estudio de los semiconductores.

b) Un semiconductor es un material que solo conduce la corriente eléctrica por su parte más interna.

c) El diodo es un componente electrónico que se utiliza como elemento de control.

d) La adición de impurezas a un semiconductor se conoce como «impurificación».

e) Un semiconductor tipo p se consigue añadiendo fósforo (P) al silicio, y uno tipo n, añadiéndole nitrógeno (N).

2. Indica si los siguientes diodos dejarán o no que circule corriente eléctrica por el circuito:

3. Indica qué lámparas se encenderán al cerrar el interruptor:

e+–

e+–

R R

e+

– e+

– e+

–e+

–

1 2 3 4

1 2 3 1 2 3

1 2 3

a)

a) c)

b)

b) d)

e+–

e+–

R R

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La energía Ficha de trabajo 1


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Fuentes de energía

1. Indica si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas, y corrige estas últimas:

a) Se llaman fuentes de energía a todos los recursos o materias primas que el ser huma-no utiliza para obtener energía eléctrica.

b) Se llama energía primaria a la más importante para el ser humano, y secundaria a la menos importante.

c) Las energías primarias son no renovables, y las energías secundarias, renovables.

d) Los combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural) son fuentes de energía no renovables, y el resto, renovables.

e) En la actualidad se utilizan más las energías no renovables que las renovables.

2. Asocia cada fuente de energía con sus ventajas e inconvenientes.

Fuente de energía Ventajas Inconvenientes

Combustibles fósiles

Necesita materiales accesibles y diseños sencillos, al alcance

de muchos países.

Las centrales de gran potencia provocan un gran impacto medioambiental.

NuclearEs muy útil para electrificar

viviendas aisladas.Se encuentra con el problema del abastecimiento del silicio.

FotovoltaicaAún hay margen para incrementar su uso.

Acabarán agotándose, y su uso origina graves problemas

de contaminación.

Eólica Segura y no contaminante.Los residuos son de difícil tratamiento.

HidráulicaSu producción es continua, y con poco combustible se

obtiene mucha energía.

Tiene un alto coste, e influye negativamente en la flora

y la fauna marinas.

Biomasa

La energía que se obtiene llega a todos los lugares donde se necesita y da respuesta a las

necesidades de nuestra sociedad.

Causan problemas medioambientales si no se instalan teniendo en cuenta

su impacto ambiental.

MareomotrizEs limpia en el caso de las plantas

de media y baja potencia.

Su utilización puede suponer una degradación del suelo, si no se gestiona y reforesta

adecuadamente.

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Desarrollo sostenible

1. La siguiente imagen muestra los tres pilares del desarrollo sostenible: el ecológico, el social y el económico. Comenta las relaciones entre cada uno de ellos, y las acciones a realizar en cada caso para conseguirlo:

2. Para participar en la consecución del desarrollo sostenible lo primero que hay que pro-mover es un consumo responsable, que viene descrito por la regla de las tres erres (3R): reducir, reutilizar y reciclar. ¿Cuál de las tres acciones te parece más importante? Comenta brevemente qué podemos hacer para llevar a cabo cada una de las acciones:

a) Reducir.

b) Reutilizar.

c) Reciclar.

Sostenible

Equitativo

Ecológico

Social Económico

Soportable Viable

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3. Señala con una flecha a qué contenedor tirarías cada uno de los siguientes residuos.

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Producción de energía eléctrica

1. Indica si las afirmaciones siguientes son verdaderas (V) o falsas (F). En el caso de que sean falsas, escríbelas correctamente.

a) Las centrales térmicas y las centrales hidroeléctricas solo tienen en común la torre de re-frigeración, por la que se emite dióxido de carbono; de ahí que sean tan contaminantes.

b) La energía que se obtiene de la biomasa se aprovecha en centrales térmicas para producir electricidad. Es, por tanto, una fuente de energía renovable, pero contami-nante, pues en las centrales térmicas se produce dióxido de carbono.

c) Todas las formas de aprovechamiento de la energía solar llevan asociado el uso de materiales conductores que generan corrientes eléctricas cuando incide sobre ellos la luz del sol.

d) Los aerogeneradores transforman la energía térmica de la atmósfera en energía eléc-trica mediante materiales semiconductores.

e) Los elementos comunes a las centrales térmicas, hidroeléctricas y nucleares son las turbinas, el alternador y el transformador.

f) Todos los elementos de las centrales nucleares se encuentran dentro de un recinto de especial protección denominado edificio de contención.

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Centrales eléctricas y contaminación

1. Las centrales térmicas y nucleares, a diferencia de las hidroeléctricas, utilizan la energía primaria para producir gas o vapor que mueve la turbina. Una vez que el gas o vapor ha cumplido su cometido, es necesario enfriarlo. Para esta operación se usa agua de refrigeración, que, una vez utilizada, se devuelve al cauce del que ha sido extraída, pro-vocando, en algunos casos, otro tipo de contaminación adicional:

a) ¿En qué ley física se basa la capacidad del agua fría para refrigerar el vapor que sale de la turbina? Escribe su expresión.

b) ¿A qué tipo de contaminación adicional se refiere el texto?

c) ¿Cómo se puede evitar este tipo de contaminación?

d) ¿Qué otro sistema de refrigeración de uso cotidiano conoces?

e) ¿Conoces algún sistema de calefacción que utilice el agua caliente? Descríbelo de forma breve.

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Energía y potencia eléctricas

1. Indica cuáles de las relaciones entre unidades de magnitudes relacionadas con la carga y la corriente eléctrica son correctas (V) y cuáles no (F). Justifica tu respuesta.

a) J = V ∙ A ∙ s

Justificación: ..................................................................................................................

b) J = V ∙ C

Justificación: ..................................................................................................................

c) J = A2 ∙ W ∙ s

Justificación: ..................................................................................................................

d) A sC

=

Justificación: ..................................................................................................................

e) W sJ

=

Justificación: ..................................................................................................................

f) W = J ∙ s

Justificación: ..................................................................................................................

g) W = V ∙ A

Justificación: ..................................................................................................................

2. Completa la tabla siguiente, indicando qué relación o relaciones entre magnitudes utilizas:

Potencial (V) Intensidad (A) Resistencia (Z) Potencia (W) Expresión

12,5 8 100

220 250

10 1,25

125 28

56,25 8 450

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Transporte y distribución de energía eléctrica

1. Observa la siguiente imagen y responde a las preguntas:

a) ¿Qué tipos de centrales se representan? ¿Cuáles utilizan energías renovables?

b) ¿Cómo se llaman los elementos que soportan los cables?

c) ¿Por qué se ha de elevar la tensión para transportar la energía eléctrica desde las centrales a la estación de transformación?

d) ¿De qué material son los cables por los que se transporta la energía eléctrica?

e) ¿Cómo se llaman los dispositivos mediante los cuales se aumenta o se disminuye el valor de la tensión? ¿En qué fundamento físico se basa su funcionamiento?

f) ¿Por qué se habla de «transporte» y «distribución» de energía eléctrica? ¿Qué dife-rencia principal hay entre las redes de transporte y las de distribución?

g) ¿Qué se hace si en un momento determinado se produce más energía eléctrica de la necesaria? ¿Y si se produce menos?

Centralesde

generación

Red de transporte,220 kV y 400 kV

Subestaciónde transformación

Subestaciónde distribución

Redde distribución,

≤ 132 kV

Redde distribución

Centrode control eléctrico

Consumodoméstico, 220 V

Consumo industrial,de 12,5 kV a 132 kV

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Consumo eléctrico de electrodomésticos

1. A continuación se muestran tres etiquetas con las características de electrodomésticos comunes en nuestras viviendas. Identifica a qué electrodomésticos pertenecen y qué características incluyen.

2010/1062 – 2011

ENERG IJAY

kWh/annumWatt

cm inch

I II

IAIE

A++A+++

A+A++

A+

ABCD

A+++

A++

A+

ABCD

A+++

A++

A+

ABCD

XYZ

VWXYZ

kWh/annum

L/annumY,Z

YZ

ABCDEFGkg

dB

YZ dB

ENERG IJAY

I II

IAIE

2010/1062 – 2011

XYZXYZ

YZ

L YZ L YZYZ

dB2010/1062 – 2011

ENERG IJAY

XYZXYZkWh/annum

I II

IAIE

A+++

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Factura eléctrica

En la factura mensual de luz de un domicilio se desglosan los siguientes conceptos: potencia contratada, energía consumida, impuesto sobre electricidad, alquiler de equipos de medida e IVA.

1. Indica a qué concepto corresponden las unidades de medida siguientes:

a) kWh .............................................................................................................................

b) €/mes ...........................................................................................................................

c) % ..................................................................................................................................

d) kW ................................................................................................................................

2. Completa la siguiente tabla, referida a dos meses de consumo:

Concepto Precio mensual o % Importe (€)

Potencia contratada: 3,3 kW 164,2355 €/kW

Energía consumida: 219 kWh 24,63

Impuesto sobre electricidad 4,684%

Alquiler equipos 0,57 €/mes

IVA 21 %

a) ¿Qué porcentaje del total de la factura corresponde a la energía consumida?

b) ¿Cuál es el porcentaje que corresponde a la potencia contratada?

c) ¿Cuál es el consumo medio diario de energía eléctrica de ese domicilio? Expresa el resultado en J.

182 PB

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Uso seguro de la electricidad

1. Explica debajo de cada una de las siguientes imágenes por qué lo que se representa en cada una supone un uso incorrecto de la electricidad.

2. El PIA de 16 A que controla los enchufes de la casa, ¿se desconectaría en caso de pro-ducirse un cortocircuito debido al uso incorrecto de la electricidad si le conectamos una estufa de 2 000 W, una aspiradora de 1 800 W, un calefactor de 1 000 W y una taladradora de 600 W?

...........................................

...........................................

...........................................

...........................................

...........................................

...........................................

...........................................

...........................................

...........................................

...........................................

...........................................

...........................................

...........................................

...........................................

...........................................

...........................................

...........................................

...........................................

10 AIGA

ICP ID

16 A 20 A 25 A30 A

a) c) b)

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Unidad inicial

Ficha de trabajo 1 (R)

1. Etapa 1: Plantear la hipótesis. Etapa 2: Decidir qué experimentos realizar. Etapa 3: Realizar los experimentos. Etapa 4: Extraer las conclusiones.

2. a) El tamaño del bizcocho dependerá de las cantidades del resto de los ingredientes, de la temperatura y del tiempo de horneado.

b) Primero sería necesario tomar una referencia para el tamaño del bizcocho; para ello, se elaboraría con la cantidad de azúcar de una receta. Después, se realizarían varias recetas más, disminuyendo la cantidad de azúcar de forma progresiva. Cada nueva receta debería repetirse al menos dos veces, tomando como medida del tamaño del bizcocho la media de los tamaños obtenidos. El resto de las varia-bles (cantidades, tiempos y temperaturas) de-berán ser iguales en todas las recetas.


1. Respuesta abierta.

Ficha de trabajo 3 (A)

1. La teoría según la cual el universo comenzó con una expansión. Antes, todo él estaba comprimi-do en una masa densa y muy caliente, que se expandió a toda velocidad. Esta expansión, a menor velocidad, aún perdura.

2. Los hadrones son partículas subatómicas que in-teractúan con la fuerza nuclear fuerte. Esta es la fuerza más poderosa del universo, aunque solo opera dentro del núcleo de los átomos. Es una fuerza mediada por unas partículas fundamen-tales llamadas gluones, que mantienen juntas a tres partículas fundamentales llamadas quarks, las cuales constituyen un protón o un neutrón.

3. Son las partículas fundamentales de las que está compuesta toda la materia conocida, más pe-queñas que los protones y los neutrones.

4. Bélgica, Dinamarca, Francia, Alemania, Grecia, Ita-lia, Holanda, Noruega, Suecia, Suiza, Reino Unido, Austria, España, Portugal, Finlandia, Polonia, Repú-blica Checa, Eslovaquia, Hungría, Bulgaria e Israel.

5. a) Possitron Emission Tomography (tomografía de emisión de positrones) .

b) Tienen el mismo fundamento físico; solo difie-ren en la escala.

6. Tim Berners-Lee en el CERN en 1989.

7. Respuesta libre.


1. Ciencias naturales

formadas, entre otras, por

cambios

la naturaleza de las sustancias

Química Física

ambas estudian

modifican

en sistemas materiales

que noque sí

2. a) Falsa. b) Falsa. c) Falsa. d) Verdadera.

3. Un cuerpo tiene unos límites definidos, y un sis-tema material, no.


1. La experimentación

requiere de

Unidades

de

para lo que necesitamos

que definen la cantidad patrón de las

Medidas

que pueden sera partir de fórmulas físicas se definen las

Fundamentales

Derivadas

Magnitudes

2. La tabla completa es la siguiente:

Unidad Abreviatura MagnitudFundamental/

derivada

Caloría cal Energía Derivada

Kelvin K Temperatura Fundamental

Gramo g Masa Fundamental

Pascal Pa Presión Derivada

Aceleración de la gravedad

g Aceleración Derivada

Julio J Energía Derivada

Centímetro cuadrado

cm2 Superficie Derivada

Newton N Fuerza Derivada

Soluciones

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1. a) Velocidad. b) Densidad. c) Velocidad. d) Ace-leración. e) Velocidad.

2. a) s m

kg2 $

. b) s

kg m2

2$

. c) s

kg m2

$. d)

s

kg m2

2$

.


1. a) Falsa. b) Falsa. c) Verdadera. d) Verdadera.

2.

Cronómetro digital (sensibilidad de cs)

Cinta métrica con sensibilidad de dm

Regla con sensibilidad de mm

Balanza de laboratorio

Reloj de agujas

Balanza de baño

Volumen de aire en el aula

Tiempo que tarda en pasar un autobús

por una parada

Longitud de una falange de tu mano

Masa de un bolígrafo

Tiempo que tarda un atleta en

recorrer 100 m

3. a) Sistemático, ya que todos los valores están por encima del valor verdadero.

b) Aleatorio, ya que algunos valores están por encima y otros por debajo del valor verdadero.

c) Aleatorio, porque algunos valores están por encima y otros por debajo del valor verdadero.

d) Sistemático, porque todos los valores están por debajo del valor verdadero.


1. Medida

Umbral de resolución

Medida ± error absoluto

Error relativo (%)

2,3 kg 100 g (2,3 ± 0,1) kg 4,3

2 h 17 min 1 s (8 220 ± 1) s 0,01

185 cm 5 mm (185 ± 0,5) cm 0,27

–5 °C 0,5 °C (–5 ± 0,5) °C 10

85 km/h 5 km/h (85 ±5) km/h 5,88

2. Medida ¿Es correcta? Expresión correcta

(1,27 ± 0,1) g No (1,3 ± 0,1) g

(35,678 ± 0,1) A No (35,7 ± 0,1) A

(34,12 ± 0,001) g No (34,120 ± 0,001) g

(45,98 ± 0,01) s Sí —

(60,80 ± 0,1) kg No (60,8 ± 0,1) kg

El criterio utilizado ha sido que el valor numérico de la medida no puede tener más cifras signifi-cativas que el error absoluto.


1. a) El valor medio es: m = 0,510 g.

b)

c) La cuarta medida.

d) El umbral de resolución del aparato.


1. a) El umbral de detección es de 1 km/h.

b) El valor medio es: v = 84 km/h.

c)

d) Todas las medidas están por debajo del valor verdadero; por tanto, existe un error sistemá-tico por defecto. El conjunto de las medidas tiene poca dispersión, por lo que se trata de medidas precisas, pero, al estar alejadas del valor verdadero, no son exactas.


1.

Medida Masa (g)Error

absoluto (g)Error

relativo (%)

1 0,503 0,1 19,9

2 0,524 0,1 19,1

3 0,512 0,1 19,5

4 0,501 0,1 20,0

5 0,514 0,1 19,5

6 0,508 0,1 19,7

Medida Masa (g)Error

absoluto (g)Error

relativo (%)

1 82 8 9,8

2 85 5 5,9

3 83 7 8,4

4 85 5 5,9

5 84 6 7,1

6 86 4 4,7

Notación científicaCambios de

unidades

0,000 000 567 m 5,67 ∙ 10–7 m 0,568 µm

3 200 000 g 3,2 ∙ 106 g 3,2 Mg

0,0089 s 8,9 ∙ 10–3 s 8,9 ms

0,045 C 4,5 ∙ 10–2 C 4,5 cC

6 700 J 6,7 ∙ 103 J 6,7 kJ

0,000 009 0 m 9,0 ∙ 10–6 m 9,0 µm

460 m 4,6 ∙ 102 m 4,6 hm

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2. a) 200 cm2 son 0,02 m2.

b) 10–6 m2 son 1 mm2.

c) 3 ∙ 1018 nm2 son 3 m2.

d) 1 004 cm3 son 1,004 ∙ 10–3 m3.

e) 9 dm3 son 9 ∙ 10–3 m3.

f) 10–5 m3 son 104 mm3.


1. Equivalencia entre unidades de volumen y de capacidad

Volumen

Equivale a 8

Capacidad

1 m3 1 kL = 1 000 L

1 dm3 1 L

1 cm3 1 mL = 0,001 L

2. a) 6 m3 son 60 HL.

b) 2 · 10–3 m3 son 2 L.

c) 4 cL son 40 cm3.

d) 300 cm3 son 3 dL.

e) 5 · 10–4 daL son 5 cm3.

f) 70 dm3 son 0,07 kL.

g) 3,3 dL son 0,33 dm3.

h) 750 mL son 7,5 ·10–4 m3.

i) 2 · 10–2 m3 son 20 L.

j) 100 HL son 10 000 dm3.


1. Factores de conversión utilizados

0,24 J son 0,058 cal J, cal

10 24

1,003 kJ son 240,7 cal J, kcal

;kcal

cal1

0 241

103

2 000 kcal son 8 333 kJ , kcalkJ

0 241

1 500 kcal son 6,25 J, kcal

kJ;

kcalcal

0 241

1103

Contiene más energía 1 cal, pues equivale a 4,18 J.

2.


h

km h

kmsm

, sm

150 3 6001

11000

41 7$ $ = ;km

ms

h1

103 600

13

m

kg g

L

mLg

kg987

1

10

10

1987

1010

9873

3

3

3

3

3

$ $ $= = ;kg

g

Lm

110

101

3

3

3

s

m

mkm

hs

,h

km3 10

10001

13 600

1 08 105 6$ $ $ $= ;m

kmh

s101

13 600

3

kgJ

, Jcal

g

kgg

cal4 180 4 18

110

113$ $ =

,;

kJcal

g

kg4 18

110

13

L

g

g

mg

cm

L

cm

mg10

1

10

10

1103

3

3 33

3$ $ = ;gmg

cmL

110

101

3

3 3


1. Móvil 1 Móvil 2

m (kg) 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2

v (m/s) 5 7,5 10 12,5 15 5 7,5 10 12,5 15

Ec (J) 1,3 2,8 5,0 7,8 11,3 2,5 5,6 10,0 15,6 22,5

2.

v (m/s)

Ec (J)

25,0Móvil 1 Móvil 2

20,0

15,0

10,0

5,0

0,00 2 4 6 8 10 12 14 16

3. Se trata de una dependencia cuadrática. Los dos móviles no presentan los mismos valores de energía cinética para idénticos valores de velocidad, por-que uno de ellos tiene el doble de masa que el otro.

4. Se puede seleccionar cualquier pareja de valo-res que tengan idéntica velocidad.

5.

6. Se trata de una dependencia lineal; por tanto, basta con dos puntos para observarla.

m (kg)

Ec (J)

25,0

20,0

15,0

10,0

5,0

0,00 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25

v = 15 m/s

186 187

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Unidad 1


1. Un compuesto químico se puede descomponer en otras sustancias; sin embargo, una sustancia elemental o elemento, no.

2. Las sustancias elementales que aparecen en el esquema son el cobre y el azufre.

El compuesto que resulta de la reacción química que se produce entre el cobre y el azufre es el monosulfuro de cobre.

3. La ley de conservación de la masa si se cum-ple, puesto que la suma de las masas de cobre y de azufre es igual a la masa de sulfuro de cobre obtenida:

10 g de Cu + 5 g de S = 15,04 g de CuS

4. La proporción pedida es de 1,98.

5. Aplicando la proporción entre la cantidad de co-bre y de monosulfuro de cobre, 0,665, obtene-mos una cantidad de cobre necesaria de 20 g.


1. a) Falsa.

b) Falsa.

c) Verdadera.

d) Falsa.

2. a) La materia está formada por partículas discre-tas, que son inmutables y de tamaño fijo, de-nominadas átomos.

b) Los átomos de un mismo elemento son igua-les entre sí en tamaño y masa, pero distintos de los átomos de otro elemento diferente.

c) Los compuestos químicos se forman al unirse átomos de distintos elementos en una rela-ción numérica sencilla.

d) En una reacción química, los átomos se reagrupan de forma distinta a como lo es-taban inicialmente, pero ni se crean ni se destruyen.

3. Las relaciones que solicita el enunciado de la ac-tividad son las que se reflejan en el esquema si-guiente:

La materia no es infinitamente

divisible

1.ª hipótesis 2.ª hipótesis 3.ª hipótesis 4.ª hipótesis

+

H2O NH3

C2H4 CH4

Los átomos que forman el grafito y los que forman

el diamante son iguales


1.

2. La carga del electrón expresada en µC y nC es:

µµ, C , CC

C1 602 10 1

101 602 1019

613– –$ $ $=

, C 1C10

1,602 nCnC

1 602 10 1019 19

0– –=$ $ $

El número de electrones que hay en 1 C es:

, C/electrónC

, electrones1 602 10

16 24 1019

20–

–

$$=

3. Entre 1803 y 1808, J. Dalton desarrolla su teoría atómica.

En 1850, W. Crookes construye un tubo de des-carga.

En 1895, W. K. Röentgen descubre los rayos X en un tubo de descarga.

En 1897, J. J. Thomson descubre el electrón en un tubo de descarga.

4. Se ubican junto con Becquerel. El nombre ra-diactividad proviene de la actividad del radio.

Cátodo

Placa positiva

Placa negativa

ÁnodoRayoscatódicos

El científico

J.J. Thomson

1897

partículas

negativa

electrones

iguales

elemento químico

en el año

experimentando con

concluyó que

los rayos catódicos

son están constituidos por

independientemente del con carga

a las que denominó

Tubos de

descarga

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1. Modelo atómico

AñoHechos

experimentales

Dalton 1803Ley de conservación

de la masa

Rutherford 1911Rebote de partículas a en bombardeo de

lámina de metal

Thomson 1904Comportamiento de los rayos catódicos

2. Dalton Thomson Rutherford Bohr

El átomo es indivisible. ✔

La parte de carga negativa del átomo es el electrón.

✔ ✔ ✔

La parte de carga positiva del átomo está en el núcleo.

✔ ✔

Un átomo sin ionizar es neutro.

✔ ✔ ✔

Los electrones se pueden extraer del átomo para dar lugar a iones positivos.

✔ ✔ ✔

Los electrones giran en órbitas estacionarias.

✔

La corteza del átomo es un lugar fundamentalmente vacío.

✔ ✔

La corteza del átomo se organiza en capas de electrones.

✔


1. A Z

N.º protones

N.º neutrones

N.º electrones

C-14 14 6 6 8 6

Be-9 9 4 4 5 4

Ar-40 40 18 18 22 18

Ra-138 138 88 88 50 88

2.


1. Carga del neutrón: La carga del neutrón será la suma de las cargas de los quarks que lo forman (up, down, down).

32

31

31

0– –+

+ + =

Carga del protón: La carga del protón será la suma de las cargas de los quarks que lo forman (up, up, down).

32

3 312

1–+

+ + =+

+


1. A Z N.º protones N.º neutrones N.º electrones

C-14 14 6 6 8 6

Be-9 9 4 4 5 4

C-12 12 6 6 6 6

Be-10 10 4 4 6 4

2. a) XZA , donde X es el símbolo químico del ele-mento; A, el número másico, y Z, el número atómico.

b) Corresponde al número de nucleones, es de-cir, a la suma del número de protones y de neutrones.

c) Es el número de protones de su núcleo.

d) Es mayor el número másico.

e) Son del mismo elemento químico.

f) Son dos átomos idénticos, del mismo isótopo.

g) El número de neutrones se obtiene restando el número atómico al másico.

h) Tienen el mismo número de nucleones, pero no tienen por qué ser del mismo elemento.

i) Son los átomos b) y d).


1. a) Es el número de protones de su núcleo.

b) El número debe ser diferente.

c) El número debe ser menor.

d) El número debe ser mayor.

e) La de un electrón, 1,6 · 10–19 C.

2. Ion Z N.º electrones Carga (Culombios)

F– 9 10 1,60 ∙ 10–18

Ca2+ 20 18 2,88 ∙ 10–18

Li+ 3 2 3,20 ∙ 10–19

S2– 16 18 2,88 ∙ 10–18

––

––

+

–

––

–

Elemento químico

N.º protones

N.º neutrones

N.º electrones

Masa (u)

Carga

Potasio 19 20 20 39 +1

Bario 56 81 54 137 +2

Bromo 35 45 36 80 –1

Azufre 16 16 18 32 –2

Argón 18 22 18 40 —

Calcio 20 20 18 40 +2

Yodo 53 74 54 127 –1

Telurio 52 76 54 128 –2

Sodio 11 12 10 23 +1

188 189

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3. a) Falsa. El número másico es mayor, pues inclu-ye los neutrones.

b) Verdadera.

c) Falsa. Existen átomos del mismo elemento químico con distinto número de neutrones, se denominan isótopos.

d) Falsa. Para que un átomo adquiera carga po-sitiva ha de perder electrones.


1. Elemento Z


K L M N

Calcio 20 2 8 18 2

Cloro 17 2 8 7 —

Azufre 16 2 8 6 —

Sodio 11 2 8 1 —

Bromo 35 2 8 18 7

Oxígeno 8 2 6 — —

Flúor 9 2 7 — —

2. Elemento Carga Z


K L M N

Calcio +2 20 2 8 18 —

Cloro –1 17 2 8 8 —

Azufre –2 16 2 8 8 —

Sodio +1 11 2 8 — —

Bromo –1 35 2 8 18 8

Oxígeno –2 8 2 8 — —

Flúor –1 9 2 8 — —

Unidad 2


1. Parte izquierda: Na, Sodio; K, Potasio; Sb, Anti-monio; Sr, Estroncio; As, Arsénico; P, Fósforo; Kr, Kriptón; Rn, Radón.

Parte derecha: In, indio; Tl, talio; I, yodo; Na, sodio; Sr, estroncio; At, astato; S, azufre; Sn, estaño.

2. Elemento Símbolo Metal/No metal Característica

Helio He No metal Es un gas inerte

Cobre Cu Metal Conduce electricidad

Flúor F No metal Gas

Platino Pt Metal Maleable

Potasio K Metal Forma iones positivos


1. Calculamos el % en masa en ambos casos:

Medicamento I: , mgmg

%253 3080

100 32$ =

Medicamento II: mgmg

%80

100600 13$ =

Por tanto, tiene mayor concentración en hierro el medicamento I.

2. Es la cantidad recomendada de consumo de cierta sustancia al día.

3. Aplicando una proporción, en el caso de los chicos:

gmg

gmg

x1008 12

=

x = 150 g de hígado

Y, en el caso de las chicas:

gmg

gmg

x1008 15

=

x = 188 g


1. Símbolo Li Be B C N O F Ne

Metal, semimetal, no metal

Metal Metal SemimetalNo

metalNo

metalNo

metalNo

metalNo

metal

2. Elemento Símbolo N.º electrones de valencia Grupo

Potasio K 1 1

Rubidio Rb 1 1

Cesio Cs 1 1

Calcio Ca 2 2

Estroncio Sr 2 2

Bario Ba 2 2

Galio Ga 3 13

Indio In 3 13

Talio Tl 3 13

Germanio Ge 4 14

Estaño Sn 4 14

Plomo Pb 4 14

Arsénico As 5 15

Antimonio Sb 5 15

Bismuto Bi 5 15

Selenio Se 6 16

Teluro Te 6 16

Polonio Po 6 16

Bromo Br 7 17

Yodo I 7 17

Astato At 7 17

Kriptón Kr 8 18

Xenón Xe 8 18

Radón Rn 8 18

188 189

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Elemento Símbolo Z


Faltan/ Sobran

N.º electrones

para alcanzar el octeto

Catión/ Anión

K L M N

Calcio Ca 20 2 8 10 — Sobran 2 Ca2+

Cloro Cl 17 2 8 7 — Faltan 1 Cl–

Azufre S 16 2 8 6 — Faltan 2 S2–

Sodio Na 11 2 8 1 — Sobran 1 Na+

Estroncio Sr 38 2 8 18 10 Sobran 2 Sr2+

Bromo Br 35 2 8 18 7 Faltan 1 Br–

Oxígeno O 8 2 6 — — Faltan 2 O2–

Flúor F 9 2 7 — — Faltan 1 F–

1. Los elementos del primer grupo formarán catio-nes, pues les sobran electrones, y los del grupo decimosexto aniones, ya que les faltan electrones.

2. Los elementos del primer grupo formarán catio-nes con carga +1, y los del grupo decimosexto, aniones con carga –2.

3. Tienen dos electrones en su primera capa, como el helio.


1. Falsa. El butano es una sustancia molecular for-mada por moléculas con 4 átomos de carbono y 10 de hidrógeno.

2. Falsa. El cloruro de sodio es un compuesto ió-nico que se presenta en forma de cristales en los que los iones están ordenados tridimensio-nalmente en una proporción de un ion de sodio, Na+, por cada ion de cloro, Cl–.

3. Falsa. Los únicos elementos que se presentan en la naturaleza en forma de átomos no combina-dos son los gases nobles.

4. Verdadera.


1. Corresponde a la primera representación, pues la proporción 6 a 19 es la más próxima a 24,23/75,77.

2. La masa atómica promedio, expresada en u, es:

%% mm

m100

Cl Cl 35 Cl 3 Cl 3Cl

35 7 7$$ += =- - --

, ,, u100

75 7735 100

24 2337 35 48$ $= + =

Esta masa corresponde a 35,48 g/mol.

3.

Compuesto Masa (u) Compuesto Masa (u)

Fe2O3 159,687 NaHCO3 83,006

HCN 27,026 Al (OH)3 78,002

H2SO4 98,077 H2O 18,015

CH3CH3 30,070 NO2 46,005


1. Un átomo de carbono tiene cuatro electrones en su última capa.

2. Cada átomo de carbono está unido a otros tres.

3. El grafeno conduce la electricidad, pues cada átomo de carbono aporta un electrón libre a la red.

4. Spin.

5. El silicio es un semiconductor, que conduce la electricidad en determinadas condiciones.

6. No es posible utilizar el grafeno hoy día para co-dificar información, porque aún no se ha conse-guido actuar sobre el espín electrónico a tempe-ratura ambiente sin la presencia de una corriente eléctrica.

Unidad 3


1. a) Físico. Se forma una mezcla, que se puede separar.

b) Químico. Aparecen nuevas sustancias que ha-cen que la carne cambie de color.

c) Físico. Se trata de disolver en el agua parte de las impurezas de la carne.

d) Químico. Aparece una nueva sustancia: el óxi-do de hierro.

e) Físico. Se trata de la cristalización de las sales disueltas en el agua de mar, que se depositan en las superficies expuestas a la intemperie.

2. a) Reactivos: Bicarbonato sódico y vinagre.mmm Productos: Dióxido de carbono y sal de sodio.

b) Reactivos: Manzana y oxígeno atmosférico. Productos: Sustancia marrón que recubre la manzana, resultado de la oxidación de feno-les por oxidasas y oxígeno.


1. Falsa. En una reacción química la aparición de nuevas sustancias es el resultado de la reorde-nación de los átomos que ya estaban presentes.

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2. Falsa. Solo los choques con energía suficiente dan lugar a nuevas moléculas.

3. Verdadera.

4. Falsa. La velocidad de las moléculas no es una medida de la velocidad de la reacción química, sino que está relacionada con el valor de la tem-peratura.

5. Falsa. La velocidad de cualquier reacción quí-mica se puede medir a partir de la evaluación temporal de la concentración de uno de sus re-activos.

6. Verdadera.


1. La primera reacción química es:

2 H2O2 8 2 H2O + O2

El reactivo es H2O2, y los productos, H2O y O2.

La segunda reacción química es:

2 H2 + O2 8 2 H2O

En este caso, los reactivos son H2 y O2, y el pro-ducto, H2O.

2. a) I y II. b) I y II. c) III y IV. d) III.


Las ecuaciones ajustadas son:

HCl + NaOH 8 NaCl + H2O

CH4 + 2 O2 8 CO2 + 2 H2O

SO2 + 1/2 O2 + H2O 8 H2SO4 o bien,

2 SO2 + O2 + 2 H2O 8 2 H2SO4

SO2 + H2O 8 H2SO3

2 Al + 3/2 O2 8 Al2O3 o bien,

4 Al + 3 O2 8 2 Al2O3

Ca + 2 H2O 8 Ca (OH)2 + H2


1. Masa total de reactivos Masa total de productos

2,62 g 2,62 g

Masa de HClMasa de NaOH

Masa de NaCl Masa de H2O

1,25 g 1,37 g 2,00 g 0,62 g


94,91 g 94,91 g

Masa de Ca Masa de H2OMasa de Ca

(OH)2Masa de H2

50 g 44,91 g 92,42 g 2,50 g

3. Masa total de reactivos


100,66 g 100,66 g

Masa de KMnO4

Masa de K2O Masa de MnO Masa de O2

100,66 g 30,0 g 45,18 g 25,48 g


14,60 g 14,60 g


10,00 g 4,60 g 14,35 g 0,26 g


440,2 g 440,2 g


93,0 g 347,2 g 272,8 g 167,4 g



1,965 g 1,965 g

Masa de HClMasa de NaOH

Masa de NaCl Masa de H2O

0,9375 g 1,0275 g 1,5 g 0,465 g

2.


142,36 g 94,91 g

Masa de Ca Masa de H2OMasa

de Ca(OH)2Masa de H2

75 g 67,36 g 138,63 g 3,75 g

3.


50,33 g 50,33 g

Masa de KMnO4

Masa de K2O Masa de MnO Masa de O2

50,33 g 15 g 22,59 g 12,74 g

4.


7,3 g 7,3 g


5 g 2,3 g 7,17 g 0,13 g

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550,2 g 550,2 g


116,25 g 434 g 341 g 209,25 g


1. 710 g de Na2SO4

Elemento/compuesto

Na2SO4 Na S O

Masa molar (g/mol)

142 23 32 16

Cantidad (mol)

5 10 5 20

Masa (g) 710 230 160 320

Cantidad (unidades elementales)

3,011 ∙ 1024 6,022 ∙ 1024 3,011 ∙ 1024 1,204 ∙ 1025

2. a) Verdadera. En 10 g de metano (cuya masa molar es de 16 g/mol) hay 0,625 mol:

g/molg

, moln16

100 625CH4

= =

En 20 g de oxígeno (cuya masa molar es de 32 g/mol) hay 0,625 mol también:

g/molg

, moln32

200 625O2

= =

b) Verdadera. Así se establece el número de uni-dades elementales que define el mol: la can-tidad de átomos de átomos de carbono que hay en 12 g de C-12.

c) Falsa. La masa molar del Fe2O3 es de 159,687 g/mol; por tanto:

, g/molg

, moln159 687

3001 88Fe O2 3

= =

De hierro habrá dos veces más (2 ∙ 1,88 = 3,76 mol de hierro), por lo que la primera parte es cier-ta, pero la segunda es falsa, pues ese es el nú-mero de átomos que corresponde a un mol, y no a 3,76 moles.


1. Compuesto HCl NaOH NaCl H2O


1 1 1 1


36,45 39,99 58,44 18,02

Masa que reacciona (g)

1,83 2,01 2,93 0,90


0,05 0,05 0,05 0,05

2.

Compuesto Ca H2O Ca(OH)2 H2


1 2 1 1


40,08 18,01 74,08 2,02


80,16 72,04 148,16 4


2 4 2 2

3. Compuesto KMnO4 K2O MnO O2


4 2 4 5


158,04 70,94 94,20 32,00


101,15 22,70 60,29 25,60


0,640 0,320 0,640 0,800

Unidad 4


1.

provocan quedan determinadas por

Las fuerzas

dirección

sentido

intensidad

deformaciones

cambios en estado de movimiento

como son

cesar

un movimiento

comenzar cambio de dirección

de

que serán

dependiendo de si el material tiene comportamiento

permanentes no permanentes

plástico elástico

2. a) La deformación que experimenta un material elástico es directamente proporcional a la fuerza que sobre él se ejerce.

b) Los materiales rígidos no se deforman cuan-do sobre ellos actúa una fuerza, mientras que los materiales plásticos se deforman perma-nentemente.

c) Muchos materiales son elásticos siempre y cuando la fuerza aplicada no supere cierto va-lor, denominado límite de elasticidad.

d) La fuerza máxima que podemos aplicar sobre un cuerpo sin que este se rompa se denomina límite de ruptura.

192 193

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1. En la primera y tercera ilustraciones la fuerza recu-peradora del muelle es igual al peso. En la segun-da, la fuerza neta es ascendente, porque la fuerza recuperadora del muelle es mayor que el peso.

En la última ilustración, la fuerza recuperadora del muelle es menor que el peso; por eso, la fuerza neta tiene el sentido hacia abajo.

2. Elongación (cm) Fuerza (N)

0,1 1

0,2 2

0,5 5

1,2 12

2 20

3 30


1. Masa (kg)

Radio (km)

Aceleración (m/s2)

Peso (N)

Tierra 5,98 ∙ 1024 6 370 9,83 491,5

Luna 7,20 ∙ 1022 1 740 1,59 79,3

Marte 6,50 ∙ 1023 3 380 3,79 189,7

a) A partir de la ley de gravitación universal:

F Gd

M m2$$

=

tenemos que las unidades de G han de ser el producto de N por el inverso de las unidades del cociente:

dM m

2

$ 8 N

kgm

2

2

$

c) En la Tierra.

d) La masa del cuerpo es igual en todos los pla-netas; lo que varía es su peso.

e) Masa (kg) Volumen (km3) Densidad (kg/km3)

Tierra 5,98 ∙ 1024 6 370 9,83

Luna 7,20 ∙ 1022 1 740 1,53

Marte 6,50 ∙ 1023 3 380 3,79


1. Un eclipse parcial de Sol.

2. Ptolomeo y Copérnico.

3. Porque proponía una ordenación en la que el Sol giraba en torno a la Tierra, y los planetas en torno al Sol.

4. El motivo que impidió a Kepler desempeñar un puesto en la Universidad de Tuebingen fue su de-fensa del modelo copernicano. En una institución luterana no estaba bien visto que se defendiera este modelo, criticado y denostado por Lutero.

5. No, fueron circulares.

6. La recogida fiable de datos astronómicos.

7. Porque ambos defendían modelos diferentes.

Unidad 5


1. Electrización

puede ser por

al frotar dos

adquieren

al tocar un

con otro

adquieren

al acercar a un

otro

se redistribuye la

llamado

en el

de distinto del mismo

induccióncuerpo

inducción

cuerpo

contacto

cuerpos

frotamiento

inductorcargado

carga eléctrica

carga eléctrica

carga eléctrica

neta

cargado llamado

signo

2. a) La frase contiene un error: lo que se obtiene mediante la electrización no es energía eléc-trica, sino cuerpos con carga eléctrica neta, o distribución interna de sus cargas.

b) La frase contiene tres errores: 1. En lugar de «inductor» hay que poner «inducido». 2. En lu-gar de «inducido», «inductor». 3. Donde pone «carga del mismo signo» debe poner «carga de signo contrario».


1. a) Falsa. Si un cuerpo tiene carga negativa es por-que ha ganado electrones, y si es positiva es porque los ha perdido.

b) Falsa. Al electrizar un cuerpo por frotamien-to, adquirirá carga positiva o negativa depen-diendo de los materiales que se froten.

c) Verdadera.

d) Falsa. La zona más próxima de un cuerpo car-gado por inducción tiene carga de signo con-trario que la del cuerpo inductor.

E (cm)

F (N)

35

25

15

10

5

01 2 3

20

30

192 193

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toco

pia

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.

e) Falsa. Para electrizar un cuerpo no es necesario que exista una transferencia de electrones en-tre el cuerpo y sus alrededores (véase la elec-trización por inducción).

2. a) Al acercar un cuerpo con carga positiva, este atrae a los electrones libres de las partes me-tálicas del electroscopio, quedando la bola superior con carga negativa y las varillas con carga positiva. Al quedar con carga del mismo signo, las varillas se separan.

b) El electroscopio queda electrizado por inducción.

c) En este caso, el cuerpo que se acerca repele-ría los electrones libres del electroscopio, que-dando la bola superior con carga positiva y las varillas con carga negativa. Como el valor ab-soluto de la carga es el mismo, se separarían la misma distancia.

3.

4. a) Falsa. El PVC queda con carga negativa, y la lana, con carga positiva.

b) Verdadera.

c) Falsa. Adquiere más carga si se frota con piel de conejo, pues el globo se encuentra más alejado de esta que del pelo humano en la serie triboeléctrica.

d) Falsa. El globo posee exceso de electrones (car-ga negativa), algunos de los cuales pasarán al electroscopio, disminuyendo su carga neta y provocando que las varillas queden más juntas.

5. Lo que ha ocurrido es que la alumna ha frotado los dos globos con materiales que se encuentran por debajo de la goma en la serie triboeléctrica y, por tanto, los dos han quedado electrizados con carga negativa. Para electrizarlos con carga de distinto signo tendría que haber frotado uno de ellos con pelo o cuero, y el otro, con PVC o teflón.


1. a) Un cuerpo no puede ceder protones; lo que se transfiere entre los cuerpos son electrones.

b) Si un cuerpo está cargado es porque ha per-dido o ganado electrones; debido a ello, la carga que adquiere siempre ha de ser un múl-tiplo entero de la carga del electrón.

c) La materia siempre tiene carga eléctrica en su in-terior, pues se trata de una propiedad inherente a algunas de las partículas que la constituyen. La

frase sería correcta si en lugar de hablar de car-ga eléctrica se hablase de carga eléctrica neta.

d) Esta afirmación viola el principio de conser-vación de la carga eléctrica. Si un cuerpo ad-quiere carga negativa, el otro debe quedar con carga positiva.

2. Dato Factores de conversión Resultado

3,05 ∙ 103 mC 8 nC , mC mCnC

3 05 10 1103

6

$ $ 3,05 ∙ 109 nC

1,27 ∙ 10–2 kC 8 mC , kCkCmC

101

101 27

62–

$ $ 1,27 ∙ 104 mC

4 ∙ 103 daC 8 MC daCC

MCda

101

104 3

5–

$ $ 4 ∙ 10–2 MC

1,25 ∙ 10–10 C 8 nC , C CnC

10 110

1 25 109

–$ $ 1,25 ∙ 10–1 nC

1,609 ∙ 10–19 C 8 µC , C CnC

10 110

1 609 199

–$ $ 1,609 ∙ 10–13 µC

1,03 hC 8 nC , hChC

nC1 03

11011

$ 1,03 ∙ 1011 nC

3. a) Sí podría aislarse, pues es el doble de la carga eléctrica elemental.

b) No, pues no se corresponde con un múltiplo exacto de la carga eléctrica elemental.

c) Sí, pues es cuatro veces la carga eléctrica ele-mental.

4. Ion Símbolo Carga neta Carga (C) Carga (µC)

Aluminio Al3+ +3 6,436 ∙ 10–19 6,436 ∙ 10–13

Sulfuro S2– –2 –3,218 ∙ 10–19 –3,218 ∙ 10–13

Ferroso Fe2+ +2 3,218 ∙ 10–19 3,218 ∙ 10–13

Hidrógeno H+ –1 1,609 ∙ 10–19 1,609 ∙ 10–13


1. a) 22 años.

b) Ayudante en química, superintendente y pro-fesor de Química.

c) La unidad de capacidad de carga en el SI.d) Es un dispositivo que permite detectar carga

eléctrica. Consiste en una barra metálica ter-minada en forma de esfera en su parte supe-rior, y por dos láminas delgadas en su parte inferior. Si la esfera se carga, las láminas se separan, pues quedan cargadas con cargas del mismo signo.

e) Al propio Faraday, quien, a partir de las hipó-tesis de Beccaria, construyó una jaula dentro de una habitación, recubriendo sus paredes con metal, y les aplicó descargas eléctricas, para comprobar que la carga no atravesaba el aire de la habitación y que, por tanto, los cuerpos dentro de ella estaban a salvo de ser electrificados.

FenómenoTipo de

electrización

Los cuerpos quedan con carga de signo contrario. Frotamiento

Se produce una transferencia neta de electrones de un cuerpo a otro.

Frotamiento y contacto

Los cuerpos se atraen.Frotamiento e inducción

Es necesario que exista contacto entre los cuerpos.Frotamiento y contacto

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f) Sí; Beccaria establecía que la carga no se di-funde hacia el interior, sino que queda en la superficie, y esto fue lo que comprobó Fara-day en su experiencia.

g) La señal del teléfono móvil se transmite en forma de ondas electromagnéticas. Si el cam-po electromagnético no penetra en el interior de una jaula de Faraday, no llegará la señal a un teléfono móvil que se encuentre en el in-terior de un ascensor, pues este se comporta como una jaula de Faraday.


1. a) No es adecuado. Dos cargas de distinto signo se atraen.

b) Sí es adecuado. Dos cargas del mismo signo se repelen.

c) No es adecuado. Las fuerzas actúan en la di-rección que une los centros de los cuerpos cargados.

d) No es adecuado. Las fuerzas con que se atraen deben tener la misma intensidad.

2. a) La respuesta correcta es la I, ya que:

F Kd

q qK

d

q q2 2 43 2$

$ $ $$$ $

= = =l

Kd

q qF4 42$ $

$$= =

b) En este caso, la respuesta correcta es la IV:

/ /F K

d

q qK

d

q qK

d

q qF

2 44 42 22$

$$$

$ $$

$= = = =l^ h

c) La respuesta correcta es la II.

d) La respuesta correcta es la II, como se de-muestra a continuación:

F Kd

q qK

d

q qF3 3

322$

$ $$ $

$$= = =l


1. a) La representación gráfica es la siguiente:

60,0

50,0

40,0

30,0

20,0

10,0

0,00

F (N)

d (m)1 2 3 4 5 6 7

b) Al despejar K de la expresión de la ley de Coulomb:

8F Kd

q qK

q qF d

2

2

$$

$$

= =l

l

y sustituir cualquier pareja de valores de la ta-bla, resulta:

,

K1 10 1 10

12 4 3112 103 3

26

– –$ $ $

$$= = =

, /N m C1 12 108 2 2$ $=

Al comparar este valor con los de la tabla mencionada en el enunciado, vemos que el material es agua.

c) En este caso, al aplicar la ley de Coulomb, y tomando como K la que corresponde al vacío, K = 9 · 109 N · m2/C2, se obtiene:

F (N) 4 000,0 2 250,0 1 000,0 562,5 360,0 250,0 183,7

d (m) 1 2 3 4 5 6 7

La representación de los datos es:

60,0

70,0

80,0

50,0

40,0

30,0

20,0

10,0

0,0

3500

4000

4500

3000

2500

2000

1500

1000

500

0

F (N)

d (m)1 2 3 4 5 6 7

AguaVacío

d) Una hipérbola.

e) En el vacío.


1. a) Es falsa; se electrifica por rozamiento.

b) Es verdadera.

c) Es falsa; el agua no está ionizada.

d) Es verdadera.

2. a) No es recomendable; nos expondríamos al alcan-ce de un rayo; las botas solo nos aíslan del suelo, y no de la atmósfera, de donde proviene el rayo.

b) No es recomendable, ya que la corriente atra-vesaría nuestro cuerpo en contacto con el pa-raguas.

c) Sí sería recomendable, pues el coche actúa como una jaula de Faraday; en su interior no habría carga si es alcanzado por el rayo.

d) No es recomendable, pues nos expondríamos al alcance de un rayo.

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1.

Q = 2 nC q = 1 C

Q

q

rB = 2 cm

C

B

A

rA = 1 cm

FA

FB

FC

rC = 3 cm

2.

2nC

rB = 2 cm

C

B

A

rA = 1 cm rC = 3 cm

Fe

FeFe

FeFe

Fe

Fe

Fe

3.

+Q –Q

4. De acuerdo con la figura de la actividad ante-rior, las líneas de campo de una carga puntual son radiales, y están uniformemente distribuidas alrededor de la carga; si la carga es positiva, las líneas se dirigen hacia fuera (de ahí su nombre, manantiales) y si es negativa, se dirigen hacia adentro, por lo que a las cargas negativas se las denomina sumideros.


1. a) Falsa. El magnetismo es una propiedad que presentan ciertos materiales, que llamamos imanes, de atraer a determinados metales.

b) Verdadera.

c) Falsa. Los polos de un imán se llaman polo norte y polo sur.

d) Falsa. Si rompemos un imán por la mitad, cada fragmento tiene polo norte y polo sur.

e) Falsa. Los imanes se clasifican en naturales y artificiales, según su procedencia, y en tem-porales y permanentes, según la duración de sus propiedades magnéticas.

2. a) y b), hacia la derecha. c), hacia la izquierda.

3. No es necesario que haya contacto para que los imanes interaccionen. Se habla, en estos casos, de fuerzas a distancia.

4. Ferromagnéticos Paramagnéticos Diamagnéticos

Definición

Son fuertemente atraídos por un

imán y fácilmente imantables

Son débilmente atraídos por un imán; casi no se imantan

Son repelidos débilmente por un imán

EjemplosHierro, cobalto,

níquel y sus aleaciones

Aluminio, estaño, platino

Mercurio, plata, oro


1. a) La afirmación es falsa. Dada la utilidad de la aguja imantada para la navegación, el estudio de los fenómenos magnéticos se adelantó al de los eléctricos.

b) La afirmación es falsa. Se debe a que la Tierra se comporta como un gran imán, que interac-ciona con la aguja imantada de la brújula.

c) La afirmación es verdadera.

d) La afirmación es falsa. Solo ocurre si el objeto es de material ferromagnético o paramagné-tico, en menor medida en los segundos.

2. Al ser de acero, material ferromagnético, la aguja adquiere propiedades magnéticas al fro-tarla con el imán. El proceso recibe el nombre de imantación. Si la aguja fuese de plata, mate-rial diamagnético, no se imantaría.

3. Sur magnético

Norte magnético

Norte geográ�co

Sur geográ�co

N

N

S

N

S

S


1. a) Una perturbación de las propiedades magné-ticas en los alrededores de un imán.

b) Líneas que nos informan sobre cómo se orien-taría una aguja imantada si se dejase libre en ese punto.

c) Porque la interacción magnética es máxima en los polos.

d) No; en la zona neutra no hay interacción mag-nética.

2. El dibujo debe mostrar cómo las líneas de cam-po magnético salen del polo norte y entran por el polo sur, de un modo similar al que se muestra en la ficha para el alumnado.

3. Las líneas de campo de cada imán resultante son iguales que las del imán inicial.

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4. Sur magnético

Norte magnético

Norte geográ�co

Sur geográ�co

N

N

S

N

S

S

5. Las brújulas contienen una aguja imantada que, por interacción con el campo magnético de la Tierra, se orienta de modo que el campo mag-nético terrestre entre por el polo sur y salga por polo norte de la aguja; esto es, con el polo norte de la aguja imantada apuntando hacia el polo sur magnético del planeta (polo norte geográfico).


1. Orden cronológico

Fenómeno/idea Científico

3

Explicó las propiedades de los ma-teriales magnéticos en base a co-rrientes que circulan por su interior a nivel molecular.

André-Marie Ampére

1

Al acercar una brújula a un hilo con-ductor por el que circula una corrien-te eléctrica, la aguja imantada se orienta perpendicularmente al hilo.

Christian Oersted

5Unifica los fenómenos eléctricos y magnéticos bajo un mismo campo de estudio: el electromagnetismo.

James Clerk Maxwell

4Un imán en movimiento relativo con una espira induce en esta una corriente eléctrica.

Michael Faraday Joseph Henry

2Dos hilos conductores por los que cir-cula una corriente eléctrica se atraen o se repelen como si fueran imanes.

André-Marie Ampére

2. I. Oersted observó que al acercar una brújula a un hilo conductor por el que circula una corriente eléc-trica, la aguja queda perpendicular al hilo si se sitúa encima o debajo de este, girando en un caso en sentido opuesto al otro. Este efecto no se ve afecta-do si se interponen distintos materiales entre el hilo y la aguja, a no ser que sean ferromagnéticos. Cuan-do cesa el paso de corriente, la aguja vuelve a su po-sición inicial. La magnitud del efecto disminuye con la distancia al hilo, y aumenta al hacerlo la intensidad de corriente. II. Ampére explicó las propiedades de los materiales magnéticos en base a corrientes que circulaban por su interior a nivel molecular. Hoy sa-bemos que estas corrientes moleculares se deben al movimiento de los electrones alrededor del núcleo atómico. Cada átomo posee, pues, diminutos ima-nes elementales (dipolos magnéticos). En los mate-riales no magnéticos se encuentran orientados al azar y se anulan unos con otros; en los magnéticos están orientados de igual modo, y suman sus efectos. III. Faraday y Henry observaron que al acercar un imán y

una espira (hilo conductor cerrado), o al alejarlos, se detectaba el paso de corriente por la espira. Al acer-car el imán a la espira aparece una corriente induci-da, que detecta el amperímetro. Al retirar el imán aparece una corriente inducida, de sentido contra-rio. La intensidad de la corriente inducida depende de la velocidad relativa imán-espira, el número de espiras, la superficie de estas y la potencia del imán.


1. Electromagnetismo

relaciona

toda la materia

ley de conservación

corriente eléctrica

Ley de Coulomb

imanes

se debe acumple en movimiento ordenado es

puede ser puede serinteraccionan

según

positiva polo norte polo surnegativa

carga eléctrica

polos magnéticos

pueden inducir

tiene propiedades similares a los

magnetismoelectricidad

presente en presente en

tienen dos

Unidad 6


1. a) Falsa. Se denomina corriente eléctrica al des-plazamiento conjunto y ordenado de cargas eléctricas, no a su movimiento aleatorio.

b) Falsa. La corriente eléctrica puede deberse al movimiento ordenado de cualquier partícula con carga eléctrica.

c) La afirmación es verdadera.

d) La afirmación es falsa. Los generadores no disponen de cargas eléctricas en su interior, sino que proporcionan energía mecánica a las que se encuentran libres en los materiales conductores de la electricidad.

e) La afirmación es falsa. La fuerza electromotriz es una característica de los generadores de corriente eléctrica, y se mide en voltios.

2. a) Se trata de un generador mecánico, que transforma la energía mecánica de la rueda de la bicicleta.

b) Se trata de un generador mecánico, que transforma la energía cinética del viento.

c) Es un generador fotovoltaico, que transforma energía solar, y químico, que transforma ener-gía química.

d) Se trata de un generador fotovoltaico, que transforma energía solar.

e) Se trata de un generador químico, que trans-forma energía química.

f) Se trata de un generador químico, que trans-forma energía química.

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1. El dato de partida es que un paso puede mantener encendida una bombilla durante 1 segundo. Por ello, primero calculamos el número de pasos de las 200 personas en los 100 metros de la estación.

Cada persona recorre 30 cm = 0,30 m en un paso; por tanto:

, / ,m pasom

pasos0 30100

333 3=!

El total de pasos lo obtenemos multiplicando por el número de personas:

200 · 333 = 66 666 pasos

Una hora son 3 600 s. Como cada paso mantiene encendida una bombilla durante un segundo, si dividimos los pasos por el total de segundos, tendremos el número de bombillas:

/pasospasos

bombillas3 60066 666

18=

2. En la dinamo de un coche, la energía proviene de la energía mecánica del giro de las ruedas.

En la dinamo para el faro de una bicicleta, la energía proviene de la energía mecánica del giro de las ruedas.


1. a) Es falsa; se utilizan como protección, por ejemplo, en el recubrimiento de cables.

b) Es falsa; hay otros materiales que la condu-cen, como es el caso de las disoluciones de sales en agua.

c) Es falsa; conducen la electricidad en determi-nadas circunstancias.

d) Es falsa; el silicio es un semiconductor.

2. Material Aislante/Conductor Experiencia

Agua de mar ConductorNo bañarse en caso

de tormenta

Cuerpo humano ConductorLesiones por

descarga eléctrica

Suelas de goma Aislante Sistema de protección

Madera Aislante Sistema de protección


1. Un material semiconductor tiene su banda de conducción vacía en condiciones de temperatu-ra baja y ausencia de luz. Un material conductor tiene su banda de conducción medio llena. Un material aislante tiene su banda de conducción vacía y su banda de valencia llena.

2. Al aumentar la temperatura lo hace la energía ci-nética media de las partículas, lo que permite el paso de electrones desde la banda de valencia a la banda de conducción.

3. Los habitantes de la casa representan a los elec-trones.

4. Cuanto menor sea la diferencia de altura entre las plantas de la vivienda más fácil será el paso de personas de la planta baja a la primera. La dife-rencia de alturas representa la diferencia de ener-gía entre las bandas de valencia y de conducción.

5. En un material aislante la diferencia de energía entre la banda de valencia y de conducción es muy grande, por lo que en la analogía las plan-tas deberán estar muy separadas.

6. Posiblemente pongan como ejemplo las analo-gías hidráulicas del circuito eléctrico, las de una célula como una fábrica, o la de frutas y fruteros para el enlace químico [para esta última, con-súltese Oliva, J. M. et al. (2001). Una propuesta didáctica basada en la investigación para el uso de analogías en la enseñanza de las ciencias. En-señanza de las Ciencias, 19 (3), 453-470].


1.

2. a) Suministra la energía necesaria para que exis-ta corriente eléctrica (generador de corriente continua y generador de corriente alterna).

b) Unen los distintos elementos del circuito (hilo conductor y toma de tierra).

c) Transforman la energía eléctrica de la corrien-te (bombilla y resistencia).

d) Controlan el paso de la corriente eléctrica por las distintas partes del circuito (interruptor).

e) Protegen el circuito contra subidas excesivas de corriente (fusible).

3. + –

4. a) No es posible, pues no tiene generador de corriente.

b) Sí es posible. Consta de dos bombillas conec-tadas en paralelo a una pila.

+ –

Generador de corriente alterna

Pila (generador de corriente continua)

Receptor eléctrico

(bombilla)

Interruptor abierto y cerrado

Hilo conductor Toma de tierra Fusible Resistencia

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c) Sí es posible. Son dos pilas conectadas en serie a una resistencia y a una bombilla; además, hay un voltímetro conectado en paralelo a la bombilla.

d) Sí es posible. Son dos pilas en serie con un amperímetro y dos bombillas en paralelo con un voltímetro.


1. La relación entre los elementos es:

• Resistencia al paso de la corriente eléctrica; re-sistencia; ohmio.

• Carga por unidad de tiempo; intensidad de corriente; amperio.

• Energía por unidad de carga; diferencia de po-tencial; voltio.

2. La relación entre las magnitudes que aparecen es:

• Potencia de la bomba; fuerza electromotriz.

• Tuberías; cables conductores.

• Diferencia de alturas entre depósitos; diferen-cia de potencial.

• Moléculas de agua; electrones.

• Bomba hidráulica; generador.

3. a) El interruptor está situado a la derecha, por lo que la medida se refiere a la escala superior; su valor es:

I = (0,40 ± 0,02) A

b) En este caso el interruptor también está situa-do a la derecha, y la medida se refiere a la escala superior; el valor de la medida es:

V = (9,0 ± 0,5) V)


1. Serían adecuados los circuitos A y C, pues en el B se está conectando un voltímetro en serie con la bombilla, y en el D, además, se conecta el amperí-metro en paralelo. En ambos casos (voltímetro en serie o amperímetro en paralelo) los instrumentos de medida perturbarían los valores de las magnitu-des eléctricas debido a sus resistencias de entrada.

2. La única de las tres gráficas que verifica la ley de Ohm es la a).

3. De acuerdo con la gráfica a) de la actividad an-terior:

8 Z,V I R R IV

0 156

40$= = = =

La resistencia cuyo código de color representa ese valor es la D.


1. a) La unidad de carga que atraviesa un conduc-tor por unidad de tiempo es la intensidad. Su

unidad en el SI es el amperio, que se define como el cociente de culombio entre segundo.

b) La unidad de potencial en el SI es el voltio, que se define como el cociente de julio entre culombio.

c) La resistencia de un conductor es mayor cuan-to mayor sea su longitud, y menor cuanto me-nor sea su sección.

2. a) Se trata de la ley de Ohm, V = I · R.

b) Depende del material del que esté hecho (p, re-sistividad), de su longitud (L ) y de su sección (S ):

pR SL$=

3. Si se aplica la ley de Ohm para calcular la resistencia en ambos conductores, y dado que estos son de igual sección y longitud, la relación entre las resis-tencias será directamente la relación entre las resisti-vidades. Como conocemos la resistividad del cobre (véase la tabla del epígrafe 4 del libro del alumno), a partir de ella se puede calcular la resistividad del otro material, y cotejar este valor en la tabla ante-rior para descubrir de qué material está fabricado el otro conductor. Al aplicar esta estrategia, se obtiene que el otro conductor está fabricado de aluminio, cuya resistividad a 20 °C es de 2,8 ∙ 10–8 Z ∙ m.

4. Se trata de dos rectas.

140

120

I (mA)

V (mV)

100

80

60

40

20

0 2 4 6 8

Cobre

Otro

5. A partir de la ley de Ohm, tenemos:

R IV

=

Como hemos representado I frente a V, debe-mos escribir la ley del siguiente modo:

RV

I =

Si la comparamos con la ecuación de una recta, y = m · x:

I R V1$=

tenemos que la pendiente es:

Rm1

=

Por tanto, a partir de la pendiente podríamos calcular la resistencia, R.

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, S. A

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, S. A

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.

6. La pendiente de las rectas la calculamos a partir de los dos primeros puntos de la tabla:

• Cobre:,

,m 1017 650

17 65cobre = =

• Otro:,

,m 101

10 710

0 71otro = =

Si utilizáramos otras parejas de valores, el resul-tado sería el mismo.

A partir de las pendientes, podemos calcular las resistencias:

Z, ,R 17 651

0 0567cobre = =

Z, ,R 10 711

0 0934cobre = =

La relación entre resistencias y resistividades es:

pp

RRcobre

otro

cobre

otro=

Sustituyendo los datos conocidos, resulta:

pcobre = 1,7 · 10–8 Z ∙ m

Despejando, resulta:

p Z,,

, , m0 05671 7 10

0 0934 2 8 10otro

88–$

$ $ $= =

Se trata, por tanto, de aluminio, como se puede comprobar en la tabla del epígrafe 4 de la uni-dad del libro del alumno.


1. a) RE = 3 · R.

b) RE = R/3.

c) R = 3 · R/2.

2. a) eE = 3 · e; rE = 3 · r.

b) eE = e; rE = r/3.

c) Los generadores con distinta fem no se pue-den conectar en paralelo.

d) eE = 2 · e; rE = 3 · r/2.

3. eE = 2 · e; RE = 3/2 · (R + r ).


1. a) Falsa. La electrónica es la ciencia-tecnología que estudia el paso de partículas cargadas a través de un gas, del vacío, o de un semiconductor.

b) Falsa. Un semiconductor es un material que conduce la corriente eléctrica en determinadas condiciones de iluminación y temperatura.

c) Verdadera.d) Falsa. La adición de impurezas a un semicon-

ductor se conoce como dopaje.

e) Falsa. Un semiconductor tipo p se consigue añadiendo boro (B) al silicio, y uno tipo n, aña-diéndole fósforo (P).

2. Para que un diodo conduzca la corriente eléctri-ca ha de estar conectado en polarización direc-ta, esto es, la tensión del ánodo mayor que la del cátodo. Por tanto, el diodo del circuito A sí conduce la corriente eléctrica, comportándose como un interruptor cerrado, y el del circuito B no la conduce, comportándose como un inte-rruptor abierto.

3. a) Se encienden 1 y 3. b) No se enciende ningu-na. c) Se encienden 1 y 3. d) Se encienden 2 y 3.

Unidad 7


1. a) Falsa. Se llaman fuentes de energía a todos los recursos o materias primas que el ser hu-mano utiliza para obtener energía primaria.

b) Falsa. Energía primaria es aquella que se en-cuentra disponible en la naturaleza antes de ser transformada en otro tipo de energía, principalmente térmica y eléctrica, que reci-ben el nombre de energías secundarias.

c) Falsa. Son las energías primarias las que pue-den ser renovables o no renovables, según su ritmo de regeneración sea mayor o menor al de consumo, respectivamente.

d) Falsa. La energía nuclear también pertenece al grupo de las no renovables.

e) La afirmación es verdadera.

2. Fuente de energía

Ventajas Inconvenientes

Combustibles fósiles

La energía que se obtiene llega a todos los lugares donde se

necesita y da respuesta a las necesidades de

nuestra sociedad.

Acabarán agotándose, y su uso origina

graves problemas de contaminación.

Nuclear

Su producción es continua, y con poco

combustible se obtiene mucha energía.

Los residuos son de difícil tratamiento.

FotovoltaicaEs muy útil para

electrificar viviendas aisladas.

Se encuentra con el problema del abastecimiento

del silicio.

Eólica

Necesita materiales accesibles y diseños sencillos, al alcance de muchos países.

Causan problemas medioambientales

si no se instalan teniendo en cuenta su

impacto ambiental.

HidráulicaEs limpia en el caso de las plantas de media

y baja potencia.

Las centrales de gran potencia provocan un gran impacto medioambiental.

BiomasaAún hay margen para incrementar su uso.

Su utilización puede suponer

una degradación del suelo, si no se

gestiona y reforesta adecuadamente.

MareomotrizSegura y no

contaminante.

Tiene un alto coste, e influye negativamente

en la flora y la fauna marinas.

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1. – Las relaciones entre los pilares social y ecológi-co han de ser soportables. Esto significa que, cubriendo nuestras necesidades actuales, no se deben poner en peligro las de las genera-ciones futuras. Se ha de evitar, en consecuen-cia, la sobreexplotación de recursos y el derro-che de energía.

– Las relaciones entre los pilares social y eco-nómico pasan por conseguir un reparto equi-tativo. Lejos de ello, en la actualidad existen grandes desigualdades sociales. La solución a esta situación pasa principalmente por acuer-dos entre los estados de los países industriali-zados.

– Las relaciones entre el pilar ecológico y el eco-nómico se basan en la viabilidad. Es cierto que la riqueza de un país está relacionada con la explotación de recursos naturales, pero si se hace con cautela, sin sobreexplotación, se po-drá conseguir esta viabilidad. Esto pasa inevi-tablemente por adoptar acuerdos mundiales entre los estados de los diferentes países.

2. La más importante, aunque todas lo son, es la primera: reducir. Obsérvese que si se presta atención a esta, las otras dos también se verán beneficiadas.

a) Reducir las emisiones de contaminantes a hi-drosfera y atmósfera, eliminar materiales des-tinados a un solo uso (por ejemplo, los emba-lajes), utilizar lavadoras y lavavajillas a carga completa, revisar que no haya escapes en las instalaciones de agua, desconexión de apara-tos eléctricos en espera, etc.

b) Reutilizar un objeto para darle una segunda vida útil. Por ejemplo, imprimir siempre a dos caras, fabricar compost con los restos orgáni-cos, redecorar recipientes de embalaje para usarlos como cajas o contenedores, etc.

c) Depositar nuestros residuos en los contene-dores adecuados.

3. Con esta actividad se pretende que los estu-diantes se conciencien acerca de la importancia del reciclaje; lo que se puede y no se debe de-positar en cada contenedor es:

– Contenedor amarillo: en él deben depositar-se todos aquellos envases identificados por el símbolo del punto verde. En el caso de ob-jetos fabricados de metal, pueden depositar-se latas de bebida y de conservas, papel de aluminio, chapas, tapones de metal, recipien-tes de aluminio para alimentos, etc.; también pueden depositarse objetos de plástico: bo-tellas y brik de envases de productos lácteos,

bandejas y cajas de corcho blanco, plástico transparente de envolver productos, platos y vasos desechables, etc. No deben depositar-se cepillos de dientes, CD o DVD, cubiertos metálicos, juguetes, materia orgánica, papel y cartón, pilas, etc.

– Contenedor azul: bolsas de papel, cajas de cartón, carpetas, hueveras de cartón, periódi-cos, revistas, sobres, etc. No deben depositar-se fotografías, papel plastificado o metalizado, papel higiénico, platos, tazas o vasos de pa-pel, servilletas, etc.

– Contenedor verde: botellas de vidrio de cual-quier color, cualquier recipiente de vidrio, etc. No deben depositarse espejos, bombillas, cristales de ventana, las tapas de los tarros de vidrio, porcelana, cerámica ni tubos fluores-centes.

– Contenedor gris: es el que se dedica para tirar todo aquello que no es reciclable y para la ma-teria orgánica.

Además de estos contenedores, todos los mu-nicipios disponen de puntos limpios, a los que podemos acudir cuando necesitemos deshacer-nos de aceite de cocina usado, escombros, ba-terías de automóviles, bombillas, cartuchos de tinta, fluorescentes, madera, metales, pinturas, radiografías, aparatos eléctricos y electrónicos, electrodomésticos y otros objetos.


1. a) Falsa. Tienen en común, además, la turbina, el alternador y el transformador, y por la torre de refrigeración solo sale vapor de agua.

b) Verdadera. No obstante, las centrales de biomasa se consideran menos contaminan-tes que las térmicas convencionales, pues el dióxido de carbono que emiten fue an-teriormente absorbido de la atmósfera por los seres vivos de los que procede la bio-masa.

c) Falsa. Hay placas solares que no producen electricidad, sino que se utilizan para calentar agua. Además, las que se utilizan para produ-cir electricidad (fotovoltaicas) están hechas de materiales semiconductores.

d) Falsa. Los aerogeneradores transforman la energía mecánica del viento en energía eléc-trica mediante un alternador.

e) Verdadera.

f) Falsa. En el edificio de contención solo se en-cuentran el reactor y el generador de vapor.

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1. a) La capacidad del agua fria para refrigerar el vapor de agua que sale de la turbina se basa en la ley del equilibrio térmico, que dice que dos cuerpos (A y B) a diferente temperatura, intercambian calor hasta que sus temperatu-ras se igualan. La expresión de esta ley física es la siguiente:

( ) ( )m C T T m C T T– –A A B Bp p2 1 2 1$ $ $ $=

b) La contaminación adicional a la que se re-fiere el texto es la contaminación térmica, que consiste en el vertido de aguas a ma-yor temperatura que la ambiental, lo que provoca que disminuya la cantidad de oxí-geno disuelto en ellas, puesto que los ga-ses son menos solubles en agua al elevar la temperatura.

Esta agua con poco oxígeno disuelto re-sulta mortal para los peces que vivan en el cauce donde se produce el vertido.

c) Este tipo de contaminación se puede evitar no devolviendo el agua a su lugar de proce-dencia, sino enfriarla en circuito cerrado, por contacto con el aire. Es lo que se hace en las centrales de ciclo cerrado.

d) Otro ejemplo de sistema de refrigeración de uso cotidiano puede ser el de los radiadores de los coches.

e) La calefacción de muchos hogares consiste en radiadores de agua caliente que proviene de la caldera y circula por un circuito cerrado, ca-lentando las habitaciones.


1. a) Es correcta, ya que:

J V A s V sC

s V C V A s$ $ $ $ $ $ $= = = =

Ten en cuenta que, de acuerdo con la expre-sión de la energía eléctrica:

8 J V A sE V I t$ $ $ $= =

b) Es correcta; véase la explicación dada en el apartado anterior.

c) No es correcta, ya que:

8J A W s A SJ

s A J J ≠ A J2 2 2 2$ $ $ $ $ $= = =

Y esto no se corresponde con la expresión y unidades es que se mide la energía (véase la respuesta ofrecida en el apartado a) de esta actividad).

d) Es correcta. El amperio es la unidad de inten-sidad de corriente, que se define como la uni-dad de carga, C, entre la unidad de tiempo, s.

e) Es correcta. El vatio es la energía desarrollada o consumida por unidad de tiempo.

f) No es correcta (véase el apartado anterior).

g) Es correcta, ya que (véase la respuesta ofreci-da en el apartado e)):

VV sC

W A sJ

$ $= = =


Potencial (V)

Intensidad (A)

Resistencia (Z)

Potencia (W)

Expresión

12,5 8 1,56 100 R IV

=

220 1,14 193,6 250

I VP

=

R IV

=

10 8 1,25 80 RV

I =

P V I$=

125 28 4,46 3 500R I

V=

P V I$=

56,25 8 7,03 450 R IV

=


1. a) En la imagen se observa una central eólica, una hidráulica y una nuclear. La eólica y la hi-dráulica utilizan energías renovables.

b) Torres de alta tensión.

c) Para evitar pérdidas por efecto Joule. La ener-gía disipada mediante calor por una resisten-cia es proporcional al cuadrado de la intensi-dad (Q = I 2 · R · t ). Para mantener la potencia de la central, la forma de disminuir la intensi-dad es aumentar el voltaje (P = V · I ).

d) Lo normal es que sean de cobre o de aluminio.

e) La elevación y disminución de tensión se rea-liza con transformadores de corriente, que ba-san su funcionamiento en la inducción elec-tromagnética.

f) Se habla de transporte desde que se genera en las centrales hasta que llega a las estacio-nes de distribución de las poblaciones, y de distribución, desde estas hasta las viviendas. Las redes de transporte suelen ser aéreas, y las de distribución, subterráneas.

g) La energía se vende o se compra, respectiva-mente, en mercados internacionales de ener-gía eléctrica.

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1. Lavadora. En la etiqueta se recoge:

– Eficiencia energética (A+++).

– Consumo eléctrico, en kWh/año (en algunos casos se indica por ciclo de lavado).

– Consumo de agua, en L/año (en algunos ca-sos, por ciclo de lavado).

– Capacidad de ropa, en kg.

– Eficacia energética de centrifugado.

– Niveles de ruido durante el lavado y el centri-fugado, en dB.

Frigorífico. Las características que se incluyen en la etiqueta son:


– Consumo eléctrico, en kWh/año.

– Capacidad del frigorífico, en L.

– Capacidad del congelador, en L.

– Nivel de ruido, en dB.

Televisión. En la etiqueta se recogen las siguien-tes características:


– Consumo eléctrico, en kWh/año.

– Tamaño de la pantalla (en diagonal), expresa-do en pulgadas y en centímetros.

– Potencia, en vatios.

– Dispositivo de encendido visible y con un con-sumo menor de 0,01 vatios en standby.

Al hilo de este ejercicio puede proponer una in-teresante actividad de investigación a sus estu-diantes; se trata de comparar los precios de, por ejemplo, diversos modelos de frigorífico de una misma marca, y con diferentes clasificaciones energéticas y consumos; a continuación, calcular su consumo en una vida estimada de funciona-miento, por ejemplo, quince años, y analizar si el incremento de precio que supone la adquisición de un frigorífico de gama inferior compensa el ahorro de energía y, por tanto, el importe de la factura eléctrica.


1. a) Energía consumida.

b) Alquiler de equipos.

c) IVA.

d) Potencia contratada.


Concepto Precio mensual o % Importe (€)

Potencia contratada: 3,3 kW 164,2355 €/kW 5,42

Energía consumida: 219 kWh 11,248 24,63

Impuesto sobre electricidad 4,684 % 1,54

Alquiler equipos 0,57 €/mes 1,14

IVA 21 % 6,87

a) 62 %.

b) 13,7 %.

c) Como la factura es mensual:

í

, / ímeskWh

d asmes

kWh d a219301

7 3$ =

Este dato, expresado en julios, es:

, ,kWhkW

Wh

sJ7 3

11000

13 600

2 628 107$ $ $=


1. a) Nunca debe utilizarse un electrodoméstico en la ducha, cuando nos bañamos o si estamos mojados; corremos el riesgo de recibir una descarga eléctrica.

b) Por la misma razón, nunca se debe intentar reparar un aparato mientras está conectado a la red eléctrica.

c) Si desplazamos una pieza metálica de gran longitud cerca de una línea eléctrica, puede producirse un arco eléctrico que nos produzca una descarga eléctrica.

2. El PIA de 16 A se desconectaría, pues a un solo enchufe se han conectado aparatos que deman-dan una intensidad de corriente mayor a 16 A, que es el límite del interruptor. Si se produjese un cortocircuito saltaría el diferencial (ID).

La máxima potencia que puede soportar el PIA sin saltar es de:

A V WP I V 16 220 3 520$ $= = =

y los aparatos que se quieren conectar suman una potencia total de:

WP 2 000 1800 1000 600 5 400= =+ + +

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