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ALGUNAS

ACTIVIDADES

EN LAS

CIENCIAS

CIENCIAS FÍSICASSEGUNDO AÑO. MARZO 2007

LUIS BONELLI

CUADRO 3.1 Vaporización. Evaporación. Ebullición

* La vaporización se divide en dos clases que son la evaporación y la ebullición.Ambas clases poseen algunas propiedades diferentes, destacándose que la evaporación ocurreen la superfice del líquido a muchas temperaturas diferentes y que la ebulliciòn ocurre entodo el volumen del líquido a una única temperatura si se mantiene constante la presión ysi la sustancia es pura.

* La temperatura de ebullición a presión constante de una sustancia pura es unapropiedad característica de la sustancia. Junto con la densidad y otras propiedadescaracterísticas permiten diferenciar sustancias.

* Una sustancia que no es pura tiene muchas temperaturas de ebullición diferentes.Por ejemplo, la temperatura de ebullición de una disolución depende de su concentración.No podemos hablar en estos casos de la temperatura como propiedad característica.

* Es posible utilizar los cambios de estado físico de la materia para separar loscomponentes de algunos sistemas, como por ejemplo en la separación de componentes utilizandoel proceso de destilación.

* En los estudios de los cambios de estado se pueden utilizar los conceptos desistemas, límites, ambientes e intercambios de energía.

* Las gráficas de cambios de estado físico de la materia se deben analizar por zonas,porque cada zona presenta propiedades diferentes a las otras.

35Capítulo 3. Los Cambios de Estado FísicoLB2007 de la Materia II.

EDUCANDO PARA UN MUNDO MEJOR

LOS CAMBIOS DE ESTADO FÍSICO DE LA MATERIALOS CAMBIOS DE ESTADO FÍSICO DE LA MATERIA

En las páginas anteriores estudiamos los camibos de estado físico de la materia vaporizacióny condensación. Se destacan las siguientes ideas importantes.

En este capítulo estudiaremos algunos elementos de otros cambios de estado físico de lamateria y sus aplicaciones.

Estudiaremos las gráficas de cambios de estado y sus relaciones con los estados físicos dela materia.

Debido a la gran importancia que tiene hoy en día el estado físico de plasma, haremosreferencia a ideas muy sencillas de este estado y a sus aplicaciones.

Consolidaremos el tema notación científica utilizando para su desarrollo las propiedadescaracterísticas de las sustancias.

Al estudiar en forma cuantitativa la energía aprenderemos a medir calor en los cambios deestado físico de la materia y aprenderemos una clase de relación de gran importancia en lasciencias, la proporcionalidad directa entre magnitudes físicas.

36 Los Cambios de Estado Físico Capítulo 3de la Materia II. LB2007


PRESIÓN Y TEMPERATURA DE EBULLICIÓNPRESIÓN Y TEMPERATURA DE EBULLICIÓNLa temperatura de ebullición cambia notoriamente si seaumenta la presión.

Una aplicación de este cambio se muestra con una olla depresión.

Es una olla con paredes más resistentes que las ollascomunes y con una tapa que puede cerrarse completamente.

Si se pone agua en su interior y se eleva su temperatura,el vapor que se origina al cambiar de estado no sale alambiente. Esto hace que la presión en el interior de laolla aumente.

El aumento de presión hace aumentar la temperatura a lacual hierve el agua. Se pueden obtener entre 12 ºC y15 ºC por encima de la temperatura de ebullición del aguaa presión normal. Esta agua hirviendo a 112 ºC o 115 ºCpermite cocinar más rápidamente los alimentos.

La Válvula que tiene este sistema permite regular elvapor de agua y debe abrirse antes de destapar la olla.

Otro ejemplo de como influye la presión en latemperatura de ebullición de una sustancia semuestra con los elementos de la figura.

Un recipiente con agua en ebullición se pone ensoportes unidos a un globo aerostático.Inmediatamente se suelta el globo, el cual seeleva.

Con este dispositivo se puede tener agua enebullición a las temperaturas de 98 ºC, 97 ºC,96 ºC, ... 91 ºC, 90 ºC, ...

A medida que el dispositivo se eleva, lapresión dismuye cada vez más y con ellodisminuye la temperatura de ebullición.

El límite estará dado por la altura hasta lacual pueda subir el globo.

A determinada altura el globo explota y loselementos caen.

Algunos ejercicios

3.1.1 ¿Donde se emplea más tiempo en cocinarfideos con agua hirviendo, a nivel del mar o enun pueblo a 2000 m por encima del nivel delmar? Explique su respuesta.3.1.2 Explique qué conviene para obtener la

máxima altura con el globo aerostático:a) largarlo completamente inflado;b) largarlo solamente con el gas necesariopara que se eleve aunque no esté completa-mente lleno. Explique su respuesta.

3.1.3 ¿Qué características debe tener el gasque contiene el globo para que se eleve en elaire? Explique su respuesta.

ACTIVIDAD 3.1ACTIVIDAD 3.1

37Capítulo 3 Los Cambios de Estado FísicoLB2007 de la Materia II.


GRÁFICAS EN LOS CAMBIOS DE ESTADOGRÁFICAS EN LOS CAMBIOS DE ESTADO

Ya expresamos que las gráficas referentes a los cambios de estado físico de la materia sedeben estudiar por zonas, porque cada una de ellas presenta propiedades diferentes a lasotras.

La figura le muestra una gráfica que corresponde a la vaporización de una sustancia PURAcon sus dos clases: la evaporación y la ebullición.

Zona AB

* La temperatura aumenta y el tiempo aumenta.* La energía que se le entrega a la sustancia se utiliza para elevar su temperatura.* Ocurre el cambio de estado evaporación (cambio de líquido a vapor en la superficie dellíquido).* No existe la temperatura como propiedad característica.* Coexisten los estados físicos líquido y vapor.

Zona BC

* La temperatura permanece constante (sin cambios) y el tiempo aumenta.* La energía que se le entrega a la sustancia se utiliza para el cambio de estado físico.* Ocurre el cambio de estado físico ebullición (cambio de líquido a vapor en todo el volumendel líquido).* A la presión de 1 atm la temperatura de ebullición se considera una propiedadcaracterística de la sustancia que está cambiando de estado físico.* Coexisten los estados físicos líquido y vapor.

Luego del punto C (siguiente zona)

* En esta zona toda la sustancia está en estado de gas.* La energía que se le entrega a la sustancia se utiliza para elevar su temperatura.* No existe la temperatura como propiedad característica.




GRÁFICAS EN LOS CAMBIOS DE ESTADOGRÁFICAS EN LOS CAMBIOS DE ESTADO

Ya expresamos que las gráficas referentes a los cambios de estado físico de la materia sedeben estudiar por zonas, porque cada una de ellas presenta propiedades diferentes a lasotras.

La figura le muestra una gráfica que corresponde a la vaporización de una sustancia NO PURAcon sus dos clases: la evaporación y la ebullición.

Zona AB* La temperatura aumenta y el tiempo aumenta.* La energía que se le entrega a la sustancia se utiliza para elevar su temperatura.* Ocurre el cambio de estado evaporación (cambio de líquido a vapor en la superficie dellíquido).* No existe la temperatura como propiedad característica.* Coexisten los estados físicos líquido y vapor.

Zona BC* La temperatura aumenta levemente y el tiempo aumenta.* La energía que se le entrega a la sustancia se utiliza para el cambio de estado físico ypara elevar levemente la temperatura. Por ejemplo en una disolución al ir aumentando laconcentración la temperatura se eleva.* Ocurre el cambio de estado físico ebullición (cambio de líquido a vapor en todo el volumendel líquido).* NO puede hablarse de la temperatura como propiedad característica.* Coexisten los estados físicos líquido y vapor.

Luego del punto C (siguiente zona)* En esta zona toda la sustancia que experimentó el cambio de estado vaporización está enestado de gas. Si se trabajó con una disolución de un sólido en un líquido, el soluto habráquedado en el recipiente.* La energía que se le entrega a la sustancia se utiliza para elevar su temperatura.* No existe la temperatura como propiedad característica.




FUSIÓN Y SOLIDIFICACIÓNFUSIÓN Y SOLIDIFICACIÓN

Estudiaremos los cambios de estado físico que se muestran en el recuadro de la figura.En estos cambios de estado también debemos tener en cuenta la presión, ya que influyenotoriamente en los cambios.

Aplicaremos muchas de las ideas estudiadas en los anteriores cambios de estado.

Observe la siguiente secuencia de figuras.

Se muestra un mismo recipiente con agua sólida a diferentes temperaturas.Es de notar que mientras el agua no llega a la temperatura de 0 ºC no comienza el cambiode estado físico de sólido a líquido.

Vea que se se escribe la presión a la cual ocurren estos hechos.

Mientras dura la fusión (coexisten los estados sólido y líquido) la temperatura no aumenta.La energía que se le entrega a la sustancia es utilizada para cambiar de estado.




FUSIÓN. PROPIEDADES Y GRÁFICASFUSIÓN. PROPIEDADES Y GRÁFICASLa temperatura de fusión de una sustancia pura a la presión de 1 atm es una propiedadcaracterística de esa sustancia y conjuntamente con la densidad y con la temperatura deebullición permiten diferenciar una sustancia de otra.

Puede notar que muchas de las ideas utilizadas en el estudio de la vaporización y de lacondensación se aplican en el estudio de este cambio de estado físico.

¿Cómo son las gráficas relacionadas con la fusión?Analice la siguiente gráfica.

Esta gráfica se analiza por zonas.Zona AB

* La temperatura aumenta y el tiempo aumenta.* La energía que se le entrega a la sustancia se utiliza para elevar su temperatura.* NO ocurren cambios de estado físico relacionados con esta zona.* NO existe la temperatura como propiedad característica.* Existe únicamente el estado sólido.

Zona BC* La temperatura permanece constante (sin cambios) y el tiempo aumenta.* La energía que se le entrega a la sustancia se utiliza para el cambio de estado físico.* Ocurre el cambio de estado físico fusión (cambio de sólido a líquido).* A la presión de 1 atm la temperatura de fusión se considera una propiedad característicade la sustancia que está cambiando de estado físico.* Coexisten los estados físicos sólido y líquido.

Luego del punto C (siguiente zona)* En esta zona toda la sustancia está en estado líquido.* La energía que se le entrega a la sustancia se utiliza para elevar su temperatura.* No existe la temperatura como propiedad característica.




LABORATORIO. ACTIVIDAD 3.6FUSIÓN DE UNA SUSTANCIA PURA

ESTUDIE TODA LA ACTIVIDAD 3.6 ANTES DE REALIZARLA EN EL LABORATORIO.

CADA ESTUDIANTE DEL EQUIPO DEBE TENER REGISTRADA TODA LA ACTIVIDAD EN SU CUADERNOLA.

AL FINALIZAR EL TRABAJO CADA EQUIPO DEBE ENTREGAR EL REGISTRO DE LA ACTIVIDAD AL PROFESOREN LA HOJA APARTE QUE SE LE ENTREGÓ.

OBJETIVO: observación y estudio de los cambios que experimenta una sustancia pura sólidacuando se le entrega energía.

MATERIALES: vaso de vidrio, soportes, varillas de vidrio, agua sólida, termómetros.

PROCEDIMIENTO

1.- Determine el alcance, la apreciación y la estimación de cada termómetro.

2.- Coloque abundante hielo en un vaso de vidrio.

3.- Coloque el termómetro dentro del vaso de forma tal que su bulbo esté completamenterodeado de hielo. Registre la temperatura.

4.- Continúe registrando la temperatura varios minutos más.

5.- Registre todas sus observaciones (cualitativas y cuantitativas).

6.- Construya una conclusión.

3.6.1 ¿Cuáles fueron las fuentes de inseguridad enlas mediciones que realizó? Explique su respuesta.

3.6.2 ¿Cómo podría mejorar este experimento?Explique su respuesta.

3.6.3 Analice el experimento utilizando las ideasde sistema, límites, ambiente e intercambios deenergía.

3.6.4 ¿Existen sustancias que no funden o todas pueden experimentar fusión?Explique su respuesta.

3.6.5 Exprese algunas aplicaciones de la fusión.¿Es útil para el ser humano este cambio de estado físico de la materia?Explique sus respuestas.

3.6.6 ¿Podría obtenerse una temperatura de fusión menor a cero grado celsius?Explique su respuesta.

3.6.7 En un laboratorio para una misma sustancia se registraron tres temperaturas de fusióndiferentes. ¿Cómo pudo ser posible ésto?Explique su respuesta.



LABORATORIO. ACTIVIDAD 3.7¿PUEDE EXISTIR AGUA LÍQUIDA A -10 ºC?




OBJETIVO: observación y estudio de los cambios que experimenta una sustancia no pura.

MATERIALES: vaso de vidrio, soportes, varillas de vidrio, recipiente con una disolución deagua, hielo y sal (cloruro de sodio), termómetros.

PROCEDIMIENTO

1.- Determine el alcance, la apreciación y la estimación de cada termómetro.

2.- Coloque abundante hielo en el vaso. Agregue algunos mililitros de agua y doscucharaditas de sal.

3.- Coloque el bulbo del termómetro dentro de la disolución y registre la temperatura.

4.- Quite el termómetro y agite con la varilla de vidrio para disolver la sal y ayudar enla fusión del hielo.

5.- Vuelva a registrar la temperatura.

6.- Repita las etapas anteriores que sean necesarias para ir obteniendo cada veztemperaturas menores. Registre todas las temperaturas.

10.- Registre todas sus observaciones y si es posible construya una conclusión.

3.7.1 ¿Cuáles fueron las fuentes deinseguridad en las mediciones querealizó? Explique su respuesta.

3.7.2 ¿Cómo podría mejorar esteexperimento? Explique su respuesta.

3.7.3 Analice el experimentoutilizando las ideas de sistema,límites, ambiente e intercambios deenergía.

3.7.4 ¿Se obtendrían temperaturasmenores si se agregaran mas cucharadasde sal luego de que la disolución estésaturada? Explique su respuesta.

3.7.5 ¿Se obtienen valores similaresde temperatura cuando se utiliza otrasal (como por ejemplo sulfato decobre? Explique su respuesta.



ACTIVIDAD 3.8ACTIVIDAD 3.8SUBLIMACIÓN Y CONDENSACIÓN SÓLIDASUBLIMACIÓN Y CONDENSACIÓN SÓLIDA

Existen varias sustancias que pueden cambiar directamente desde el estado sólido al estadode gas, sin pasar por el estado líquido. Los nombres de los cambios de estado queestudiaremos puede leerlos en la figura.

LABORATORIO. ACTIVIDAD 3.8SUBLIMACIÓN DEL YODO




OBJETIVO: observación y estudio de los cambios que experimenta el yodo cuando se eleva sutemperatura y posteriormente cuando desciende su temperatura.

MATERIALES: varios balones o matraces, soportes, una cápsula, tela, mechero, yodo, unacampana para desprendimiento de gases.

PRECAUCIONES: el experimento deberá realizarse en una campana para desprendimiento de gases.No inhale los vapores de yodo. Retire el matraz para realizar las observaciones cuando nose desprende vapor.PROCEDIMIENTO: se expresan los ítems de las dos partes de este experimento (la sublima-ción y la condensación sólida).

No se realizarán mediciones. Las observaciónes serán cualitativas.



LABORATORIO. ACTIVIDAD 3.8SUBLIMACIÓN DEL YODO

PROCEDIMIENITO

Tenga en cuenta que toda la actividad debe realizarla dentro de la campana de gases ysolamente deberá abrir la campana cuando sea imprescindible para realizar la parte del quecorresponda.

1.- Coloque una pequeña cantidad de yodo en una cápsula.

2.- Lleve el mechero y el soporte con la tela a una campana para desprendimiento de gases.

3.- Coloque la cápsula con el yodo sobre la tela.

4.- Coloque un balón o un matraz sobre el yodo en la cápsula de forma tal que cuando seproduzcan vapores, todos los vapores queden dentro del recipiente (balón o matraz).

5.- Encienda el mechero y establezca llama calorífica.

6.- Ponga el mechero debajo de la tela y déjelo en esa posición unos 30 s. Retire el mecheroluego de este tiempo.

7.- Observe y registre los cambios. Si no observa cambios luego de unos minutos, repita elpaso 6.-

8.- Cuando pueda observar bastante yodo sublimado, retire el balón o el matraz y coloqueinmediatamente otro matraz o balón para capturar los vapores de yodo que se siguengenerando. El matraz o el balón que retiro déjelo debajo de la campana hasta que observeque no se desprenden gases.

9.- Cuando ya no se desprenden gases saque el balón o el matraz de la campana y pase elrecipiente a sus compañeros para que realicen observaciones.

10.- Puede repetir los pasos anteriores hasta que se obtengan suficientes recipientes conyodo y todos puedan realizar observaciones.

11.- Registre su conclusión de este experimento y luego construya las respuestas de lossiguientes ejercicios y problemas.

3.8.1 Utilizando los conceptos de sistema, límites, ambiente e intercambios de energíaanalice la sublimación y la condensación sólida de acuerdo con las actividades que realizóen estos experimentos.

3.8.2 En este experimento se realizaron solamente observaciones cualitativas.a) ¿Qué significa “observaciones cualitativas”?b) ¿Qué mediciones podrían haberse realizado en este experimento?Explique su respuesta.

3.8.3 Suponga que se tiene el elemento yodo en forma no pura.¿Podría servir para purificar al yodo el procedimiento realizado en este experimento?Explique su respuesta.

3.8.4 ¿Podría haberse realizado este experimento utilizando llama luminosa en el mechero?Explique su respuesta.



ACTIVIDAD 3.9ACTIVIDAD 3.9EJERCICIOS Y PROBLEMASEJERCICIOS Y PROBLEMAS

En las siguientes actividades analice el bosquejo de la gráfica (Temperatura (ºC) en funsióndel tiempo (s) de cambios de estado físico de la materia y resuelva los ejercicios yproblemas.

3.9.1 1.- a) Dibuje un bosquejo de una gráfica que muestre temperatura y tiempo para eletanol cuando está en ebullición. PE(etanol) = (78,0 ± 0,4) ºC.b) ¿Qué elemento fundamental faltó expresar en la oración anterior para que esté completa?¿Pudo dibujar la gráfica sin este elemento?Explique todas sus respuestas.

3.9.2 Dos disoluciones colocadas en recipientes diferentes hierven a igual temperatura.Midiendo una sola propiedad característica, ¿podría decir si son lo no una misma sustancia?Explique su respuesta.

3.9.3 3.- A una masa de hierro se le entrega energía y no se detecta variación de temperaturaen el hierro.¿Cómo puede ser esto si se le está entregando energía? Explique su respuesta.

3.9.4 a) Una persona se lava sus manos con alcohol. Siente en sus manos sensación de frío.¿Por qué siente frío? Explique su respuesta.b) Una persona lava sus manos con agua y jabón. Posteriormente coloca sus manos sin secarfrente a un ventilador y siente sensación de frío en sus manos.¿Por qué siente frío? Explique su respuesta.

3.9.5 7.- Al agua para radiadores de algunos autos se le agrega un líquido anticongelante.¿Por qué se le agrega ese líquido? ¿Qué función cumple?Explique sus respuestas.




Hasta ahora estudiamos los cambios de estado físico de la materia de acuerdo con lo queobservamos en el laboratorio y en la vida diaria. Los estudiamos macroscópicamente, esdecir sin tener en cuenta las partículas que forman las sustancias que están presentes encada estado.Algunos científicos fueron más allá de estas observaciones y se preguntaron qué ocurría conlas partículas que están en cada estado y construyeron un modelo para tratar de explicarel comportamiento de los estados y de los cambios teniendo en cuenta esas partículas.

Primeramente recordaremos algunos elementos de modelos y después los aplicaremos en nuestrosestudios de la materia.

LOS CAMBIOS DE ESTADO FÍSICO DE LA MATERIALOS CAMBIOS DE ESTADO FÍSICO DE LA MATERIAUN PASO MÁS...UN PASO MÁS...

En los años anteriores Ud. estudió que existen dos clases de observaciones: cualitativas ycuantitativas. También se expresó que ambas clases de observaciones han sido muy importantespara las Ciencias, especialmente las cuantitativas porque han permitido establecerrelaciones entre magnitudes físicas.

Con base en las observaciones cualitativas y cuantitativas, con recursos de cálculo einterpretaciones derivadas de los experimentos, podemos elaborar aproximaciones que nospermiten “entender” hechos en sus diferentes aspectos.

Esas aproximaciones, esas representaciones de los hechos forman un modelo. Un modelo nospermite estudiar los hechos, trabajar con ellos y predecir comportamientos en situacionesque aún no se han verificado en el laboratorio.

LOS MODELOS EN LAS CIENCIASLOS MODELOS EN LAS CIENCIAS

Durante los diferentes años que abarcan la historia de la humanidad, existieron diferentesmodelos de nuestro planeta Tierra.

Fueron desde el planeta sostenido por un gigante, pasando por la idea de una Tierra plana,hasta el modelo actual, de cuerpo geoide.

Si actualmente se realizan observaciones de nuestro planeta desde el espacio, se observaque no es plano. Si se realizan mediciones se puede comprobar que la distancia desde elcentro de la Tierra al ecuador y desde el centro de la Tierra a los polos no es igual. LaTierra no puede ser una esfera.

Esas representaciones que realizamos no alcanzan con estar en las ideas para considerarlasun modelo útil.

Esas aproximaciones y representaciones deben SER REFUTABLES. Significa que debemos podersometerlas a prueba para observar si se ajustan o no a los hechos.

Por ejemplo, podemos construir una aproximación a la idea del planeta Tierra considerándoloplano. Esta aproximación es refutable, la sometemos a pruebas para observar si explicahechos o no los explica. Si partimos desde un punto de la Tierra navegando paralelamenteal ecuador, luego de varios miles de kilómetros llegaremos nuevamente al punto de partida.En consecuencia la Tierra no puede ser plana. Nuestro modelo no sirve porque al someterloa prueba no explica el hecho de poder regresar al mismo lugar desde donde se partió.




CUADRO 3.11.1 Modelo Cinético-Molecular

* Toda la materia está formada por partículas.* Las partículas están a cierta distancia unas de otras.* Entre las partículas hay vacío.* Se ejercen fuerzas de atracción entre las partículas y estas fuerzas son tanto

más intensas cuanto más cerca estén. Si están muy separadas no se atraen.Estas fuerzas se llaman fuerzas de cohesión.

* Las partículas están en continuo movimiento.El movimiento puede ser de traslación y de rotación o de vibración.

Cuando un modelo no explica los hechos hay que modificarlo o sustituirlo por otros nuevosque estén de acuerdo con lo observado.Los modelos no son permanentes. El avance de la Ciencia y de la Tecnología puede llevar aque se modifique o se sustituyan modelos.Siempre que es posible la Ciencia trata de construir modelos lo más sencillos posibles quelogren explicar hechos. Si dos modelos explican satisfactoriamente lo observado, nosquedamos con el más sencillo de los dos. También se debe tratar de que el modelo no entreen contradicción con otros modelos que explican otros hechos, para que siga siendo válidala estrutura que la Ciencia ha creado.

Durante la educación primaria Ud. ya ha construido varios modelos, aunque no les dió esenombre. Piense por ejemplo cuando explicaron la fotosíntesis. Construyeron un modelo basadoen estudios y en experimentos. Recuerde por ejemplo el experimento referente al almidónrealizado en la escuela.También trabajó con modelos al estudiar las cadenas tróficas y las relaciones entre losdiferentes seres que forman una cadena.En primer año de liceo estudió modelos referentes a la luz y realizó varios experimentosque permitían confirmar o refutar modelos (recuerde que refutar significa contradecir).

Este año también trabajaremos con varios modelos, comenzando ahora con uno que nos permitiráexplicar el comportamiento de la materia en los cambios de estado físico.

LOS MODELOS EN LAS CIENCIASLOS MODELOS EN LAS CIENCIAS

ACTIVIDAD 3.11ACTIVIDAD 3.11MODELO CINÉTICO-MOLECULARMODELO CINÉTICO-MOLECULAR

Para explicar los hechos que observamos de los estados de la materia y de los cambios deestado, se construyó un modelo que considera los cuerpos que observamos formados por unaspartículas muy pequeñas. Estas partículas pequeñas están a cierta distancia unas de otrasy están en continuo movimiento. Entre ellas existen fuerzas de atracción llamadas fuerzasde cohesión. Entre esas partículas hay espacio vacío.

Como todo modelo debe someterse a prueba para confirmarlo o refutarlo. Al avanzar en suscursos de ciencias lo perfeccionará incorporando nuevos conceptos y utilizará conceptos quenos aporta la Matemática para confirmarlo o refutarlo con una base más rigurosa.Para un curso de segundo año es correcta la siguiente idea del modelo.



ACTIVIDAD 3.12ACTIVIDAD 3.12MODELO CINÉTICO-MOLECULARMODELO CINÉTICO-MOLECULARSÓLIDOS. LÍQUIDOS. GASESSÓLIDOS. LÍQUIDOS. GASESCAMBIOS DE ESTADO FÍSICOCAMBIOS DE ESTADO FÍSICO

¿Cómo podemos utilizar el modelo cinético molecular para explicar los diferentes estadosfísicos de la materia y sus cambios?

Una forma puede ser la siguiente. En el estado sólido las partículas están muy cerca unasde otras y solamente vibran (no se trasladan).

Al estar muy cerca las fuerzas de cohesión son muy grandes.

La materia tiene una forma definida, es muy difícil comprimirla, al calentar los sólidosse dilatan porque las partículas que vibran aumentan la amplitud de la vibración.

Si seguimos calentando a un sólido las partículas vibran más rápidamente y se aumenta ladistancia entre ellas, las fuerzas de cohesión van disminuyendo y llega un momento en queestas fuerzas ya no pueden mantener las partículas en posiciones fijas, las partículas sepueden desplazar. Entonces el sólido ha pasado al estado líquido.

Los líquidos adoptan la forma del recipiente que los contiene, es difícil comprimirlos(pero se comprimen más fácilmente que los sólidos), las fuerzas de cohesión aún impiden queunas partículas se independicen de las otras.

Si se aumenta la temperatura de un líquido, se aumenta el movimiento de las partículas yllega un momento en que las partículas se desplazan a distancias tales que no actúan lasfuerzas de cohesión. La sustancia está ahora en estado de gas.

Los gases se expanden y se difunden, sus partículas están en continuo movimiento, no tienenforma propia y ejercen presión sobre las paredes del recipiente que los contiene.

Las densidades de los gases son menores que las de los sólidos y que la de los líquidos.

La temperatura de un gas está relacionada con la velocidad con la cual se mueven suspartículas. A mayor temperatura, mayor velocidad de las partículas.

Los gases ocupan todo el volumen disponible. Se comprimen más fácilmente que los sólidos yque los líquidos.

Haciendo referencia al modelo cinético molecular podemos explicar el comportamiento de lamateria en sus diferentes estados físicos.

El comportamiento de la materia que hemos expresado es el que se observa en la vida diariay en los laboratorios. Tenga en cuenta que las observaciones de esos comportamientos soncualitativas y cuantitativas.

Compartiremos en la siguiente página algunas preguntas y algunos ejercicios referentes aeste modelo y a las observaciones realizadas.

La idea central es que pueda comparar lo que expresa el modelo con lo que observa y registrade la materia en sus tres estados y en sus cambios físicos.



ACTIVIDAD 3.13ACTIVIDAD 3.13MODELO CINÉTICO-MOLECULARMODELO CINÉTICO-MOLECULARSÓLIDOS. LÍQUIDOS. GASESSÓLIDOS. LÍQUIDOS. GASESCAMBIOS DE ESTADO FÍSICOCAMBIOS DE ESTADO FÍSICO

3.13.1 En el estado sólido las partículas están muy cercas unas de otras y no se trasladan.Las partículas vibran.¿Por qué no se trasladan las partículas en este estado? Explique su respuesta.

3.13.2 ¿Por qué los sólidos tienen una forma definida? Explique su respuesta.

3.13.3 ¿Por qué si se aumenta la temperatura se aumenta la distancia entre las partículasal vibrar? Explique su respuesta.

3.13.4 ¿Por qué van disminuyendo las fuerzas de cohesión al aumentar más y más latemperatura de un sólido? Explique su respuesta.

3.13.5 Explique por qué un líquido adopta la forma del recipiente que lo contiene.

3.13.6 Algunas sustancias son sólidas, otras son líquidas y otras están en estado físicode gas a temperatura ambiente. ¿Cómo explica estos estados utilizando el modelo cinéticomolecular de la materia? Explique su respuesta.

3.13.7 ¿Cómo interviene la idea de fuerza en el modelo cinético molecular de la materia?Explique su respuesta.

3.13.8 ¿Cómo puede una sustancia líquida pasar a estado físico de gas?Explique su respuesta utilizando el modelo cinético molecular.

3.13.9 ¿Cómo mostraría que una sustancia en estado de gas tiene menor densidad que esa mismasustancia en estado líquido? Explique su respuesta.

3.13.10 Un líquido ejerce presión en todas direcciones (dentro de él, dentro de eselíquido). ¿Cómo mostraría lo que expresa la oración anterior? Explique su respuesta.

3.13.11 Explique qué significa “los gases se expanden y se difunden”.

3.13.12 ¿Por qué si a un gas se le aumenta su temperatura se aumenta la velocidad con lacual se mueven sus partículas? Explique su respuesta.

3.13.13 Considere una esponja. ¿Es un sólido? ¿Tendría que tener en cuenta otros elementosademás de los estudiados para responder esta pregunta? Explique sus respuestas.

3.13.14. Anteriormente se expresó que los sólidos son difíciles de comprimir.¿Todos los sólidos son difíciles de comprimir? Explique su respuesta.

3.13.15 ¿Existen otros elementos a tener en cuenta para decidir si una sustancia es unsólido o un líquido o un gas? Busque información de estos temas y estúdielos.Piense, por ejemplo, en la plasticina o en la gelatina o en la pasta dental o en una goma,¿son cuerpos sólidos? Busque información y fundamente sus respuestas.

3.13.16 Una persona un un laboratorio junta dos líquidos (en un mismo recipiente) y obtieneun líquido y un sólido. ¿Existió cambio de estado físico? ¿Qué haría esta persona paraintentar responder esta pregunta? Explique sus respuestas.

3.13.17 ¿Existen otros estados físicos de la materia además de los tres estados estudiados?Busque información de este tema y estúdielo.



CUADRO 3.14.2 Medición de la energía en los cambios de estado físicoCalores latentes

El calor latente de un cambio de estado físico (calor latente de fusión, calor latente deebullición, ...) es la energía que se debe entregar a 1,0 g de la sustancia (o que 1,0 gde la sustancia debe entregar) para que ese gramo de la sustancia cambie de estado físicoa temperatura constante y presión de 1,0 atm.El símbolo para el calor latente es L y su unidad de medida es cal/g. Como subíndice seescribe debajo de la L la letra que indica que cambio de estado físico es.Por ejemplo LE es el calor latente de ebullición; LF es el calor latente de fusión.El calor latente que corresponde a cada sustancia es único si se mantiene constante lapresión.El calor latente de ebullición para el agua a la presión de 1,0 atm es 540 cal/g.¿Qué significa LE(agua) = 540 cal/g?Significa que para que 1,0 g de agua estando a la temperatura de ebullición pase a estadode gas se le debe entregar 540 cal.El calor latente de fusión del hielo a la presión de 1,0 atm es LF = 80 cal/g.¿Qué significa LF(hielo) = 80 cal/g?Significa que para que 1,0 g de hielo estando a la temperatura de fusión pase a estadolíquido se le debe entregar 80 cal.El calor latente de solidificación del agua a la presión de 1,0 atm es LS = 80 cal/g.¿Qué significa LS(agua) = 80 cal/g?Significa que para que 1,0 g de agua líquida estando a la temperatura de solidificación pasea estado sólido, ese gramo de agua debe entregar al ambiente 80 cal.

CUADRO 3.14.1 Definición de la unidad caloríaUna caloría es la energía (calor) que se debe entregar a 1,0 g de agua que está a latemperatura de 14,5 ºC para que aumente su temperatura hasta 15,5 ºC, siendo P = 1.0 atm.

Experimentos realizados mostraron que para elevar la temperatura de 1,0 g de agua un gradocelsius se debía entregar diferente energía según la temperatura a la cual estaba el agua.Por ésto se estableció el convenio que para la definición de la unidad caloría se tomarael intervalo desde 14,5 ºC hasta 15,5 ºC. Se entiende que el agua debe ser pura.

ACTIVIDAD 3.14ACTIVIDAD 3.14LA ENERGÍA EN LOS CAMBIOSLA ENERGÍA EN LOS CAMBIOSDE ESTADO FÍSICODE ESTADO FÍSICO

En la primera parte del curso estudiamos los intercambios de energía cuando existía unadiferencia de temperatura entre el sistema y el ambiente. Esa energía la llamamos calor yaprendimos que los cuerpos no tienen calor. El calor es la energía cuando se estáintercambiando.

En los cambios de estado físico de la materia existen intercambios de energía.Se intercambia calor.

Solamente hemos estudiado estos intercambios en forma cualitativa, sin hacer intervenir lamedición. Estudiaremos ahora cómo medir el calor. Existieron científicos que se preguntaroncómo medir esa energía que es necesaria para que una sustancia cambie de estado físico.

Estudie las siguientes definiciones. Posteriormente presentaremos ejemplos.



CUADRO 3.15.1 Calores LatentesCALORES LATENTES DE FUSIÓN Y DE EBULLICIÓN DE ALGUNAS SUSTANCIAS A LA PRESIÓN DE 1.0 atm

(LF cal/g) (LE cal/g)Helio ----------- 5.0Nitrógeno 6.1 47.6Oxígeno 3.3 51.0Agua 80.0 540.0Alcohol Etílico 26.1 210.3Mercurio 2.7 70.8Cobre 49.0 1130.6Plomo 5.9 205.3Zinc 24.4 423.0


3.15.1 Exprese cómo le explicaría a una persona el significado de la unidad caloría.

3.15.2 Al hacer referencia a valores relacionados con los cambios de estado físico de lamateria muchas veces se menciona la presión. ¿Por qué se utiliza la presión?Explique su respuesta.

3.15.3 Explique:a) calor latente de fusión;b) calor latente de ebullición.

3.15.4 Exprese qué energía se le debe entregar a 1.0 g de agua que está a la temperaturade ebullición para que pase totalmente a estado de vapor. Explique su respuesta.

3.15.5 Exprese qué energía se le debe entregar a 10 g de agua que están a la temperaturade ebullición para que pasen totalmente a estado de vapor. Explique su respuesta.

3.15.6 Exprese qué energía se le debe entregar a 1.0 g de agua que está a la temperaturade ebullición para que pase totalmente a estado de vapor. Explique su respuesta.

3.15.7 Una masa de hielo de 1.0 g que estaba a la tempertura de fusión pasa al estado deagua líquida. ¿Qué energía utilizó para realizar este cambio de estado físico?Explique su respuesta.

3.15.8 Una masa de hielo de 42.7 g que estaba a la temperatura de fusión pasa al estado deagua líquida. ¿Qué energía utilizó para realizar este cambio de estado físico?Explique su respuesta.

3.15.9 ¿Por qué el helio no tiene valor de calor latente de fusión? Explique su respuesta.

3.15.10 Explique qué significa “el calor latente de fusión del plomo es 5.9 cal/g”.

3.15.11 Explique qué significa “el calor latente de ebullición del agua es 540.0 cal/g”.

3.15.12 Se desea pasar a estado de gas 1.0 g de cobre cuando está a ebullición a P = 1.0atm. ¿Cuánta energía se necesita? Explique su respuesta.La energía (calor) que se necesita para este cambio la representa con la letra Q.




Considere aproximados todos los valores en los siguientes ejercicios y problemas.

3.15.13 Se desea pasar a estado líquido 1.0 g de zinc cuando está en fusión a P = 1.0 atm¿Cuánta energía se necesita? Explique su respuesta.La energía (calor) que se necesita para este cambio se representa con la letra Q.

3.15.14 Se desea pasar a estado de gas 27.5 g de cobre cuando está a ebullición a P = 1.0atm. ¿Cuánta energía se necesita? Explique su respuesta.La energía (calor) que se necesita para este cambio se representa con la letra Q.

3.15.15 Se desea pasar a estado líquido 93.9 g de zinc cuando está en fusión a P = 1.0 atm¿Cuánta energía se necesita? Explique su respuesta.La energía (calor) que se necesita para este cambio se representa con la letra Q.

3.15.16 Se muestra una tabla con valores de energía (calor) necesarios para pasar a estadolíquido diferentes masas de plomo cuando está en fusión a la presión de 1.0 atm.a) Construya una gráfica completa del calor en función de la masa.b) Encuentre una relación entre la masa y la energía (calor).

SUSTANCIA PLOMO. PRESIÓN 1.0 atm TABLA 1M (g) 1.0 10.0 20.0 34.2 47.8 59.0 71.3 86.4Q (cal) 5.9 59.0 118.0 201.8 282.0 348.1 420.7 509.8

3.15.17 Se muestra una tabla con valores de energía (calor) necesarios para pasar a estadode gas diferentes masas de zinc cuando está en ebullición a la presión de 1.0 atm.a) Construya una gráfica completa del calor en función de la masa.b) Encuentre una relación entre la masa y la energía (calor).

SUSTANCIA ZINC. PRESIÓN 1.0 atm TABLA 2M (g) 1.0 10.0 20.0 34.2 47.8 59.0Q (cal) 423 4230 8460 14467 20219 24957

3.15.18 Se muestra una tabla con valores de energía (calor) necesarios para pasar a estadolíquido diferentes masas de mercurio cuando está en fusión a la presión de 1.0 atm.a) Construya una gráfica completa del calor en función de la masa.b) Encuentre una relación entre la masa y la energía (calor).

SUSTANCIA MERCURIO. PRESIÓN 1.0 atm TABLA 3M (g) 1.0 10.0 20.0 37.2 67.8 89.0Q (cal) 2.7 27.0 54.0 100.4 183.1 240.3

3.15.19

a) Al construir las diferentes gráficas anteriores y observar las curvas obtenidas puedeestablecer semejanzas entre ellas. Exprese esas semejanzas.b) Exprese semejanzas entre las relaciones obtenidas en los ejercicios anteriores.c) Exprese cómo podría hallar una masa si se conoce Q para esa masa, utilizando las gráficasanteriores.d) Exprese cómo podría hallar una energía si se conoce la masa que corresponde a esaenergía, utilizando las gráficas anteriores.



CUADRO 3.17.1 Definición de Proporcionalidad DirectaDefinición de proporcionalidad directa: Si para cualquier pareja de valores (x,y) de unatabla de valores se cumple que y/x=k (una constante), se dirá que hay entre las variablesX e Y una relación de proporcionalidad directa.La gráfica que corresponde a esta relación muestra una recta que al prolongarla PASA POREL ORIGEN. La pareja de valores (0 , 0) puede o no tener significado físico (aunque no tengasignificado físico la relación ES de proporcionalidad directa).Al trabajar con valores se deben tener en cuenta las inseguridades para determinar si existeo no proporcionalidad directa (se debe determinar una zona para k teniendo en cuenta lasinseguridades).

ACTIVIDAD 3.17ACTIVIDAD 3.17LA MATEMÁTICA NOS AYUDALA MATEMÁTICA NOS AYUDAPROPORCIONALIDAD DIRECTAPROPORCIONALIDAD DIRECTA

Al trabajar con las tablas anteriores y construir las gráficas pudo observar que seobtuvieron rectas que al prolongarlas pasan por el origen.

También si en cada pareja de valores realiza el cociente de Q entre M obtiene el mismo valor.

Cuando entre magnitudes físicas existe esta clase de relación decimos que existePROPORCIONALIDAD DIRECTA entre las dos magnitudes físicas.En nuestro caso existe proporcionalidad directa entre Q y M.

Las relacionas obtenidas con los datos escritos en la página anterior son relaciones deproporcionalidad directa entre Q y M. Observe que se cumple el obtener un valor constanteal dividir Q entre M en cada pareja de valores y en cada gráfica se obtiene una recta queal prolongarla pasa por el origen.

Mostramos otros ejemplos donde existe esta clase de relación.

3.17.1 Se registran los valores de distancias y tiempos querecorre un auto. Considere aproximados todos los valores.Explique todas sus respuestas.a) Construya una gráfica de la distancia en función deltiempo.b) Encuentre una relación entre la distancia y el tiempo.c) ¿Cambiaría la relación si el auto estuviera acelerando ofrenando?

TABLA 1t(s) 0.0 10.0 13.2 15.9 18.7 24.6d(m) 0.0 54.3 71.7 86.3 101.5 133.6

3.17.2 Se muestra una tabla con las revoluciones de las paletas de unabatidora y cada tiempo correspondiente. Los valores son aproximados.Construya una gráfica de las revoluciones en función del tiempo y expreseuna relación entre las revoluciones y el tiempo. Solamente para la

TABLA 2 última parteRev 0 2500 5000 7500 10000 11000t(min) 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0

Si la sexta pareja de valores estuviera incluída en la tabla, ¿cómohallaría una relación entre las revoluciones y el tiempo? Explique.



ACTIVIDAD 3.18ACTIVIDAD 3.18LA MATEMÁTICA NOS AYUDALA MATEMÁTICA NOS AYUDAPROPORCIONALIDAD DIRECTAPROPORCIONALIDAD DIRECTA

3.18.1 Las lámparas incandescentes tienen escrita en su vidrio la potenciaexpresada en watts.Por ejemplo, existen lámparas de 25 W, de 40 W, de 60 W, ...El watt es una unidad formada por dos unidades: el joule (que es unidadde energía) y el segundo (unidad de tiempo).

Construya una gráfica y encuentre una relación de acuerdo con la siguientetabla de valores, relacionada con una lámpara de 75 W.

TABLA 3

E (J) Aprox. 75 150 225 323 428 570t (s) Aprox. 1.0 2.0 3.0 4.3 5.7 7.6

3.18.2 La velocidad de la luz en el vacío es aproximadamentede 300000 km/s. Las distancias en el espacio son tan grandesque muchas veces se miden en años-luz.

Un año-luz es la distancia que la luz recorre en un año.

a) Construya una tabla que permita obtener una relaciónentre los años-luz y los kilómetros.

b) ¿Qué clase de relación se obtiene con esa tabla?Explique su respuesta.

Exprese si existe o no proporcionalidad directa entre las magnitudes que se expresan en lassiguientes tablas de valores (Tabla 4 y Tabla 5). Construya las gráficas correspondientes.Considere aproximados todos los valores.

3.18.3 En un experimento en el laboratorio se lanza una esfera de metal hacia el suelo,verticalmente. Para esa esfera mientras cae, se registran sus posiciones (distancias) y eltiempo que corresponde a cada posición. Esos datos se muestran en la siguiente tabla.

TABLA 4t(s) Aprox. 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7y(m) Aprox. 0.000 0.349 0.796 1.341 1.984 2.725 3.564 4.501

3.18.4 La siguiente tabla muestra valores de la velocidad y de la energía cinética de unbloque de madera, que se mueve sobre una superficie horizontal.

TABLA 5v(m/s) Aprox. 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7Ec(J) Aprox. 0.000 0.015 0.060 0.135 0.240 0.375 0.540 0.735

3.18.5 Construya la gráfica correspondiente al siguiente cuadro de valores.Cuadro 6

t(s) 0 17 34 51 68M(kg) 0,570 0,570 0,570 0,570 0,570

t(s): tiempo durante el cual se ha medido la masa.M(kg): masa de determinado volumen de agua.

Si halla alguna relación entre la masa y el tiempo, exprésela.Todas las medidas poseen error (inseguridad).



ACTIVIDAD 3.19ACTIVIDAD 3.19EJERCICIOS Y PROBLEMASEJERCICIOS Y PROBLEMASPROPORCIONALIDAD. ENERGÍAPROPORCIONALIDAD. ENERGÍA

3.19.1 Una persona expresa que si en una tabla de valores al aumentar los valores de unamagnitud física aumentan los valores de la otra, existe proporcionalidad directa entreambas magnitudes.¿Es correcto lo que expresa esta persona? Explique su respuesta.

3.19.2 Una persona expresa que si en una tabla de valores al disminuir los valores de unamagnitud física disminuyen los valores de la otra, existe proporcionalidad directa entreambas magnitudes.¿Es correcto lo que expresa esta persona? Explique su respuesta.

3.19.3 Exprese otras situaciones diferentes a las que hemos estudiado en las cuales existaproporcionalidad directa.

3.19.4 La constante de proporcionalidad directa posee diferentes significados, según lasmagnitudes físicas relacionadas.Exprese algunos ejemplos que muestren el significado de cada constante de proporcionalidad.

3.19.5 Una relación de proporcionalidad directa, ¿permite predecir valores de magnitudesfísicas? Explique su respuesta.

3.19.6 ¿Se deben tener en cuenta las inseguridades para investigar si existeproporcionalidad directa entre dos magnitudes físicas? Explique su respuesta.

3.19.7 Para diferentes tiras de papel se miden su longitud y su área y se escriben en unatabla de valores. Se muestra esa tabla.

Construya la correspondiente gráfica.

TABLA 7L(cm)aprox. 0,0 1,0 2,1 3,4 5,7A(cm2)aprox. 0,0 2,0 4,2 6,8 11,4

a) ¿Existe algún tipo de proporcionalidad entre el área y la longitud de uno de sus lados?Fundamente su respuesta.

b) Si la respuesta a la pregunta anterior es afirmativa, explique qué es la constante deproporcionalidad en esta relación.

3.19.8 Se sabe que existe una relación de proporcionalidad directa entre la masa y lalongitud de una varilla de acero.

Escriba los valores de masa y/o longitud que falten en la siguiente tabla, explicando comohalla esos valores. Todas las medidas tienen error (inseguridad).

TABLA 8L(m) 0,000 0,100 ¿....? 0,350 0,600M(kg) 0,000 5,360 10,720 ¿....? ¿....?

3.19.9 Explique la siguiente oración: “Luego de un experimento se pudo determinar que existeuna relación de proporcionalidad directa entre la energía que se le entregó a una masa deagua y la temperatura de esa masa de agua”.



ACTIVIDAD 3.20ACTIVIDAD 3.20AVANZAMOS MÁSAVANZAMOS MÁSEL ESTADO FÍSICO DE PLASMAEL ESTADO FÍSICO DE PLASMA

Recientemente la palabra plasma aparece con frecuencia en avisos publicitarioso de diversosaparatos que cada vez más se incorporan en la vida diaria.

Aquí presentaremos una idea muy sencilla como una primera aproximación al tema.

A una sustancia que está en estado de gas se le puede seguir aumentando su temperatura sise le entrega energía. Cuanto más caliente está el gas, más rápido se mueven sus partículas(es lo que nos dice el modelo cinético-molecular).

Si la temperatura se aumenta y aumenta, al llegar a muy altas temperaturas las colisionesentre las partículas (átomos) son lo suficientemente violentas como para que algunoselementos que forman estos átomos queden liberados (por ejemplo los electrones).

Al llegar a este punto, por la liberación de electrones se obtienen partículas con cargaeléctrica en exceso. Los electrones poseen carga eléctrica negativa. Al salir liberadosdejan al resto del átomo con carga eléctrica positiva en exceso (iones positivos).

El separarse de esta forma elementos con cargas eléctricas se llama ionización. El plasmaes “un gas ionizado”, tiene iones y electrones libres. Es conductor de la corrienteeléctrica y puede ser influído por campos magnéticos.

En el Sol una gran parte de los materiales están en estado de plasma.

El estado físico de plasma existe abundantemente en el Universo. Por ejemplo, existe en lasestrellas y existen millones de estrellas en el Universo. La aurora boreal se relaciona conel plasma. Se genera plasma en los reactores de fusión. Si Ud. busca información encontrarádecenas de ejemplos de hechos donde existe plasma.

Aquí presentaremos tres elementos donde se utiliza este estado físico de la materia.a) Las lámparas de plasma.b) Limpieza de superficies.c) Los televisores de plasma.

Explicaremos brevemente estos elementos.Las Lámparas de PlasmaEn muchas exposiciones, en algunas películas de cienciaficción y en varios supermercados se pueden ver esferas con“rayos danzantes” en su interior y que al acercarles lamano generan rayos que se dirigen hacia nuestros dedos.Estas esferas son lámparas de plasma.

Si nos preguntamos qué contiene esa esfera en su interior,la respuesta es que contiene plasma.Pero, ¿qué es el plasma? ¿Contiene otros elementos sin serplasma? ¿Cómo funcionan estas esferas?Trateremos de que pueda entender las respuestas a estaspreguntas.

Un plasma es un gas caliente ionizado. Sus partículas noson moléculas, son partículas con carga eléctrica en excesoque se llaman iones y tiene también electrones que sepueden mover en el interior del gas ionizado.



Como las propiedades y los elementos que forman unplasma son diferentes a las de los sólidos, líquidos ygases, se le considera como otro estado físico de lamateria.

Una esfera o globo de plasma está formado por unelectrodo central, ubicado dentro de un recipiente quecontiene un gas inerte (significa que es difícil hacerloreaccionar químicamente) y a baja presión.

El electrodo se somete a una diferencia de potencial dealgunos miles de voltios y elevada frecuencia (entre10000 Hz y 30000 Hz).

Hay un recorrido de electrones desde el electrodo haciala superficie externa. Estos electrones chocan con otraspartículas del gas ionizado y las excitan (significa quedejan a las partículas con mayor energía que lanecesaria para que estén estables). Estas partículasexcitadas espontáneamente emiten “esa energía de más”en forma de luz.

Cuando se acercan los dedos de una mano a la esfera, seproducen alteraciones en el campo eléctrico en suinterior y esto origina esos trazos de luz hacia losdedos.

Actualmente muchas de estas lámparas utilizan circuitosintegrados y mezclas de gases para lograr los efectosdeseados de colores y rayos.





Posiblemente Ud. ya se ha realizado una pregunta muy importante. ¿Existe el estado físicode plasma únicamente a temperaturas elevadas, del orden de millones de grados celsius, comolas que hay en el Sol?

Al comenzar a hablar de plasma hicimos referencia a temperaturas elevadas. Lo importantees que se ionice el gas o los gases utilizados. Si se logra ionizar al gas tenemos plasma,sea o no de millones de grados la temperatura. Por este motivo es correcto hablar delámparas de plasma y de televisores de plasma, en los cuales las temperaturas alcanzadasno son de ese orden de magnitud.

Como el comportamiento de un gas ionizado y sus propiedades son muy diferentes a las de ungas, se consideró un nuevo estado de la materia y se le dió en nombre de plasma.No relacione este estado únicamente con temperaturas elevadas.

Limpieza de SuperficiesLa superficie del material para ser limpiado se bombardea con iones. Las impurezas seaspiran fuera de la superficie.Se utiliza, por ejemplo, para desengrasar superficies, quitarles capas de aceite y deóxidos.

La figura muestra una superficie con impurezas.

Estas impurezas se quitarán aplicando tecnologíade plasma.

La superficie se bombardea con iones. Lasimpurezas se aspiran fuera de lasuperficie.

La superficie ha quedado limpia.

Se muestranalgunas máquinasusadas en latecnología delplasma para lalimpieza desuperfices.



Los Televisores de PlasmaEn los últimos sesenta años la tecnología de TRC (tubo de rayos catódicos) ha dominado elmercado en los televisores y monitores. Esta tecnología se basa en un cátodo que emiteelectrones los cuales chocan con un material en la pantalla que puede emitir luz. En unaforma muy simplificada ese es el funcionamiento de un TRC.

Una de las desventajas de un televisor que funciona con un TRC es su tamaño. Si se quiereaumentar el ancho del televisor también se debe aumentar el largo, para que sea correctala construcción del TRC.

De acuerdo con lo que expresamos, un televisor de esta clase de 29 pulgadas tiene un tamañoenorme y enorme es su peso.

Actualmente una nueva alternativa se presenta en el mercado: los televisores de plasma.Un televisor de plasma presenta dos ventajas significativas frente a los de TRC:su espesor es mucho más pequeño y su peso es menor (se puede producir una pantalla muy anchacon muy pequeño espesor) y como cada pixel se enciende individualmente la imagen es muybrillante y se puede ver muy bien desde todos los ángulos.

Una desventaja (todavía actual en el año 2007) es su elevado precio.


El display de un televisor de plasma consiste endos paneles transparentes de cristal con una finacapa de pixels entre ellos.

Cada pixel está compuesto por tres celdas llenas degas (a cada una se le llama subpixel, una celda parael color rojo, otra para el verde y otra para elazul). Una grilla de pequeños electrodos aplica unacorriente eléctrica a cada celda individual,causando que el gas (una mezcla de neon y xenon) encada celda se ionice.

Este gas ionizado (plasma) emite rayos ultraviletasde alta frecuencia, los cuales estimulan el fósforo de la celdas, causando que emitan elcolor deseado. Variando la corriente, el sistema de control de cada televisor puede aumentaro disminuir la intensidad del color en cada subpixel, para crear una enorme gama de colores(millones de colores).

Hemos tratado de presentarle solamente una muy pequeña visión de las aplicaciones del estadofísico de plasma. A medida que las investigaciones sobre este estado progresen, seencontrarán nuevas aplicaciones, desde elementos que podamos usar en nuestra vida diariahasta otros que ayudarán en la industria.

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