martes, agosto 01, 2006

Introducción

Recién en el S XVIII, los científicos comenzaron a entender la diferencia entre un cuerpo frío y otro caliente. En primera instancia plantearon que al calentar un objeto se le traspasaba un fluído invisible que le llamaron calórico.

A mediados del S XIX se elaboró un modelo de reemplazo. Este suponía a la materia compuesta por muchas partículas pequeñas en contínuo movimiento, el que se intensificaba con la temperatura de los cuerpos. Este modelo físico se conoce como la Teoría Cinética Molecular. Dentro de éste, la sensación de calor es la detección de esta agitación por parte de las células especializadas del cuerpo.

Historia de la Teoría Cinética Molecular

La teoría cinética empezó con la deducción en 1738 por Daniel Bernoulli de la ley de Boyle usando las leyes de Newton del movimiento aplicadas a las moléculas. El trabajo de Bernoulli fue ignorado durante más de cien años.

En 1845 John Waterston presentó un artículo ante la Real Sociedad de Inglaterra en el que desarrollaba correctamente muchos de los conceptos de la teoría cinética. El artículo de Waterston fue rechazado por "absurdo". Los experimentos de Joule demostrando que el calor es una forma de energía hicieron que las ideas de la teoría cinética parecieran plausibles, y en el período de 1848 a 1898, Joule, Clausius, Maxwell y Boltzmann desarrollaron la teoría cinética. Los ataques a la teoría cinética de los gases llevaron a Boltzmann a escribir en su libro en 1898: "Soy consciente de ser sólo un individuo luchando débilmente contra el paso del tiempo. Pero aún queda en mi poder contribuir de tal manera, que cuando la teoría de los gases renazca otra vez, poco más tendrá que ser redescubierto”. (Lectures on Gas Theoty, trans. S.G. Brush, University of California Press, 1964).

¿Qué es la Teoría Cinética Molecular?

A lo largo de la historia del pensamiento humano se ha elaborado un modelo acerca de cómo está constituida la materia, se conoce con el nombre de Modelo Cinético Molecular.

Según este modelo de materia todo lo que nos rodea está formado por unas partículas muy pequeñas, que son invisibles aún a los mejores microscopios y que se llaman moléculas. Las moléculas están en continuo movimiento y entre ellas existen fuerzas atractivas, llamadas Fuerzas de Cohesión. Las moléculas, al estar en movimiento, se encuentran a una cierta distancia una de otras. Entre las moléculas haz espacio vacío. Cuando aumenta la temperatura las moléculas se mueven más rápido.

Con este modelo puede explicarse perfectamente el hecho de que la materia pueda encontrarse en 3 estados: Sólido, Líquido y Gaseoso.

Este modelo permite, también, explicar la razón por la que un sólido puede convertirse en líquido o un gas en líquido, por ejemplo.

Postulados de la Teoría Cinética Molecular

Los principios fundamentales de la teoría cinética son los siguientes:

1.- Los gases están compuestos de moléculas en movimiento aleatorio. Las moléculas sufren colisiones aleatorias entre ellas y las paredes del recipiente contenedor del gas.

2.- Las colisiones entre las moléculas del gas y entre ellas y las paredes son elásticas.

3.- El volumen total ocupado por las moléculas del gas es insignificante frente al volumen del contenedor. Esto es equivalente a afirmar que las distancias entre partículas son relativamente grandes si las comparamos con su tamaño.

4.- Las fuerzas de atracción entre las moléculas son insignificantes.

5.- Los efectos cuánticos son insignificantes. Esto significa que las distancias entre las partículas son mucho mayores que su longitud de onda termal de De Broglie, y las moléculas pueden ser tratadas como objetos clásicos.

6.- Adicionalmente, si el gas está en el interior de un recipiente, las colisiones con sus paredes se asume que son instantáneas y perfectamente elásticas.

Estos postulados describen el comportamiento de un gas ideal. Los gases reales se aproximan a este comportamiento ideal en condiciones de baja densidad y temperatura.

Explicación de la teoría

En el ESTADO SÓLIDO las moléculas están muy juntas y se mueven oscilando alrededor de unas posiciones fijas; las fuerzas de cohesión son muy grandes. En el ESTADO LÍQUIDO las moléculas están más separadas y se mueven de manera que pueden cambiar sus posiciones, pero las fuerzas de cohesión, aunque son manos intensas que en el estado sólido, impiden que las moléculas puedan independizarse. En el ESTADO GASEOSO las moléculas están totalmente separadas unas de otras y se mueven libremente; no existen fuerzas de cohesión.

Sí aumentamos la temperatura de un sistema material sólido, sus moléculas se moverán más rápidamente y aumentarán la distancia medía entre ellas, las fuerzas de cohesión disminuyen y llegará un momento en que éstas fuerzas son incapaces de mantener las moléculas en posiciones fijas, las moléculas pueden entonces desplazarse, el sistema material se ha convertido en líquido.

Si la temperatura del líquido continúa aumentando, las moléculas aumentarán aún más su rapidez, la distancia media entre ellas irá aumentando y las fuerzas de cohesión van disminuyendo hasta que finalmente las moléculas pueden liberarse unas de otras, ahora el SISTEMA MATERIAL o conjunto de moléculas está en estado gaseoso.

Si disminuimos la temperatura de un SISTEMA MATERIAL en estado gaseoso, disminuye la rapidez media de las moléculas y esto hace posible que al acercarse las moléculas casualmente, las fuerzas de cohesión, que siempre aumentan al disminuir la distancia, puedan mantenerlas unidas, el SISTEMA MATERIAL pasará al estado líquido.

Si disminuye aún más la temperatura, al moverse más lentamente las moléculas, la distancia media entre ellas sigue disminuyendo, las fuerzas de cohesión aumentarán más y llegará un momento que son lo suficientemente intensas como para impedir que las moléculas puedan desplazaras, obligándolas a ocupar posiciones fijas, el SISTEMA MATERIAL se ha convertido en un sólido.

viernes, julio 28, 2006

Experimento: Agitación Térmica

Aquí comprobaremos que, a mayor temperatura, se produce un incremento del movimiento de las partículas que componen un material.








El experimento del té nos da cuenta de lo anterior. El té se mezcla rápidamente en el vaso que está a mayor temperatura, puesto que sus moléculas se moverán mucho más rápido en la taza con agua caliente que en la taza con agua fría. Este mismo efecto se puede observar cuando lavamos ropa. Cuando se lava con agua caliente, la agitación térmica (movimiento de las partículas) acelera el proceso de limpieza y desmanchado, favoreciendo de esta forma la acción de los químicos presentes en el detergente.

martes, julio 25, 2006

Estados de la Materia

Sólido: Un sólido es una sustancia formada por moléculas que se encuentran estrechamente unidas entre sí mediante una fuerza llamada fuerza de cohesión, las particulas están muy unidas, y solo vibran en su puesto .
La disposición de estas moléculas le da un aspecto de dureza y de rigidez con el que frecuentemente se le asocia.

La forma definida de los sólidos es producto de la fuerza de cohesión que mantiene unidas a las moléculas.

Los sólidos son duros y presentan dificultad para comprimirse. Esto se explica porque las moléculas que los forman están tan cerca, que no dejan espacios entre sí. Si miras a tu alrededor, notarás que todos los sólidos tienen una forma definida. Esta característica se mantiene, salvo que actúe sobre ellos una fuerza tan grande que los deforme.

Los Sólidos

Tienen forma definida

Tienen dificultad para comprimirse

Los sólidos pueden identificarse por estas dos propiedades generales. Si agrupas sobre una mesa un elástico, un vidrio, plasticína, una piedra, un plato y una cuchara, podrás decir que todos ellos son sólidos; sin embargo, cada uno de ellos es diferente del otro. Ahora la observación te permitirá hacer una clasificación.

Líquido: Un líquido es una sustancia formada por moléculas que están en constante movimiento de desplazamiento y que se deslizan unas sobre las otras.
La disposición de estas moléculas le da un aspecto de fluidez con la que frecuentemente se les asocia.

¿A qué se debe que los líquidos cambien de forma?

Si aplicas fuerza sobre la superficie del agua de una cubeta, observarás que ésta pierde su aspecto inmóvil y que puedes distinguir su movimiento a través de la formación de ondas en la superficie.

Los líquidos son fluidos porque no tienen forma propia, sino que adoptan la forma del recipiente que los contiene. Por ejemplo, si echas igual cantidad de un líquido en un tubo de ensayo, a un plato o en una botella, éstos adoptarán la forma de cada uno de estos objetos. Si observas algunos líquidos notarás que ninguno de ellos tiene forma definida y que, al igual que los sólidos, tampoco pueden comprimirse. Si intentas comprimir el agua de la cubeta notarás que se escurre hacia los lados, pero que no disminuye su volumen.

La forma indefinida de los líquidos se debe a que la fuerza de atracción que mantiene unidas las moléculas es menos intensa que la fuerza que mantiene unidas las moléculas de los sólidos. Alguna vez habrás jugado a echarle agua a una jeringa y habrás empujado el émbolo. ¿Qué has observado?

¿Por qué los líquidos son incompresibles?

Los líquidos son incompresibles porque las moléculas que los constituyen están tan unidas que no pueden acercarse más; sólo pueden deslizarse las unas sobre las otras.

Los Líquidos

Tienen forma indefinida

Son incompresibles

Gaseoso: Un gas es una sustancia formada por moléculas que se encuentran separadas entre sí.

Esta disposición molecular le permite tener movilidad, por lo que no posee forma propia y puede comprimirse. En él la fuerza de cohesión es nula y ha sido remplazada por la fuerza de repulsión entre las moléculas.

Los gases no poseen forma propia, porque las moléculas que los forman se desplazan en todas direcciones y a gran velocidad; por esta razón los gases ocupan grandes espacios. El olor a comida que se prepara en la cocina se esparce por toda la casa con rapidez, porque las moléculas tienden a ocupar todo el espacio disponible.

¿Por qué los gases pueden comprimirse?

Los gases pueden comprimirse debido a la disposición separada de las moléculas que los compone. Si aplicas una fuerza intensa al émbolo de una jeringa con aire y tapas con el dedo su extremo anterior, notarás que el espacio ocupado por el gas disminuye. Esto se debe a que las moléculas se acercan entre sí y ocupan un menor espacio, el cual depende de la magnitud de la fuerza aplicada.

Los Gases

No tienen forma propia

Pueden comprimirse

Conclusión

A partir de los estudios y experimentos realizados, podemos concluir que los estados de la materia están directamente proporcionados con la temperatura y la presión que a éste se le ejerce.

El experimento realizado nos presenta el cómo las moléculas se excitan con el calor que a éstas se les aplica; el calor aplicado está en directa proporción a la excitación que tengan las moléculas.

martes, julio 18, 2006

Glosario

Temperatura: se mide con un termómetro y es una medida relacionada con la energia cinetica y moléculas que forman un cuerpo.

T.C.M: modelo cinetico de la materia que la considera constituida por particulas en constante movimiento. Asocia la temperatura de yn cuerpo con la energia cinetica media. Estas pueden trasladarse (gases y liquidos) y vibrar en torno a posiciones de equilibrio (sólidos).

Presión: se define como la fuerza por unidad de superficie

Fuerza: Se denomina fuerza a cualquier acción o influencia capaz de modificar el estado de movimiento o de reposo de un cuerpo, es decir, de imprimirle una aceleración.

Movimiento: Es el resultado de todo tipo de cambio o variación. De acuerdo con este criterio el movimiento puede ser: Social, económico, biológico, físico... El movimiento mecánico es el tipo más elemental de movimiento.