A MEDIDA
CONCEPTOS BÁSICOS
MAGNITUDE FÍSICA : propiedade dos corpos que se pode medir. Non son magnitudes físicas o odio, a fame, os sentimentos…
MEDIR : é comparar unha cantidade descoñecida de certa magnitude con outra cantidade perfectamente coñecida desa mesma magnitude.
UNIDADE : é unha cantidade establecida para cada magnitude que se emprega para medir.
SISTEMA DE UNIDADES : é un conxunto ordenado de unidades de medida que garda entre sí relacións definidas e sinxelas. O sistema máis coñecido é o Sistema Internacional de Medidas (SI).
MAGNITUDES, UNIDADES E SÍMBOLO : masa, quilogramo, kg – lonxitude, metro, m – tempo, segundo, s – temperatura, kelvin, k – velocidade, metro/seg., m/s – superficie, metro cuadrado, m2 – volume, metro cúbico, m3 – densidade, quilogramo/metro cúbico, kg/m3.
As magnitudes poden ser de dous tipos :
- MAGNITUDES FUNDAMENTAIS : son aquelas máis sinxelas que non dependen de ningunha outra (EX: masa, lonxitude, tempo, temperatura).
- MAGNITUDES DERIVADAS : son aquelas que se obteñen por combinación de outras (EX: velocidade, superficie, volume, densidade).
As magnitudes tamén se poden clasificar en :
- MAGNITUDES ESCALARES (tempo, masa, volume, densidade, temperatura) : quedan determinadas por un valor numérico e a unidade de medida.
- MAGNITUDES VECTORIAIS (velocidade, aceleración, forza) : represéntase por un vector (segmento orientado no espacio) con módulo (valor numérico), dirección (línea recta sobre a que actúa) e sentido (é o indicado pola punta da frecha).
MÚLTIPLOS E SUBMÚLTIPLOS
Para expresar cantidades moi grandes ou moi pequenas dalgunha magnitude non resulta cómodo expresalas nas unidades que marca o sistema internacional, por esa razón úsanse múltiplos e submúltiplos :
hexa, H, 10 - peta, P, 10 - tera, T, 10 xiga, G, 10 - mega, M, 10 - kilo, K, 10 - hecto, ha, 10 - deca, da, 10 – unidade, 1 – deci, d, 0,1 = 10 - centi, c, 0,01 = 10 - mili, m, 0,001 = 10 - micro, , 10 -
nano, n, 10 - pico, p, 10 - fento, f, 10 - alto, a, 10
NOTACIÓN CIENTÍFICA
Exemplo à Expresa 40.500.000 en notación científica.
Na práctica calquera número enteiro ten a coma detrás do último díxito aínda que non se especifique:
40.500.000 à 40.500.000’0
Para expresalo en notación científica temos que mover a coma o número de veces necesario para deixalo despois do último díxito. Neste caso necesitamos desprazar a coma 7 lugares cara a esquerda. Isto significa que para expresar o número hai que multiplicar por 107. Polo tanto a cantidade queda : 4’05 x 107
- Se o número é menor ca 1 movemos a coma á dereita, o número de veces necesario para que quede despois do primeiro díxito. Sempre nos queda unha potencia negativa.
Ejemplo à Expresa 0’00136 en notación científica.
Neste caso movemos a coma á dereita ata despois do primeiro díxito distinto de cero. Neste caso necesi
tamos desprazar a coma 3 lugares cara a dereita. Isto significa que para expresar o número hai que mul
tiplicar por 10-3. Polo tanto a cantidade queda : 1’36 x 10-3
- CIFRAS SIGNIFICATIVAS : Son o número de cifras que ten valor real. Unha regra que se pode empregaré considerar tódalas cifras diferentes de cero que non esté nin a esquerda nin a dereita coma cifras significativas (2305 ten 4 cifras significativas - 2350 ten tres cifras s. - 0,0234 ten tres cifras s.).
- REDONDEO : para reducir cifras decimais ou enteiras (3,141526 = 3,14 – 3,2876 = 3,29)
CAMBIO DE UNIDADES CON FACTORES DE CONVERSIÓN
Por exemplo si queremos pasar 1 kilometro a metros procederemos da seguiente forma:
- Escribimos as unidades do factor de conversión:
Si a unidade que queremos cambiar se atopa no numerador :
Si a unidade se atopa no denominador :
- Preguntamos á unidade máis grande do factor de conversión para atopar a equivalencia:
nos dous exemplos anteriores preguntámoslle ao kilómetro, ¿1 kilómetro cantos metros ten?
a) Calculamos O factor de conversión preguntándolle á maior das unidades:
Expresamos o resultado en notación científica:
b) Calculamos o factor de conversión preguntándolle á maior das unidades:
Expresamos o resultado en notación científica :
c) neste caso temos que cambiar dúas unidades, polo tanto necesitamos dous factores de
conversión :
e) neste último caso temos que realizar dous cambios de unidades e unha das unidades esta elevada ao cubo:
ESCALAS DE VOLUMEN : kl = m3 - l = dm3 - ml = cm3
O ERRO NA MEDIDA
Cando se toman medidas cométense erros. Poden ser :
- ERROS SISTEMÁTICOS : débese a un erro no aparello de medida ou un mal uso do aparello e pódense evitar aprendendo o uso correcto dos aparellos e coa práctica.
- ERROS ALEATORIOS : son erros que aparecen ao azar (derramamos un líquido, o aparello estaba sucio ou unha corrente de aire alterou a medida) e para correxilos tómanse varias medidas e calcúlase o valor medio (que se pode tomar como verdadeiro). Para saber se unha medida foi ben ou mal tomada, colócase o erro absoluto (é a diferencia entre o valor desa medida e o valor medio). O erro relativo mide a importancia do erro cometido e adoita expresarse en tanto por cento (%).
Ex : Medidas de tempo dun percorrido efectuadas por diferentes alumnos : 3,01 s; 3,11 s; 3,20 s; 3,15 s
1. Valor que se considera exacto:
2. Errores absoluto y relativo de cada medida:
Medidas
|
Errores absolutos
|
Errores relativos
|
3,01 s
|
3,01 - 3,12 = - 0,11 s
|
-0,11 / 3,12 = - 0,036 (- 3,6%)
|
3,11 s
|
3,11 -3,12 = - 0,01 s
|
-0,01 / 3,12 = - 0,003 (- 0,3%)
|
3,20 s
|
3,20 -3,12 = + 0,08 s
|
+0,08 / 3,12 = + 0,026 (+ 2,6%)
|
3,15 s
|
3,15 - 3,12 = + 0,03 s
|
+0,03 / 3,12 = + 0,010 (+ 1,0%)
|
- INCERTIDUME : a incertidume dun valor medido depende da técnica empregada e indica a máxima diferencia que pode existir entre o que se mide e o valor real (EX: se medimos unha mesa cun metro normal, poderíamos dar un dato de 52,3 mm, sen embargo se a mesma mesa a medimos cunha regra que só marca cm o dato sería de 5,23 cm).
ESTADO DE AGREGACIÓN DA MATERIA
Materia é todo aquilo que ten masa e ocupa un espacio, é dicir, que ten volume. Pódese
clasificar en
dous grandes grupos :
- SUBSTANCIAS PURAS : están formadas por un único compoñente. Poden ser substancias simples,
formadas por un único tipo de átomo (osíxeno).
- COMPOSTOS : están formados por dous ou máis elementos químicos unidos entre sí en proporcións fixas (auga, H2O - sal de cociña, Nacl - azucre, cnH22).
MESTURAS
Están formadas por dous ou máis substancias. Poden ser :
- MESTURAS HETEROXÉNEAS : non é uniforme e distínguense os seus compoñentes a simple vista (granito).
- MESTURAS HOMOXÉNEAS : chámanse tamén disolucións, nelas os seus compoñentes non se distinguen a simple vista e están perfectamente mesturados (auga e sal – auga e alcohol – bronce – latón).
SEPARACIÓN DE MESTURAS
MÉTODOS BASEADOS NO GROSOR DAS PARTÍCULAS
- FILTRACIÓN : serve para separar un sólido do líquido co que está mesturado. O filtro permite o paso do líquido e retén as partículas do sólido (café, area e auga)
- PEINERADO:para separar sólidos de distinto tamaño mediante un tecido de arame (area fina da grosa)
MÉTODOS BASEADOS NA DENSIDADE DAS SUBSTANCIAS
- DECANTACIÓN : utilizase para separar líquidos inmiscibles, que non se poden mezclar, mediante un funil (aceite e auga)
- SEDIMENTACIÓN : para separar sólidos en suspensión en líquidos (auga con terra, glóbulos vermello no sangue)
MÉTODOS BASEADOS NO DIFERENTE PUNTO DE EBULICIÓN
- DESTILACIÓN : permite separar 2 ou máis líquidos con diferente punto de ebulición (auga e alcohol)
- EVAPORACIÓN : deixase evaporar a temperatura ambiente o líquido para recuperar a parte sólida disolta (obtención de sal nas salinas)
ESTADOS DE AGREGACIÓN
A DENSIDADE : é a relación que hai entre a masa e o volume dun corpo D = masa (m) / volumen (v)
Chámanse estados de agregación ás formas en que a materia se pode atopar. Poden ser sólidos, líquidos e gasosos. A existencia dos tres estados explícase mediante a teoría cinética. As partículas que forman a materia están en movemento continuamente, de maneira que segundo o movemento que experimenta a materia pode atoparse nun estado distinto :
-SOLIDOS : teñen forma e volume constantes, as partículas están fortemente unidas por forzas de cohesión e ocupan posicións fixas arredor das cales vibran, pero non se desplazan entre elas.
- LÍQUIDOS : teñen forma variable e volume constante, as partículas vibran e rotan, movéndose entre elas, por esta razón ocupan as partes máis baixas do recipiente que as contén. As forzas de unión entre elas son moito máis febles ca nos sólidos.
- GASES : teñen forma e volume variables, as partículas vibran, rotan e trasládanse en completo desorde, de maneira que ocupan a totalidade do recipiente que os contén, chocando entre elas e coas paredes do recipiente. Estes choques son os responsables da presión que exerce o gas. Se o recipiente está aberto, escapa.
A LEI DOS GASES
Os gases teñen un comportamento característico debido a que as partículas do mesmo estanse movendo
Continuamente. Ao estudar o estado dun gas hai que ter en conta varios factores :
- A TEMPERATURA : a temperaturas altas as partículas móvense máis (axitación térmica).
- O VOLUME : o gas ocupa todo o volume dispoñible.
- A PRESIÓN : é unha medida dos choques das partículas de gas contra as paredes do recipiente onde está contido.
Estes tres factores chámanse variables de estado e é necesario coñecer os tres para saber o estado dese gas. Se variamos un deses factores necesariamente vai variar algún dos outros :
- SI T É CONSTANTE (lei de Boyle-Mariotte) : a súa presión aumenta ao diminuir o seu volume – a súa presión diminue ao aumentar o seu volume. P1 x V1 = P2 x V2
- SI P É CONSTANTE (1ª lei de Charles e Gay-Lussac) : o seu volume aumenta ao elevar a temperatura – o seu volume diminue ao baixar a temperatura. V1/T1 = V2/T2
- SI V É CONSTANTE (2ª lei de Charles e Gay-Lussac) : a súa presión aumenta si aumentamos a temperatura - a súa presión diminue ao diminuir a temperatura P1/T1 = P2/T2
A escala de temperaturas normalmente usada é a Celsius(ºC), aínda que no S.I úsase a escala Kelvin, de maneira que: K = ºC + 273 ºC = K - 273
A unidade de presión máis utilizada é a atmosfera (atm). Outra unidade de presión é o milímetro de mercurio (mm Hg) sendo a equivalencia 1atm = 760 mm Hg
Algúns autores falan dun cuarto estado. Nesta situación a materia atópase a alta temperatura e os áto-
mos están parcialmente rotos. Isto ocorre no interior do sol e nos reactores nucleares.
A ecuación xeral dos gases perfectos : P1 x V1/T1 = P2 x V2/T2
CAMBIOS DE ESTADO
Desde o punto de vista da teoría cinética, unha substancia cambia de estado cando as partículas da que está formada móvense de menos a máis. Iso ocorre a media que a temperatura aumenta (hai que lembrar que a temperatura é unha media do movemento das partículas dun corpo). Todo cambio de estado está condicionado polos valores da presión e a temperatura, pero é a temperatura a variable que máis influe, pois si modificamos convenientemente a temperatura dunha substancia, esta pode pasar dun estado de agregación a outro diferente. Durante un cambio de estado a temperatura non varía.
TIPOS DE CAMBIOS DE ESTADO
Cambios de estado que teñen lugar QUENTANDO a materia :
- FUSIÓN : é o paso de sólido a líquido pola acción da calor (xeo a auga líquida). A temperatura á cal unha substancia pura funde á presión dunha atmósfera denomínase punto de fusión. No caso da auga o punto de fusión é de 0ºC.
- VAPORIZACIÓN : é o paso de líquido a gas pola acción da calor. Podemos distinguir dous tipos de vaporización: evaporación, ocorre na superficie dun líquido a calquera temperatura (secado de un charco, secado de la ropa, obtención de la sal del mar) e ebulición, ocorre en toda a masa dun líquido a unha temperatura determinada para unha presión dada. A temperatura a cal ferve un líquido puro á presión de unha atmósfera denomína punto de ebulición. No caso da auga o punto de ebulición é de 100ºC.
- SUBLIMACIÓN : é o paso directo de sólido a gas, sen pasar por líquido, pola acción da calor.
Cambios de estado que teñen lugar ENFRIANDO a materia :
- SOLIDIFICACIÓN : é o paso de líquido a sólido por pérdida de calor
- CONDENSACIÓN : é o paso de gas a líquido por pérdida de calor
- SUBLIMACIÓN INVERSA : é o paso directo de gas a sólido, sen pasar por líquido, por pérdida de calor
GRÁFICAS DE QUECEMENTO E ENFRIAMENTO
AO analizar unHa gráfica deste tipo haberá que especificar onde hai un cambio de estado, para iso deberemos observar nela a existencia de tramos horizontais onde a temperatura non varía.
GRÁFICA DE QUECEMENTO DUNHA SUBSTANCIA
GRÁFICA DE ENFRIAMENTO DUNHA SUBSTANCIA
CÁLCULO DA CALOR
ABREVIACIÓNS QUE HAI QUE SABER : Lf = calor de fusión – Q = calor en cal ou j – m = masa en kg ou g – Ce = calor específico – AT = aumento de temperatura – Tf = temperatura final – Ti = temperatura inicial - Lv = calor de vaporización
CALOR ESPECÍFICO DALGUNHAS SUBSTANCIAS : auga = 1 cal/gºC – xeo = 0,50 cal/gºC – vapor = 0,46 cal/gºC – ferro = 0,11 cal/gºC
CALOR LATENTE DE FUSIÓN DALGUNHAS SUBSTANCIAS : auga = 80 cal/g – ferro = 6 cal/g
CALOR LATENTE DE VAPORIZACIÓN DALGUNHAS SUBSTANCIAS:auga =540 cal/g – aire=51cal/g
CALCULAR AUMENTO DA TEMPERATURA : Q = m · ce · At
CALCULAR O EQUILIBRIO TÉRMICO : nun proceso de mestura de dous corpos a distinta temperatura, a cantidade de calor cedida polo corpo quente será igual á cantidade de calor absorbida polo corpo frío
ata alcanzar o equilibrio térmico : Q cedido = Q absorbido
EX: Sexa a temperatura do corpo quente t 1, a súa masa m 1 e o seu calor específico c 1
Sexa a temperatura do corpo frío t 2, a súa masa m 2 e o seu calor específico c 2
Sexa t m a temperatura final de equilibrio :
Como Q cedido = Q absorbido ==> m 1 · c 1 · (t 1 - t m) = m 2 · c 2 · (t m - t 2)
CALCULAR CAMBIOS DE ESTADO : Lf = m/Q ou Q = m · Lf - Lv = m/Q ou Q = m · Lv
DISOLUCIÓNS
Unha disolución é unha mestura homoxénea e uniforme formada por varias substancias puras en pro
está en maior proporción e soluto á que se atopa nunha proporción menor. A auga é o disolvente máis común. Nunha disolución de auga e sal a auga é o disolvente e a sal o soluto. Tipos de disolucións :
DISOLVENTE LÍQUIDO
- SOLUTO LÍQUIDO : auga (disolvente) e alcohol (soluto)
- SOLUTO GASOSO : gaseosa = auga (disolvente) + dióxido de carbono (soluto)
- SOLUTO SÓLIDO : auga (disolvente) con sal (soluto)
DISOLVENTE GASOSO
- SOLUTO LÍQUIDO : néboa = aire (disolvente) + auga (soluto)
- SOLUTO GASOSO : aire = nitróxeno (disolvente) + osíxeno (soluto)
- SOLUTO SÓLIDO : fume con cinsas = aire (disolvente) + cinsa (soluto)
DISOLVENTE SÓLIDO
- SOLUTO LÍQUIDO : amalgamas = mercurio (disolvente) + outro metal (soluto)
- SOLUTO GASOSO : superficie de fornos autolimpiables = material das paredes (disolvente) + gases desprendidos dos alimentos (soluto)
- SOLUTO SÓLIDO : aceiro = ferro (disolvente) + carbono (soluto)
Chámase concentración dunha disolución á relación entre a cantidade de soluto e a cantidade de disolvente ou de disolución. Pode expresarse de varias maneiras :
- % EN MASA : é a masa de soluto que hai en 100 g de disolución : % en masa = masa soluto/masa disolución x 100 - coñecendo o % en masa e os gramos dunha solución pódese calcular os gramos de soluto : g de soluto = % masa x g de solución / 100 – coñecendo o % masa e os gramos de soluto pódese calcular os gramos de solución: g de solución = g de soluto / % masa x 100
- % EN VOLUME : é o volume de soluto que hai por cada 100 unidades de volume de disolución.
% en volume = volume soluto/volume disolución x 100 – coñecendo o % volume e os ml solución pódese calcular os ml de soluto : ml soluto = % volume x ml de solución / 100 - coñecendo o % volume e os ml de soluto pódese calcular os ml de solución : g de solución = g de soluto / % volume x 100
- CONCENTRACIÓN EN G/L : indica a masa de soluto expresada en gramos que hai por litro de disolución : concentración en g/L = masa soluto (g) / volume disolución (L)
- CONCENTRACIÓN MOLAR : é a cantidade de moles de soluto que hai en cada litro de disolución.
- SOLUBILIDADE DUNHA SUBSTANCIA : é á máxima cantidade de soluto que se disolve nun disolvente a unha temperatura determinada. É a característica de cada substancia. Exprésase en g/L.
