Apuntes de Física y Química – 3º ESO
1. Introducción y conceptos básicos
Definiciones
- Física: Ciencia que estudia todo aquello que se puede medir (longitud, velocidad, tiempo ... ).
- Química: Ciencia que estudia la materia y sus transformaciones (ejemplo: hierro atacado por ácido, papel que arde).
- Medir: Comparar un valor con otro considerado patrón o unidad.
- Magnitud: Todo aquello que se puede medir (masa, temperatura, superficie ... ).
Diferencia entre medida, cantidad y unidad
Ejemplo: 47 ºC
- Medida: 47 ℃ (todo el conjunto).
- Cantidad: 47 (el número).
- Unidad: ℃ (símbolo de la unidad).
Magnitudes
- Fundamentales: Longitud, masa, tiempo, temperatura, intensidad de corriente, cantidad de sustancia, intensidad luminosa.
- Derivadas: Velocidad, densidad, volumen, fuerza, etc.
Sistema Internacional de Unidades (S.I.)
- Creado en 1960 para unificar criterios.
- 7 unidades básicas: metro (m), kilogramo (kg), segundo (s), kelvin (K), amperio (A), mol (mol), candela (cd).
- A partir de ellas se obtienen las derivadas.
- En el Museo de Pesas y Medidas (Sevrés, París) se conservan patrones históricos como el metro y el kilogramo.
Escala de múltiplos y submúltiplos
- Múltiplos: unidades mayores que la central.
- Submúltiplos: unidades menores que la central.
- Atención: cuando las unidades están elevadas a 2 (área) o 3 (volumen), cada salto equivale a 100 y 1000 respectivamente.
Notación científica
- Se usa para expresar números muy grandes o muy pequeños como potencias de 10.
300000000 g = 3 · 10⁸ g
0,000234 m = 2,34 · 10-⁴ m
Redondeo: 75,345 s ≈ 75,35 s
0,000234 m = 2,34 · 10-⁴ m
Redondeo: 75,345 s ≈ 75,35 s
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2. El trabajo de los científicos
2.1 Método científico
- Observación: ¿Por qué un trozo de corcho flota y una piedra se hunde?
- Hipótesis: Los cuerpos flotan si su densidad es menor que la del líquido.
- Experimentación: Diseñar experimentos en condiciones controladas.
- Conclusiones: Confirmar o refutar la hipótesis.
- Divulgación: Publicar los hallazgos para que otros científicos los contrasten.
2.2 Ejemplo aplicado: La densidad
| Etapa | Ejemplo (densidad) |
|---|---|
| Observación | Un trozo de poliexpán flota en agua, una roca se hunde. |
| Hipótesis | 1ª: "Los cuerpos blancos flotan y los oscuros se hunden". 2ª: "Los cuerpos flotan si su densidad es menor que la del líquido". |
| Experimentación | Se prueban objetos claros y oscuros. Se observa que algunos claros se hunden (huevo) y algunos oscuros flotan (tapón de botella). |
| Conclusión | Se descarta la 1ª hipótesis. Se confirma la 2ª. Ley de Arquímedes: d = m/V. |
| Divulgación | Publicación en revistas, libros, internet, etc. |
Ideas clave: El método científico no es un camino fijo, pero siempre busca comprobar hipótesis con datos. Una ley describe un hecho con lenguaje matemático. Una teoría integra varias leyes y explica fenómenos más amplios. La densidad es un ejemplo perfecto para aplicar el método científico en el laboratorio.
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3. La materia y sus estados
3.1 Concepto de materia
- Todo lo que tiene masa (m) y ocupa un lugar en el espacio (volumen, V).
- Ejemplo: un libro, el aire, el agua ... todo es materia.
3.2 Estados de la materia
| Estado | Características |
|---|---|
| Sólido | Forma y volumen definidos. Partículas muy juntas, vibran en posiciones fijas. |
| Líquido | Volumen definido, forma variable. Partículas más separadas, se deslizan unas sobre otras. |
| Gas | Ni forma ni volumen definidos. Ocupan todo el espacio disponible. Partículas muy separadas y en movimiento rápido. |
| Plasma | Estado especial: gas con partículas cargadas eléctricamente (ejemplo: el Sol). |
3.3 Cambios de estado
| Cambio | De - A | Ejemplo |
|---|---|---|
| Fusión | Sólido - Líquido | Hielo → agua |
| Solidificación | Líquido - Sólido | Agua → hielo |
| Vaporización | Líquido - Gas | Agua → vapor |
| Condensación | Gas - Líquido | Vapor → agua |
| Sublimación | Sólido - Gas | Hielo seco → gas |
| Deposición (o sublimación inversa) | Gas - Sólido | Vapor → escarcha |
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3.4 La densidad
- Definición: Relación entre la masa y el volumen de un cuerpo.
d = m / V
- Unidades: S.I.: kg/m³ · Habitual: g/cm³
- Ejemplo: Un bloque de hierro de 1 cm³ pesa 7,8 g → densidad = 7,8 g/cm³.
Un bloque de poliexpán del mismo volumen pesa 0,02 g → densidad = 0,02 g/cm³.
La densidad explica por qué unos cuerpos flotan y otros se hunden.
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3.5 Teoría cinético-molecular (TCM)
Explica el comportamiento de la materia a nivel microscópico. Postulada por Maxwell, Boltzmann y Clausius.
- La materia es discontinua: formada por partículas muy pequeñas separadas entre sí.
- Las partículas están siempre en movimiento (vibran o se desplazan).
- Entre ellas existen fuerzas de cohesión (atraen) y repulsión (separan).
Si predominan las fuerzas de cohesión → estado sólido.
Si hay equilibrio → estado líquido.
Si predominan las fuerzas de repulsión → estado gaseoso.
3.6 Esquema resumen
MATERIA
Estados: Sólido · Líquido · Gas · Plasma
Cambios de estado: Fusión / Solidificación · Vaporización / Condensación · Sublimación / Sublimación inversa
Propiedades: Densidad (d = m/V)
Estados: Sólido · Líquido · Gas · Plasma
Cambios de estado: Fusión / Solidificación · Vaporización / Condensación · Sublimación / Sublimación inversa
Propiedades: Densidad (d = m/V)
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4. Los gases y sus leyes
4.1 Variables de estado
- Presión (P): fuerza/área. Se mide con barómetro (atmósfera) o manómetro (recipientes).
Unidades: Pascal (Pa), atm, mmHg, bar.
Equivalencias: 1 atm = 760 mmHg ≈ 1 bar = 10^5 Pa. - Volumen (V): espacio ocupado. Unidad S.I.: m³.
Equivalencias: 1 L = 1 dm³; 1 mL = 1 cm³. - Temperatura (T): grado de agitación de partículas. Unidad S.I.: Kelvin (K).
Conversión: ºC + 273 = K.
4.2 Leyes de los gases
- Ley de Boyle-Mariotte (T constante): P·V = k. Ejemplo: reducir volumen a la mitad → presión se duplica.
- Ley de Charles (P constante): V/T = k. Ejemplo: al calentar un globo, aumenta su volumen.
- Ley de Gay-Lussac (V constante): P/T = k. Ejemplo: en recipiente cerrado, al aumentar T aumenta P.
4.3 Ley combinada
(P₁ · V₁)/T₁ = (P₂ · V₂)/T₂
Permite calcular el estado final de un gas cuando cambian presión, volumen y temperatura.
4.4 Esquema resumen
Boyle (T cte): P·V = k
Charles (P cte): V/T = k
Gay-Lussac (V cte): P/T = k
Ley combinada: (P₁·V₁)/T₁ = (P₂·V₂)/T₂
Charles (P cte): V/T = k
Gay-Lussac (V cte): P/T = k
Ley combinada: (P₁·V₁)/T₁ = (P₂·V₂)/T₂
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