6º Naturais U-3: Materia e enerxía

A materia e a enerxía: os ladrillos do Universo:

Nesta unidade imos aprender como funciona o Universo. Nel todo é enerxía, materia e espazo. Empecemos pola materia.

Propiedades xerais da materia

As propiedades xerais da materia son dúas: a masa e o volume.

• A masa: é a cantidade de materia que ten un corpo. A masa dun corpo mídese en gramos ou nos seus múltiplos e divisores: kilos, toneladas, miligramos, microgramos...

• O volume: é o espazo que ocupa ese corpo. O volume dun corpo mídese en metros cúbicos ou nos seus múltiplos e divisores.

Composición da materia

A materia está formada por átomos, que son a parte máis pequena na que podemos dividir a materia. Os átomos combínanse pegándose uns aos outros, mediante os chamados enlaces químicos, e forman moléculas . As moléculas constitúen as diferentes substancias que existen.

A materia cambia

A materia non sempre se mantén igual, senón que sofre cambios continuos. Podemos organizar os cambios en dous tipos:

Segundo a súa permanencia

• Reversibles: se a materia pode recuperar o seu estado inicial. Chámanse cambios físicos. Por exemplo, o xeo pódese fundir para formar auga, pero poderiamos volver a obter xeo se a arrefriamos de novo. O exemplo principal de cambio físico é o cambio de estado que veremos máis abaixo.

• Irreversibles: se a materia non pode recuperar o seu estado inicial. Estes cambios máis profundos chámanse cambios químicos. Como veremos máis adiante, consisten en reaccións químicas de dous ou máis compoñentes chamados reactivos.

Exercicios

1: Define materia. Cales son as propiedades fundamentais da materia?

2: Que son os átomos? E as moléculas?

3: Tipos de cambios segundo a súa permanencia na materia. Responde mediante un esquema.

As características principais dos diferentes estados son:

Sólido: conserva a forma e o volume. Se trasladas unha rocha dun lugar a outro non cambia o seu aspecto.

Líquido: forma variable e volumen constante. Se cambias a forma do recipiente, cambia a forma da auga.

Gasoso: non ten forma nin volumen constantes. Un gas tende a encher todo o espacio dispoñible, repartíndose polo recipiente (habitación, lugar...).

OUTROS CAMBIOS FÍSICOS

Grazas á maior ou menor temperatura, suceden outros cambios físicos, como por exemplo a dilatación e contracción dos corpos.

• 1. Dilatación e contracción A temperatura fai referencia ao quente ou frío que está un corpo. Mídese cun termómetro. Cando dous corpos están a diferente temperatura prodúcese unha transferencia de enerxía entre eles en forma de calor.

• • Se un corpo recibe calor, aumenta a súa temperatura. Ademais, prodúcese unha dilatación, é dicir, aumenta o seu volume.

  • Se un corpo emite calor, baixa a súa temperatura. Ademais, prodúcese unha contracción, é dicir, diminúe o seu volume.

Sesións 3 : Cambios químicos

• Cambios Irreversibles: se a materia non pode recuperar o seu estado inicial. Chámanse cambios químicos. Por exemplo, cando arde un papel, fagamos o que fagamos, xa non poderemos recuperar o papel, transformouse noutro tipo de materia mediante unha reacción química. Os interviñentes nunha reacción química son os reactivos (que reaccionan un co outro) e producen un produto novo. Por exemplo os reactivos hidróxeno e osíxeno poden producir auga. A principal forma de cambio irreversible é a oxidación, é dicir, a combinación química co osíxeno.

Á oxidación rápida que se produce en presenza de altas temperaturas, chámaselle combustión (que é o proceso de queimar un combustible nun ambiente con osíxeno).

Outra das reaccións químicas máis habituais é a fermentación, que se produce pola acción de outros seres vivos coma, por exemplo, bacterias.

Sesión 4: Propiedades específicas (ou características) da materia

A dureza.

A dureza dun corpo é a resistencia que ten para ser raiado por outro. O corpo natural máis duro que podemos atopar é o diamante. Os corpos máis brandos son semellantes ao talco.

As propiedades características ou específicas son as que diferencian uns materiais doutros.

Son: dureza, elasticidade, condutividade, solubilidade e densidade.

- Elasticidade: a goma para suxeitar o cabelo recupera a forma ao quitala, a plastilina non recupera a forma despois de presionala. Segundo esta propiedade, os cuerpos poden ser elásticos ou ríxidos.

- Densidade. Por que non se mestura o aceite na auga? Ou por que flota un cacho de ferro no mercurio? Teñen distinta densidade.

Por exemplo, a auga é unha substancia pura. Podemos atopar auga en diferentes lugares, pero busquemos onde busquemos, a auga ten sempre a mesma composición, xa que está sempre formada polos mesmos tipos de átomos que se combinan sempre do mesmo modo. Ademais, podemos filtrala, quentala, arrefriala... pero a auga non se transformará noutro tipo de substancia.

As mesturas: a súa composición varía. As mesturas están formadas por dous ou máis tipos de substancias puras que si se poden separar por métodos físicos.

A auga de mar é unha mestura que está formada por auga e sales. As características da auga de mar dependerán da proporción en que se atopen cada unha das substancias que a forman. Ademais, como imos ver a continuación, existen métodos que nos permiten separar a auga dos sales.

Tipos de mesturas

As mesturas poden ser de dous tipos:

Mesturas heteroxéneas: Nelas é posible diferenciar as substancias que a forman, a simple vista (como nunha ensalada) ou ben empregando instrumentos ópticos como microscopios ou lupas. Unha tableta de chocolate con améndoas ou o granito son exemplos de mesturas heteroxéneas.

Mesturas homoxéneas ou disolucións: Nelas non é posible diferenciar as substancias que as forman a simple vista, nin empregando instrumentos ópticos. Son uniformes porque cada unha das partes da mestura ten as mesmas propiedades. A auga do mar é un exemplo de mestura homoxénea.

Hai disolucións nas que as substancias que se mesturan teñen diferentes estados. A máis frecuente é un sólido nun líquido, como azucre disolto en auga.

A substancia máis abundante dunha disolución denomínase disolvente e a menos abondosa é o soluto. As disolucións poden estar formadas por un disolvente e un ou varios solutos.

Métodos de separación de mesturas

Para poder separar os compoñentes dunha mestura é necesario analizar as características das substancias que a forman. Aproveitaremos algunha das diferenzas nas propiedades destas substancias para efectuar a separación. Algúns métodos dos que dispoñemos para facer a separación de substancias son:

Filtración. Este método emprégase para separar mesturas heteroxéneas formadas por un líquido e un sólido que non se pode disolver nel, como a area e a auga. Para aplicalo facemos pasar a mestura por un filtro. O filtro deixará pasar a auga pero non a area, polo que quedará retida nel.

Peneira ou criba, cedazo ou tamiz, filtrador ou filtro... son aparellos para filtrar.

Destilación. Podemos empregar este método para separar dous líquidos que se poden mesturar entre si. Este método baséase en que non todos os líquidos pasan ao estado gasoso á mesma temperatura, uns fano a temperaturas máis baixas que outros. A destilación aproveita esta propiedade.

Decantación: aproveitamos que as substancias da mestura teñen diferente densidade. A mestura de auga e aceite, a cortiza que flota na auga... Metemos nun recipiente a mestura, e facemos un buraco de saída pola parte de abaixo. Así sae o líquido máis denso, e podémolo separar do menos denso.

1. Fai un esquema cos métodos de separación de mesturas.

2. Debuxa un decantador e un alambique. Para que serve cada un?

3. Soltar na auga un puñado de trigo cheo de area, é un método de separación? Razoa por que.

Sesión 8 (control)

Sesións 9, 10, 11, 12 e 13: Proxecto Cámara Escura, é a sesión 13).

Vídeos:

Que é a enerxía?

Máis enerxía

Máis e maís enerxía (Podemos ver un anaco deste concursiño).

Que é a enerxía?

Trátase da pregunta máis interesante da física. Ten unha resposta moi doada, pero moi difícil de entender. A enerxía é todo, e está en todas partes. O Universo componse de enerxía e de materia... e a materia parece que tamén contén enerxía.

Non nosos mundo hai millóns de manifestacións de enerxía: un partido de fútbol, un coche que pasa, un can camiñando pola rúa... Cando comemos un bocata, obtemos enerxía

para as nosas células, que grazas a ela móvense e prosucen un traballo no noso corpo.

Para podermos comprender o que é esta enerxía, debemos simplificar un pouco a súa definición:

A enerxía é a capacidade de xerar cambios nos corpos, é dicir de producir un traballo. O traballo non é máis que unha forza que está a desprazar algo no espazo. A enerxía non se pode crear nin tampouco destruír, pero si se pode transformar un tipo de enerxía noutro.

As catro propiedades que ten a enerxía son:

1. Non se crea. A enerxía xa existe desde o principio do Universo.

2. Non se pode destruír.

3. Pódese transportar.

4. Pódese transferir dun corpo á outro.

A enerxía maniféstase de diferentes formas, por iso pode recibir diferentes nomes segundo o efecto que provoque. Temos: enerxía mecánica, electromagnética (eléctrica), luminosa, sonora, elástica, atómica, gravitacional, térmica, química... Hai un tipo de enerxía moi misteriosa chamada "escura" que serve para impulsar o propio Universo.

1. Como podemos definir a enerxía?

2. Cales son as catro propiedades da enerxía?

3. Cales son as diferentes formas nas que aparece a enerxía?

Existen varios tipos de enerxía: a enerxía mecánica, a lumínica, a sonora, a térmica, a química e a eléctrica.

É a que está relacionada co movemento dun corpo.

A enerxía mecánica é a capacidade dun corpo de moverse. Divídese en dous tipos:

• • Enerxía cinética: é a que ten que ver cos cambios de velocidade dun corpo.

  • Enerxía potencial: a enerxía almacenada.

A enerxía mecánica é a suma da enerxía potencial e a enerxía cinética.

Chamamos enerxía lumínica á que provén de corpos que emiten luz, como as lámpadas ou o Sol.

A enerxía lumínica é a cantidade de luz, visible ou non ao ollo humano. Trátase da enerxía que transportan e xeneran as ondas de luz.

A enerxía luminosa viaxa en liña recta á velocidade das ondas e da luz (300.000 km/s). Viaxa polo espazo (propágase) desde as estrelas ou outras fontes luminosas rebotando nos corpos e iluminándoos.

A luz branca é unha onda que se descompón nas cores do Arco da Vella cando pasa por un prisma transparente (as gotas da auga, por exemplo).

A luz branca tamén trae outras dúas compoñentes no seu espectro: a luz ultravioleta (que provoca graves danos á vida) e os raios infravermellos (que traen calor).

Os raios ultravioleta son invisibles e transmiten gran cantidade de enerxía: son perxudiciais para a nosa saúde. Ao chegaren á Terra, son absorbidos pola capa de ozono, que se converte nunha barreira vital ante estes raios. Sen capa de ozono non habería vida na superficie terrestre (só podería darse no mar).

Hai dous tipos de fontes luminosas: fontes naturais (ou luz natural) e artificiais (luz artificial).

LUZ NATURAL: a enerxía lumínica provén de fontes naturais. A meirande parte da luz que recibimos é producto de certo tipo de reaccións no sol e nas estrelas; ou os seus reflexos na lúa ou outros planetas sen luz propia.

LUZ ARTIFICIAL: A través de distintos mecanismos físico-químicos como a combustión (cando acendemos unha candea ou un lume) ou a transformación da electricidade (nunha lámpada ou nunha lanterna) prodúcese enerxía lumínica.

A enerxía lumínica é necesaria para ver e distinguir todo ao noso redor. Tamén pódese convertir noutros tipos de enerxía, como enerxía mecánica ou eléctrica. Grazas aos paneis solares fotovoltaicos, a luz convértese en electricidade, que podemos utilizar nas nosas casas.

Se queremos utilizar a enerxía lumínica como principal fonte de enerxía podemos atopar ventaxes e inconvenientes. Por suposto, a ventaxe máis importante é que sempre está aí.

En canto ás desventaxas, para poder sacar moita enerxía da luz do sol hai que captar moitísima luz mediante moitos paneis solares.

Os paneis térmicos: Pódese usar a calor que transporta a enerxía lumínica para manter ambientes quentes, iluminados e para quentar auga e poder facer unha casa sostenible (é dicir unha casa que use a enerxía lumínica para non gastar luz, para quentar a casa, o forno, a auga…)

Resumindo:

-A luz é unha forma de enerxía. Pode transformarse noutras formas de enerxía, como enerxía térmica ou enerxía eléctrica.

-Algúns corpos chamados fontes luminosas emiten luz propia. As fontes luminosas poden ser naturais, como o Sol ou o lume, ou artificiais, como as lámpadas.

-A luz emitida polas fontes luminosas chega ata outros corpos e ilumínaos. Podemos detectala grazas ao noso sentido da vista.

-O movemento da luz dun lugar a outro denomínase propagación e ten as seguintes características:

• • A luz viaxa en todas as direccións dende o lugar no que se emite.

  • A luz viaxa en liña recta.

  • A luz viaxa a gran velocidade, aproximadamente 300 000 quilómetros cada segundo.

1. Fai un esquema no que relaciones todo o resumo sobre a enerxía luminosa.

2. Como podes demostrar que a luz vai en liña recta?

3. Que é a propagación da luz?

Sesión 16

A luz ilumina os obxectos rebotando neles ou traspasándoos, dependendo de cada obxecto. Segundo esto, a luz pode reflectirse ou refractarse.

Reflexión: a luz reflíctese

A reflexión é un fenómeno que se produce cando un raio de luz choca contra unha superficie lisa e puída. A dirección coa que viaxaba o raio de luz cambia e volve de novo por onde viña, e con ela fórmase unha imaxe na superficie do corpo.

As cores

A luz visible , chamada espectro luminoso, é de cor branca pero está formada por varios tipos de luz que forman as diferentes cores.

A luz branca pódese descompoñer nas sete cores do arco da vella: vermello, laranxa, amarelo, verde, añil, azul e violeta.

Cando a luz branca atravesa un corpo con varias caras chamado prisma, cada un dos tipos de luz que forman a luz branca refráctanse de forma distinta. Os raios de luz das diferentes cores iranse separando formando as cores do arco da vella.

Esta é a forma na que apreciamos as cores: o noso ollo ten prismas no seu interior que descompoñen tamén a luz.

Os obxectos absorben ou rexeitan a luz

As superficies dos obxectos que vemos poden deixar pasar toda o parte da luz que reciben.

-Se un obxecto absorbe toda a luz, vémolo de cor negra.

-Se un obxecto rexeita toda a luz, vémolo de cor branca.

-Se un obxecto deixa pasar toda a luz, menos a parte do espectro que ten cor vermella, vemos ese obxecto de cor vermella.

-Se un obxecto rexeita a luz amarela e a vermella, vémolos de cor laranxa... e así con todas as cores.

Por certo: se xuntamos todas as cores-luz outra vez aparécenos de novo a cor branca.

As lentes son obxectos de materiais transparentes e puídos con formas diferentes para aproveitar as propiedades da luz. Todos coñecemos as gafas, que son un armazon con dous lentes; ou as lentillas. Seguro que temos unha lupa na casa ou un móvil que pode facer fotos. Todos estos obxectos levan lentes.

Aproveitamos a refracción da luz para construír lentes. As lentes desvían a luz facendo que os raios se xunten ou se separen.

• • As lentes converxentes fan que os raios se xunten. Un exemplo son as lupas.

  • As lentes diverxentes fan que os raios se separen.

As lentes empréganse para construír anteollos, proxectores, prismáticos, telescopios, obxectivos de cámaras, lupas ou microscopios.

As lentes converxentes xuntan os raios de luz; as diverxentes, sepáraos.

Comportamento da luz nos materiais

Sesión 17

Enerxía sonora é a enerxía que xeran os seres e os corpos cando emiten sons. Os sons son ondas que se desprazan como as ondas do mar nun medio material.

1. Investigade e facede un informe no voso caderno, no que respondades a estas preguntas sobre a enerxía do son:

-Que é?

-Que características ten?

-A que velocidade se move o son?

As respostas ás cuestións anteriores, xunto coas observacións que fagades do noso experimento do son, incorporádeas ao voso material de estudo.

Seguro que algunha vez estivestes preto dunha tormenta eléctrica: raios, con lóstregos e tronos que meten medo coa súa forza e potencia. Os raios son un fenómeno natural que sucede pola electricidade que se xenera na atmósfera. Ocasionan estoupidos chamados tronos, enerxía sonora; lóstregos, enerxía luminosa, e unha gran descarga eléctrica.

A enerxía eléctrica é a que está relacionada con partículas dotadas de carga que forman parte dos átomos.

A enerxía eléctrica está presente na natureza; tamén nos corpos dos animais. Os animais utilizamos a electricidade para mandar sinais entre as nosas neuronas (que semellan un cable eléctrico). Así funciona o noso sistema nervioso.

Ademais, algúns animais utilízana como forma de defensa ou ataque, para electrocutar ás súas víctimas, como as anguías eléctricas.

Nos últimos séculos, os humanos aprendemos a utilizar esta enerxía para facer funcionar os aparatos eléctricos. A electricidade que necesitamos para isto non se pode obter directamente da natureza, senón que se obtén a partir da transformación doutros tipos de enerxía. Producimos enerxía eléctrica a través de imáns (magnetismo) grazas a unha forza que os fai moverse ao redor dunha bobina de fío de cobre.

No seguinte gif podedes ver o funcionamento dun xenerador eléctrico.

Por outra banda, a enerxía solar pódenos servir para a produción de enerxía mecánica e, a partir dela, enerxía eléctrica, utilizando paneis fotovoltaicos (de produción de electricidade).

A enerxía xeotérmica é unha enerxía renovable que se obtén a través da calor que provén do interior da Terra.

Maniféstase de forma natural a través de augas termais, xéiseres ou volcáns. Xeralmente úsase para arrefriar, quentar, subministrar auga potable e xerar electricidade. Aquí tendes un vídeo para coñecer máis deste tipo de enerxía:

Enerxía xeotérmica

Que é a enerxía química?

Mira este vídeo:

A Enerxía eléctrica e as fontes de enerxía

Os humanos obtemos a enerxía que necesitamos para o noso uso, consumo e para as necesidades das nosas industrias de diferentes formas. Estas formas de obter enerxía as agrupamos en dous tipos de fontes: as renovables e as non renovables.

Fontes de enerxía renovables

• • Enerxía solar: transforma a enerxía do sol en electricidade ou en calor. Esta calor, serve, por exemplo, para quentar a auga ou para xerar electricidade.

• • Enerxía eólica: transforma a enerxía do vento en electricidade.

Fontes de enerxía non renovables

• • Carbón, petróleo e gas natural. Son os denominados combustibles fósiles. Orixináronse nun proceso moi lento a partires de restos de seres vivos que habitaron na Terra hai millóns de anos. O uso destes combustibles libera á atmosfera dióxido de carbono que contribúe a aumentar o efecto invernadoiro, o que está directamente relacionado co quecemento global.

  • Enerxía nuclear. Aproveita a enerxía que se produce ao romper os átomos de uranio enriquecido (un material moi pesado e perigoso). Esta enerxía é inesgotable, pero produce unha contaminación moi grave que debe ser contida dentro das paredes da central nuclear. Os materiais de refugallo dunha central nuclear almacénanse en "cemiterios nucleares", enterrados a centenares de metros en cámaras de plomo, xa que despiden radiación qe pode ser moi perigosa ata cen mil anos despois.

1. Explica os tipos de fontes de enerxía. Podes facelo mediante esquema.

2. Que tipos de fontes de enerxía che parecen máis beneficiosos? Razona a túa resposta.

3. Por que cres que a enerxía nuclear se conta entre as enerxías non renovables?

4. Explica como funcionan a enerxía do mar e a eólica.