TEMA 11: LA MATERIA EN EL UNIVERSO.

1. LA MATERIA Y SUS PROPIEDADES

La materia es todo aquello que tiene volumen (ocupa un espacio) y que tiene una determinada masa y que, por tanto pesa.

1.1. PROPIEDADES GENERALES Y ESPECÍFICAS

Para describir un determinado tipo de materia hablamos de sus características o propiedades. Hay dos tipos de propiedades:

a)      PROPIEDADES GENERALES. Las podemos utilizar para describir cualquier tipo de materia, pero no nos permiten diferenciar unos de otros. Entre ellas destacan: La longitud, superficie, volumen, masa y la temperatura.

b)      PROPIEDADES ESPECÍFICAS. Son aquellas que nos permiten diferenciar un tipo de materia de otro. En este tema veremos la densidad, dureza, tenacidad, ductilidad, las temperaturas de fusión y ebullición y la solubilidad.

1.2. PROPIEDADES EXTENSIVAS E INTENSIVAS

Las propiedades de la materia se pueden clasificar en extensivas e intensivas.

a)      PROPIEDADES EXTENSIVAS. Son propiedades extensivas aquellas que su valor depende de la cantidad de materia. Ejemplo: La masa y el volumen.

b)      PROPIEDADES INTENSIVAS. Son aquellas cuyo valor no depende de la cantidad de materia que tomemos. Ejemplo: La temperatura.

2. LAS MAGNITUDES Y SU MEDIDA

Magnitud física es cualquier propiedad de los cuerpos que podemos observar y medir. Son magnitudes físicas: La masa, el volumen, la temperatura, la densidad y otras muchas.

2.1. LA MEDIDA: EL PROCESO DE MEDIR.

Medir una magnitud física es comparar su valor con otro de referencia o patrón que denominamos unidad.

El resultado del proceso de medir es una medida que se caracteriza por:

a)      Representar las veces que la unidad está contenida en la magnitud que se está midiendo.

b)      Estar compuesta de un número seguido de su unidad correspondiente.

2.2. INSTRUMENTOS DE MEDIDA.

Son necesarios para poder medir. Una de las características más importantes de los instrumentos de medida es la sensibilidad.

La sensibilidad de un instrumento de medida es la cantidad mínima que podemos medir en él.

2.3. TIPOS DE MEDIDA.

Las medidas pueden ser:

a)      Medidas directas. Son aquellas que podemos obtener por lectura directa en el correspondiente instrumento de medida. Ejemplo: La longitud de un campo de fútbol, de una habitación de una casa, etc.

b)      Medidas indirectas. Son las que se obtienen mediante medidas directas que después combinamos con operaciones matemáticas. Ejemplo la superficie de una habitación, que la calculamos como el producto de sus lados.

3. EL SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES.

Para evitar la disparidad en los resultados de un mismo experimento, la comunidad  científica internacional emplea las mismas unidades, que son las que se recogen en el Sistema Internacional de Unidades (SI).

El  sistema internacional de unidades se divide las magnitudes físicas en dos grandes grupos: Fundamentales y derivadas.

3.1. MAGNITUDES FUNDAMENTALES Y DERIVADAS.

Las magnitudes fundamentales son aquellas que se definen por sí mismas, es decir, no dependen de ninguna otra.

Las magnitudes  derivadas son las que se obtienen por la combinación de dos o más fundamentales.

El SI establece siete magnitudes fundamentales que son:

1.       Masa.

2.       Longitud.

3.       Tiempo.

4.       Temperatura.

5.       Intensidad de corriente eléctrica.

6.       Cantidad de Sustancia.

7.       Intensidad luminosa.

En este curso estudiaremos las cuatro primeras: Masa, longitud, tiempo y temperatura.

3.2. UNIDADES DEL SISTEMA INTERNACIONAL.

Magnitudes fundamentales del Sistema Internacional.

Magnitudes derivadas del Sistema Internacional.

Múltiplos y submúltiplos

Para no utilizar en la medida unidades que proporcionen números demasiado grandes o demasiado pequeños, el SI emplea múltiplos y submúltiplos de ellas. Se forman con un prefijo combinando con el nombre de la unidad de la magnitud que estamos midiendo.

A veces, es necesario cambiar las unidades de una medida dada. Para ello, utilizamos factores de conversión, que transforman (convierten) una unidad en otra al multiplicarla por un factor numérico.

De este modo, decimos que un factor de conversión es una fracción en la cual el numerador y el denominador representan medidas iguales, pero expresadas en unidades diferentes.

4. PRINCIPALES PROPIEDADES DE LA MATERIA.

4.1. LA LONGITUD.

Su unidad en el SI es el metro. La longitud de un cuerpo es una magnitud física que nos informa acerca de la distancia que existe entre sus extremos.

Para medir la longitud, tenemos diversos instrumentos como:

·         Pie de rey. Aprecia hasta décimas de mm.

·         Doble decímetro. Su sensibilidad es de 0,5 mm.

·         Flexómetro. Aprecia hasta 1 mm.

·         Cinta métrica de agrimensor. Aprecia hasta cm.

4.2. LA SUPERFICIE, EL VOLUMEN Y LA CAPACIDAD.

Superficie.

Es la magnitud que expresa la expresa la extensión de un cuerpo en dos dimensiones (ancho y largo). Su unidad en el SI es el metro cuadrad (m²), que es la superficie de un cuadrado que mide un metro de lado.

Volumen.

Es la magnitud que expresa la extensión de un cuerpo en tres dimensiones (ancho, largo y alto); esto es, indica el espacio que ocupa un cuerpo. Su unidad en el SI es el metro cúbico (m³).

Capacidad.

La capacidad es el volumen máximo que puede contener un recipiente dado. En el caso de los líquidos se suele utilizar como unidad de volumen el litro (L).

Equivalencia entre unidades de volumen y capacidad.

Para medir la superficie de un objeto de forma regular, multiplicamos su longitud de sus dos dimensiones (ancho y largo) y, si queremos obtener su volumen, multiplicamos el resultado anterior por su altura. Pero en el caso de líquidos, sólidos irregulares o gases lo haríamos de la siguiente forma:

·         Líquidos. Se suelen medir utilizando una probeta.

·         Volumen de un sólido irregular. Podemos medirlo sumergiéndolo en una probeta graduada y  midiendo el volumen que desplaza.

·         Volumen de gases. Los gases se expanden, ocupando todo el volumen del recipiente que los contiene.

4.3. LA MASA.

Es la cantidad de materia que tiene un cuerpo. Es una magnitud extensiva y su unidad en el SI es el Kilogramo (kg).

Para medir la masa utilizamos la balanza, los tipos más habituales son:

·         La balanza de dos brazos. Actúa mediante un sistema de pesas.

·         La balanza electrónica. Actúa mediante sensor.

Para medir la masa de los líquidos con la balanza se utiliza el procedimiento de doble pesada: primero se obtiene la masa del recipiente vacío, y después, la del recipiente con el líquido cuya masa queremos obtener.

4.4. LA DENSIDAD.

La densidad de un cuerpo es la relación que existe entre la cantidad de materia que tiene, su masa, y el espacio que ocupa, su volumen.

Densidad  =  ; d =

5. LA TEMPERATURA Y LOS ESTADOS DE LA MATERIA.

5.1. LA TEMPERATURA.

Es una magnitud que podemos asociar al nivel térmico de un cuerpo, es decir, a su capacidad de ceder calor a otro si se encuentra a menor temperatura o a recibir calor de él si su temperatura es mayor.

Aunque su unidad en el SI es el Kelvin (k) es más frecuente utilizar la escala Celsius, cuya unidad es el grado centígrado (°C). En los países de habla inglesa se utiliza el grado Fahrenheit (°F). Las equivalencias entre las tres escalas son:

T (°C) =  ; t (°C) = t (K) – 273; t (°F) = 1,8 * t(°C) + 32

5.2. LOS ESTADOS DE LA MATERIA.

Una característica fundamental de los distintos tipos de materia es el estado de agregación en el que la encontramos, no solo en la naturaleza, sino en todo el universo.

Los estados pueden ser: sólido, líquido y gaseoso.

Cada tipo de materia se presenta en la naturaleza en un estado en concreto, pero dependiendo de la temperatura (y de la presión) del medio en el que se encuentre, puede presentarse en los otros estados. Una excepción es el agua, que puede estar simultáneamente en los tres estados: Hielo (sólido), el agua que usamos para beber o de los ríos (líquido) y la humedad del aire (gaseoso).

6. CARACTERÍSTICAS DE LOS ESTADOS DE LA MATERIA.

6.1. SÓLIDOS.

La característica principal de un sólido es la rigidez y esto se debe a que las partículas que componen los sólidos están fuertemente unidas entre sí, dando una estructura rígida y ordenada.

Algunas de sus propiedades son:

·         Dureza.

·         Dilatación.

·         Contracción.

Además, los sólidos son incompresibles, ya que prácticamente se comprimen ante fuerzas o presiones externas, salvo que sean muy intensas.

Poseen forma y volumen propio, es decir su forma y volumen no dependen del recipiente que los contiene.

6.2. LÍQUIDOS.

Las partículas que componen los líquidos no están unidas de forma tan intensa como en el caso de los sólidos, lo que les permite cierta capacidad de movimiento. Entre sus características principales destacan:

·         No tienen forma propia. Adoptan la del recipiente que los contiene. Sin embargo, si tienen volumen propio (constante).

·         Son incompresibles. Su volumen no disminuye ante una fuerza o presión externa, salvo que esta sea muy intensa.

6.3. GASES.

La principal característica de los gases es que no tienen forma ni volumen propio, sino que adaptan la forma y el volumen del recipiente que los contiene. Esto se debe a que en los gases las uniones entre las partículas que los componen son muy débiles, esto significa que dichas partículas pueden separarse al máximo unas de otras.

Los gases son muy compresibles, es decir, su volumen disminuye de forma significativa con un ligero aumento de la presión, y además se difunden unos en otros, como sucede cuando dejamos abierto un bote de perfume.

7. LOS CAMBIOS DE ESTADO.

Un cambio de estado es un proceso físico en el cual se modifica el estado de agregación de la materia, pero no su composición interna. Dicho cambio de estado se produce cuando un cuerpo alcanza una determinada temperatura.

Los cambios de estado se caracterizan por:

1.       Quedan definidos por un valor concreto de la temperatura, que se denomina temperatura de cambio de estado.

2.       Son reversibles. Es decir, si volvemos a las condiciones iniciales de temperatura (y presión), la sustancia recuperará su estado original.

3.       Mientras se está produciendo el cambio de estado, la temperatura se mantiene constante. Todo el calor absorbido o cedido se invierte exclusivamente en modificar su estado de agregación.

Hablamos de temperatura de fusión, al referirnos a la temperatura mediante la cual una sustancia pasa de sólido a líquido.

Hablamos de temperatura de ebullición a la temperatura mediante la cual una sustancia pasa de estado líquido a estado gaseoso. En el estado de cambio de líquido a gas podemos distinguir dos fenómenos distintos:

·         Evaporación. Es el proceso por el cual parte del líquido de la superficie pasa al estado gaseoso y tiene lugar a cualquier temperatura.

·         Ebullición. Es el paso de toda la masa de líquido a gas, y solo tiene lugar a  una temperatura fija: la temperatura de ebullición.

La temperatura nos indica el nivel de movimiento que tienen las partículas que componen cualquier tipo de materia. A mayor temperatura mayor agitación de las partículas con lo que éstas tienden a alejarse unas de otras, a menor temperatura baja la agitación y las partículas tienden a acercarse entre sí.