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La Temperatura (nivel inicial)

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“¡Qué calor!, ¿a cuántos grados estamos?” Normalmente hablamos del calor o del frío que hace, o de lo caliente o fría que está una comida, una bebida…, pero al hacerlo estamos usando erróneamente el concepto de calor, estamos confundiendo calor con temperatura.

¿QUÉ ES LA TEMPERATURA?

Todos los cuerpos, ya sean sólidos, líquidos o gases, están constituidos por partículas que se encuentran en continuo movimiento. Incluso en los sólidos, en los que las partículas ocupan posiciones fijas, estas vibran con cierta energía. A la suma de las energías de todas las partículas del cuerpo se le llama energía térmica.

La temperatura es una medida del grado de agitación de las partículas que componen un cuerpo.

Cuando ponemos en contacto dos cuerpos, el que está a la mayor temperatura (y por tanto sus partículas se agitan más) le comunica parte de su energía térmica al que está a la temperatura menor. A esa comunicación o flujo de energía entre dos cuerpos con diferentes temperaturas es a lo que llamamos calor.

No debemos confundir pues, la medida del grado de agitación (la temperatura) con el flujo de energía (calor). Cuando decimos que “hace calor” queremos decir en realidad que “la temperatura del medio ambiente es alta”, o al revés, si “un cuerpo está muy frío” queremos decir que “su temperatura es baja”.

LOS TERMÓMETROS

Un termómetro es un aparato con el que podemos medir la temperatura de los cuerpos. El termómetro de mercurio convencional está formado por un tubo muy fino de vidrio (se llama capilar), cuyo extremo inferior se ensancha, formando un pequeño depósito o ampolla que se encuentra llena de mercurio.

Junto al tubo capilar hay una escala graduada entre cero y cien. La diferencia entre cada dos de las cien divisiones corresponde a un grado centígrado (1 ºC) de diferencia de temperatura.

El cero (0 ºC) de la escala se corresponde con la altura que alcanza el mercurio en el capilar cuando ponemos el termómetro en contacto con hielo que se está derritiendo (paso de estado sólido a líquido).

El punto cien de la escala (100 ºC) se corresponde con la altura que alcanza la columna de mercurio si metiéramos el termómetro en un recipiente con agua hirviendo (paso de líquido a gas). ¡Ni se te ocurra hacer la prueba de esta medida!, además de lo peligroso que es el agua hirviendo, un termómetro casero estallaría mucho antes de alcanzar los 100 ºC.

El termómetro que solemos tener en casa para tomarnos la temperatura cuando nos ponemos enfermos, es un termómetro clínico, que mide temperaturas entre 30 ºC y 50 ºC, y que está graduado en décimas de grado.

Para medirnos la temperatura corporal con un termómetro “clásico”, lo colocamos generalmente en una de las axilas y mantenemos el brazo junto al cuerpo, para que el termómetro contacte bien; debemos permanecer así durante unos cinco minutos, que es el tiempo que tarda la columna de mercurio en estabilizarse.

Los modernos termómetros de lectura digital necesitan menos tiempo para estabilizar la medida de la temperatura, y son por supuesto más fáciles de leer que los termómetros clásicos.

Nuestro cuerpo se encuentra normalmente a una temperatura de 36,5 ºC. A partir de los 37 ºC, decimos que “tenemos fiebre”. Por encima de los 38 ºC decimos que “tenemos fiebre alta”, y más allá de los 39 ºC, “fiebre muy alta”.

LOS EFECTOS DE LA TEMPERATURA

La temperatura determina las condiciones de supervivencia de los seres vivos. Así, las aves y los mamíferos necesitan mantener su temperatura corporal dentro de un margen muy limitado de valores para poder sobrevivir, y tienen que estar protegidos de temperaturas extremas.

Un aumento de solo unos grados en la temperatura de un río como resultado del calor desprendido por una central eléctrica puede provocar la muerte de la mayoría de los peces que lo habitan.

Los cambios de temperatura también afectan a las propiedades de todos los materiales. A temperaturas bajo cero (en zonas polares), por ejemplo, el acero se vuelve quebradizo y se rompe fácilmente, y los líquidos se solidifican o se hacen muy viscosos.

A temperaturas elevadas, los materiales sólidos se convierten en líquidos o incluso en gases; los compuestos químicos se separan en sus componentes.

Los cambios periódicos que sufre la temperatura de la atmósfera terrestre se deben básicamente a que los rayos del Sol calientan cada zona del planeta de forma desigual, según la estación del año en que nos encontremos. Así, cuando los rayos calientan más el hemisferio norte de la Tierra, en él la temperatura es alta: es verano; mientras que en el hemisferio sur ocurre todo lo contrario: allí entonces es invierno.

El Calor (NIVEL INICIAL)

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Cuando el agua de la bañera está muy caliente, abres el grifo del agua fría hasta conseguir que la mezcla esté templada, para poderte meter en ella. Lo que haces es enfriar el agua que estaba demasiado caliente.

Lo que se produce es un intercambio de energía, que fluye del agua caliente al agua fría, y que dura hasta que ambas alcanzan la misma temperatura, en el momento en que se llega al “equilibrio térmico”.

¿QUÉ ES EL CALOR?

El calor es precisamente la energía que se transmite entre dos o más cuerpos que se encuentran a diferentes temperaturas; en nuestro caso, los dos cuerpos son la masa de agua fría y la masa de agua caliente.

La unidad del calor es la caloría (cal), que es la cantidad de calor necesaria para hacer que 1 gramo de agua pase de una temperatura de 14,5 ºC a 15,5 ºC.

Como la caloría es una cantidad de calor muy pequeña, normalmente usamos un múltiplo de ella: la kilocaloría (kcal), que es igual a 1.000 calorías.

¿CÓMO SE TRANSMITE EL CALOR?

El calor se puede transmitir de tres maneras: por conducción, por convección o por radiación.

En los cuerpos sólidos, por conducción: al mover la leña ardiendo de una chimenea con el atizador, notamos cómo su asa se va calentando, aunque solo la punta está en contacto con el fuego. Si acercamos a una cerilla encendida un lápiz o cualquier trozo de madera, al poco tiempo comienza a arder, mientras que el extremo al que no le da la llama apenas se calienta.

No todos los sólidos transmiten igual el calor: los metales lo conducen muy bien, son buenos conductores, mientras que el papel, el plástico o la madera lo conducen poco o nada, son malos conductores o aislantes.

En los líquidos y gases, el calor se transmite por convección: al calentar agua en una tetera, se forma una corriente de agua caliente, que asciende desde la base de la tetera hasta la superficie, y de fría en el sentido contrario. En la atmósfera ocurre lo mismo con las corrientes de aire caliente y frío, originándose los vientos.

El calor también se transmite por radiación: cualquier cuerpo caliente emite rayos “caloríficos” que pueden calentar a los cuerpos más fríos que se hallen a su alrededor (que estén a menor temperatura). Al arder, la leña de una chimenea emite rayos que calientan el aire de la habitación. El Sol, que se encuentra a una altísima temperatura, emite rayos que calientan la Tierra.

EFECTOS DEL CALOR SOBRE LOS CUERPOS

Cuando se le transmite calor a un cuerpo, puede ocurrir que el cuerpo:

  • llegue a arder, si la temperatura es muy alta; no todos los cuerpos arden, solo ocurre con ciertos materiales;
  • cambie de volumen, se dilate; por ejemplo, en los puentes se dejan unos espacios rellenos de un material deformable (tipo goma), para que en verano cuando se dilatan por efecto del calor, no se lleguen a producir fracturas;
  • cambie el estado físico en que se encuentra (sólido, líquido o gaseoso). El paso de sólido a líquido se llama fusión, y el proceso contrario (cuando se pierde calor), de líquido a sólido, solidificación. El paso de líquido a gas se llama vaporización, y el proceso contrario licuación. El paso de sólido a gas se llama sublimación, y el proceso contrario sublimación inversa.

Los cambios de estado más habituales son de sólido a líquido (fusión) y de líquido a gas (vaporización). La temperatura a la que se produce un mismo cambio de estado es diferente para cada sustancia.

A estos valores se les llama: temperatura de fusión, temperatura de vaporización… Por ejemplo, para el agua, la temperatura de fusión es 0 ºC y la de vaporización 100 ºC; mientras que para el alcohol etílico la temperatura de fusión es –114 ºC y la de vaporización 78 ºC.

Los Plásticos (nivel inicial)

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Si te piden que nombres varios objetos de entre los que usas más a menudo, que sean de plástico, es muy probable que se te ocurran algunos como un bolígrafo, un peine o una bolsa. En realidad, aunque no nos demos cuenta, son muchísimos los objetos que están formados por un material de tipo plástico. Y es que, verdaderamente, ¡los plásticos han supuesto una revolución en nuestra sociedad!

¿DE QUÉ ESTÁN HECHOS LOS PLÁSTICOS?

Los plásticos son sustancias que pertenecen a la familia de los compuestos orgánicos, es decir, compuestos químicos derivados del carbono.

Se obtienen por la unión de grandes cantidades de moléculas de varios tipos de compuestos orgánicos, según un proceso que se llama polimerización (por eso decimos que son polímeros orgánicos).

LOS PRIMEROS PLÁSTICOS

El desarrollo de estas sustancias se inició en 1860, cuando un fabricante estadounidense de bolas de billar ofreció una recompensa de 10.000 dólares a quien consiguiera un sustituto aceptable del marfil natural, con el que se hacían las bolas.

Una de las personas que optaron al premio fue el inventor estadounidense Wesley Hyatt, quien desarrolló un producto que patentó con el nombre de celuloide. Aunque no ganó el premio, el celuloide tuvo un gran éxito comercial, pues se utilizó para fabricar diferentes objetos, desde placas dentales a cuellos de camisa, y eso a pesar de ser un material inflamable y que se deteriora al exponerlo a la luz.

TIPOS DE PLÁSTICOS

Según sea su origen, hay plásticos de tres tipos: naturales, semisintéticos y sintéticos.

Los plásticos naturales se obtienen a partir de sustancias animales o vegetales, y están formados únicamente por este tipo de sustancias.

El más importante de este tipo es el caucho, que se obtiene a partir de un líquido lechoso de color blanco llamado látex, que se extrae de la corteza de varias clases de árboles tropicales.

Casi todas las plantaciones de caucho se hallan en el sureste de Asia, aunque los árboles del caucho se han cultivado con éxito en otras partes del mundo.

El caucho es un material flexible y resistente al desgaste, con el que se fabrican, por ejemplo, los neumáticos de los automóviles, de los camiones y de todo tipo de vehículos.

Los plásticos semisintéticos se obtienen a partir de sustancias naturales, pero en el proceso de fabricación se altera su composición al someterlas a distintos procesos químicos.

El más importante de este tipo es el celuloide, que se obtiene al tratar la celulosa de las plantas con ácido nítrico. Con el celuloide se fabrican las pelotas de ping-pong o las cintas en las que se graban las películas de cine y las que se usan en las cámaras fotográficas.

Los plásticos sintéticos son los que se obtienen de forma totalmente artificial, sin que intervengan sustancias naturales, sino derivados del petróleo.

Algunos de los más conocidos son:
El poliuretano, esa capa de espuma amarilla con la que se aíslan las fachadas de los edificios (la puedes ver en algún edificio en construcción).
El poliestireno expandido, conocido como corcho blanco o porexpán, que se usa como amortiguador de golpes en embalajes, y también como aislante térmico en casas o edificios.
El PVC (policloruro de vinilo), con el que se fabrican tuberías, puertas, ventanas y hasta componentes de motores.
El plexiglás, un plástico transparente que se utiliza como sustituto del vidrio en gafas y lentes, en puertas y ventanas, en las farolas que iluminan las carreteras y en letreros luminosos.
El neopreno, un tipo de caucho sintético con el que se hacen, por ejemplo, rodilleras, muñequeras y los trajes de buceo.

PROPIEDADES DE LOS PLÁSTICOS

Estas son algunas de las propiedades de los plásticos:
Son materiales aislantes, ya que no conducen el calor ni la electricidad; por esta razón, los cables, los enchufes y los mangos de utensilios de cocina, por ejemplo, son de plástico.
Son ligeros y a la vez son resistentes. Por ejemplo, las bolsas de plástico de los supermercados son muy ligeras y, sin embargo, pueden soporta bastante peso.
Algunos son muy rígidos, como el policarbonato con que están hechos los CD, como la baquelita con que están hechos los aparatos de teléfono fijos o como el metacrilato con que se fabrican los pilotos de los faros de los automóviles o mesas de salón; otros, en cambio, son muy flexibles: es el caso del celofán con el que envolvemos algunos artículos.
Algunos son muy duros, como el PVC, que es resistente a los insectos, a los hongos, a la humedad, al fuego, a la luz y a los productos químicos; y otros son muy blandos, como la espuma de poliuretano, que se usa en asientos y colchones.
Algunos son adherentes, como el caucho de los neumáticos, y otros son antiadherentes, como el teflón que recubre las sartenes y cacerolas modernas.

Los Cambios De La Materia (nivel inicial)

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Al estallar un castillo de fuegos artificiales, tiene lugar una transformación instantánea de la materia que forma los cohetes. De la misma forma, el agua de un río pule continuamente los cantos del fondo y de sus orillas, modificando su forma.

La materia que forma todos los cuerpos de la naturaleza no es inalterable, sino que cambia con el tiempo, aunque a veces no podamos apreciar los cambios que están sucediendo, hasta que no transcurre un largo periodo.

TIPOS DE CAMBIOS EN LA MATERIA

Según el tiempo que tarden en producirse los cambios, estos pueden ser:

  • rápidos: como la descomposición del cuerpo de un animal o la de cualquier otro ser vivo (descomposición de la materia orgánica);
  • lentos: como la erosión que sufre una roca por la acción del agua o del viento.

Además, los cambios en la materia pueden ser de estos dos tipos:

  • físicos, si tras el cambio la materia sigue siendo la misma; por ejemplo, tras un cambio de estado: el agua se congela transformándose en hielo o se evapora transformándose en vapor de agua, pero el agua líquida, el hielo y el vapor están constituidos por la misma materia;
  • químicos, si se transforma en otra materia diferente; por ejemplo, una combustión: la madera al arder se convierte en dióxido de carbono (y otros gases) y cenizas, que son sustancias diferentes a la inicial; se ha producido una reacción química. Una reacción química es el proceso por el que al poner en contacto dos o más sustancias, se transforman en otras sustancias diferentes a las iniciales..

CAMBIOS FÍSICOS

Algunos de ellos son:

Los cambios de estado, que son los pasos de sólido a líquido y a gas, o viceversa.

La dilatación, que es el aumento de volumen que se produce en un cuerpo a consecuencia del aumento de su temperatura.

El movimiento, o cambio de la posición que ocupa un cuerpo en el espacio.

La fragmentación, que es la división de un cuerpo en trozos más pequeños que conservan su misma naturaleza, como cuando partimos una barra de pan en trozos.

La mezcla de varias sustancias sólidas, líquidas o gaseosas, sin que ninguna de ellas pierda o cambie sus propiedades. Las mezclas son un cambio físico bastante frecuente, que vamos a estudiar más detenidamente.

Clases de mezclas y métodos de separación.

Hay dos tipos de mezclas:

  • homogéneas: si no podemos distinguir a simple vista sus componentes; por ejemplo, el aire que respiramos es una mezcla de gases: oxígeno, nitrógeno y, en menor proporción, dióxido de carbono, vapor de agua y otros; el agua de mar es una mezcla de agua y diferentes sales;
  • heterogéneas: si podemos distinguir sus componentes; por ejemplo, un vaso con agua y aceite: ambos se distinguen perfectamente; o una piedra de granito, en la que se aprecian sus tres componentes, cuarzo, feldespato y mica, al tener cada uno diferente color.

Hay seis métodos físicos principales para separar los componentes de una mezcla, eligiéndose uno u otro según que la mezcla sea sólida o líquida, y según las características de sus componentes:

  • Por tamización: si la mezcla está formada por granos de diferentes tamaños, haciéndola pasar por un tamiz, la separaremos en sus componentes. Los buscadores de oro usaban esta técnica para buscar las pepitas del mineral.
  • Por filtración: separamos un sólido del líquido en el que está suspendido, vertiendo la mezcla en un embudo con un filtro poroso por el que el líquido puede penetrar fácilmente. Así podemos separar arena y agua.
  • Por decantación: separamos dos líquidos de diferentes densidades, vertiendo la mezcla en un embudo de decantación; cuando ha reposado y se han formado dos capas, abrimos la llave inferior del embudo y dejamos caer el más denso, quedando el menos denso en el embudo. Así separamos una mezcla de aceite y agua, por ejemplo.
  • Por separación magnética: si una de las sustancias de la mezcla tiene propiedades magnéticas, como el hierro, la podemos separar con un imán.
  • Por evaporación: si en una mezcla líquida conseguimos que uno de los componentes se evapore, quedando el otro.
  • Por cristalización y precipitación: algunas mezclas líquidas, como la del sulfato de cobre en agua, tras calentarlas y filtrarlas, se dejan en un cristalizador (recipiente bajo y ancho), de manera que al enfriarse, el agua se evapora y el sulfato de cobre queda separado en forma de cristales.

CAMBIOS QUÍMICOS

Algunos de ellos son:

La oxidación, que es el cambio lento que sufren algunas sustancias en contacto con el oxígeno; por ejemplo, cuando partimos una manzana por la mitad y la dejamos en un plato, al cabo de uno o dos días vemos como la parte sin piel se ha oscurecido; o cualquier objeto de hierro, como una verja o una llave, que con el tiempo aparece recubierto de una capa de óxido de hierro.

La combustión, que es una oxidación con desprendimiento de calor.

La fermentación, que es la transformación que sufre el azúcar en alcohol y agua, por ejemplo el zumo de las uvas se convierte en vino.

La putrefacción, que es la descomposición de cualquier ser vivo tras su muerte.