Física y química I

SERIE
Fuera de
Física y
química I
Materiales, fuerzas y energía
Fuera de
educación secundaria
educación secundaria
SERIE
NAP: 1.er Y 2.º AÑO (ESB)
PBA: 2.º AÑO (ESB)
CABA: 1. AÑO NES
er
106108_TD_FQ.indd 1
LIBRO PARA
EL DOCENTE
16/12/14 15:17
Fuera de
SERIE
Física y
Química I
Materiales, fuerzas y energía
LIBRO PARA
EL DOCENTE
Dirección Editorial
Florencia N. Acher Lanzillotta
Dirección de arte
Natalia Fernández
Coordinación Editorial
Mariana Stein
Asistencia de arte
Cecilia Aranda y Luciano Andújar
Autoría
Raúl Bazo y Marta Bulwik
Diseño de tapa
Cecilia Aranda
Corrección
Alan Orlando Blinkhorn
Diseño de maqueta
Natalia Fernández, Cecilia Aranda y
Luciano Andújar
Diagramación
Luciano Andújar
Documentación fotográfica
Mariana Jubany
Preimpresión y producción gráfica
Florencia Schäfer
© 2014, Edelvives.
Av. Callao 224, 2º piso
Ciudad Autónoma de Buenos Aires (C1022AAP),
Argentina.
Libro para el docente Física y Química / Raúl Bazo y Marta Bulwik; dirigido
por Florencia N. Acher Lanzillotta; edición a cargo de Mariana Stein. - 1ª ed.
- Ciudad Autónoma de Buenos Aires: Edelvives, 2015.
48 p. ; 27 x 21 cm.
ISBN 978-987-642-346-5
1. Planificación de la Educación. 2. Formación Docente. I. Bulwik, Marta
II. Acher Lanzillotta, Florencia N., dir. III. Stein, Mariana, ed. IV. Título
CDD 371.1
Este libro se terminó de imprimir en el mes de enero de 2015.
Reservados todos los derechos de la edición por la Fundación Edelvives. Queda rigurosamente
prohibida, sin la autorización escrita de los titulares del copyright, bajo las sanciones
establecidas en las leyes, la reproducción total o parcial de esta obra por cualquier medio o
procedimiento, comprendidos la reprografía y el tratamiento informático, y la distribución
de los ejemplares de ella mediante alquiler o préstamo público. Queda hecho el depósito que
dispone la ley 11.723.
LIBRO PARA
EL DOCENTE
ÍNDICE
4
5
9
11 16 18 23 28 33
38
42
Sobre el libro Física y Química I.
Materiales, fuerzas y energía
Planificación
Cuestiones didácticas
Orientaciones y respuestas sugeridas
Capítulo 1: Los materiales
Capítulo 2: La energía
Capítulo 3: Átomos, moléculas e iones
Capítulo 4: Fuerzas y campos
Capítulo 5: La corriente eléctrica
Capítulo 6: Estructura, propiedades y usos de los materiales
Capítulo 7: La energía, los materiales y el ambiente
Sobre el libro Física y Química I. Materiales, fuerzas y energía
Selección temática
Para la organización de este libro se tuvieron en cuenta los contenidos que se
contemplan en las asignaturas relacionadas con Física y Química en los Núcleos
de Aprendizaje Prioritarios (NAP) correspondientes a los ejes “El mundo físico” y
“Los materiales y sus cambios”, del Ciclo básico de la secundaria; y los contenidos
de los diseños curriculares de las asignaturas relacionadas con Física y Química
básicas de las provincias de Córdoba, Santa Fe, Tucumán y Buenos Aires.
Se han privilegiado aquellas temáticas que más aportan a la cultura científica de
los ciudadanos, esto es, a la formación necesaria para reconocer cuestiones vinculadas con la ciencia y la tecnología, reflexionar sobre su impacto a nivel personal,
social y ambiental, asumir una actitud crítica y propositiva sobre problemas socialmente relevantes, como los vinculados con el ambiente y la salud, entre otros.
Recorridos posibles
El libro consta de siete capítulos. Tres de ellos (2, 4 y 5) se desarrollan alrededor
del eje “El mundo físico”, y otros tres (1, 3 y 6) se vinculan con el eje “Los materiales y sus cambios”. El último capítulo (7) integra temáticas de ambos ejes. Así,
este libro admite tres recorridos diferentes:
a. Capítulos 1, 3, 6 y 7.
b. Capítulos 2, 4, 5 y 7.
c. Capítulos 1, 2, 3, 4, 5, 6 y 7.
El recorrido a hace foco en Química; el recorrido b, en Física; y el c corresponde
a una mirada de los fenómenos naturales desde la Física y la Química.
Enfoque
A lo largo del libro, nos propusimos que los alumnos se acerquen a las formas
de hacer y de pensar de los científicos, a los modos de “hacer ciencia”, esto es,
a la construcción de los conocimientos científicos. En nuestras clases, hacemos
“ciencia escolar”, que tiene características similares a la de los científicos, pero
con diferente objetivo, el educativo, y en otro contexto, el escolar.
Las clases de Física y de Química son ambientes favorables para promover el
desarrollo de las habilidades básicas que se ponen en juego en los procesos de
investigación científica, en este caso, de investigación científica escolar. Esto se
puede realizar a través de propuestas pertinentes para originar procesos de indagación que incluyan diversos tipos de actividades: planteo de problemas; planificación y realización sistemática de exploraciones para analizar fenómenos;
diseño de procedimientos experimentales y no experimentales a seguir; búsqueda de información; realización de observaciones y elaboración de descripciones;
formulación de conjeturas, anticipaciones o hipótesis escolares; interpretación
y comparación de resultados; elaboración de argumentaciones y conclusiones
a partir de las observaciones realizadas o de la información disponible; y formulación de explicaciones e interpretaciones a partir de modelos científicos escolares pertinentes. Asimismo, las actividades propias de la ciencia escolar se
relacionan con la reflexión sobre lo producido y las estrategias empleadas, y con
la producción y comprensión de textos orales y escritos en diferentes formatos.
Además, la escuela es un ámbito propicio para favorecer el desarrollo de actitudes de valoración positiva hacia la ciencia, su historia y la construcción de los
conocimientos científicos.
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FÍSICA Y QUÍMICA 1
Planificación
Capítulo 1: Los materiales
Capítulo 2: La energía
Explorar la existencia de diferentes tipos de sistemas materiales y clasificarlos. Caracterizar las mezclas heterogéneas y las homogéneas. Diferenciar fases y estados de agregación. Indagar sobre métodos
de separación de fases y de componentes. Expresar,
de diferentes formas, la composición de una mezcla. Utilizar el modelo cinético-corpuscular para
explicar cambios de estado, procesos de disolución
y leyes de los gases. Usar gráficos y simulaciones.
Realizar indagaciones experimentales. Reconocer y
diferenciar el origen de algunos materiales, la forma
de obtenerlos y sus posibles usos.
Identificar diferentes formas de energía y reconocer
su presencia en procesos naturales y artificiales. Diferenciar los conceptos de transferencia y de transformación de la energía.
Reconocer las energías potencial y cinética como
componentes de la energía mecánica. Identificar
el trabajo mecánico como forma de transferencia
de energía mecánica. Explicar la relación entre la
energía térmica y la temperatura mediante el modelo cinético-corpuscular. Identificar el calor como
forma de transferencia de energía térmica. Explorar
relaciones entre las energías mecánica y térmica,
y entre el trabajo mecánico y el calor. Diferenciar
los procesos de transferencia de energía térmica y
analizar su influencia en los subsistemas terrestres.
Reconocer la presencia de la energía eléctrica en las
actividades humanas y la importancia de su uso racional. Diferenciar los conceptos de conservación y
degradación de la energía.
Objetivos
Contenidos
Sistemas materiales heterogéneos y homogéneos.
Estados de agregación y cambios de estado. Separación de fases y de componentes. Propiedades de
las soluciones. Composición y diferentes tipos de soluciones. Soluto, solvente, solubilidad. Factores que
influyen en la rapidez de disolución. Modelo cinético-corpuscular y su aplicación en la explicación de
diversos fenómenos. Leyes de los gases y ecuación
de estado del gas ideal. Origen y elaboración de algunos materiales de uso cotidiano.
Actividades y recursos
Lectura de diversos textos para la comprensión de
los temas tratados. Con igual fin, se propone ver videos, visitar páginas web y utilizar software de simulaciones. Así, se suman las TIC como recursos
didácticos. Además, se presentan actividades potentes para el desarrollo de habilidades vinculadas con
el hacer científico escolar: interpretación y elaboración de gráficos; diseño y realización de ensayos experimentales; resolución de problemas cualitativos
y cuantitativos, y uso de modelos explicativos.
Objetivos
Contenidos
Formas de energía. Transferencia y transformación
de la energía. Energía mecánica: potencial y cinética. Trabajo mecánico. Energía térmica, temperatura y calor. Equivalente mecánico del calor. Energía
eléctrica. Conservación y degradación de la energía.
Uso racional de la energía. La energía y los subsistemas terrestres.
Actividades y recursos
Lectura de noticias y textos históricos para la comprensión de los temas tratados. Empleo de imágenes
para ejemplificar procesos de transformación de
energía. Realización de ensayos experimentales para
identificar características de la energía potencial.
Utilización de software de simulación para escalas
termométricas. Resolución de problemas cualitativos y cuantitativos, y uso de modelos explicativos.
5
Capítulo 3: Átomos, moléculas, iones
Capítulo 4: Fuerzas y campos
Indagar sobre la estructura de la materia. Incursionar en algunos hechos históricos relacionados con
el desarrollo de los conocimientos científicos. Reconocer la tabla periódica como organizador para el
estudio de las propiedades de los elementos. Reconocer la existencia de átomos, iones y moléculas, y
los tipos y familias de elementos. Utilizar la teoría
atómico-molecular y el modelo atómico actual simplificado para explicar propiedades de sustancias y
reacciones químicas. Explorar las características de
algunos tipos de reacciones químicas. Realizar indagaciones experimentales.
Distinguir entre interacciones de contacto y a distancia. Relacionar los conceptos de interacción y de fuerza. Determinar la resultante de sistemas de fuerzas.
Diferenciar los conceptos de fuerza y de presión. Reconocer los campos gravitatorio, magnético y eléctrico
como regiones del espacio donde ocurren interacciones a distancia. Ejemplificar fenómenos en los que se
manifieste la existencia de tales campos. Reconocer
características de los campos gravitatorio, eléctrico y
magnético. Interpretar el modelo de líneas de fuerza
como representativo de campos. Explorar propiedades
y aplicaciones de los imanes. Justificar los cambios de
movimiento de los objetos mediante los conceptos de
masa, inercia e interacción. Distinguir entre peso y
masa. Explorar efectos de interacciones entre cargas
eléctricas.
Objetivos
Contenidos
Teoría atómico-molecular. Modelos atómicos, de
Dalton a Schrödinger. Modelo atómico actual simplificado. Número atómico y número de masa. Iones. Familias y tipos de elementos. La tabla periódica como organizador. Símbolos. Relación
estructura-propiedades. Sustancias simples y compuestas. Fórmulas. Óxidos, hidrocarburos y sales.
Cambios físicos y químicos. Ecuaciones. Reacciones
de síntesis, de descomposición y de óxido-reducción. Reacciones de reconocimiento de sustancias.
Reacciones exotérmicas y endotérmicas.
Actividades y recursos
Se propone a los alumnos que busquen información
en varias fuentes, que lean diversos textos, vean videos, utilicen software para presentaciones y usen
simulaciones. Las TIC se integran como recursos
didácticos a los tradicionales. El diseño y la realización de ensayos experimentales, la resolución de
problemas y el uso de modelos explicativos aportan
al desarrollo de habilidades vinculadas con la “ciencia escolar”, así también, la interpretación de esquemas y la elaboración de informes.
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Objetivos
Contenidos
Interacciones y fuerzas. Representación de fuerzas y
de sistemas de fuerzas. Presión. Campo magnético
y magnetismo. Campo gravitatorio. Inercia, masa e
interacción. Campo eléctrico. Fuerzas y cargas eléctricas. Representación y características de los campos magnético, gravitatorio y eléctrico.
Actividades y recursos
Realización de ensayos experimentales con materiales de fácil obtención para ejemplificar propiedades de objetos elásticos, magnetizados o electrizados. Lectura de noticias y textos históricos para
comprender los temas abordados. Interpretación de
esquemas de líneas de campo. Empleo de imágenes
para ejemplificar conceptos y fenómenos relacionados con los campos. Resolución analítica y gráfica
de problemas cualitativos y cuantitativos.
FÍSICA Y QUÍMICA 1
Capítulo 5: La corriente eléctrica
Objetivos
Distinguir entre buenos y malos conductores de la
electricidad. Explicar cómo se produce conducción
eléctrica en metales y soluciones. Diferenciar los
conceptos de potencial eléctrico y diferencia de potencial. Reconocer la pila eléctrica como recurso para
mantener una diferencia de potencial. Establecer
relaciones entre intensidad de corriente, diferencia
de potencial y resistencia eléctrica. Distinguir entre
resistencia eléctrica y resistores. Analizar diferentes
formas de conectar resistores y explorar el funcionamiento de cada una de ellas. Establecer relaciones entre potencia eléctrica, diferencia de potencial
e intensidad de corriente. Reconocer normas básicas
sobre seguridad eléctrica. Analizar dispositivos en los
que se aplican fenómenos electromagnéticos. Explicar el funcionamiento básico de las centrales eléctricas a partir del fenómeno de inducción electromagnética. Explorar la función de los transformadores de
tensión en los procesos de distribución y transporte
de energía eléctrica.
Contenidos
El movimiento de las cargas eléctricas y los materiales. Conducción eléctrica en metales y soluciones.
Diferencia de potencial. Pilas eléctricas. Intensidad
de corriente y resistencia eléctrica. Conexión de resistores en serie, en paralelo y en circuitos combinados. Ley de Ohm. Potencia eléctrica. Nociones sobre
seguridad eléctrica. Corriente eléctrica y magnetismo.
Electroimán. Motores y generadores eléctricos. Generación, transporte y distribución de energía eléctrica.
Transformadores.
Capítulo 6: Estructura, propiedades y usos
de los materiales
Objetivos
Indagar sobre la estructura, propiedades y usos de
diversos tipos de materiales. Explorar la existencia
de diferentes tipos de aguas naturales y caracterizarlas. Reconocer y explicar, haciendo uso de modelos, la relación entre la estructura de los materiales,
sus propiedades y sus usos. Explicar las propiedades
macroscópicas de los materiales a partir de conocimientos sobre el mundo submicroscópico. Utilizar
información proveniente de diversas fuentes.
Contenidos
Diversos tipos de aguas naturales. Los alimentos
como sistemas materiales. Vidrios, cerámicos, materiales metálicos y plásticos, materiales “inteligentes”
y nanomateriales: estructura, propiedades y usos.
Actividades y recursos
Se propone a los alumnos que busquen información en textos, páginas web, videos y simulaciones.
Haciendo uso de las informaciones obtenidas en
diversas fuentes y de los conocimientos que fueron construyendo, se les pide que los apliquen para
responder preguntas, resolver problemas, elaborar
resúmenes y realizar comprobaciones experimentales. Para fundamentar explicaciones, se propone el
uso de modelos como parte relevante de la educación científica.
Actividades y recursos
Realización de ensayos experimentales con materiales sencillos para explorar propiedades de los
circuitos eléctricos. Lectura de textos históricos relacionados con inventos y descubrimientos. Empleo
de un modelo para explicar la conducción eléctrica
en metales. Análisis del funcionamiento y aplicaciones de instrumentos de medición y de dispositivos
electromagnéticos. Observación y comentarios de
videos relacionados con temáticas del capítulo. Resolución de problemas cualitativos y cuantitativos.
7
Capítulo 7: La energía, los materiales y el
ambiente
Bibliografía general para consulta de los
docentes
Diferenciar los conceptos de impacto ambiental y de
problema ambiental. Reconocer impactos ambientales positivos y negativos. Distinguir entre recursos
naturales renovables y no renovables. Caracterizar
el fenómeno de combustión completa e incompleta.
Comparar las características de los combustibles fósiles y de los biocombustibles. Identificar formas de
generar energía a partir de recursos naturales renovables y formas de contaminación ambiental producidas por la generación, transporte y uso de la energía y de los materiales. Reconocer la corrosión como
una consecuencia de la acción del ambiente sobre
los materiales.
•Bazo, R., La actividad experimental y su didáctica,
Objetivos
Contenidos
Impactos y problemas ambientales. Recursos naturales. Combustiones y combustibles. Características
de la generación de energía a partir de recursos naturales renovables. Contaminación ambiental causada por la generación, transporte y uso de la energía y de los materiales. Acción del ambiente sobre
los materiales.
Actividades y recursos
Diseño y ejecución de actividades experimentales,
con materiales de fácil obtención, para reconocer
características de las combustiones y reproducir
procesos industriales. Descripción de fenómenos a
partir de lo observado en videos y en ensayos. Elaboración de resúmenes y de tablas. Análisis de noticias
periodísticas. Interpretación de imágenes y esquemas. Resolución de situaciones problemáticas relacionadas con los materiales, la energía y su relación
con el ambiente.
8
Buenos Aires, Edilab, 2011. (Próximamente online.)
•Benlloch, M., La educación en ciencias: ideas para
mejorar su práctica, Barcelona, Paidós Educador,
2002.
•Blok, R. y Bulwik, M., En el desayuno también hay
química, Buenos Aires, Magisterio del Río de la
Plata, 2006.
•Caamaño, A., “Enseñar química mediante la
contextualización, la indagación y la modelización”,
Alambique. Didáctica de las Ciencias Experimentales, n.º
69, pp. 21-34, julio 2011.
Online: http://chemistrynetwork.pixel-online.
org/data/SUE_db/doc/28_Alambique%20
Contextualizacion%20.pdf (Última visita: 7 de
diciembre de 2014.)
•Ceretti, H. M. y Zalts, A., Experimentos en contexto,
Buenos Aires, Pearson Educación, 2000.
•Colección Ciencia Joven, n.º 1, n.º 5, n.º 19 y n.º 38,
entre otros, Buenos Aires, EUDEBA.
•Hecht, E., Física en perspectiva, México, Addison
Wesley Iberoamericana, 1999.
•Hewitt P., Física conceptual, México, Addison Wesley
Longman, 1999.
•Gete Alonso, J. y Del Barrio, V., Medida y realidad,
Biblioteca de recursos didácticos Alhambra,
México, Editorial Alhambra Mexicana, 1989.
•Nuevo Manual de la UNESCO para la Enseñanza de las
Ciencias, Buenos Aires, Editorial Sudamericana, 1997.
Online: unesdoc.unesco.org/
images/0000/000056/005641so.pdf
(Última visita: 5 de diciembre de 2014.)
•Sanmarti, N., Didáctica de las ciencias en la educación
secundaria obligatoria, Madrid, Síntesis Educación,
2002.
FÍSICA Y QUÍMICA 1
Cuestiones didácticas
Acerca de la resolución de problemas
La ciencia resulta de la investigación originada por el planteo de problemas, por
la necesidad de elaborar respuestas, de construir conocimiento. Uno de los fines
de la enseñanza de Ciencias de la Naturaleza es el acercamiento de los alumnos
a las formas de hacer y de pensar de los científicos. Por esta razón, el planteo y
resolución de problemas son pilares básicos en las clases de Física y de Química.
Resolver problemas implica trabajar en la comprensión de situaciones confusas,
inciertas, para las que no se tienen respuesta ni estrategia de resolución inmediatas. Para ello, se debe contar con ciertos conocimientos y utilizar procedimientos
que son producto de una reflexión consciente. Los problemas no son meros ejercicios de aplicación de algoritmos y/o rutinas automatizadas, requieren la puesta
en juego de capacidades para la planificación y el control del accionar.
El planteo y la resolución de problemas son actividades que generalmente se
realizan en equipo y que promueven, entre otras acciones, el análisis de situaciones, la selección de datos a utilizar, la explicitación argumentada de ideas,
la planificación del camino a seguir –que puede o no incluir actividades experimentales– y la comparación de diferentes propuestas. A medida que se resuelven problemas, se construyen nuevos conocimientos.
Se puede guiar a los alumnos con el planteo de preguntas para comprender el
problema y elaborar el plan de acción; entre ellas: ¿Qué relación encontramos
entre la situación planteada y los temas que estamos estudiando? ¿Qué queremos averiguar? ¿Qué sabemos hasta ahora? ¿Qué datos tenemos? ¿Qué modelos científicos trabajados nos pueden orientar para elaborar nuestras hipótesis
o predicciones? ¿Qué información necesitamos buscar y dónde la podríamos
encontrar? ¿Qué pasos podríamos seguir para hallar alguna solución al problema? ¿Con cuánto tiempo contamos para hacerlo? ¿Qué otros caminos serían
posibles? ¿Cuáles son las ventajas y desventajas de cada uno?
Consideraciones sobre las actividades
experimentales
Con la enseñanza de Física y Química, se promueve en los estudiantes el desarrollo de la capacidad de observar e interrogar el mundo que los rodea. Existen diferentes vías para llegar a interpretar ese mundo, una de ellas es la experimental.
Las actividades experimentales proporcionan una oportunidad para introducir
y dar significado a conceptos científicos escolares, corroborar ideas, manipular
instrumentos y materiales de laboratorio y desarrollar habilidades cognitivas
tales como el análisis y la aplicación de modelos explicativos.
El contacto personal y directo con situaciones concretas contribuye a enriquecer el valioso patrimonio denominado “conocimiento experiencial” que las personas vamos acopiando a lo largo de nuestras vidas, gran parte del cual se adquiere de modo informal y asistemático. Cuando ese contacto se sistematiza
con la realización de actividades experimentales, como parte de las tareas escolares, se despliega un amplio abanico de posibilidades.
Si solo se propone a los alumnos trabajos experimentales pautados, con una
guía, en los que observan, manipulan aparatos e informan resultados, ellos realizan tareas de bajo nivel de investigación. Si bien estas actividades son útiles en
la construcción de algunos conceptos y en el desarrollo de ciertas habilidades,
9
se priva a los alumnos de emprender actividades de indagación escolar en las
que deban trabajar, en cierta medida, como lo haría un científico, es decir, a partir de un problema plantear hipótesis, buscar información en diversas fuentes,
realizar el diseño experimental, el registro y análisis de datos, formular conclusiones y comunicar lo actuado. Se trata de transformar la idea de la actividad
experimental concebida como una manera de ilustrar conocimientos transmitidos, o bien como una forma de comprobar información ya conocida, en una
concepción de la actividad como indagación escolar orientada, como parte de
un proceso de búsqueda de soluciones para un problema. Ello es posible aunque
no se cuente con un espacio dedicado a laboratorio. Muchas actividades experimentales se pueden realizar en el aula, con materiales económicos y fáciles de
conseguir. En este libro se incluyen variadas propuestas en esta línea.
Sobre la evaluación de aprendizajes
La evaluación constituye el motor de todo proceso didáctico. La evaluación, entendida como parte integrante de dicho proceso, permite obtener evidencias de los
avances y retrocesos, dificultades y logros de los estudiantes. Esta retroalimentación brinda información útil para tomar decisiones fundamentadas a fin de lograr
más y mejores aprendizajes. Siendo la enseñanza una acción intencionada para
producir aprendizajes, la evaluación debe servir tanto al profesor como a los alumnos. Las actividades de evaluación tienen que proporcionar información rápida,
clara y precisa. Deben incluir situaciones en que los alumnos puedan cotejar sus
avances, evidenciar sus dificultades y plantear sus necesidades. Para que estén en
mejores condiciones de comprometerse con sus tareas, la evaluación tiene que ser
continua, así tendrán la oportunidad de reflexionar sobre sus logros y sus dificultades, y podrán arbitrar los medios necesarios para mejorar sus aprendizajes. Así, la
evaluación se vuelve un interés para ellos y no un momento de tensión.
Dada la diversidad de personalidades y estilos de aprendizaje, es necesario proponer actividades variadas y usar diferentes instrumentos para recabar la información: listas de cotejo, portafolios, entrevistas, informes orales, escritos y
visuales, pruebas orales y escritas, etc. En particular, el trabajo grupal de diseño y realización de actividades experimentales es valioso para la evaluación de
aprendizajes. Es conveniente que las preguntas se formulen contextualizadas y
en referencia a situaciones cercanas a las vivencias de los estudiantes. De este
modo, se facilita el establecimiento de relaciones entre los fenómenos que se les
propone analizar y sus representaciones basadas en los modelos científicos escolares. También son útiles las cuestiones que invitan a usar lenguajes gráficos
y simbólicos, como dibujos, esquemas, fórmulas, ecuaciones. Con un repertorio
variado de técnicas e instrumentos de evaluación, la elección de cuál usar dependerá de qué aspecto de los aprendizajes se quiera evaluar y de las características del curso. La forma de evaluar tiene que ser coherente con el enfoque y
la metodología didáctica con que se desarrollan las clases.
Para ampliar el tema pueden acceder a:
http://bit.ly/1Cddv1f
(Última visita: 5 de diciembre de 2014.)
Allí encontrarán el artículo “La evaluación refleja el modelo didáctico: análisis
de actividades de evaluación planteadas en clases de química”, de Neus Sanmartí y Graciela Alimenti, publicado en Educación Química 15(2), U.N.A.M., 2004.
10
FÍSICA Y QUÍMICA 1
Orientaciones y respuestas sugeridas
Capítulo 1: Los materiales
La selección de contenidos de este capítulo responde al eje “Los materiales y sus
cambios”, de los NAP. Se estudian materiales presentes en el entorno cotidiano
y se hace foco en sus formas de obtención, propiedades y usos. Las propiedades
se explican por medio de modelos y se proponen aplicaciones en casos diversos.
También se presentan situaciones problemáticas a resolver, en algunos casos
con actividades experimentales.
SOBRE ESTA GUÍA
Siempre que fue indispensable, se han transcripto las preguntas, los esquemas y las imágenes
del libro, a fin de facilitar al docente la lectura de un único material. No obstante, se han omitido los textos de lectura de las secciones de Integración, las consignas de las Notas de laboratorio que no requerían explicación suplementaria y ciertas imágenes (no así sus epígrafes).
Problemas y repaso
1. ¿Qué método emplearían para separar unos alfileres que se cayeron en la tierra de una maceta?
Los alfileres podrían separarse de la tierra por imantación, también por tría.
2. Mencionen tres ejemplos de métodos de separación de fases que empleen a diario.
Algunos de ellos son la filtración (para preparar
café), la tría (cuando se extrae un trozo de hielo que
está en el agua de un vaso) y la tamización (para
separar garbanzos de lentejas).
3. Observen detenidamente el dibujo del dispositivo
para filtración de esta página y respondan: ¿por qué
el pico del embudo se debe apoyar en la pared del
vaso?, ¿qué podría suceder si esto no ocurriera?
De esta forma el líquido se desliza por la pared y se
va integrando al que está en el vaso. Así se evitan
las salpicaduras, que se producirían si el líquido del
embudo cayera e impactara directamente sobre el
centro de la superficie del líquido del vaso.
4. ¿Qué tipo de mezcla es la arena? ¿Por qué?
La arena es una mezcla heterogénea, porque en ella
se distinguen distintas partes, que tienen propiedades diferentes, por ejemplo, el color.
5. Cuando nos duchamos con agua caliente, los
azulejos del baño quedan mojados. ¿De dónde
proviene el agua que los moja? ¿Cómo se forma?
Los azulejos quedan mojados aunque la lluvia de
la ducha no haya incidido en ellos directamente. El
vapor de agua presente en el aire del baño se condensa cuando choca contra los azulejos fríos. Parte
de ese vapor de agua proviene de la evaporación del
agua caliente de la ducha.
6. Cuando hervimos agua en una pava, se forma
una especie de nube cerca del pico. No se trata de
vapor de agua, ya que este es invisible. ¿Qué es,
entonces?
Cuando el agua hierve en una pava, por su pico sale
vapor de agua que, al ponerse en contacto con el
ambiente frío, condensa en pequeñas gotitas que se
dispersan en el aire y forman la nube (esta nube es
una dispersión de agua y aire).
7. ¿Por qué sentimos frío cuando salimos del mar
o de una pileta? Utilicen el modelo cinéticocorpuscular y los conceptos de cambios exotérmicos
y endotérmicos para elaborar la respuesta.
El proceso de evaporación es endotérmico. Para que
se produzca, las partículas de agua líquida tienen
que adquirir la energía necesaria para vencer las
fuerzas de atracción entre ellas y pasar a formar
parte del estado gaseoso. Cuando el agua que está
sobre nuestra piel se evapora, hay transferencia de
energía (en forma de calor) desde nuestro cuerpo
hacia el agua; por eso, tenemos sensación de frío.
8. Justifiquen los resultados de la actividad de la
página 10 según el modelo cinético-corpuscular.
¿En cuál de los líquidos las interacciones entre las
partículas son más intensas?
La facilidad de evaporación de un líquido tiene relación directa con la intensidad de las fuerzas de
interacción entre sus partículas. A una misma temperatura se evapora más lentamente el líquido que
presenta, entre sus partículas, fuerzas de atracción
más intensas.
11
Solucionario
9. Intenten explicar, haciendo uso del modelo
cinético-corpuscular, el proceso de solidificación
de una sustancia. Luego, comparen sus explicaciones con las que elaboraron sus compañeros y,
entre todos, con ayuda del profesor o la profesora,
escriban un texto consensuado.
Esta es una actividad muy importante porque, además de aplicar y transferir conocimientos, los alumnos deben ser capaces de explicar un proceso. Aquí
se ponen en juego la expresión oral y escrita, y las argumentaciones que puedan elaborar para intervenir
en el debate y confeccionar un texto consensuado.
El texto al cual se arribe dependerá del grupo de
alumnos. Es de esperar que incluya conceptos relacionados con las características de los estados líquido y sólido, las características del proceso de solidificación y la explicación del mismo, haciendo uso de la
teoría cinético-corpuscular; por ejemplo, el que sigue.
Cuando se extrae energía de un líquido, sus partículas pierden libertad de movimiento, lo que se traduce en una disminución de la temperatura, el líquido
se enfría. La intensidad de las fuerzas de interacción
entre las partículas aumenta, hasta que llega a una
situación en que la sustancia comienza a cambiar
de estado líquido a sólido. Si se continúa extrayendo
energía, mientras se esté produciendo el cambio de
estado, la temperatura no se modificará. Las partículas que forman el líquido serán cada vez menos,
y mayor será el número de partículas que tengan
solamente movimientos vibratorios, esto es, las partículas que constituyen el sólido. Cuando todo el
material se encuentre en este estado, si se sigue extrayendo calor, el material se enfriará, disminuirá su
temperatura, el movimiento de las partículas será
cada vez menos intenso.
10. El agua mineral, ¿es agua pura? ¿Cómo lo saben?
No, el agua mineral es una solución acuosa; como
el nombre lo indica, contiene minerales (sales) disueltos. Si fuera una sustancia no podrían existir
diferentes aguas minerales que, justamente, se diferencian por su composición.
11. Al calentar sopa en una olla con tapa, al cabo
de un rato se pueden apreciar en la tapa gotitas
de un líquido incoloro, que es agua. Expliquen lo
que sucedió.
El vapor de agua que se forma al calentar la sopa y
que proviene del caldo, choca con la tapa fría y condensa, dando origen a las gotitas.
12. Si, luego de hacer la cromatografía de una tinta negra, volviéramos a mezclar los pigmentos de
colores obtenidos, ¿qué ocurriría? ¿Por qué?
Cabe esperar que se obtenga nuevamente la tinta
negra, ya que la cromatografía separa los componentes presentes en la mezcla pero no los modifica.
13. Si la tinta del marcador en lugar de ser al agua
fuera permanente, ¿podríamos separar sus componentes de la forma que hemos descrito? ¿Por qué?
No sería posible, porque el agua no arrastraría los
componentes de esta tinta. Habría que utilizar un
líquido en el que esos componentes sean solubles.
14. Busquen información sobre qué son las
amalgamas, expliquen qué tipo de mezclas son
e indiquen su composición.
Respuesta abierta. Cabe esperar que los alumnos
realicen la búsqueda en libros y/o en internet. Esta
actividad promueve, en los alumnos, el desarrollo de
capacidades como la búsqueda de información y la
elaboración de textos informativos, tareas habituales
en el trabajo de los científicos. Es una buena ocasión
para insistir en la necesidad de mencionar las fuentes de información, brindando referencias completas.
Las amalgamas son mezclas sólidas homogéneas,
con características metálicas, que incluyen mercurio.
15. Lean la etiqueta de un agua saborizada y anoten sus componentes. Comparen lo que registraron
con lo que anotaron otros compañeros. ¿Todas las
aguas saborizadas tienen la misma composición?
Respuesta abierta. Así como la actividad 10, esta
consigna promueve la comprensión de la diferencia entre mezclas y sustancias. La composición de
las aguas saborizadas varía según el tipo y la marca. Las aguas saborizadas son soluciones acuosas,
todas contienen agua, edulcorantes (naturales y/o
artificiales), jugo de fruta y otros componentes.
16. La plata es un material dúctil y buen conductor
de la corriente eléctrica. Sin embargo, no se usa para
hacer cables, mientras que el cobre sí. ¿Por qué?
La plata es muy cara en comparación con el cobre.
17. Sebastián necesita preparar una solución de bicarbonato de sodio al 3% m/m, según le indicó el médico,
para limpiar unas llagas. Compró 6 g de bicarbonato.
a. ¿Cuántos gramos de solución podrá preparar
con esa cantidad de soluto según la concentración
indicada?
12
3 g de st ---------------- 100 g de sc
6 g de st ---------------- x = 200 g de sc
FÍSICA Y QUÍMICA 1
b. ¿Cuántos gramos de agua deberá utilizar?
msc = mst + msv
msv = 200 g – 6 g = 194 g
c. Si tuviera 250 g de agua, ¿cuántos gramos de
bicarbonato tendría que disolver para lograr la
misma composición?
o
194 g sv ---------- 6 g st
250 g sv ---------- x = 7,73 g st
97 g sv ------- 3 g st
250 g sv ------ x = 7,73 g st
18. En el sobre de un polvo para preparar jugo,
se menciona que su rendimiento es de 1 l y que
contiene 35 g de polvo.
a. ¿Cuántos sobres se necesitan para preparar, por
agregado de agua, 4 l de jugo?
1 l sc ------------- 35 g st
4 l sc ------------- x = 140 g st
b. ¿Cuál es la composición expresada en porcentaje
de masa en volumen (% m/V)?
1 l = 1.000 cm3 sc --------------- 35 g st
100 cm3 sc --------------- x = 3,5 g st
La solución tiene una composición del 3,5% m/V;
esto es, 3,5 g st/100 cm3 sc.
c. ¿Cuántos gramos de soluto están disueltos en ¼ l
de la bebida? ¿A cuántos cm3 corresponde este
volumen?
1 l sc ------------ 35 g st
¼ l sc ----------- x = 8,75 g st
1 l --------- 1.000 cm3
¼ l --------- x = 250 cm3
19. Un sobre de polvo para preparar jugo de 35 g
rinde 1 l. Si disolvemos 4,5 g de polvo en 2 l de
agua, ¿qué tipo de solución se formará?
La solución formada será no saturada, porque 1 litro
de la misma contiene 2,25 g de soluto, que es una
cantidad de soluto mucho menor a la que contiene
la solución que se forma inicialmente con todo el
contenido del sobre en 1 litro. Se trata de una solución diluida.
20. Para diluir una solución, ¿hay que agregar o
eliminar solvente? ¿Por qué? Para obtener una
solución más concentrada, ¿qué hay que agregar?
¿Por qué?
Para diluir una solución, se debe disminuir la proporción de soluto o, lo que es lo mismo, aumentar la
de solvente. Por lo tanto, si la cantidad de soluto no
cambia, se debe agregar solvente.
Para obtener una solución más concentrada sin modificar la cantidad de solvente, se debe agregar soluto. Esto es así porque una solución más concentrada
es la que tiene mayor proporción de soluto.
21. La solubilidad del oxígeno en el agua a 20 ˚C es
de 9 mg de oxígeno por cada litro de agua. Para
respirar, los peces necesitan un medio acuoso en el
que haya 3 mg de oxígeno por cada litro de agua.
¿En qué tipo de solución de oxígeno en agua sobreviven los peces? ¿Por qué?
Los peces sobreviven en una solución acuosa no saturada de oxígeno, ya que 3 mg de oxígeno/litro de
agua corresponde a una relación menor que 9 mg/l,
que es la composición de la solución acuosa saturada de oxígeno a esa temperatura.
22. Expliquen el proceso de rehidratación de la
fruta seca cuando se la coloca en agua. Tengan en
cuenta el concepto de ósmosis.
Respuesta abierta. La explicación debería dar cuenta de la diferencia de concentración del medio interno de la fruta deshidratada (muy baja proporción
de agua) respecto del medio de remojo. El agua pasa
del exterior al interior de la fruta.
23. Ingresen a esta página web: http://bit.ly/EDV_
FQ_21_2 y utilicen el simulador para responder las
siguientes preguntas:
a. ¿Cambian los valores de la temperatura y la
cantidad de gas al modificar la presión?
No.
b. ¿Qué influencia de la presión con respecto al
volumen, y viceversa, pueden apreciar?
Al aumentar la presión disminuye el volumen en la
misma proporción; y si el volumen disminuye, aumenta proporcionalmente la presión.
24. Si se reduce el volumen de una cantidad de gas
aumentando su presión, ¿cuál/cuáles de las siguientes opciones corresponde a lo que ocurre?
a. Se reduce el número de partículas del gas.
b. El número de partículas del gas no cambia.
13
c. Se reduce el espacio entre las partículas del gas.
d. Se achican las partículas.
a. ¿Cuál es el valor de la temperatura expresada
en K?
Las opciones correctas son b y c. Las partículas son
las mismas en todo momento (el recipiente está cerrado y la cantidad de gas no se modifica). Si el espacio en el que se encuentran disminuye, las partículas tendrán que estar más cerca entre sí.
29 + 273 = 302 K
25. En el gráfico de la página 22 está representada
la variación del volumen de una determinada cantidad de gas respecto de la variación de la temperatura medida en la escala Kelvin.
a. ¿Cómo se representó en el gráfico que la cantidad de gas no cambió?
Dibujando igual número de partículas en todos los
casos.
b. Tomando dos pares ordenados (V, T), verifiquen
matemáticamente la Ley de Charles.
2 l/500 K = 1 l/250 K
Esto es, V/T = constante
c. ¿A qué valor corresponde en la escala Kelvin una
temperatura de 124 ˚C?
124 + 273 = 397 K
d. ¿Qué temperatura, expresada en ˚C, corresponde
a 400 K?
400 – 273 = 127 ºC
e. Piensen, propongan y expliquen, desde la Ley de
Charles, un ejemplo de la vida diaria.
A veces, por ejemplo, cuando colocamos un envase plástico con bebida en la heladera, el envase se
aplasta. Si lo retiramos y lo dejamos sobre la mesa,
al cabo de un tiempo, vuelve a su forma original.
Esto se puede explicar considerando que el aire contenido dentro del envase, se contrae al enfriarse, y,
fuera de la heladera, se vuelve a calentar, hasta llegar a la temperatura inicial. Entonces, el volumen
aumenta hasta alcanzar nuevamente su nivel inicial (la presión se mantuvo constante porque es la
atmosférica, y la cantidad de gas también porque el
envase estaba cerrado).
26. En una fábrica de globos están probando diferentes materiales para conocer su resistencia.
Quieren averiguar si, al aumentar la presión del
gas a un determinado valor, los globos explotarán.
Para ello, inflaron un globo con una cierta cantidad
de aire que ocupa un volumen de 2 l, a una temperatura de 29 ˚C y una presión de 1,3 atm.
14
b. ¿Qué ocurriría con el volumen del aire contenido en el globo si no cambiara la temperatura y la
presión se redujera a la mitad?
El volumen aumentaría al doble.
c. ¿Qué presión alcanzaría el globo si el volumen
fuera de 2,3 l y la temperatura de 330 K?
1,23 atm.
d. ¿Cuál es el valor de la temperatura final expresada en grados Celsius?
57 ºC.
27. Elaboren un esquema de las etapas de elaboración del azúcar.
Respuesta abierta. Cabe esperar que algunos estudiantes hagan un esquema a mano y otros utilicen
algún software para elaborarlo. En el esquema deberían figurar todos los pasos y en su secuencia correcta. En las siguientes páginas de internet pueden
ampliar la información sobre el proceso de elaboración del azúcar a partir de la caña:
http://www.azucarchango.com.ar/Azucar_proceso_
elaboracion.pdf
https://www.youtube.com/watch?v=J4kmA7--ASI&feature=youtube_gdata_player
28. Calculen cuántos gramos de azúcar se pueden
disolver, como máximo, en 300 ml de agua a 50 ˚C.
En 100 ml de agua, a 50 ºC, se pueden disolver como
máximo 260 g de azúcar. Por lo tanto, en 300 ml se
podrá disolver, como máximo, tres veces más, es decir, 780 g de azúcar.
29. Para obtener por separado la sal, a partir de
una mezcla de arena y sal gruesa, ¿cuál de los
siguientes es el procedimiento más adecuado? ¿Por
qué los otros dos no lo son?
a. Filtración, evaporación de la sal.
b. Lixiviación con agua, filtración, evaporación del
agua.
c. Tamización.
El más adecuado es el b, porque se trata de dos sólidos con una granulación muy semejante. Con la
filtración se puede separar una fase líquida de una
sólida. La tamización sirve para separar dos sólidos
con tamaños diferentes de trozos.
FÍSICA Y QUÍMICA 1
30. a. El cobre, a temperatura ambiente (25 ˚C),
es sólido. ¿Cuál de las siguientes temperaturas de
fusión puede corresponder al oro? a) 1.083 ˚C.
b) 18 ˚C. c) -5 ˚C.
Puede corresponderle a) 1.083 ºC, porque es una
temperatura mayor a 25 ºC.
b. Un material hierve a 155 ˚C y funde a 15 ˚C. A temperatura ambiente, ¿es sólido, líquido o gaseoso?
Es líquido. A menos de 15 ºC es sólido, y a más de
155 ºC está en estado gaseoso.
31. Ayer cumplió años Delfina. Terminó la fiesta y
algunos globos quedaron sobre la mesa y otros, en
el patio. La noche fue fría pero hoy amaneció lindo,
durante toda la mañana hubo un fuerte sol en el
patio. Los globos que quedaron en el comedor, hoy
a la mañana temprano estaban más chicos, como
desinflados. Al mediodía, los globos que estaban
en el patio tenían un tamaño evidentemente mayor.
Expliquen lo sucedido con los globos.
La cantidad de aire contenida en los globos no cambió, suponemos que tampoco la presión atmosférica. Por lo tanto, al estar a una temperatura más
baja, el volumen disminuye (el globo ocupa menos
espacio, es más pequeño, está algo desinflado). A
mayor temperatura, ocurre la inversa, aumenta el
volumen del aire contenido en el globo, el globo aumenta su tamaño.
32. El aceite de cocina, el vino, el vinagre, el acero
inoxidable, el oro 18 kilates, el bronce y el aire
son todos soluciones. ¿Qué tienen de diferente?
¿Qué tienen en común?
Tienen diferentes estados de agregación y diferente
composición, pero todos son mezclas homogéneas.
33. Al poner una botella de bebida cola en el
freezer o en el congelador de una heladera, al
cabo de un tiempo se congela una parte. El sólido
no tiene el color de la gaseosa. ¿Qué ocurrió?
El agua contenida en la solución congeló, se transformó en hielo, y los otros componentes de la mezcla se separaron.
34. En un vaso con agua, Loly puso una cucharada
de azúcar, revolvió un poco y luego puso un cubito
de hielo. Al cabo de unos minutos ya no se veían ni
el azúcar ni el hielo. ¿Qué ocurrió con el azúcar? ¿Y
con el hielo? ¿Qué tipo de mezcla contenía el vaso
antes de poner el hielo? ¿Por qué? ¿Qué tipo de sistema es el que finalmente quedó? ¿Por qué? ¿Qué
diferencia tiene respecto del anterior?
El azúcar se disolvió en el agua, el hielo fundió, pasó
al estado líquido. La mezcla inicial era una mezcla
heterogénea, se distinguían diferentes partes (hielo
y azúcar molido). El sistema final fue homogéneo,
todo el azúcar se disolvió y todo el hielo fundió. El
sistema final es una solución de azúcar en agua.
Este sistema tiene una sola fase, el inicial tiene tres
(la líquida y las dos fases sólidas).
35. Lean el siguiente texto y respondan las preguntas.
En una taza, Pablo puso agua fría, y, en otra, agua caliente. Luego, colocó en cada una un saquito de té. Dejó
en reposo ambas tazas. Observó, comparó los resultados
y escribió:
Cuando una sustancia se disuelve en otra, sus partículas
se mezclan de manera uniforme. En caliente, las partículas que forman las diferentes sustancias tienen más energía y se mueven con mayor velocidad, por lo que el proceso
se realiza con mayor rapidez.
a. ¿Qué hipótesis pretendió corroborar Pablo con
este experimento?
Que la velocidad de disolución aumenta al aumentar la temperatura.
b. ¿Qué recursos utilizó?
Dos saquitos de té, dos tazas de material transparente, agua caliente y agua fría.
c. ¿Qué procedimiento realizó?
Colocó agua fría en una taza y agua caliente en otra. En
ambas colocó un saquito de té, observó la coloración
que tomaba el líquido y registró sus observaciones.
d. ¿Qué resultados obtuvo?
En ambos casos el agua se fue coloreando. El líquido
de la taza que contenía el agua caliente tomó color
más rápidamente que el otro.
e. ¿Cómo se explican en el texto estos resultados?
El proceso se explica
cinético-corpuscular.
utilizando
el
modelo
f. ¿Son creíbles los resultados?
Parecería que sí.
g. ¿Qué harían para comprobarlos?
Deberíamos realizar nosotros el mismo procedimiento.
36. Un anillo de oro 18 quilates contiene 0,8 g de
oro puro. ¿Cuál es la masa del anillo?
x = 0,8 • 100/75 = 1,1 g
15
37. Dos vasos contienen igual cantidad de agua a
una misma temperatura. En uno de ellos se ponen
varios terrones (trozos) de azúcar, en el otro se
echan varias cucharadas de azúcar molida.
a. ¿Se disolverá la misma cantidad de azúcar en
ambos casos? ¿Por qué?
Sí, porque la solubilidad es una propiedad que depende de las sustancias que se mezclan y de la temperatura. Aquí, en ambos casos son iguales.
b. ¿La rapidez de disolución será en los dos casos
la misma? ¿Por qué?
No, la rapidez de disolución es mayor en el caso del
azúcar molida, porque es mayor la superficie de contacto entre el sólido y el líquido en que se disuelve.
38. Les proponemos que, si pueden, miren el
siguiente video: http://bit.ly/EDV_FQ_31. Allí
encontrarán otra aplicación de la Ley de Boyle.
a. ¿Esperaban observar lo que ocurrió dentro de la
jeringa?
¿Por qué? Explíquenlo con sus palabras.
Respuesta abierta.
b. ¿Por qué en la experiencia se tapó el extremo
libre de la jeringa?
Para que no varíe la cantidad de gas.
c. ¿Qué variable de estado se mantuvo constante
en la experiencia?
La temperatura (además de la cantidad de gas).
Integración
1. Lean el relato y resuelvan las consignas.
a. ¿Las mezclas contenidas en las jarras son homogéneas o heterogéneas? ¿Por qué?
Son homogéneas, ya que se trata de soluciones. En los
tres casos el polvo se disolvió totalmente en el agua.
b. ¿La concentración de los tres jugos preparados
es la misma? ¿Por qué?
No, porque la proporción soluto/solvente es diferente en cada caso.
c. ¿Cuál de las jarras contiene el jugo más diluido?
¿Cómo lo supieron?
El jugo más diluido es el tercero. Para igual cantidad
de solvente el jugo más diluido es el que tiene menos soluto.
Si consideramos igual volumen de agua en los tres
casos, por ejemplo, 750 ml, en el primer caso tiene
disueltos 2,25 sobres de polvo; en la segunda jarra,
16
2 sobres; y en la tercera, 1,875 sobres. El cálculo se
puede hacer tomando cualquier volumen de agua,
por ejemplo, 1 litro, 2 litros o 100 ml.
d. Si pudieran ver los jugos preparados o probarlos, ¿cómo se podrían dar cuenta de cuál es el jugo
más diluido? ¿Por qué?
El más diluido será el menos dulce y de color menos
intenso.
e. Averigüen cuántos gramos de polvo tiene cada
sobre para preparar jugo de naranja. Calculen la concentración del jugo de la segunda jarra y exprésenla
en gramos de soluto por litro de solvente (agua).
Consideramos, por ejemplo, que el contenido de
cada sobre es de 5 g. En este caso, entonces, la masa
de soluto es 10 g (2 sobres). Por lo tanto, el jugo preparado contiene 13,33 g st/l sv.
f. ¿Qué podrían hacer para concentrar más el jugo
de la primera jarra?
Agregarle soluto o evaporar parte del agua.
g. ¿Existe una única manera de concentrar una solución? Comparen la respuesta que dieron ustedes
a la pregunta anterior con las de otros compañeros. ¿Son iguales? ¿A qué se deben las diferencias?
Para concentrar una solución se debe aumentar la
proporción de soluto, pero no hay una única manera
de hacerlo. Se puede aumentar la cantidad de soluto
(manteniendo igual la de solvente) o disminuir la de
solvente (manteniendo igual la del soluto).
Notas de laboratorio
Experiencia n.˚ 1: Distintas velocidades de evaporación
1. Coloquen una gota de cada líquido sobre el
plato. ¿Cuál se evaporará más rápido?
En las páginas iniciales se ha destacado lo valiosa
que resulta la formulación de anticipaciones. Por
ello, los alumnos deben expresar y anotar anticipaciones que puedan ser puestas a prueba cuando efectúen las comprobaciones experimentales,
prestando atención al control de las variables que
intervienen.
3. ¿Cuál se evaporó más rápido? ¿Coinciden los
resultados con sus anticipaciones? Escriban sus
conclusiones.
Una gota de alcohol se evapora más rápido que una
de agua. La gota de aceite es la que más tarda en
evaporarse.
FÍSICA Y QUÍMICA 1
Experiencia n.˚ 2: Temperatura de solidificación
4. Escriban un informe de la experiencia. No olviden responder estas preguntas.
Se espera que el informe sea un relato que comunique lo que han hecho, cómo lo hicieron, por qué y a
qué conclusiones llegaron.
a. ¿Por qué la mezcla de hielo y sal hace que los
jugos de fruta congelen?
Porque logra una temperatura inferior a la de solidificación de la mezcla, es una temperatura bajo cero.
b. ¿Todos los jugos de fruta congelan a la misma
temperatura? ¿Qué podrían hacer para comprobarlo?
Cabe esperar que respondan que no porque tienen
diferentes composiciones. Para comprobarlo podrían repetir el ensayo con diferentes jugos, introducir en cada mezcla frigorífica un termómetro y medir la temperatura a la cual comienza a congelarse
cada jugo.
c. ¿Cómo podrían recuperar la sal utilizada para
preparar la mezcla frigorífica? Diseñen un método.
Cabe esperar que propongan, por ejemplo, calentar
suavemente dicha mezcla de manera que el agua se
vaya evaporando. Así quedará la sal en el fondo del
recipiente.
Experiencia n.˚ 3: Preparar una leche chocolatada
1. Escriban sus anticipaciones:
Una vez más, destacamos la importancia de dar lugar
a que los alumnos elaboren anticipaciones y las corroboren, como así también de que tengan la posibilidad
de diseñar experimentos. Cuando se quiere estudiar
la influencia de una condición experimental (variable)
en el resultado del experimento (en este caso, la rapidez de disolución), es imprescindible mantener todas
las otras variables (factores que influyen en el resultado) constantes, es decir, sin cambios.
mayor temperatura, las partículas se mueven más
rápido y es más fácil, entonces, que se mezclen.
Experiencia n.˚ 4: Cristalización de azúcar
7. Observen a simple vista y con lupa lo que va
ocurriendo sobre los hilos. Con palabras y con
dibujos, describan lo observado. Incluyan fotos.
El uso de lupa promueve la discusión acerca de la
relación entre los instrumentos utilizados y los resultados de la observación.
10. Elaboren un informe. Incluyan las conclusiones
que elaboraron y las respuestas a estas preguntas.
En el informe relatarán lo acontecido y será una
muy buena oportunidad para desarrollar la capacidad de observar y describir.
a. ¿Cuáles son los componentes de la solución que
prepararon? ¿Cuál es el soluto? ¿Cuál es el solvente?
Utilizaron agua como solvente y azúcar como soluto.
b. La solución que prepararon, ¿es saturada? ¿Por qué?
Es saturada, porque disolvieron el máximo posible.
c. ¿Qué proceso se produjo en el interior del vaso
con el azúcar de la solución?
Una cristalización.
d. ¿Qué ocurrió con el agua que ya no está presente en la solución?
Se evaporó.
e. ¿Aparecieron nuevas sustancias (sustancias que
no estaban al comienzo del proceso)?
No.
f. ¿Los cambios que se produjeron son físicos? ¿Por qué?
Sí, porque las sustancias que forman el sistema inicial y el final son las mismas.
a. ¿Será lo mismo usar chocolate en barra que en
polvo? ¿Se disolverán con la misma rapidez?
Los alumnos pueden suponer que el chocolate en
polvo se disuelve más rápido. Esto es así porque, respecto del trozo, el polvo ofrece mayor superficie de
contacto con el líquido.
b. ¿Habrá diferencia si usan leche fría o caliente?
¿Por qué?
Se espera que relacionen el valor de la temperatura
con la rapidez del movimiento de las partículas: a
17
Capítulo 2: La energía
En este capítulo, el primero en que se tratan temas correspondientes a “El mundo físico”, de los NAP, se han seleccionado contenidos relacionados con el concepto de energía. Se identifican diferentes formas de energía y se destaca su
presencia en procesos naturales y artificiales, así como su influencia en los subsistemas terrestres. Se efectúan consideraciones sobre energía mecánica, energía térmica y energía eléctrica, así como sobre las relaciones existentes entre
ellas, identificando el trabajo mecánico y el calor como formas de transferencia
de energía. El capítulo concluye con los conceptos de conservación y degradación de la energía. A lo largo del mismo se presentan situaciones problemáticas
y actividades experimentales que se procura integrar al final. A continuación,
se proponen posibles respuestas que, sobre tales situaciones y actividades, se
espera que brinden los alumnos.
Repaso y problemas
1. Indiquen si las siguientes afirmaciones son correctas (C) o incorrectas (I). Justifiquen.
a. A medida que un cuerpo cae, varía su energía
mecánica.
(I). Durante la caída disminuye la energía potencial
gravitatoria y aumenta la energía cinética; mientras
que la suma de ambas, o sea, la energía mecánica,
se mantiene constante.
b. Al comprimir un resorte, se acumula en él energía potencial.
(C). Se puede aclarar que se trata de energía potencial elástica.
2. Indiquen, en cada caso, las formas de energía
que intervienen.
a. Se conecta una batidora a un tomacorriente y se
la pone en funcionamiento.
En este proceso interviene energía eléctrica que
hace funcionar el motor de la batidora, y energía
mecánica que se manifiesta en la rotación de las
paletas del batidor. También puede indicarse que el
ruido que se produce es una manifestación de energía sonora.
b. Se enciende una hornalla y se coloca una olla
con agua sobre ella.
Al encender la hornalla interviene la energía química o interna acumulada en el gas, dando lugar a
energía térmica que se transfiere al agua y al material de la olla.
3. Ingresen a: http://bit.ly/EDV.FQ.41 y respondan.
Para resolver esta activad no se espera que, por
18
ahora, los alumnos apliquen expresiones matemáticas, sino que comprendan el uso del simulador.
a. La temperatura máxima de un día fue de 25 °C.
¿A cuántos grados Fahrenheit equivalen?
Al emplear el simulador observarán que 25 ºC equivalen a 77 ºF.
b. El alcohol entra en ebullición aproximadamente
a 351 K. ¿A cuántos grados Celsius hierve el alcohol?, ¿a cuántos grados Fahrenheit?
El alcohol hierve a 78 ºC, que equivalen a 172 ºF
(aproximadamente, pues no se ha considerado
la parte decimal en la equivalencia con la escala
Kelvin).
4. Describan una situación en la que la energía
mecánica se transforme en energía térmica. Luego,
comparen sus respuestas con las respuestas de
otros compañeros y elaboren entre todos un listado de los ejemplos presentados.
En esta actividad se espera que los alumnos sean capaces de describir un proceso, poniendo en juego la
expresión oral y escrita y las argumentaciones necesarias para lograr el listado consensuado. La descripción que se logre dependerá de cada grupo. Se espera
que aludan a situaciones en las que esté presente la
fricción o rozamiento entre objetos: frotación de manos, frenadas bruscas en carreras de automóviles o,
si son afectos a los campamentos, obtención de fuego por fricción entre trozos de madera.
5. Respondan las siguientes preguntas sobre el
trabajo mecánico.
Esta actividad remite a la página 38, para tener presente el concepto de trabajo mecánico, que se relacionará luego con el concepto de calor.
FÍSICA Y QUÍMICA 1
a. Además de la acción de una fuerza, ¿qué se
requiere para que exista trabajo mecánico?
Debe haber desplazamiento, o sea, cambio de posición del objeto sobre el que se ejerce la fuerza.
b. ¿Cuál es la relación entre el trabajo mecánico y
la energía mecánica?
La energía mecánica se transfiere a través del trabajo. Los intercambios de energía mecánica se manifiestan en forma de trabajo.
c. ¿El trabajo mecánico se encuentra almacenado
en los objetos?
No. Los objetos tienen energía y son capaces de realizar trabajo, pero no “tienen” trabajo.
6. Respondan las siguientes preguntas acerca del
calor.
a. ¿Qué se requiere para que se ponga de manifiesto el calor?
Deben existir cambios de temperatura entre los objetos que interactúan.
b. ¿Cuál es la relación entre el calor y la energía
térmica?
La energía térmica se transfiere, a través del calor,
entre cuerpos que están a diferentes temperaturas.
c. ¿Los objetos poseen calor?
No. Los cuerpos no poseen calor, sino energía en diversas formas.
7. Comparen las respuestas obtenidas en las dos
actividades anteriores y escriban en sus carpetas
una síntesis de las similitudes que encontraron
entre el trabajo mecánico y el calor.
Se espera que las respuestas anteriores orienten a
señalar que el trabajo mecánico y el calor presentan
características similares:
•debe haber cambios (de posición o de temperatura)
para que se manifiesten;
•corresponden a formas de transferencia de energía
(mecánica o térmica);
•no se encuentran almacenados en los objetos.
8. Revisen los utensilios de la cocina en sus casas
y clasifiquen los materiales que los componen
según su conductividad térmica. Escriban en sus
carpetas un listado con los materiales conductores
del calor y otro con los aislantes.
Respuesta abierta que depende de la capacidad de
observación y de la curiosidad de los alumnos. Se
espera que entre los materiales conductores del calor aparezcan diversos metales, cerámica y vidrio;
mientras que, entre los aislantes, se encuentren la
goma, los plásticos y algunas telas.
9. Si deciden colocar una estufa de tiro balanceado en su habitación, ¿en qué lugar la ubicarían
para que brinde beneficios y, a su vez, no derroche
energía? Escriban la respuesta en sus carpetas y
expliquen por qué la ubicarían en ese lugar.
Aparece nuevamente la necesidad de poner en juego
habilidades expresivas y argumentativas que, en este
caso, deben concluir con la justificación de una elección.
La ilustración del lado derecho de la página 46 constituye una excelente fuente de información para
elaborar la respuesta, pues se nota que, colocando
la estufa cerca del piso, se logra una buena circulación del aire, debido a las corrientes convectivas.
10. Indiquen si las siguientes afirmaciones son
correctas (C) o incorrectas (I).
Esta actividad remite a las páginas 46 y 47.
a. En la convección, no se requiere materia para
que la energía se transfiera.
(I). En la convección, la energía térmica se transfiere
en forma de calor mediante el desplazamiento de
materia.
b. La energía del Sol se transfiere por radiación y
genera corrientes convectivas en la atmósfera.
(C).
c. En los fluidos, la transferencia de energía térmica se produce exclusivamente por convección.
(I). Es incorrecta debido al empleo de la palabra
“exclusivamente”, ya que una pequeña parte de la
transferencia se produce por conducción.
11. Repasen mentalmente las actividades que ustedes y sus familias realizan a lo largo de un día.
Luego, respondan:
Respuesta abierta, que depende de la capacidad de
observación, la creatividad y las consultas de los
alumnos.
a. ¿En cuáles de esas actividades se hace uso de la
electricidad?
Se esperan ejemplos tales como encender lamparitas, emplear escaleras mecánicas, utilizar el celular, la computadora, una batidora eléctrica y otros
electrodomésticos.
b. ¿Cuáles de esas actividades podrían realizarse,
aunque fuera con un poco más de esfuerzo, sin
hacer uso de artefactos eléctricos?
Se podría subir por una escalera fija, por ejemplo, o
batir la crema a mano.
19
c. ¿Cuáles de esas actividades no podrían realizarse de ninguna manera si no existiera la electricidad?
15. Observen la ilustración y anoten las formas de
energía que intervienen y los cambios o efectos
que se producen en cada transformación.
El uso de telefonía celular y de computadoras, al
menos tal como las conocemos, no es posible sin
electricidad.
Intervienen energías eléctrica, mecánica, eólica y
sonora. La energía eléctrica suministrada al motor
del ventilador se transforma en energía mecánica y
giran las aspas del ventilador. Estas mueven el aire
y se manifiesta energía eólica, parte de la cual se
transforma en energía mecánica, que se manifiesta en el movimiento de los caños. Cuando los caños chocan entre sí, se escuchan sonidos, poniendo
en evidencia que parte de esa energía mecánica se
transforma en energía sonora.
d. ¿Qué actividades no requieren en absoluto el
uso de electricidad?
Se esperan ejemplos tales como dar un paseo por
la plaza, disfrutar de un partido en un día soleado,
abanicarse con una pantalla, escribir una carta con
lápiz y papel.
e. Comparen sus respuestas con las de otros compañeros y elaboren un listado completo para cada caso.
Actividad colaborativa que requiere capacidad de
síntesis y de argumentación para lograr un listado
depurado y sin repeticiones.
12. Agreguen a los ejemplos de esta página otro u
otros aparatos en los que se aplique el efecto Joule.
Nuevamente es el caso de una respuesta abierta,
que depende de la búsqueda que hagan los alumnos. Pueden mencionarse ejemplos tales como el
calefón eléctrico de algunas duchas, los fusibles que
protegen los circuitos eléctricos y el calefactor de
agua de los bebederos presentes en oficinas y otros
establecimientos.
13. Se eleva un martillo a 0,6 m de altura y se lo deja
caer sobre un poste clavado en la tierra. Luego, se
repite la operación elevando el martillo a 1,8 m.
¿En qué caso se hunde más el poste? ¿Por qué?
Si no cambian las condiciones del terreno, se hundirá tres veces más en el segundo caso, pues el martillo se deja caer desde una altura tres veces mayor
que en el primer caso.
14. Observen los esquemas e indiquen en cuál de
ellos se manifiesta energía cinética, en cuál se
está efectuando trabajo sobre el resorte y en cuál
existe energía potencial almacenada.
En el esquema C, se manifiesta energía cinética,
pues la cabeza se desplaza impulsada por el resorte.
En el esquema A, se efectúa trabajo mecánico sobre el resorte, al comprimirlo. En el esquema B, el
resorte está comprimido y retenido por la tapa. En
este último caso, la energía potencial (elástica) ha
quedado almacenada.
20
16. Indiquen si las siguientes afirmaciones son
correctas (C) o incorrectas (I). En la carpeta, reformulen las que consideraron incorrectas para transformarlas en correctas.
a. La temperatura de un objeto representa la energía cinética de una de sus partículas.
(I). La temperatura de un objeto tiene relación directa con el promedio de la energía cinética de la
totalidad de las partículas que lo forman.
b. La energía térmica se transfiere en forma de
calor desde los objetos que están a mayor temperatura hacia los que están a menor temperatura.
(C).
c. Dos objetos están en equilibrio térmico cuando
su energía térmica es igual.
(I). Dos objetos están en equilibrio térmico cuando
su temperatura es igual.
d. Un jarro con agua caliente posee una gran cantidad de calor.
(I). Un jarro con agua caliente posee una gran cantidad de energía térmica.
e. El efecto Joule es una consecuencia de la transformación de energía eléctrica en energía térmica.
(C).
17. Respondan en sus carpetas a la siguiente pregunta y justifiquen su respuesta. ¿Es correcto leer
la temperatura del termómetro inmediatamente
después de haberlo introducido en agua caliente?
No es correcto. Para efectuar la lectura se debe esperar a que se detenga la transferencia de energía
térmica (en este caso, desde el agua caliente hacia el
termómetro) y ambos cuerpos lleguen al equilibrio
térmico.
FÍSICA Y QUÍMICA 1
18. Completen el siguiente esquema. Para ello,
dibujen una flecha que indique en qué sentido se
transfiere la energía térmica entre los cuerpos de
cada par. Si consideran que no hay transferencia
de energía, dibujen una línea sin flecha.
No es necesario que los alumnos efectúen cálculos
porque, para responder, alcanza con la información
de la página 41 y sencillos razonamientos.
80 °C > 20 °C
40 °C — 40 °C
32 °F — 273 K
temperaturas en grados Celsius. En internet, encontraron la siguiente expresión:
temp. en ºC = (temp. en ºF – 32) x 100 / 180
4. Observen el siguiente esquema:
100 K < 50 °C
0 °F < 30 °C
-10 °C > -60 °C
19. En el siguiente esquema, se toma el lecho del
río como nivel de referencia para la energía
potencial del agua. Marquen los sectores en los que:
a. predomina la energía potencial;
En el sector izquierdo, que corresponde al embalse.
b. predomina la energía cinética;
En el sector derecho, con muy poco nivel de agua
(muy baja energía potencial) pero con el agua en rápido movimiento (energía cinética).
c. se presentan ambos tipos de energía.
En la caída del agua, mientras la energía potencial
disminuye y la energía cinética aumenta.
Integración
1. Lean el relato.
Luego de la lectura se generan respuestas breves,
acordes al espacio disponible.
2. Respondan las siguientes preguntas.
a. ¿Cómo funciona un caloventor? ¿Qué transformaciones de la energía ocurren durante su funcionamiento?
La estufa transforma energía eléctrica en energía
térmica que calienta el aire. El ventilador transforma energía eléctrica en energía mecánica en las aspas; a su vez, estas impulsan el aire caliente (energía eólica) hacia el ambiente.
b. ¿Qué deberían hacer Tomás y Matías para poder
regular la temperatura usando la escala Celsius?
Deberían transformar las temperaturas en escala Fahrenheit del indicador a la escala Celsius o
centígrada.
3. Lean la continuación del relato.
Tomás y Matías tenían ahora que transformar las
temperaturas expresadas en grados Fahrenheit en
5. Respondan:
a. ¿Qué proporción pueden establecer entre los
segmentos A, B, X e Y de la figura que encontró
Tomás?
Hay varias expresiones correctas. La más conveniente es: X/Y = A/B
b. El segmento A abarca 100 divisiones de la escala Celsius, por lo que resulta que A = 100. ¿Cuántas
divisiones en la escala Fahrenheit abarca el segmento B? ¿Qué valor le corresponde a B?
El segmento B abarca (212 – 32), o sea, 180 divisiones, por lo que resulta B = 180.
c. El segmento X corresponde a una temperatura
en ˚C medida desde 0 ˚C, por lo que X = temp. en ˚C.
A partir de la figura, ¿es correcto expresar el
segmento Y de la siguiente manera:
Y = temp. en ˚F – 32? ¿Por qué?
Es correcto, porque Y abarca la porción de termómetro comprendida entre esos valores.
d. En la proporción que escribieron al responder la
pregunta a, reemplacen los valores y expresiones
obtenidos en b y c para los segmentos A, B, X e Y.
¿Llegan a la expresión que encontró Tomás?
Reemplazándolos ordenadamente y operando, se
llega a esa expresión.
e. Matías encontró también esta expresión. ¿Es
correcta? ¿Por qué?
temp. en °C . 9/5 + 32 = temp. en °F
21
Es correcta, pues operando correctamente y simplificando se llega a ella a partir de la expresión
anterior.
f. Si los chicos desean una temperatura de 20 °C,
¿en qué valor deberían colocar el indicador del
caloventor?
5 y 6.
Reemplazando en la expresión que encontró Matías se
concluye que deberían colocar el indicador en 68 ºF.
Con estas consignas se propone que los alumnos registren ordenadamente los datos y puedan disponer
de información para evaluar sus anticipaciones.
Notas de laboratorio
7.
Experiencia n.˚ 5: Manifestación de la energía
Con esta actividad experimental se espera que los
alumnos adquieran información que les permita relacionar la energía potencial gravitatoria que posee
un objeto con la altura a la que se encuentra y con
el peso del mismo. Vale la pena señalar que no se
pretende que arriben a una expresión matemática.
La base de plastilina (o de otro material deformable)
debe ser lo suficientemente blanda como para que,
al caer sobre ella, el cilindro compuesto por las monedas deje una marca apreciable.
Para facilitar la medición de las alturas desde las
que se dejará caer el cilindro, conviene colocar el
cero de la regla a ras de la base de material blando.
En las páginas iniciales se ha destacado lo valiosa
que resulta la formulación de anticipaciones. Por ello,
los alumnos deben formular y anotar anticipaciones
que puedan ser puestas a prueba cuando efectúen
las comprobaciones experimentales, prestando atención al control de las variables que intervienen.
4. Anoten sus anticipaciones antes de continuar:
a. ¿Qué clase de energía han adquirido las monedas con respecto al nivel de la mesa?
Se espera que señalen que se trata de energía potencial gravitatoria.
b. ¿Qué esperan que ocurra con la plastilina cuando dejen caer las monedas?
Seguramente dirán que dejará un hueco o que se
hundirá.
c. ¿Qué observarán si varían la altura desde donde
dejan caer las monedas?
Cabe esperar que anticipen que el hundimiento será
más profundo al aumentar la altura, siempre que se
conserve la cantidad de monedas.
d. ¿Qué observarán si duplican la cantidad de monedas usadas para formar el cuerpo?
En este caso vale hacer notar que al cambiar la
variable “cantidad de monedas” (o sea, el peso del
22
cilindro) es necesario mantener fija la variable “altura” para que las observaciones sean válidas. Se espera que anticipen que el objeto se hundirá más, sin
necesidad de que arriesguen que la profundidad del
hueco se duplicará.
En este paso se refuerza la noción del control de las
variables cuando se planifica una actividad. Una vez
que la realicen, podrán evaluar lo anticipado en 4.d.
8. Redacten un informe. Incluyan sus anticipaciones, los resultados obtenidos y las respuestas a
las siguientes preguntas:
En la redacción del informe que se solicita como
cierre de esta actividad, se espera que presten atención a los detalles señalados y que incluyan sus
respuestas.
a. ¿Cómo pueden explicar lo que ocurrió con la
energía en esta actividad?
Se espera que las explicaciones aludan a que la
energía potencial gravitatoria que el cilindro adquiere al ser elevado se transforma en energía cinética mientras va cayendo, y, al impactar sobre la
plastilina, la mayor parte de esa energía se traduce
en la deformación de ese material (además de producir ruido y calentamiento).
b. ¿Qué resultados obtuvieron al realizar la actividad según las modificaciones que propusieron?
Las modificaciones se refieren al cambio en la cantidad de monedas, sin variar la altura. Se espera que
aprecien que, al aumentar la cantidad de monedas, aumenta la deformación o hundimiento de la
plastilina.
FÍSICA Y QUÍMICA 1
Capítulo 3: Átomos, moléculas e iones
Este capítulo incluye temas vinculados con el eje “Los materiales y sus cambios”, de los NAP. Para explicar algunas propiedades de la materia y los materiales, se hace foco en la estructura de los corpúsculos o partículas con los que
ya se trabajó en capítulos anteriores. Se presenta la teoría atómico-molecular
como un modelo para explicar ciertas propiedades, y se hace un breve recorrido
por el desarrollo de los modelos atómicos. La organización de los elementos en
una tabla periódica se presenta como un recurso que facilita el estudio de las
propiedades de algunas sustancias simples y compuestas presentes en la vida
cotidiana. Se introducen algunos conceptos relacionados con el nombre de las
sustancias y su representación simbólica y convencional, las fórmulas. También
se presentan diferentes tipos de reacciones químicas y la forma de representarlas, las ecuaciones. Se vinculan, así, los niveles macroscópico, submicroscópico
y simbólico.
Repaso y problemas
1. Un átomo de fósforo se representa como 31
15 P.
a. ¿Cuáles son sus números másico y atómico?
31 y 15, respectivamente.
b. ¿Cuántos protones y cuántos neutrones tiene?
Tiene 15 protones y 16 neutrones.
c. ¿Existe algún otro átomo con 15 protones que
no sea un átomo de fósforo? ¿Por qué?
No, porque el número de protones define al elemento. Todos los átomos de fósforo tienen 15 protones, y
todo átomo con 15 protones es un átomo de fósforo.
2. Un átomo tiene 16 protones y 18 neutrones.
a. ¿Cuántos electrones tiene? Si gana dos electrones, ¿en qué tipo de ion se transforma?
Tiene 16 electrones. Si gana dos electrones se transforma en un anión (ion negativo).
b. Si usamos la letra X para representar al elemento, ¿cómo se representan el átomo y el ion?
El átomo se representa como X y el ion formado,
como X2-.
3. Elaboren un breve comentario biográfico sobre
dos de los científicos mencionados en la línea de
tiempo de la página 56.
Respuesta abierta. Para responder, los estudiantes
tendrán que hacer una búsqueda de información, lo
que implica aplicar criterios para seleccionar las informaciones más confiables y pertinentes. Con esta
tarea, además, ponen en juego sus habilidades lingüísticas. Es interesante socializar las producciones
y comparar los comentarios de varios estudiantes
que hayan elegido al mismo científico, analizar sus
semejanzas y diferencias, y discutir sobre las bases
con que elaborarán síntesis y resúmenes.
4. Completen la línea de tiempo de la página 56
utilizando un afiche o en formato Prezi. Incluyan
a Boyle, a Charles, a Gay-Lussac, a Avogadro y a
Mendeleiev.
Respuesta abierta. Si hacen la presentación utilizando Prezi o PowerPoint, podrán mostrar la línea
de tiempo elaborada con algún programa informático que lo posibilite. Cualquiera sea el formato
que utilicen para la presentación, esta actividad
promueve el trabajo colaborativo en equipo. Para la
evaluación, serán indicadores la inclusión correcta
de los científicos en el tiempo y la mención de sus
principales aportes científicos, la comunicabilidad
de la presentación y la organización del grupo para
llegar a la producción solicitada, entre otros.
5. Averigüen qué empresa produce aluminio en la
Argentina utilizando el método Hall-Héroult y en
qué provincia está su planta productora.
Se trata de la empresa Aluar (Aluminio Argentino),
cuya planta está ubicada en la ciudad de Puerto Madryn, provincia de Chubut.
6. ¿Es correcto decir que las ollas de aluminio no
se oxidan y las de hierro sí? ¿Por qué?
No es correcto, porque ambos metales se oxidan en el
ambiente húmedo de una cocina. La diferencia es que
el óxido de aluminio es compacto y, una vez formada
la primera capa, esta evita el contacto entre el metal
y el ambiente; por lo tanto, la oxidación no continúa.
En el caso del hierro, el producto de su oxidación es un
sólido poroso, entonces el proceso continúa.
23
7. Las moléculas de un óxido de cloro están formadas por dos átomos de cloro y tres átomos de
oxígeno. ¿Es una sustancia simple o compuesta?
¿Por qué? ¿Cuál de las siguientes fórmulas es la
que le corresponde? ¿Por qué?
a) ClO
11. En la tabla periódica “muda” del siguiente
esquema, hay algunos casilleros coloreados, les
proponemos que les asignen números o letras e
indiquen:
3
1
4
b) ClO2
c) Cl2O3
Es una sustancia compuesta, ya que está formada
por dos elementos. Su fórmula es la c, ya que es la
que indica (por medio de los subíndices) la proporción atómica de dichos elementos (dos átomos de
cloro por cada tres átomos de oxígeno).
8. El eteno o etileno se utiliza en la elaboración
del polietileno. Su fórmula es C2H4. ¿Cómo está
formada una molécula de eteno? ¿A qué grupo de
compuestos pertenece? ¿Por qué?
Una molécula de eteno está formada por dos átomos de carbono y cuatro átomos de hidrógeno. Se
trata de un hidrocarburo porque está formado exclusivamente por hidrógeno y carbono.
9. El amoníaco es una sustancia cuyas moléculas
están formadas por un átomo de nitrógeno y tres
átomos de hidrógeno. ¿Cuál es su fórmula molecular? ¿Es un óxido? ¿Por qué? ¿Es un hidrocarburo?
¿Por qué?
La fórmula molecular del amoníaco es NH3. Es un
compuesto binario que no contiene oxígeno, por lo
tanto no es un óxido. Tampoco es un hidrocarburo,
pues no contiene carbono.
10. Unan cada uno de los términos de la primera
columna con el que le corresponda de la segunda.
1) cloruro de magnesio
2) carbonato de calcio
3) clorato de potasio
4) fluoruro de sodio
A) CaCO3
B) MgCl2
C) NaF
D) KClO3
1 - B; 2 - A; 3 - D; 4 - C.
Los alumnos vieron que el nombre de los compuestos formados por un metal y un no metal termina
en “uro” si no contiene oxígeno, y en “ato” si contiene
oxígeno. Con este conocimiento harían la primera
selección; la definitiva la realizan teniendo en cuenta cuál es el metal y/o el no metal cuyo símbolo aparece en la fórmula y en el nombre.
2
a. Grupo y período al que pertenecen dos de ellos.
Respuesta abierta.
b. Tipo de elemento (representativo o de transición) para tres de ellos.
Respuesta abierta.
c. Cuál o cuáles son metales alcalinos.
Los elementos indicados con los números 1 y 2 (en
el grupo 1) son metales alcalinos.
d. Cuál o cuáles corresponden a un gas noble.
Los elementos indicados con los números 3 y 4 (en
el grupo 18) son gases nobles.
e. Busquen e indiquen el nombre y el símbolo de
cada uno.
Litio (Li); francio (Fr); helio (He); argón (Ar).
12. Representen la reacción de descomposición
del agua oxigenada haciendo uso de las fórmulas
desarrolladas de las sustancias participantes.
H
O
O
O
H
H
O
H
O
H
+
O = O
O
H
H
H
13. De las siguientes ecuaciones, indiquen cuál representa una reacción de descomposición y por qué.
a. Cl2 + H2 > 2 HCl
b. HCl + NaOH > NaCl + H2O
c. CaCO3 > CaO + CO2
La ecuación que representa una reacción de descomposición es la c, porque a partir de una única
sustancia se obtienen dos.
24
FÍSICA Y QUÍMICA 1
14. Cuando el aluminio (Al) reacciona con el oxígeno (O2) se forma óxido de aluminio (Al2O3). Escriban la ecuación de esta reacción. No se olviden de
ajustarla.
4 Al + 3 O2 > 2 Al2O3
15. El propano (C3H8) es uno de los componentes
del gas de garrafa. Al reaccionar con el oxígeno,
arde, origina dióxido de carbono y agua, y libera
energía en forma de calor y luz. Teniendo en
cuenta esta información, resuelvan las siguientes
consignas.
a. El propano, ¿es una sustancia simple o
compuesta? ¿Por qué?
Es una sustancia compuesta, como lo muestra su
fórmula con los símbolos del carbono y del hidrógeno. Además, una sustancia binaria, porque está
formada por dos elementos.
b. ¿Es un óxido? ¿Por qué?
No es un óxido, porque ninguno de los dos elementos es oxígeno.
c. La reacción de combustión, ¿es exotérmica o
endotérmica? ¿Por qué?
La reacción es exotérmica, porque libera energía en
forma de calor.
d. Escriban la ecuación correspondiente a la reacción de combustión mencionada.
C3H8 + 5 O2 > 3 CO2 + 4 H2O
16. Completen la siguiente tabla. Busquen información en internet o en una biblioteca.
18. Lean el siguiente diálogo ficticio entre dos
científicos.
A: Mi propuesta es la de un modelo atómico nuclear. Los electrones estarían girando alrededor de
un centro.
B: Estimado doctor, lo que usted propone es imposible. Los átomos son indivisibles, son esferas macizas
que no tienen partes.
a. Identifiquen a los científicos que intervienen en
el diálogo.
Niels Bohr (A) y John Dalton (B). También podrían haberse referido a Ernest Rutherford como científico A.
b. ¿Pudo haberse producido este diálogo? ¿Por qué?
No, porque Dalton vivió en el siglo V antes de nuestra era, y los otros dos a fines del siglo XIX y principios del XX.
19. ¿Cuáles de las siguientes representaciones
corresponden a sustancias simples y cuáles a sustancias compuestas? ¿Por qué?
En las imágenes se representa el bromo, que es una
sustancia simple porque está formada por un único
elemento, su fórmula tiene un solo símbolo; el óxido
de cobre y el dióxido de carbono, que son sustancias
compuestas, porque están formadas por más de un
elemento (dos); y el metanol, que es una sustancia
compuesta formada por tres elementos.
20. Indiquen si las siguientes afirmaciones son
correctas (C) o incorrectas (I) y justifiquen en cada
caso.
a. Todas las sustancias están formadas por moléculas.
Elemento
¿Cuándo fue
descubierto?
¿Quién lo
descubrió?
Hidrógeno
1766
Henry Cavendish
Nitrógeno
1772
Daniel Rutherford
b. El primer modelo atómico nuclear fue propuesto
por Dalton.
Cloro
1774
Carl Wilhelm Scheele
(I). Dalton propuso un átomo sin estructura interna.
17. Los elementos de la tabla anterior forman
moléculas biatómicas. Escriban sus símbolos y las
fórmulas de las sustancias simples que originan.
Elemento
Símbolo
Fórmula de la sustancia
simple
Hidrógeno
Nitrógeno
Cloro
H
N
Cl
H2
N2
Cl2
(I). También existen sustancias formadas por iones,
como el cloruro de sodio.
c. La fórmula SO3 corresponde a una sustancia
compuesta.
(C). La sustancia está formada por más de un elemento. S simboliza al azufre y O, al oxígeno.
d. La ecuación correspondiente a la reacción de
síntesis del monóxido de carbono es: C + O2 > CO
(I). No está balanceada, ya que el número de átomos
de cada elemento en ambos miembros de la ecuación no es el mismo. La ecuación correcta es:
2 C + O2 > 2 CO
25
21. Escriban el nombre y el símbolo del elemento de Z = 5. ¿En qué grupo y período de la tabla
periódica se encuentra? ¿En cuántos niveles de
energía están distribuidos los electrones de sus
átomos? ¿Cuántos electrones tiene en el nivel de
energía más elevado?
Se trata del boro, cuyo símbolo es B. Se encuentra
en el grupo 13 y el período 2. Los electrones están
distribuidos en dos niveles de energía. En el nivel de
mayor energía tiene tres electrones.
22. Un átomo tiene 35 protones en su núcleo.
a. ¿A qué elemento pertenece?
Es un átomo de bromo.
b. ¿Cuál es su símbolo?
Br.
c. ¿Es un elemento representativo o de transición?
Es un elemento representativo.
d. ¿Es un metal o un no metal?
Es un no metal.
23. El agua mineral A contiene 4 mg/l de aniones
cloruros (Cl–). El agua mineral B contiene 36,3 mg/l.
a. ¿Cuántos miligramos de Cl– hay en un vaso (200 ml)
del agua A?
Como 200 ml es la quinta parte de un litro, entonces
habrá una quinta parte de iones cloruro en el agua
mineral A, es decir, 0,8 mg.
b. ¿En qué volumen del agua B hay esa misma
cantidad de Cl-?
Tras aplicar una regla de tres simple, se halla que
en 22 ml del agua B hay igual cantidad de Cl– que en
200 ml del agua A.
24. La vitamina C es muy sensible al calor y a la
luz. Con el paso del tiempo sufre transformaciones
por las que pierde su actividad.
a. ¿Es lo mismo tomar un jugo de naranja recién
exprimido que otro que fue hecho unas horas
antes? ¿Por qué?
No es lo mismo, porque si el jugo queda a la luz, su
contenido de vitamina C disminuye.
b. Si se cocina un alimento que contiene vitamina
C, ¿cambia su composición? Argumenten la respuesta.
Sí, porque la vitamina C es sensible al calor, por lo
tanto, si se cocina el alimento, el contenido de esta
vitamina disminuye.
26
25. Gustavo comparó el contenido de vitamina C
de dos jugos, uno de pomelo y otro de limón. Para
ello, colocó 2 ml de jugo de pomelo en un vaso
y la misma cantidad de jugo de limón en otro.
Luego, les fue agregando, gota a gota, alcohol
iodado. En el primer caso, se decoloraron 7 gotas;
cuando agregó la octava, mantuvo su color. En el
segundo caso, cuando agregó la sexta gota, ya no
se decoloró. ¿Qué conclusión pudo sacar Gustavo
de la experiencia? ¿Por qué empleó el mismo volumen de jugo en los dos casos?
El contenido de vitamina C del jugo de limón es mayor que el del pomelo. Es necesario hacer el ensayo
utilizando igual volumen de ambos líquidos porque
así solo puede variar la cantidad de vitamina en
cada recipiente, que es el dato que se desea conocer. También debe permanecer constante la variable
“temperatura”.
26. Escriban la ecuación correspondiente a estas
reacciones.
a. Reacción entre el óxido de calcio y el agua
cuando se pone en funcionamiento un envase
autocalentable.
CaO + H2O > Ca(OH)2
b. Reacción de obtención del aluminio por el método de Hall-Héroult.
2 Al2O3 > 4 Al + 3 O2
Integración
a. ¿Qué tipo de reacción química se produce cuando se activa el airbag? ¿Cómo se dan cuenta?
Se trata de una reacción de descomposición, porque a
partir de una única sustancia se obtiene más de una.
b. ¿La azida de sodio es una sustancia simple o
compuesta? ¿Cómo lo saben?
La azida de sodio es una sustancia compuesta, ya
que se puede descomponer, está formada por más
de un elemento.
c. Además del nitrógeno, ¿qué otra sustancia se
produce en la reacción?
Además, se produce sodio.
d. Escriban la ecuación que representa la reacción
química que se produce cuando el airbag se activa.
Recuerden que las moléculas de nitrógeno son
biatómicas y que tienen que ajustar la ecuación,
colocando los coeficientes que sean necesarios.
2 NaN3 > 2 Na + 3 N2
FÍSICA Y QUÍMICA 1
Notas de laboratorio
Experiencia n.˚ 6: La velocidad de las reacciones
4. Las burbujas evidencian la reacción. ¿Cuál resultó ser más rápida?
Es de esperar que hayan observado que la reacción
con el agua oxigenada más concentrada (la de 20 o
30 vol.) es más rápida que la reacción con la más
diluida (10 vol.). En el tubo donde el agua oxigenada
es más concentrada se desprende mayor número de
burbujas por unidad de tiempo.
5. Toquen nuevamente los tubos. ¿Perciben algún
cambio en la temperatura? ¿A qué se debe?
Los alumnos habrán podido comprobar el calentamiento de los tubos y podrán decir, entonces, que la
reacción liberó calor, que es exotérmica.
Experiencia n.˚ 7: Reconocimiento de dióxido de
carbono
2. Soplen suavemente dentro del líquido a través
del sorbete. Se producirá un burbujeo. ¿Por qué?
El aire que exhalamos no se disuelve en el líquido;
por lo tanto, se diferencia del líquido. En ese momento, se forman dos fases: una gaseosa (las burbujas) y otra líquida.
4. ¿El aire que exhalamos es igual al que inspiramos? ¿En qué se diferencian?
El aire que exhalamos no tiene la misma composición que el que inspiramos. Cuando respiramos, el
aire exhalado tiene mayor concentración de dióxido
de carbono y menor concentración de oxígeno que
el aire que inspiramos.
Experiencia n.˚ 8: Procesos exotérmicos y endotérmicos
Cuando enseñamos química en la escuela secundaria, acercamos a los alumnos a las formas de hacer
y de pensar de los científicos. En esta propuesta se
hace foco en la resolución de un problema a través
de una actividad experimental, cuyo diseño queda a
cargo de los alumnos. Este tipo de propuesta favorece el desarrollo de capacidades como la predicción,
la secuenciación de pasos a realizar, la aplicación de
conocimientos, el uso de materiales de laboratorio
y la comunicación de procedimientos, resultados y
conclusiones.
27
Capítulo 4: Fuerzas y campos
En este capítulo se tratan temas correspondientes al eje “El mundo físico”, de los
NAP. Se han seleccionado contenidos que relacionan los conceptos de interacción y de fuerza, considerando a esta última como magnitud vectorial y comparándola con la presión. Se presenta el concepto de campo como modelo de interacción y se tratan ejemplos y aplicaciones de los campos magnético, eléctrico
y gravitatorio, con la introducción de las nociones de inercia, peso y masa. El
capítulo se cierra con la comparación de las características de los tres campos
mencionados. Durante el desarrollo, se presentan situaciones problemáticas y
actividades experimentales que se procura integrar al final.
Repaso y problemas
1. La balanza mide nuestro peso en kilogramos
fuerza (aunque usualmente digamos que pesamos,
por ejemplo, "50 kilos"). La equivalencia entre
kilogramos fuerza y newton es: 1 kg = 9,8 N. Con
esos datos, calculen su propio peso en newton.
Respuesta abierta, pues depende de cada persona.
Se espera que los alumnos multipliquen su peso en
kilogramos fuerza por 9,8 para obtenerlo en newton.
2. Una persona aplica con su mano una fuerza de
100 N sobre un cuerpo, por ejemplo, una pared.
¿Cuál es el valor de la fuerza que recibe sobre su
mano? ¿Se observa algún efecto?
Se trata de una interacción de contacto en la que la
mano se deforma y recibe una fuerza de 100 N.
3. Si la persona del problema anterior aplicara la
misma fuerza sobre la pared, pero esta vez parada
sobre unos patines, ¿qué efecto piensan que se
observaría?
Se espera que reconozcan que la persona se alejaría
de la pared.
4. Apliquen el concepto de presión para explicar
por qué se afilan los cuchillos.
Para lograr la explicación, los alumnos deben reconocer que los cuchillos cortan ejerciendo presión
sobre los objetos. Cuando se afila un cuchillo, se reduce la superficie de contacto sobre lo que se va a
cortar, y, cuando se ejerce una fuerza para cortar, se
logra mayor presión sobre el objeto y, por lo tanto, se
facilita el corte.
5. Una persona tiene que atravesar un lodazal y
quiere que su calzado se ensucie lo menos posible.
¿Le conviene caminar en puntas de pie o apoyando
toda la suela? ¿Por qué?
La persona se hundirá menos cuando aplique menos
28
presión sobre el lodo. Como su peso no cambia, deberá caminar sobre la mayor superficie de apoyo posible, o sea, apoyando toda la suela.
6. ¿Por qué duele más un pisotón con zapatos de
taco alto?
La situación es similar a la anterior. El taco alto presenta una pequeña superficie de contacto, por lo
tanto, se hunde más, provocando más dolor.
7. Cuando se infla un globo, además de vencer la
resistencia propia del material, se debe vencer
algo más. ¿Qué es?
La presión que ejerce el aire que lo rodea, es decir, la
presión atmosférica.
8. Párense sobre una hoja cuadriculada y marquen
el contorno de su calzado sobre ella. Luego, calculen el área de esa superficie. Con esta información
y la de su propio peso, calculen la presión que
ejercen sobre el suelo cuando están parados sobre
sus dos pies.
Respuesta abierta, pues depende de las características de cada persona. No se espera precisión en el
resultado, sino la valorización del procedimiento
experimental. Se espera que los alumnos reconozcan que, para calcular el área de la superficie que
abarca su calzado, deberán determinar de la manera más aproximada la cantidad total de cuadritos
que se encuentran dentro del contorno que dibujaron y multiplicarla por el área de un cuadrito. Con
ese dato y el de su propio peso, podrán calcular lo
solicitado, seguramente expresado en kg/cm2.
9. Supongan que tienen dos imanes en barra pintados mitad de azul y mitad de rojo.
a. Diseñen un experimento que les permita apreciar
y comparar el poder de atracción de esos imanes en
los polos y en la zona neutra.
FÍSICA Y QUÍMICA 1
Tanto esta actividad como la siguiente tienden a
acercar a los alumnos a las formas de pensar y de
hacer de los científicos. En ambos casos, se espera que intercambien opiniones y propuestas hasta
concebir procedimientos que luego puedan poner
en práctica. Para lograr lo que se solicita en esta
consigna, los diseños podrán requerir objetos ferromagnéticos pequeños, como alfileres o tachuelas, y
anticipar la distribución de los mismos en las cercanías de los polos y de la zona neutra. La observación
de la cantidad de alfileres que puede levantar cada
imán permitirá comparar el poder de atracción de
los mismos.
b. Diseñen un experimento que permita apreciar
cómo interaccionan los polos de uno esos imanes
con los polos del otro. ¿Necesitan más materiales?
¿En qué orden harían las comprobaciones? ¿Qué
esperan que ocurra en cada caso?
En este caso son suficientes los dos imanes. Cabe esperar que los diseños giren en torno de la propuesta
de enfrentar polos de igual y de diferente color y de
observar si se presentan interacciones de repulsión
o de atracción. Para evaluar las propuestas de cada
grupo, se pueden tener en cuenta detalles como la
claridad de expresión, el orden y la justificación y
las anticipaciones en cada paso del experimento y el
control de variables, como, por ejemplo, la distancia
entre los polos que se enfrentan en cada caso.
10. ¿Es posible que entre dos cuerpos que no son
imanes y cuya carga eléctrica es neutra existan
fuerzas de repulsión?, ¿y fuerzas de atracción?
A partir de la interpretación de la tabla de la página 96 podrán concluir que solo existirán fuerzas de
atracción.
11. Escriban en sus carpetas ejemplos, diferentes
de los que aparecen en la tabla de esta página,
en los que se manifiesten los campos gravitatorio,
magnético y eléctrico.
Respuesta abierta. Además de los numerosos ejemplos que aparecen en el capítulo, pueden citarse:
•de campo gravitatorio: el funcionamiento de los
relojes de péndulo;
•de campo magnético: los destornilladores con
punta magnetizada, que retienen a los tornillos de
hierro; y
•de campo eléctrico: los chasquidos que suelen
escucharse al quitarse un pulóver con nylon en su
trama.
12. Resuelvan las siguientes situaciones. En cada
caso, tracen los vectores correspondientes y determinen gráficamente la resultante.
Se espera que los alumnos tracen los diagramas vectoriales como se muestra en la página 80 del libro.
a. Una persona y su perro tiran de los extremos de
un palo. El perro tira con una fuerza de 210 N y la
persona, con una fuerza de 520 N. ¿Cuánto vale la
fuerza sobre el palo?
Se trata de fuerzas de igual dirección y sentidos
opuestos: la resultante vale 310 N y tiene el mismo
sentido que la fuerza que ejerce la persona.
b. Para arrimar una lancha al muelle, dos personas
tiran de una misma soga con fuerzas de 540 N y
380 N. ¿Cuál es la fuerza ejercida sobre la lancha?
Se aplican fuerzas de igual dirección y sentido. La
resultante vale 920 N.
c. Dos hilos forman entre sí un ángulo de 40°. Cada
uno de ellos soporta un esfuerzo de 800 N sin romperse. ¿Cuál es el esfuerzo máximo que pueden hacer sobre el cuerpo al que están atados esos hilos?
La respuesta se obtiene si se determina la resultante
de dos fuerzas concurrentes, de 800 N cada una, que
forman un ángulo de 40º. La resolución gráfica da
un valor aproximado de 1.500 N para la resultante
buscada.
13. Indiquen si las siguientes afirmaciones son
correctas (C) o incorrectas (I). Luego, escriban correctamente las que consideraron incorrectas.
a. Para que exista un par de interacción, los cuerpos deben estar en contacto.
(I). Para que exista un par de interacción, los cuerpos pueden estar en contacto o a distancia.
b. Las fuerzas de atracción que actúan entre dos
cargas eléctricas del mismo signo disminuyen
según el cuadrado de la distancia que las separa.
(I). Las fuerzas de repulsión que actúan entre dos
cargas eléctricas del mismo signo disminuyen según el cuadrado de la distancia que las separa.
c. Si sobre varios cuerpos se aplica la misma fuerza,
acelera más el que tiene menor masa.
(C).
d. Al esquematizar el campo magnético se considera, por convención, que las líneas de campo
salen del polo sur del imán.
(I). Al esquematizar el campo magnético se considera, por convención, que las líneas de campo salen
del polo norte del imán.
29
14. Muchos utensilios de cocina o herramientas de
uso corriente aprovechan el concepto de presión.
Lean la siguiente lista y marquen los que consideren que aprovechan este concepto. Luego, justifiquen su elección.
• cuchillo • cuchara • batidor manual • cúter
• destornillador • martillo • tijera • sierra
• abrelatas • palo de amasar • llave inglesa
El cuchillo, el cúter, el martillo, la tijera, la sierra, el
abrelatas y el palo de amasar aprovechan el concepto de presión, pues unos son elementos de corte y
otros, de compresión.
15. Dos cuerpos iguales se encuentran inicialmente
a cierta distancia. Entre ellos ejercen fuerzas de
atracción gravitatoria de intensidad F. Si la distancia entre los cuerpos disminuye a la tercera parte,
¿qué ocurre con la intensidad de las fuerzas de
atracción entre ellos?
Aumenta nueve veces, pues varía en razón inversa
al cuadrado de la distancia que los separa.
16. Observen la situación representada y expliquen
qué puede haber ocurrido.
Respuesta abierta. Se espera que los alumnos apliquen el concepto de inercia. Si interpretan que el
monopatín arrancó bruscamente, podrán reconocer que el chico que parece caer hacia atrás está,
en realidad, permaneciendo en el lugar en que se
encontraba inicialmente.
17. Apliquen el principio de interacción para explicar cómo y por qué se produce el desplazamiento
de un bote impulsado por remos.
Respuesta abierta. Cabe esperar que las explicaciones
aludan a que los remos impulsan agua hacia atrás y
que el bote, al cual están sujetos los remos, recibe, por
reacción, una fuerza que lo impulsa hacia delante.
18. ¿Por qué no es conveniente frenar únicamente
con la rueda delantera de la bicicleta cuando se va
muy rápido?
Una vez más, se solicita una explicación que requiere
la comprensión del concepto de inercia y su aplicación
a una situación concreta que, a su vez, debe ser correctamente interpretada. Al frenar solo con la rueda
delantera de la bicicleta, y si se dispone de poco espacio, se corre el riesgo de que esa rueda se detenga
bruscamente, mientras que el resto de la bicicleta, pasajero incluido, tenderán a continuar su marcha (generalmente elevándose por encima del manubrio).
19. Observen el esquema que representa el campo
creado por dos cargas eléctricas. Indiquen cuál es
el signo de cada una de esas cargas y justifiquen
su elección.
Ambas cargas son de signo positivo, pues las líneas
de campo salen de ellas.
20. En los clubes de golf se interrumpe la actividad
cuando se avecina una tormenta eléctrica. ¿Por
qué?
En este caso se espera que los alumnos asocien la
situación con lo tratado en la página 95 (“Los rayos y
el poder de las puntas”). Los palos de golf son metálicos y delgados, por lo tanto, pueden constituirse en
elementos que actúen como puntas sobre el terreno
llano del campo de juego. De ese modo, favorecen la
descarga de rayos durante una tormenta.
21. Mónica encontró en un cajón dos barras metálicas del mismo aspecto y una brújula. Recordó que
solo una de las barras era un imán y se dispuso a
averiguar cuál de las dos es el imán y a identificar
sus polos norte y sur. Diseñen un experimento que
ayude a Mónica a lograr su propósito. Reflexionen
con sus compañeros acerca de la factibilidad de
ese diseño experimental y, finalmente, pónganlo
en práctica.
Se invita a los alumnos a intercambiar ideas y propuestas, y a reflexionar antes de hacer. Aunque sencillo, el diseño experimental debe ser ordenado. Solo
la barra que es un imán desviará la brújula. Una
vez identificada, bastará aplicar las conclusiones
de la consigna 9 b y determinar la polaridad de la
barra-imán por comparación con la brújula. Si se
dispone de los materiales, se recomienda alentar a
los alumnos a que pongan en práctica sus diseños
experimentales.
Integración
1. Lean el relato de lo que le ocurrió a Tomás y,
luego, respondan las preguntas.
Luego de leer el relato se generan respuestas breves,
acordes al espacio disponible.
a. ¿Qué piensan ustedes que sucederá cuando Tomás intente empujar el sillón? ¿Por qué?
Lo moverá sin inconvenientes, pues las fuerzas iguales y contrarias se aplican sobre cuerpos diferentes.
b. ¿En qué principio tratado en esta unidad se inspiró Tomás para responderle a su abuela?
En el principio de interacción, o de acción y reacción.
30
FÍSICA Y QUÍMICA 1
c. ¿Está aplicando correctamente el enunciado que
recitó? Justifiquen su respuesta.
No. Tomás supone que las fuerzas que intervienen
se van a equilibrar, pero para que eso ocurra deben
estar aplicadas sobre un mismo cuerpo.
d. ¿Cómo ayudarían a Tomás a comprender mejor
la situación, aclarándole en qué cuerpos se están
aplicando las fuerzas?
Tomás aplica su fuerza sobre el sillón, y el sillón
aplica una fuerza igual y contraria sobre Tomás.
e. ¿Interaccionan Tomás y el sillón con el piso de
la habitación? ¿Qué fuerzas aparecen al considerar
esas interacciones?
Sí. Cuando se consideran esas interacciones, hay
que contemplar las fuerzas de rozamiento.
f. Si la abuela ya hubiera encerado el piso en el
sector libre de la habitación (donde se debe apoyar Tomás para empujar), ¿la situación mejoraría o
empeoraría para él? ¿Por qué?
Empeoraría, pues se reduciría el rozamiento entre
su calzado y el piso, y resbalaría. En ese caso, tal
vez él se movería más que el sillón, pero en sentido
contrario.
Notas de laboratorio
Experiencia n.˚ 9: Estirando una banda elástica
Con esta actividad experimental se espera que los
alumnos relacionen el peso de los objetos con el estiramiento que producen sobre un cuerpo elástico.
En los pasos 1 a 3 se describe el montaje previo al
inicio de las mediciones. El agregado de algunas
arandelas para tensar la banda elástica es necesario
para que el resto de las mediciones sean confiables.
Esas arandelas NO se contabilizan en la tabla de
registros.
En el paso 4, cuando se coloca la regla en posición
vertical con el cero en la parte alta, se facilita el cálculo de los estiramientos que se solicita en el paso 7.
5. ¿Qué esperan que ocurra cuando agreguen una
arandela?, ¿y cuando agreguen dos o más? Anoten sus anticipaciones antes de continuar con la
actividad.
En las páginas iniciales se ha destacado lo valiosa
que resulta la formulación de anticipaciones. Por ello,
los alumnos deben formular y anotar anticipaciones
que puedan ser puestas a prueba cuando efectúen
las comprobaciones experimentales. Los alumnos
pueden suponer que la banda elástica se estirará
cada vez más a medida que agreguen arandelas.
6. Comiencen a agregar, de a una, las arandelas.
Anoten en la tabla la posición que ocupa el nudo en
cada caso. ¿Se cumple lo que habían anticipado?
Para efectuar las mediciones es necesario que la
banda elástica deje de oscilar. Es una buena oportunidad para alentar a los alumnos a que analicen las
precauciones que deben tenerse cuando se efectúan
mediciones.
7. Calculen cuántos milímetros se estiró la banda
elástica cada vez que agregaron una arandela.
Para efectuar este cálculo deberán restar del valor
que corresponde a la ubicación del nudo en cada
fila, el valor que le corresponde en la fila anterior.
8. Redacten un informe del trabajo que realizaron,
incluyendo las conclusiones que elaboraron y las
respuestas a las siguientes preguntas.
Cuando redacten el informe que se solicita como
cierre de esta actividad, se espera que presten
atención a los detalles señalados, incluyendo sus
respuestas.
a. ¿Qué le ocurrió a la banda elástica cada vez que
agregaron una arandela? ¿Por qué?
Respuesta abierta, en la que se espera que mencionen que los estiramientos de la banda elástica provienen del efecto de deformación que ocasiona la
fuerza peso de las arandelas.
b. Cada vez que agregaron una arandela, ¿la banda
elástica se estiró lo mismo?
Cabe esperar que, si las arandelas son iguales y suficientemente pesadas, los estiramientos o elongaciones sean aproximadamente iguales, al menos en las
primeras mediciones, siempre que se haya tensado
la banda elástica antes de comenzar a completar la
tabla.
Experiencia n.˚ 10: Llaves con inercia
Con esta actividad se espera que los alumnos comprueben experimentalmente que un objeto en reposo tiende a permanecer en ese estado. Se trata de
una actividad breve y reveladora, siempre que se la
ejecute con habilidad. La cinta de papel adherida a
la mesa señala la posición del llavero antes de dar
el tirón.
2. Anticipen qué pasaría si tomaran la hoja por un
borde y, con un tirón seco, intentaran retirarla. Luego, tiren de la hoja. ¿Qué ocurrió con el llavero?
Es probable que relacionen esta actividad con la que
se suele realizar en algunos espectáculos cuando se
quita el mantel sin que se caigan los platos, y que
31
anticipen que el llavero quedará en su lugar. Eso se
logrará si el tirón es brusco y horizontal.
3. Redacten un informe. Incluyan las conclusiones
que elaboraron y las respuestas a estas preguntas.
Cuando redacten el informe que se solicita como
cierre de esta actividad, se espera que presten atención a los detalles señalados y que incluyan sus
respuestas.
a. ¿Por qué el llavero conservó su posición pese al
tirón?
Se espera que apliquen el concepto de inercia para
elaborar sus respuestas. Si la hoja de papel es suficientemente lisa, la fuerza que se ejerce sobre ella
no se transmite al llavero. Por esa razón el llavero
tiende a permanecer en el estado de movimiento en
que se encontraba, es decir, en reposo.
b. ¿Por qué el llavero tiene que tener muchas llaves? ¿Qué habría pasado si hubiera tenido pocas?
En este caso deberían hacer uso del concepto de
masa, aunque es probable que se refieran al peso
del llavero. La relectura de las páginas 79 y 81 puede
contribuir a mejorar las respuestas.
Experiencia n.˚ 11: ¿Un globo pegajoso?
En esta actividad experimental, se espera que los
alumnos apliquen conceptos relacionados con las
fuerzas de atracción electrostática para resolver la
situación planteada. Es una actividad sencilla pero
llamativa que, bien presentada, dará lugar al intercambio de ideas y propuestas de muy fácil comprobación experimental.
Los procedimientos que propongan, así como sus
justificaciones, aludirán seguramente a la carga
eléctrica que adquiere el globo al ser frotado.
La comparación final con el contenido del link sugerido permitirá enriquecer la discusión acerca de los
resultados obtenidos y sus justificaciones.
32
FÍSICA Y QUÍMICA 1
Capítulo 5: La corriente eléctrica
En este capítulo, destinado al estudio de las cargas eléctricas en movimiento, se
tratan temas correspondientes al eje “El mundo físico”, de los NAP, con el objetivo de identificar interrelaciones entre los fenómenos eléctricos y magnéticos y
de aplicarlas en diferentes procesos tecnológicos. Para ello se han seleccionado
contenidos relacionados con la conducción y el mantenimiento de la corriente eléctrica, los conceptos de diferencia de potencial, intensidad de corriente,
resistencia eléctrica y potencia eléctrica, sus relaciones y su aplicación en los
circuitos eléctricos. Se abordan luego conceptos básicos sobre electromagnetismo y sus aplicaciones: electroimán, relé, motores y generadores. El capítulo
se cierra con descripciones sobre la generación, transporte y distribución de la
energía eléctrica, que serán empleados en el capítulo 7.
Repaso y problemas
1. ¿Qué sucede con los electrones libres cuando se
aplica un campo eléctrico externo sobre un conductor? Señalen la opción que consideren correcta
y justifiquen su elección.
a. Se aceleran.
b. No manifiestan efecto alguno.
c. Dejan de moverse.
La opción correcta es a, pues la presencia del campo
eléctrico externo hace aparecer una fuerza que los
desplaza en un sentido determinado.
2. Lean la información de las etiquetas de diferentes tipos de pilas (no recargables).
a. Anoten cuál es la diferencia de potencial que
pueden originar esas pilas. ¿En todos los casos es
la misma?
Casi todas las pilas que se comercializan brindan
1,5 V de diferencia de potencial. Las de los audífonos
proveen 1,4 V. Si extienden su consulta a las baterías, podrán leer “9 V” en la etiqueta.
b. Durante el funcionamiento de la pila, ¿esta diferencia de potencial es constante? ¿Por qué?
No, pues, con el uso, los materiales de la pila se van
consumiendo.
3. ¿Por qué piensan que se llamó “pila” al invento
de Volta?
Respuesta abierta. Se espera que, al hacer una lectura
detallada de la descripción del dispositivo, se den cuenta de que los discos se “apilan” para formar la columna.
4. ¿Cómo podrían probar hoy la pila de Volta sin
recibir descargas eléctricas en los dedos?
Respuesta abierta, que depende de la creatividad de
los alumnos. Es posible que sugieran intentar el encendido de una lamparita o de un LED.
5. ¿A qué se debe que una solución electrolítica
sea conductora de la electricidad?
A que contiene partículas con cargas eléctricas (iones)
que pueden moverse libremente a través de la solución.
6. Dentro de un campo eléctrico determinado, ¿cuál
es la diferencia entre potencial eléctrico y energía
potencial eléctrica?
El potencial eléctrico es constante para cada distancia al cuerpo que genera el campo. La energía potencial eléctrica a esa misma distancia no es constante,
sino que depende de la carga eléctrica que interactúa con el campo. Por lo tanto, para un campo eléctrico determinado, el potencial eléctrico solo depende de la distancia, mientras que la energía potencial
eléctrica depende de la distancia y de la carga eléctrica considerada.
7. ¿Cuál es la función de una pila eléctrica en relación con la corriente eléctrica?
Mantener la diferencia de potencial.
8. La resistividad de un material que es buen conductor de la corriente eléctrica, ¿es mayor o menor
que la resistividad de un material aislante? Expliquen por qué.
Cabe esperar que, al analizar la expresión matemática de la página 106 (R = ρ • l/S), los alumnos reconozcan que, si las demás dimensiones son iguales, la resistencia eléctrica de un conductor es directamente
proporcional a su resistividad. De ese modo, podrán
responder que la resistividad del material buen conductor es menor que la del material aislante.
33
9. Dados dos cables conductores del mismo material, uno de 10 m de longitud y de 2,5 mm2 de sección; y el otro, de sección de 5 mm2 y una longitud
de 30 m, ¿cuál ofrece menos resistencia?
Una vez más, la expresión R = ρ • l/S permite responder. Como se trata del mismo material, ρ es constante; luego, la razón l/S permite decidir que el primer cable ofrece menor resistencia.
10. Observen el esquema del circuito y respondan.
a. ¿Dónde se debería colocar un amperímetro para
que mida la intensidad de corriente que circula por
R3? ¿Qué tipo de conexión debe usarse?
En cualquier sector de la rama que contiene a R3.
Debe usarse una conexión en serie.
b. Dibujen un voltímetro, conectándolo de tal manera que mida la caída de potencial producida por
R1 y R2. ¿Qué tipo de conexión hay que usar?
Debería dibujarse conectándolo en paralelo con la
rama que contiene a esos resistores, entre el comienzo de R1 y el final de R2.
11. Un electricista está haciendo una instalación
para conectar un artefacto cuya resistencia es de
60 Ω. La instalación incluye un tomacorriente que
proporciona una tensión de 220 V y un fusible de
protección. Dispone de fusibles para 1 A, para 5 A
y para 10 A.
a. ¿Cuál es el fusible más conveniente para esta
instalación? ¿Por qué?
Cabe esperar que los alumnos reconozcan que, para
seleccionar el fusible adecuado, deben calcular la
intensidad de corriente que circulará cuando se conecte el artefacto. Los datos disponibles, R y V, conducen a aplicar la Ley de Ohm y se obtiene I = 3,7 A.
En ese caso, el fusible más conveniente es el de 5 A.
b. ¿Qué potencia entrega el artefacto al enchufarlo
en la instalación que hizo el electricista?, ¿y si se lo
conectara en otro país, donde se dispone de una diferencia de potencial de 110 V en los tomacorrientes?
La primera pregunta se responde fácilmente aplicando la expresión P = I • V (página 111), con la que se
obtiene un valor de 806,7 W.
La segunda pregunta requiere un análisis más
34
cuidadoso, pues al cambiar la diferencia de potencial también cambia la intensidad de corriente I´
que circula. Por lo tanto, habrá que calcular la nueva I´, con V´ = 110 V y R = 60 Ω. De ello resulta
I´= 1,83 A.
Con los valores de la diferencia de potencial y de
la intensidad en el otro país, se puede calcular la
potencia que entregará ese artefacto en ese lugar:
P´= 1,83 A • 110 V = 201,3 W.
Esta situación da lugar a un razonamiento que
conducirá a una respuesta más directa y que permite prescindir de la intensidad de corriente en los
cálculos:
Dado que:
P=V•I
y:
I = V/R
entonces:
P = V •V/R = V2/R
Si aplican la nueva expresión para calcular la potencia, obtienen los mismos valores anteriores para
cada país.
c. Si el artefacto se conecta en nuestro país, ¿qué
cantidad de energía transforma durante 40 minutos de funcionamiento?
Conociendo la potencia que entrega y el tiempo de
funcionamiento expresado en segundos, resulta:
E = P • t = 806,7 W • 2.400 s = 1.936,080 J
12. Indiquen si las siguientes afirmaciones son
correctas (C) o incorrectas (I). Luego, escriban correctamente las que consideraron incorrectas.
a. En un circuito en paralelo no hay bifurcaciones.
(I). En un circuito en paralelo hay bifurcaciones o caminos alternativos para las cargas eléctricas.
b. Cuando se conectan dos o más lámparas en
serie, la resistencia total del circuito es mayor que
la de cualquiera de las lámparas.
(C).
c. Cuanto mayor sea la potencia eléctrica de un artefacto, menor será la corriente que circule por él.
(I). Cuanto mayor sea la potencia eléctrica de un artefacto, mayor será la corriente que circule por él (siempre
que se lo conecte a la misma diferencia de potencial).
d. En el efecto Ørsted, la polaridad del circuito no
influye sobre el sentido de desviación de la aguja
magnética.
(I). En el efecto Ørsted, la polaridad del circuito influye sobre el sentido de desviación de la aguja
magnética.
FÍSICA Y QUÍMICA 1
e. Para medir la diferencia de potencial, se utiliza
un instrumento llamado “amperímetro”.
(I). Para medir la diferencia de potencial, se utiliza
un instrumento llamado “voltímetro”. (Para medir
la intensidad de corriente, se utiliza un instrumento
llamado “amperímetro”).
f. Cuanto mayor sea la diferencia de potencial
entre los extremos de un circuito, mayor será la
energía que transporten las cargas.
(C).
13. Hay cuatro modos de encender una lamparita
usando una pila y un solo cable. En el siguiente
esquema, se muestra una forma posible. Dibujen al menos otro modo. Si pueden, compruébenlo
experimentalmente.
Esta actividad promueve el intercambio de ideas y
requiere que los alumnos exploren cómo es el circuito por dentro de la lamparita, incluido el filamento. Al permitir el uso de un solo cable, se necesita que algún punto de la lamparita haga contacto
con uno de los polos de la pila.
Modo 2: Hacer contacto entre la rosca de la lamparita y el polo negativo de la pila.
Modo 3: Colocar el culote de la lamparita en contacto con el polo positivo de la pila, y al cable haciendo
contacto con la rosca.
Modo 4: Operar como en el modo 3 pero invirtiendo
la pila.
14. Observen el gráfico que representa la relación
entre la diferencia de potencial V y la intensidad
de corriente I para tres resistores diferentes, nombrados como 1, 2 y 3. Luego, respondan:
a. ¿Cuál es el resistor de menor resistencia eléctrica? ¿Por qué?
Es el 1. Para justificarlo, los alumnos pueden recurrir
a la Ley de Ohm de diversas maneras, todas equivalentes. Pueden decir, por ejemplo, que ese resistor
presenta el menor valor del cociente V/I, que corresponde a la resistencia de cada resistor. También
pueden señalar que, para un determinado valor de
V, por el resistor 1 circula más corriente que por los
otros dos. O bien, que para conseguir un determinado
valor de la intensidad de corriente, en el resistor 1, se
debe aplicar una diferencia de potencial menor que
en los otros dos.
b. ¿Los tres resistores cumplen con la Ley de Ohm?
¿Por qué?
El resistor 2 no la cumple, porque no se obtiene una
función lineal.
15. Un electricista tiene dos trozos de cable, A y B,
que están construidos con el mismo material. El
cable A es 10 veces más largo que el cable B, y su
diámetro es 4 veces mayor que el de B. Teniendo
en cuenta que la sección S de un cable de diámetro
D se calcula mediante la expresión S = π • D2/ 4,
ayuden al electricista a comparar la resistencia de
los cables A y B.
Esta situación es parecida a la planteada en la consigna 9, pero es más compleja. Los alumnos deben
comparar las características relevantes de ambos
cables, dejando de lado la resistividad, ya que se
trata del mismo material. Un desarrollo algebraico
permite concluir que:
RA = 10/16 RB,
o sea que:
RA < RB.
Si se analizan las relaciones entre las longitudes y
entre las secciones de los cables, se llega a la misma conclusión. El cable A es 10 veces más largo que
el B, por lo tanto, ofrecería una resistencia 10 veces
mayor. Pero la sección de A es 16 veces mayor que la
de B, pues están en la misma relación que los cuadrados de sus diámetros. Entonces A ofrecería una
resistencia 16 veces menor que B. Si se combinan
ambas observaciones, se llega al resultado anterior
por un camino más conceptual.
16. Por un circuito eléctrico conectado a una batería de 12 V están circulando 0,3 A. Calculen el valor
de la resistencia eléctrica del circuito y señalen la
opción que consideren correcta.
a. R = 3,6 Ω
b. R = 40 Ω
c. R = 40 V
d. R = 3,6 A
Aplicando la Ley de Ohm, con R = V/I, resulta correcta la opción b. R = 40 Ω.
17. Observen los esquemas y respondan las siguientes preguntas. Justifiquen sus respuestas.
a. ¿Enciende alguna lámpara si no se cierra ninguno de los interruptores?
No, en ningún caso se logra un circuito cerrado.
b. ¿Qué lámparas encienden cuando se cierra el
interruptor n.˚ 1?
• En el circuito I, encienden todas las lámparas
(circuito serie, cerrado).
• En el circuito II, encienden todas las lámparas
(circuito en paralelo, cerrado).
35
• En el circuito III, encienden las lámparas A y B (circuito serie entre A y B, cerrado). Por la C, no circula
corriente (circuito abierto).
18. Ordenen los siguientes artefactos eléctricos de
mayor a menor potencia. Hagan los cálculos que
necesiten.
• Heladera por la cual circulan 5 A cuando se la
conecta a 220 V.
• Plancha, cuya potencia es de 1,5 kW.
• Ventilador por el que circulan 3 A cuando se lo
conecta a 110 V.
La potencia que entrega la heladera es PH = 1.100 W;
la que entrega la plancha es PP = 1.500 W; y la que
entrega el ventilador es PV = 330 W. El orden es: plancha – heladera – ventilador.
Integración
1. Lean el siguiente relato y, luego, respondan las
preguntas.
Luego de la lectura se generan respuestas breves,
acordes al espacio disponible.
a. ¿Qué dato de la heladera está pidiendo Javier?
La potencia que entrega (al conectarla a 220 V).
b. ¿Para qué necesita saber cuánto tardan en enfriarse las botellas?
Para calcular la energía que la heladera transforma
en ese intervalo de tiempo.
c. Al día siguiente, Mónica llamó a Javier y le pasó
los datos. Detrás de la heladera decía “P = 1.200 W”,
y le llevó 12 horas enfriar las 60 botellas. Javier
hizo unos cálculos y le respondió que debería
cobrar $0,30 más por cada botella refrigerada.
Hagan ustedes los cálculos y vean si Javier está en
lo cierto.
Está en lo cierto. Funcionando 12 horas, la heladera
transforma 14,4 kW-h, con un costo de $18, para las
60 botellas, o sea, de $0,30 por cada una.
2. a. ¿Cuánto vale la tensión que proporciona un
tomacorriente común?
220 V.
2. b. ¿Le convendrá a Mónica el motor que le ofrece
su tío? ¿Por qué? Hagan los cálculos que sean
necesarios.
No le conviene, pues, cuando se lo conecta a 220 V,
entrega una potencia de 2.200 W. Esto es así porque,
según la Ley de Ohm, si se ofrece una resistencia de
22 Ω, la intensidad de corriente es de 10 A.
36
3. a. ¿Qué tipo de conexión usó Mónica?
El esquema muestra una conexión en serie.
3. b. ¿Cuál sería la conexión correcta? ¿Por qué?
Una conexión en paralelo sería correcta, porque
así todas las lámparas quedarían conectadas a
220 V y entregarían la potencia para la que fueron
diseñadas.
c. Javier armó la guirnalda correctamente y le
puso un fusible general de 3 A. ¿Cuál es la mayor
cantidad de lámparas de 100 W que podrán colocar
si la conectan en un tomacorriente común? ¿Por
qué?
Podrán colocar 6 lámparas como máximo (P = 600 W),
pues, con un fusible de 3 A, la potencia máxima admisible es:
Pmáx = 220 V ∙ 3 A = 660 W
Notas de laboratorio
Experiencia n.˚ 12: Un circuito eléctrico con sorpresa
Con esta actividad experimental se espera que
los alumnos reconozcan la función de los resistores y comprendan el significado del término
“cortocircuito”.
El montaje del circuito es sencillo, aunque puede resultar curiosa la existencia del cable con extremo
libre. Este cobra protagonismo en el paso 2. Al ejecutar dicho paso, los alumnos advertirán que la lamparita se apaga. Es recomendable que se registren
las explicaciones que brinden antes de redactar el
informe, ya que la pregunta 3.a orienta las explicaciones posteriores.
3. Redacten un informe de lo que realizaron,
y respondan:
a. ¿Qué camino tomó la corriente durante el paso 2?
Cabe esperar que reconozcan que las cargas eléctricas recorrieron en su gran mayoría el cable que quedó en paralelo con la lamparita, porque este ofrece
una resistencia mucho menor que la lamparita.
b. Busquen el significado de la palabra “cortocircuito” y asócienla con lo ocurrido en el paso 2.
Los diferentes aportes de los alumnos contendrán
algunos puntos en común, tales como la ocurrencia
accidental de la conexión eléctrica que provoca la
falla y la muy baja resistencia de dicha conexión.
También se mencionará la aparición de una corriente de gran intensidad, hecho que justifica la advertencia de tocar el terminal B apenas por un instante.
Experiencia n.˚ 13: Circuitos eléctricos con lámparas.
Con esta actividad experimental se espera que los
FÍSICA Y QUÍMICA 1
alumnos establezcan diferencias cualitativas entre los circuitos en serie y en paralelo. El montaje
de los circuitos es sencillo si se dispone de los materiales adecuados. El procedimiento experimental
es similar para ambos tipos de circuitos. Como en
experiencias anteriores, se recomienda alentar a los
alumnos a que formulen y anoten anticipaciones
que puedan ser puestas a prueba cuando trabajen
con cada tipo de circuito.
2. Accionen el interruptor y observen el brillo de las
lamparitas. ¿Qué ocurrirá si aflojan una de ellas?
Aflojen la lamparita A. ¿Qué ocurre con la otra? ¿Y si
aflojan la B? ¿Se cumplen sus predicciones?
Si aflojan la lamparita A, se apagará la lamparita B.
Y si aflojan la B, se apagará la A.
4. Accionen el interruptor y observen el brillo de
las lamparitas. ¿Qué ocurrirá si aflojan una de
ellas? Anoten sus predicciones y traten de fundamentarlas. Aflojen la lamparita A. ¿Qué ocurre
con la otra? ¿Y si aflojan la B en lugar de la A? ¿Se
cumplen sus predicciones?
Si aflojan la lamparita A, la otra seguirá encendida.
Y si aflojan la B en lugar de la A, la lamparita A seguirá encendida.
5. ¿Cuál de los dos circuitos es más útil para la
instalación eléctrica de una casa? ¿Por qué?
Cabe esperar que seleccionen la conexión en paralelo, porque permite que las lámparas y demás artefactos continúen funcionando aunque una lámpara
deje de hacerlo. Será bienvenida una respuesta que
incluya la observación de que, en el circuito en paralelo, todos los artefactos quedan conectados a la
diferencia de potencial total disponible (220 V en las
instalaciones domiciliarias).
37
Capítulo 6:
Estructura, propiedades y usos de los materiales
En este capítulo, correspondiente al eje “Los materiales y sus cambios”, de los
NAP, se estudian las propiedades y usos de diversos materiales de uso cotidiano,
en relación con sus estructuras. Se presentan diferentes casos: distintos tipos de
“aguas” y, luego, se consideran algunos materiales que son alimentos. Se trata
de explicitar algo que para los alumnos no es tan evidente: que la física y la
química están en nuestro entorno cotidiano, que conocer y estar en condiciones
de explicar a través de modelos las propiedades de los materiales nos ayuda a
tomar decisiones pertinentes cuando, por ejemplo, tenemos que elegir uno de
ellos para determinado uso. Asimismo, se profundiza y amplía el estudio de los
materiales cerámicos y de los materiales metálicos y, también, de otros como
los materiales inteligentes, los plásticos y los nanomateriales.
Repaso y problemas
1. Mencionen dos materiales comestibles, uno natural y otro manufacturado. Expliquen por qué los
consideran como tales.
Por ejemplo, la miel es un material comestible natural, se puede ingerir tal como está en la naturaleza,
sin la intervención del ser humano. El aceite de girasol es manufacturado, ya que requiere un proceso
de elaboración para ser extraído de la semilla.
2. Den dos ejemplos de materiales con los que se
pueda construir un florero y otros dos que no sean
aptos para ese uso. Justifiquen la respuesta.
Por ejemplo, el vidrio y la cerámica son aptos para
fabricar un florero, ya que son rígidos e impermeables al agua. Ni el cartón ni la tela de algodón sirven
para ese uso.
3. Pedro vive en Mar del Plata, donde el agua de
red es dura. ¿Qué le conviene usar para lavar?,
¿jabón o detergente? ¿Por qué?
Le conviene usar detergente. En el caso del jabón
tendría que usar más cantidad, porque la dureza del
agua consume parte de él.
4. ¿Cuántos miligramos de Ca2+ y Mg2+ deben contener como mínimo 5 litros de agua para que sea
considerada dura?
500 mg.
5. ¿Cuáles son las cañerías más afectadas por el
agua dura?, ¿las de agua fría o las de agua caliente? ¿Por qué?
Las de agua caliente, porque las temperaturas más
elevadas favorecen la formación y el depósito de sarro.
6. Entren al siguiente sitio web: http://bit.ly/
EDV_FQ_123. Allí encontrarán una simulación de
algunas reacciones de reconocimiento de iones en
una solución acuosa. Ejecuten la simulación. ¿Qué
aprendieron?
Respuesta abierta. Es muy interesante que los
alumnos socialicen sus respuestas. Se trata de hacer consciente cómo y qué aprenden (metacognición). Es un camino para la autorregulación de los
aprendizajes.
7. El aceite comestible es un ejemplo de sistema
material homogéneo. ¿Es una mezcla o una sustancia? ¿Cómo llegaron a la respuesta? De ser necesario, revean el concepto de “sustancia” en la unidad
3 y el de “mezcla homogénea” en la unidad 1.
Es una mezcla. Si fuera una sustancia todos los
aceites tendrían las mismas propiedades.
8. Busquen información y respondan:
a. ¿Cuáles son los principales componentes de la
leche que tomamos habitualmente? Están mencionados en la etiqueta del envase.
Agua, glúcidos/hidratos de carbono, materia grasa/
lípidos, calcio/minerales, vitaminas y proteínas.
b. ¿Por qué en los envases de leche dice “leche
homogeneizada”?
La leche que consumimos ha sido homogeneizada,
esto es, los glóbulos de la dispersión de la materia
grasa en el líquido acuoso fueron minimizados hasta un tamaño tal que no pueden ser observados/diferenciados con un microscopio óptico.
c. ¿La leche es una sustancia o una mezcla? ¿Por
qué?
Se trata de una mezcla, los diferentes tipos de leches
38
FÍSICA Y QUÍMICA 1
tienen distintas propiedades que, justamente, dependen de su composición. Si la leche fuera una
sustancia todas serían iguales, tendrían las mismas
propiedades.
9. ¿Por qué la mayonesa se hace con todo el huevo
o solo con la yema, pero no solo con la clara?
Porque la yema es la parte del huevo que contiene
la lecitina, que estabiliza la dispersión de la materia
grasa en el medio acuoso.
10. La obsidiana es un vidrio natural usado en la
antigüedad para fabricar herramientas y armas.
¿Cuál es su uso actual? Busquen información, respondan la pregunta y justifiquen el uso que se le
dio antiguamente.
Respuesta abierta. Es de esperar que mencionen,
por ejemplo, que se trata de un material duro y quebradizo, se fractura con bordes muy afilados. Por
este motivo, ya desde la antigüedad, se la utilizó
para fabricar herramientas de corte, puntas de flechas y, pulida, para fabricar espejos. Actualmente,
se la utiliza con fines decorativos y también para las
hojas de algunos bisturíes quirúrgicos.
11. Una de las materias primas para la fabricación
del vidrio es el carbonato de sodio. ¿Cuál es su
fórmula? Expliquen por qué descartaron las otras
opciones.
a. NaF. b. CaCO3. c. K2O. d. Na2CO3. e. NaNO3.
Se trata de la opción d. Se descartan las otras por
los elementos que las forman, pues el nombre indica que sus elementos son carbono (C), oxígeno (O) y
sodio (Na).
12. ¿Qué propiedad del aluminio hace que sea apto
para fabricar envoltorios de golosinas?
Su maleabilidad.
13. Diego tiene dos cuerpos macizos de las mismas
dimensiones, uno es de cobre y el otro, de cromo.
¿Cuál tiene mayor masa? ¿Por qué?
El de cobre. La densidad del cobre es mayor que la
del cromo, por lo tanto, a igual volumen le corresponde mayor masa.
14. Supongan que tienen un cubito de sal gruesa
de 1 mm de lado (l).
a. Calculen su volumen total (l3), la superficie de
cada cara (l2), la superficie total (un cubo tiene 6
caras) y la superficie específica.
V = 1 mm3; S = 1 mm2; Stotal = 6 mm2; S/V = 6 mm2/1 mm3
b. Supongan que rompen el cubito en 1.000 cubitos
iguales. El lado de cada uno será de 0,1 mm. Tomando este valor, realicen los cálculos anteriores.
El volumen total (el de los 10 cubitos) sigue siendo
el mismo que el del cubo original. ¿Ocurre lo mismo con la superficie total? Comparen los valores
obtenidos para las superficies específicas.
Fe de erratas: en la página 143 del libro, problema
14.b, donde se lee “10 cubitos”, debe leerse “1.000
cubitos”.
S = 0,01 mm2; Stotal = 6 • 0,01 mm2 • 1.000 = 60 mm2
La superficie específica (área superficial por unidad
de volumen) del conjunto de cubitos es 10 veces
mayor que la del cubo que les dio origen.
15. Entren al siguiente sitio web: http://bit.ly/
EDV_FQ_134_1. Allí podrán ver un video sobre las
propiedades del grafeno. Luego de verlo, elaboren
un texto que resuma su contenido.
Respuesta abierta. Actividades de este tipo promueven el desarrollo de habilidades lingüísticas. Es interesante organizar un plenario en el que cada grupo
lea en voz alta su resumen elaborado. Además, es
una buena oportunidad para poner en juego y comparar diferentes criterios de selección de información: qué les resultó más relevante y por qué.
16. En http://bit.ly/EDV_FQ_134_2 se informa sobre
un método sencillo para obtener grafeno a partir
de grafito. Miren el video y pongan en práctica el
método.
Los alumnos podrán realizar una actividad de corroboración de lo visto. Ponen en juego habilidades
manuales y la comprensión de consignas.
17. Busquen información y respondan las siguientes preguntas.
a. ¿Dónde se estudia nanociencia y nanotecnología
en la Argentina?
b. ¿Existen grupos de investigación en nanociencia
y nanotecnología en nuestro país? ¿Cuáles?
Respuestas abiertas. Cabe esperar que mencionen,
por ejemplo, las universidades nacionales de Río
Cuarto, de San Martín, del Sur, de La Plata, de Buenos Aires y del Comahue.
Es interesante que los alumnos conozcan las posibilidades de seguir estudios vinculados con los temas de
las agendas científicas actuales y estén al tanto del
desarrollo científico “de punta” en Argentina. Es una
buena oportunidad para promover “La construcción
de una visión actualizada de la ciencia entendida
como una actividad social, de carácter creativo y provisorio, que forma parte de la cultura, con su historia,
39
sus consensos y contradicciones, sus modos de producción y validación del conocimiento, así como la
valoración de sus aportes e impacto a niveles personal y social”. (NAP Ciencias Naturales. Resolución
180-12 del Consejo Federal de Educación.)
18. Completen la siguiente tabla.
La tabla se completaría como sigue. Columna 2, fila
1: dióxido de carbono; columna 3, fila 2: Heterogéneo. Líquido transparente con un sólido marrón/rojizo/anaranjado que se va depositando en el fondo;
columna 3, fila 3: Homogéneo.
Esta actividad está relacionada con el reconocimiento de sustancias a partir de sus propiedades
químicas. De ser necesario, aconsejamos que repasen este tema presentado en el capítulo 3. También
promueve el uso de conceptos del capítulo 1, como
las características de los diferentes tipos de sistemas materiales.
19. Expliquen por qué en las planchas de vapor
solo debería usarse agua destilada.
Para evitar que se depositen sales que contiene el
agua potable cuando se produce la evaporación.
20. ¿Qué función cumple la lecitina en la mayonesa?
Estabiliza la emulsión, evita que los pequeños glóbulos de materia grasa se reúnan y se separen del
medio acuoso.
Período Símbolo
Número
atómico
Elemento
Grupo
Oxígeno
16
2
O
8
Cobre
11
4
Cu
29
Itrio
3
5
Y
39
Mercurio
12
6
Hg
80
b. Mencionen más ejemplos del uso o la utilidad de
los superconductores. Pueden encontrar información en los siguientes sitios web:
•http://bit.ly/EDV_FQ_135_1
•http://bit.ly/EDV_FQ_135_2
c. Miren el siguiente video:
http://bit.ly/EDV_FQ_135_3
d. Armen un texto que sirva como registro y
explicación de lo observado. Compárenlo con los
elaborados por otros compañeros. Detecten sus
semejanzas y discutan las diferencias. Luego revean y mejoren el propio.
Con estas dos consignas (c. y d.), se propone a los
alumnos que busquen información, la seleccionen,
la organicen y la comuniquen por escrito. Favorecemos así el desarrollo de habilidades de lectoescritura. También promovemos la reflexión sobre lo realizado y la elaboración de argumentaciones.
21. En redes de telecomunicaciones a altas velocidades, trenes de levitación magnética, componentes para computadoras y cables para conducción de
energía eléctrica se están utilizando actualmente
materiales superconductores que posibilitan el
transporte de carga eléctrica casi sin ofrecer resistencia. En el Centro Atómico de Bariloche se han
desarrollado materiales superconductores, uno de
ellos es el cuprato, que contiene cobre, oxígeno y
pequeñas proporciones de mercurio o de itrio.
22. Indiquen si las siguientes afirmaciones son
correctas (C) o incorrectas (I) y expliquen por qué.
a. Ubiquen en la tabla periódica los elementos
mencionados (grupo y período), escriban sus
símbolos y ordénenlos según su número atómico
creciente.
(I). Es un material formado por carbono, que es un
no metal.
a. Una molécula que se obtiene por repetición de
un patrón o grupo de átomos es un monómero.
(I). Tal molécula es un polímero.
b. La lana de vidrio es un nanomaterial.
(I). Sus dimensiones son macroscópicas, no corresponden a la nanoescala.
c. El grafeno es un material metálico.
23. Darío quiere comparar las propiedades de tres
materiales sólidos (A, B y C). Para ello, corta tres
trozos de igual forma, y con las mismas dimensiones. Luego, realiza una serie de ensayos y registra
los siguientes resultados.
•A tiene brillo, B y C no.
•A puede rayar a B, pero no a C.
•La masa del trozo de B es mayor que la del de C,
pero menor que la del de A.
40
FÍSICA Y QUÍMICA 1
•Al golpear los tres trozos con la misma intensidad,
B se rompe, pero los otros dos no.
•Con A se puede hacer hilos; con B, no; y con C, solo
si se lo pasa a estado líquido.
•A es buen conductor del calor, B y C son aislantes
térmicos.
Para cada una de las siguientes afirmaciones
indiquen si es correcta o no y por qué.
a. C es el material más blando.
(I). A es más blando que C, ya que no lo puede rayar.
b. El material más denso es B.
(I). El más denso es A, ya que para igual volumen
tiene mayor masa.
c. A es muy frágil y dúctil.
(I). A es dúctil (se puede hacer hilos) pero B es más
frágil, ya que por acción de un mismo golpe se rompe más fácilmente.
d. C puede ser un vidrio.
(C). Algunas características corresponden a sus propiedades (dureza, ductilidad a partir del estado líquido, aislación térmica).
e. A puede ser un material metálico.
(C). Algunas de sus propiedades corresponden a
este tipo de material (brillo, conductividad del calor,
ductilidad).
c. ¿Qué otros ensayos tendría que hacer Matías
para confirmar de qué tipo de plástico se trata?
Debería preparar una solución de alcohol/agua 1:1,
cuya densidad sea de 0,94 g/cm3, y repetir el ensayo.
En esta solución, el PEBD flota y el PEAD se hunde.
d. En el ensayo a la llama, ¿qué tipo de combustión se produjo? ¿Cómo lo supieron?
El color amarillo de la llama indica que se produjo
una combustión incompleta.
e. ¿Sería útil este material para fabricar una cacerola? ¿Por qué?
No, porque no resiste el fuego, funde a temperatura
relativamente baja y es combustible.
Notas de laboratorio
Experiencia n.˚ 14: Con agua dura, ¿jabón o detergente?
Cabe esperar que los integrantes de cada grupo
de trabajo discutan el procedimiento a seguir, esto
es, diseñen la actividad de manera tal que puedan
comparar los resultados obtenidos, los registren y
extraigan conclusiones. Los alumnos deberían observar que, con el detergente, la formación de espuma es similar en agua común y en agua dura,
mientras que con jabón, no. El jabón forma mucha
menos espuma con el agua dura.
Integración
2. Teniendo en cuenta los resultados de los
ensayos que hizo Matías, respondan las siguientes
preguntas.
Esta actividad hace foco en la interpretación de datos, que es un aspecto esencial en el trabajo de los
científicos y también en las actividades científicas
escolares.
a. ¿Cuál/cuáles de los plásticos no puede/pueden
corresponder a la muestra? ¿Por qué?
El valor de la densidad del plástico en cuestión tiene
que estar entre 0,93 g/cm3 y 1,2 g/cm3. No pueden
corresponder ni el PP, ni el PVC, ni el PET. En el primer caso, porque su densidad es menor que 0,93 g/
cm3 y, por lo tanto, flotaría en A; en los dos últimos,
porque sus densidades son mayores que la del líquido B, de manera que se hundirían en él.
b. ¿Se puede asegurar de qué plástico se trata?
¿Por qué?
No, podría ser PEBD o PEAD, porque ambos tienen
una densidad cuyo valor está entre la del líquido A
y la del B.
41
Capítulo 7: La energía, los materiales y el ambiente
El contenido de este último capítulo corresponde a los ejes “El mundo físico” y
“Los materiales y sus cambios”, de los NAP. Los temas desarrollados se vinculan
con problemáticas cotidianas y ambientales. A lo largo del mismo se presentan
situaciones problemáticas y actividades experimentales integradas.
Repaso y problemas
1. Anoten los artefactos que se usan en sus casas
en invierno, el tipo de energía que emplean y
las transformaciones de energía que se producen
durante su funcionamiento. Luego, clasifiquen los
artefactos según el tipo de energía que emplean.
Como se hace referencia al invierno, es probable
que los alumnos se centren en artefactos relacionados con la calefacción, entre los que aparecerán
las estufas, los caloventores, los acondicionadores
de aire frío-calor, los braseros, etc. A partir de ello,
mencionarán transformaciones de energía química
o interna y de energía eléctrica, en energía térmica,
y de allí surgirá la clasificación solicitada.
2. ¿Cuáles de los siguientes sucesos producen impactos ambientales antropogénicos? ¿Por qué?
a. La construcción de un dique.
b. El paso de un tornado.
c. La tala de un bosque.
Se trata de los sucesos a y c, pues ambos son producto de la actividad humana.
3. ¿Cómo es la velocidad con la que se forman el
petróleo y el gas natural respecto de la velocidad
a la que se consumen?
Se forman a menor velocidad que la velocidad en
que se consumen; por eso, se dice que son recursos
naturales no renovables.
4. Muchas estaciones de servicio venden GNC. Averigüen qué significa esa sigla.
Gas Natural Comprimido.
5. Busquen información sobre propiedades del petróleo que les permitan justificar que se mantenga
flotando y forme una capa cuando se derrama
sobre el agua del mar.
El petróleo es un material insoluble en agua (por eso
forma una capa diferenciada), y generalmente es
menos denso que el agua salada (por eso flota).
42
6. Analicen noticias sobre derrames de petróleo y
señalen los perjuicios causados y las acciones desarrolladas para atenuar esos perjuicios y prevenir otros.
Respuesta abierta. Generalmente, los derrames
provienen de tanques de buques petroleros. Cabe
esperar que mencionen, entre otros perjuicios, la
formación de una capa que flota sobre el agua, que
impide el paso de la luz y, por lo tanto, el proceso
de fotosíntesis del fitoplancton y de las algas (que
son alimento de muchos animales marinos). Si se
deposita petróleo sobre el plumaje de las aves, estas pueden morir, porque pierden capacidad de volar y buscar alimento. Además, hay efectos a largo
plazo: por ejemplo, la mayoría de las aves y reptiles
expuestos a una “marea negra” tienden a producir
huevos de cáscaras más delgadas. Existen métodos
para “limpiar” derrames. Uno es la biorremediación, que se basa en la acción de microorganismos
o agentes biológicos que degradan el petróleo. Otro
es la combustión, esto es, la quema controlada del
petróleo en el agua; pero este método provoca contaminación atmosférica por el humo que se genera.
7. Una planta industrial se encuentra en la orilla de un lago. Si no arrojara desechos tóxicos al
agua, pero provocara un aumento de la temperatura del lago, ¿podría perjudicar a los seres vivos
que habitan allí? ¿Por qué?
Sí, porque provocaría contaminación térmica.
8. A partir de la información de la página 149,
armen una tabla con los tipos de centrales eléctricas, los recursos que utilizan, los problemas ambientales que causan y las ventajas y desventajas
de cada una de ellas.
Ver una propuesta de tabla en la página 47 de esta
guía.
9. Recorran su barrio y registren la presencia de
transformadores de tensión. Observen el estado en
que se encuentran e indiquen si observan deterioros a su alrededor.
Respuesta abierta, que depende de las características de la zona de residencia de los alumnos. Por esa
razón, será valioso que compartan sus registros, especialmente si están acompañados por fotografías u
otros testimonios.
FÍSICA Y QUÍMICA 1
10. Busquen artículos o noticias acerca de la contaminación electromagnética y establezcan comparaciones entre los dichos que aparecen en ellos
y la información proveniente de la OMS.
Respuesta abierta. Es una buena oportunidad para
insistir sobre la necesidad de analizar la confiabilidad y los propósitos de las fuentes de información.
Será conveniente alentar el intercambio de opiniones en el seno de los grupos de trabajo antes de decidir cuáles serán los artículos que seleccionarán,
para compararlos luego con las conclusiones de la
OMS (página 150).
11. Lean el fragmento del artículo 41 de la Constitución Nacional de la República Argentina, que
aparece en la página 152.
a. ¿Consideran que el ambiente en el que viven es
sano? ¿Por qué?
Respuesta abierta. Trabajar en la escuela aspectos
relacionados con el ambiente y la salud promueve
la conciencia ciudadana y el respeto por la vida. Por
otra parte, la participación de los alumnos en debates promueve el desarrollo de la capacidad para
elaborar argumentos y comunicarlos con claridad.
b. En la región que habitan, ¿se desarrollan actividades productivas que podrían poner en peligro
los recursos naturales o que contaminan el ambiente? En caso afirmativo, analicen las posibles
causas y piensen cómo podrían reemplazarse esas
actividades.
Respuesta abierta. Trabajar en la escuela aspectos
relacionados con el ambiente y la salud promueve
la conciencia ciudadana y el respeto por la vida. Por
otra parte, en este tipo de actividad se desarrollan
las capacidades de búsqueda y análisis de la información, de elaboración de propuestas para resolver
situaciones problemáticas, y de trabajo en equipo.
También se estimulan actitudes tales como implicarse en problemáticas sociocientíficas relevantes, necesarias en los ciudadanos de una sociedad
democrática.
c. Mencionen tres conductas habituales que pueden
contribuir a la preservación del ambiente.
Respuesta abierta. Podrán mencionar, entre otras, el
control del uso del agua y de la energía eléctrica (no
malgastarlas) y la disminución de la generación de
basura.
d. ¿Consideran que los medios de comunicación
colaboran con la educación ambiental? ¿Por qué?
Respuesta abierta. Nuevamente, promovemos la
formulación de argumentaciones (opiniones con
fundamento) y el debate.
12. Muchos tipos de centrales eléctricas tienen un
impacto ambiental negativo. Sin embargo, cuando se las diseña, se introducen procedimientos o
dispositivos con el fin de atenuar esos impactos.
Busquen información sobre el tema y redacten un
informe.
Respuesta abierta, que depende tanto del interés y
dedicación de los alumnos como de la confiabilidad de las fuentes que consulten. Cabe esperar que
mencionen, por ejemplo, la existencia de ascensores para el traslado de peces en algunas centrales
hidroeléctricas o la construcción de barrios para la
reubicación de las personas cuyas viviendas quedarían inundadas al crear un embalse.
13. Las compañías de gas instalan medidores para
conocer el consumo de sus clientes durante un
determinado tiempo y, luego, le envían la factura. El consumo lo miden en metros cúbicos y está
dado por la diferencia entre la lectura actual y la
lectura anterior del medidor. Lo que hay que pagar
surge de multiplicar el consumo realizado por el
valor del gas (expresado en pesos por metro cúbico) más los impuestos. En la factura, también se
informa sobre el poder calorífico, que corresponde
a la cantidad de kilocalorías (kcal) o kilojoules
(kJ) que se obtiene por combustión completa de
cada metro cúbico de gas utilizado.
a. Consigan dos facturas de gas del mismo domicilio, una de un período de verano y otra de
invierno. Calculen cuánta energía (en kJ y en kcal)
se pudo obtener, en cada caso, si la combustión
fue completa, a partir de los metros cúbicos de gas
consumido. Comparen los resultados y justifiquen
la diferencia.
Respuesta abierta. Estamos educando científicamente a nuestros alumnos, futuros ciudadanos, con
una actividad que promueve la lectura comprensiva
de la información que brindan las facturas de servicios públicos.
b. La nafta se paga por litro, ¿por qué el precio del
gas se estipula por metro cúbico?
La unidad se elige teniendo en cuenta la cantidad a
medir, para que el número obtenido no tenga muchas cifras. Por ejemplo, 5 m3 corresponden a 5.000 l,
43
y 12 l equivalen a 0,012 m3. En el primer caso utilizaríamos el m3 para expresar el volumen, mientras
que en el segundo caso, el litro.
14. Con el mechero a gas podemos obtener dos
tipos de llama. ¿Cuál tendrá mayor temperatura?
¿Por qué? Una ayuda: la combustión es una reacción exotérmica, cuanto más completa, más calor
desprende.
La llama de mayor temperatura es la que corresponde a la combustión completa, esto es, la llama
celeste.
15. Respondan las siguientes preguntas.
a. ¿Por qué para detectar una posible pérdida de
gas se coloca una solución jabonosa y nunca se
debe acercar la llama de un fósforo?
La llama de un fósforo aportaría la energía térmica
necesaria para iniciar la reacción de combustión del
gas, no solo del que escape en ese momento, sino
también del que se haya acumulado en el recinto. Si
se coloca solución jabonosa sobre diferentes puntos
de la cañería, el gas que escapa la atraviesa y genera
burbujas, que permiten detectar el lugar donde se
produce la pérdida.
b. ¿Por qué al entrar en un recinto donde se supone que hay una pérdida de gas, no se debe encender la luz ni utilizar el teléfono?
Por la misma razón que en la situación anterior (fósforo encendido). En estos casos, la energía para la
reacción de combustión la aportarían las pequeñas
chispas que pueden producirse cuando se accionan
dispositivos eléctricos.
c. ¿Por qué mientras se enciende el fuego en una
parrilla es conveniente apantallar?
Porque de ese modo se hace ingresar aire a la zona
donde se produce la reacción de combustión, aumentando la cantidad de oxígeno, ingrediente necesario para esa reacción.
16. Mencionen dos argumentos a favor y dos
argumentos en contra del uso del bioetanol como
combustible.
Argumentos a favor: por ejemplo, el agregado de
bioetanol a las naftas mejora su rendimiento; se
produce a partir de cultivos agrícolas, que son fuentes renovables de energía.
Argumentos en contra: por ejemplo, el costo de producción es mucho más elevado que el de las naftas; el bioetanol cubre solo un pequeño porcentaje
de las necesidades de combustible de los medios de
transporte.
44
17. Identifiquen en sus hogares objetos metálicos
expuestos al aire y al agua, y hagan un listado
con aquellos que han sido afectados por la corrosión y otro con los que no fueron afectados. ¿Con
qué material o materiales están hechos? Luego,
indiquen cuáles son los materiales que se corroen
más fácilmente.
Respuesta abierta. Podrán mencionar objetos fabricados con cobre, bronce, aluminio o aleaciones de
aluminio, hierro, acero común, acero inoxidable, etc.
Los materiales metálicos que se corroen más fácilmente son los de hierro. Posiblemente mencionen el
bronce y el acero inoxidable como materiales metálicos que resisten la corrosión.
Integración
Luego de la lectura de la situación presentada se
generan respuestas breves, acordes con el espacio
disponible.
a. ¿Qué tipo de energía se aprovechaba con el molino cuando estaba en buenas condiciones?
Energía eólica.
b. Teniendo en cuenta el entorno actual del predio.
¿A qué podrían atribuir la contaminación del agua?
¿Por qué?
A la presencia de industrias, algunas de las cuales
pueden producir desechos tóxicos que contaminan
el ambiente.
c. ¿A qué se debe el color amarronado de la estructura de hierro del molino?
A la corrosión provocada por la acción del aire húmedo, tal vez incrementada por emanaciones de industrias vecinas.
d. ¿Cómo se podría haber protegido el material
para evitar su deterioro? Justifiquen brevemente la
respuesta.
Cubriéndolo con capas de pintura que impidieran el
contacto entre el hierro y el aire.
e. ¿Qué diferencias hay entre la función que
cumple este molino y la de los que se usan en los
parques eólicos?
Este molino convierte energía eólica en energía mecánica, para accionar una bomba elevadora de agua.
Los molinos de los parques eólicos convierten energía eólica en energía eléctrica.
f. ¿Podría decirse que en el club están comprometidos con el cuidado del ambiente? ¿Por qué?
Sí, porque emplean dispositivos que aprovechan
energías renovables para obtener electricidad y
FÍSICA Y QUÍMICA 1
energía térmica.
g. ¿Qué dispositivo parece estar colocado en las
placas delgadas ubicadas sobre el techo de los
baños? ¿Qué función cumple?
Son paneles fotovoltaicos, que transforman energía
lumínica, que es parte de la energía solar, en energía
eléctrica.
h. ¿Qué transformación de energía se produce en
los otros dispositivos ubicados en el techo?
Los otros dispositivos son calefactores o calefones
solares, que transforman energía solar en energía
térmica.
i. ¿Qué proceso químico se llevó a cabo en los
ejemplos mencionados?
Una combustión.
j. ¿Qué tipos de combustibles se usaron en los
diferentes momentos?
En el primer caso, un combustible gaseoso; en el segundo y el tercer caso, combustibles sólidos.
k. ¿Qué ocurrió a raíz del mal funcionamiento del
calentador a garrafa? ¿A qué pudo deberse?
La combustión fue incompleta, pudo haber ocurrido
que estuvieran tapados los agujeros por donde debía ingresar aire.
l. Si hubieran tomado fotos, ¿de qué color debería
verse en ellas la llama del calentador? ¿Por qué?
Como la combustión fue incompleta, la llama debería verse de color amarillo, debido a la presencia de
pequeñísimas partículas de carbono incandescente
(que emiten luz amarillo anaranjada).
Notas de laboratorio
Experiencia n.˚ 15: Las combustiones
Con esta actividad experimental se espera que los
alumnos analicen diferentes tipos de combustiones
y reflexionen sobre el uso adecuado de estas como
medio de calefacción.
1. Observen las fotografías (páginas 141 y 142).
a. Describan cada una de las llamas.
Al describir, los alumnos tendrán que comunicar
por escrito, con claridad y precisión, las características más relevantes de cada una (forma, color, diferentes partes).
proporción de oxígeno) la llama es amarilla; cuando entra suficiente aire para que la combustión sea
completa, la llama es azul-celeste.
c. ¿De qué color es lo que mancha la cápsula fría que
estuvo en contacto con la llama amarilla? ¿Qué podría ser? ¿A qué puede deberse el color de la llama
del mechero cuando la entrada de aire está cerrada?
A temperatura ambiente, el carbono es de color negro, pero a elevada temperatura se pone incandescente y emite luz de color amarillo-rojizo.
La mancha es de color negro, se trata de carbono,
uno de los productos de la combustión incompleta
que, al tomar contacto con la cápsula, se enfría y
se deposita sobre ella. Cuando se encuentra en la
llama, debido a la alta temperatura, el carbono está
incandescente, dándole a la llama el color amarillo
rojizo anaranjado.
2. Miren este video: http://bit.ly/EDV_FQ_144_1.
Presten atención a las condiciones requeridas para
obtener cada tipo de llama. Escriban un resumen.
Respuesta abierta. Los alumnos desarrollan sus capacidades lingüísticas y de observación.
3. Busquen en libros o en internet algún otro
ejemplo de materia en estado plasma.
En el espacio interplanetario, la materia se encuentra en estado plasma, también hay plasma en los
televisores que se denominan así.
4. Miren el siguiente video: http://bit.ly/EDV_
FQ_144_2. En él, podrán apreciar el proceso de
combustión en una vela. Identifiquen qué cambios físicos se producen inicialmente para que la
combustión se lleve a cabo. Elaboren un resumen
escrito de lo observado.
Cuando se acerca la llama de un fósforo a la parte superior del cuerpo de la vela, el material sólido que la compone funde, se transforma en líquido. Una parte de ese líquido asciende por la mecha,
otra parte queda, en estado líquido, alrededor de la
mecha o pabilo, y puede ocurrir que una pequeña
parte del mismo caiga y se deslice por la pared de la
vela, pasando nuevamente al estado sólido, es decir,
solidificándose.
b. ¿Qué relación existe entre el color de la llama del
mechero de Bunsen y la cantidad de aire que entra?
Cuando la entrada de aire está cerrada (escasa
45
5. Lean las siguientes noticias. Elaboren un texto
con los comentarios que les surjan de su lectura.
Luego, organicen una campaña de prevención de
accidentes por el mal uso de las estufas a gas.
Pueden hacer afiches o folletos para distribuir en
la escuela.
Respuesta abierta. Es un buen momento para insistir sobre los cuidados que se deben tener al usar
artefactos de calefacción y los accidentes que se
pueden ocasionar por ignorancia, esto es, por falta
de información. La organización de una campaña
promueve el trabajo en equipo y la solidaridad. La
confección de afiches y/o folletos puede resultar un
trabajo interdisciplinar de interés. Se puede organizar un proyecto que involucre a los profesores de física, de química, de biología, de lengua y de arte, y a
alumnos de otros cursos.
Experiencia n.˚ 16: Obtención de bioetanol a partir
de azúcar
Con esta actividad experimental se espera que los
alumnos diseñen un proceso experimental y lo pongan en práctica. Una vez ejecutados los pasos 1 y 2,
comienzan las observaciones, anticipaciones y comprobaciones experimentales.
3. Cierren el frasco, pasen el tubo por el orificio y
coloquen masilla alrededor del tubo para asegurarse de que no haya pérdidas. ¿Qué esperan ver?
Los alumnos pueden suponer que verán burbujas
debido al desprendimiento de dióxido de carbono
gaseoso, que es uno de los productos de la fermentación del azúcar.
4. Observen durante unos 10 minutos y vayan
registrando los resultados. ¿Fueron los esperados?
¿Por qué? ¿Se calentó el recipiente?
Se podrá observar la generación de burbujas, que
forman espuma y elevan la masa. El recipiente se
entibia, el sistema desprende calor, la reacción es
exotérmica.
5. Sumerjan el extremo libre del tubo en el agua
de cal. ¿Qué esperan que suceda?
Que se formen burbujas dentro del líquido y que
aparezca una turbidez blanquecina.
6. Dejen que el proceso continúe durante algunos
minutos más, observen lo que sucede y registren
los resultados. ¿Fueron los esperados? ¿Qué cambios se produjeron en el agua de cal? ¿Qué producto pudieron reconocer? ¿Por qué?
A medida que pasa el tiempo y mientras continúa la
46
reacción en el primer frasco, el agua de cal se pone
cada vez más turbia y comienza a depositarse un
sólido blanco de carbonato de calcio, producto de la
reacción entre el hidróxido de calcio y el dióxido de
carbono. Es una reacción que permite reconocer el
dióxido de carbono.
7. Para reconocer el otro producto, dejen que la fermentación continúe por otros 15 minutos. Luego,
destapen el frasco y huelan con cuidado el contenido. ¿Qué propiedad del etanol pudieron detectar?
Registren el resultado.
Se percibe olor a alcohol.
8. Respondan estas preguntas.
a. ¿La fermentación es una reacción química? ¿Por
qué?
Sí, porque se forman nuevas sustancias.
b. ¿La fermentación es un cambio exotérmico o
endotérmico? ¿Cómo lo saben?
Es un cambio exotérmico, porque libera calor. Esto
provoca el calentamiento detectado en el recipiente.
c. ¿Cuál es la ecuación que representa la reacción que
se produce en el frasco que contiene agua de cal?
Ca(OH)2 + CO2 > CaCO3
d. ¿Se les ocurre alguna otra forma de evidenciar
la producción de etanol? ¿Cuál?
Podrían proponer acercar la llama de un fósforo, es
de esperar que el alcohol entre en combustión, es
decir, que arda.
9. Elaboren un informe de la actividad que realizaron. El informe tiene que incluir el procedimiento
que siguieron para llevarla a cabo, las dificultades
que tuvieron al realizarla y cómo las superaron, y
las conclusiones que pudieron extraer.
Respuesta abierta. Cuando se elabora un informe,
se ponen en juego diversas capacidades, como la
de comunicación, de reflexión sobre lo realizado, de
elaboración de conclusiones, entre otras.
FÍSICA Y QUÍMICA 1
La siguiente tabla corresponde a la respuesta sugerida para la actividad 8, de la página 150 del libro.
Tipo de central
Recurso que utiliza
Problemas que causa
Ventajas
Desventajas
Termoeléctrica
Carbón, petróleo, gas.
Emanaciones; aumento de temperatura atmosférica.
Tecnología conocida
y probada.
Emplea recursos no
renovables.
Atómica
Materiales que faciliten las reacciones
nucleares.
Acumulación de
residuos radiactivos. Contaminación
térmica.
No hay emanaciones
por combustión.
Riesgos de accidentes en el reactor.
Eólica
Viento.
Usa recurso
renovable.
Cambios en la fisonomía del ambiente.
Hidroeléctrica
Agua en movimiento.
Usa recurso
renovable.
Modifican los
ecosistemas.
Solar
Energía solar
(lumínica).
No causa impactos
ambientales. Usa
recurso renovable.
Costo elevado.
Crea barreras en los
ríos.
Inunda terrenos.
47
SERIE
Fuera de
Física y
química I
Materiales, fuerzas y energía
Fuera de
educación secundaria
educación secundaria
SERIE
NAP: 1.er Y 2.º AÑO (ESB)
PBA: 2.º AÑO (ESB)
CABA: 1. AÑO NES
er
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LIBRO PARA
EL DOCENTE
16/12/14 15:17