Física i Química

1 − Introducció al mètode científic
• − Definició
• − Apunts històrics i fases del mètode científic
• − Introducció a la física i a la química
1.4.1 − Procés de mesura i magnituds físiques
1.4.2 − Sistema Internacional d'unitats
1.4.3 − Xifres significatives
1.4 − Conceptes bàsics químics
• − Precisió i sensibilitat
• − Notació científica
• − Estats d'agregació a la matèria
• − La teoria cineticomolecular
• − Propietats de la matèria
• − Variacions del volum i pressió
• − Teoria cineticomolecular aplicada en els tres estats
• − L'escala de Kelvin
• − Els canvis d'estats
• − Interpretació cineticomolecular
• − Fusió I solidificació
• − Vaporació
• − Sublimació
• − Àtoms i molècules
• − Estructuració
• − Partícules subatòmiques
• − Elements
• − Nombre atòmic
• − Elements abundants en la natura
• − Isòtms
• − Radioactivitat natural i artificial
• − Massa d'àtoms i molècules
• − Composició de les molècules
• − Fórmules químiques
• − Mol. Unitat de quantitat de substàncies
• − Massa atòmica d'hidrogen
• − Taula periòdica
1
• − Compostos
• − Lumeslatura de compostos inorgànics simples
• − Mescles i solucions
• − Definició
• − Mescles de matèries
• − Matèries homogènies i heterogènies
• − Solució saturada
• − Solucions químiques
• − Química i el mètode científic
• − Canvi climàtic
• − Combustibles fòssils
• − Recursos fòssils i la contaminació
• − Solucions d'aquests recursos
• − Fenòmens elèctrics
• − Càrregues elèctriques
• − Detectors de càrregues elèctriques
• − Conductors i aïllants
• − Les forces càrregues
• − Què són les càrregues
• − Què és el camp elèctric
11 − Corrent elèctric
Física i Química
1 − Mètode científic
1.1 Definició
És un sistema per a adquirir coneixements, però no és la única, també hi ha d'altres:
• El mètode filosòfic = Connecta lògicament uns certs aspectes abstracte que es connecten entre ells.
− El mètode mitològic = Intenta explicar la realitat, basant−se en éssers amb forces sobrenaturals. Deriven de
religions.
− El mètode científic = Pretén explicar el perquè de les coses des de la realitat, és a dir, la relació causa efecte.
Ha tingut diferents etapes evolutives.
• Primer científic = Aristòtil.
• És un mètode empíric = experimental .
• Consisteix en experimentar i decidir.
2
1.2 − Apunts històrics i fases del mètode científic
• Observació d'un fenomen.
• Plantejament d'una hipòtesi o explicació plausible.
• Planificació d'experiments, per tal de demostrar si la hipòtesi es vertadera o falsa.
• Analitzar les dades obtingudes experimentalment.
• Obtenir resultats o conduccions.
• Si la hipòtesi s'ha comprovat molts cops i sempre ha estat bé, es considera certa. 13−09−07
Física i Química
A vegades es qüestiona la validesa d'una teoria o llei a través de noves hipòtesis, en aquest moment la teoria a
de ser substituïda, per una nova, o bé englobada per una més genèrica o d'aplicació superior.
Un exemple de la primera opció és la teoria de Ptolomeu, la qual deia que la Terra era el centre de l'univers (
heliocentrisme ), la qual es va creure fins al segle XVI, fins que Copèrnic va demostrar que la Terra girava al
voltant del Sol i no del revés.
Un exemple de la segona opció és la teoria de la gravitació universal de Newton, la qual deia:
F = G Mm
d2
Però això no funcionava pas amb el mercuri, fins que al segle XX Heinstein va explicar la teoria de la
relativitat general.
1.3 − Introducció a les ciències físiques i químiques
Hi ha temes en que es nota la diferència respecte a si són de física o de química, i altres temes que són de les
dues ciències.
− Física = Estudia la matèria i les seves interaccions, és a dir, els
cossos i fenòmens que hi ha en la natura.
− Química = Estudia la relació entre diferents substàncies, elements i
compostos, ( com es combinen per formar nous compostos,
diferències entre compostos... ) Per exemple, el carbó i un
diamant, els dos, estan composts de carboni, únicament es diferencien pel procés de cristalització.
19−09−07
Física i Química
3
En aquestes ciències establim fets, primer ens preguntem el perquè d'alguna cosa, i desprès creem una
hipòtesi, com per exemple la teoria cineticomolecular.
La teoria cineticomolecular = Bàsicament explica que, si per exemple, si apretem un gas, disminueix el seu
volum, i si augmentem el seu volum d'una manera molt ràpida, disminueix la seva temperatura.
La física i la química són ciències experimentals que es caracteritzen pel mètode científic.
La física estudia : Forces, energia, electricitat, ones, so, llum, estructura d'àtoms, electromagnetismes.
La química estudia : Estudia les propietats de diferents substàncies ( canvis pels quals unes substàncies es
converteixen en altres).
1.4.1 − Procés de mesura i magnituds físiques
Les ciències han de ser objectives, així que s'empren fórmules matemàtiques, i les definicions de conceptes
clares, l'espai, la matèria, el temps...
Molts d'aquests conceptes són propietats del cossos que poden ser mesurades, tot i que no totes.
Les que poden ser mesurades s'anomenen magnituds.
19−09−07
Física i Química
Concepte
Símbol de la
magnitud
Unitat
Símbol de la unitat
Longitud
Metre
m
Superfície
Metre quadrat
m2
Distància
Metre
m
Volum
Massa
Temps
Temperatura
absoluta
Quantitat de
substància
Intensitat del corrent
Intensitat lluminosa
kg
t
Metre cúbic
Quilogram
Segon
m3
m
s
T
kelvin
K
m
mol
mol
I
I
amper
candela
A
cd
Magnituds
l
Espai
Matèria
Temps
A l'hora de donar una mesura hem de donar el valor i la unitat.
Notació científica = Ordre de magnitud ( exponent que li posem al 10 )
• 1 = 10, 10 2 = 100, 10 3 = 100,...
4
Aquestes magnituds corresponen a les unitats fonamentals, però també hi ha unes unitats anomenades
derivades. 19−09−07
Física i Química
1.4.2 − Sistema Internacional d'unitats
Des de 1899, es van organitzar diferents congressos institucionals per
posar−se d'acord, perquè tothom tingués les mateixes magnituds.
Al 1960 a Paris, en la 11 ª conferència de mesures i pesos, va proposar el Sistema Internacional ( SI ), Aquest
sistema es va aprovar a Espanya al 1967.
Curiositats d'abans:
1ª lliure = 400 grams
Les magnituds fonamentals del SI són: Longitud, massa, temps, temperatura absoluta, quantitat de substància,
intensitat de corrent i la intensitat lluminosa.
1.4.3 − Xifres significatives
Expressen una quantitat mesurada en funció a la qualitat dels nostres instruments.
Càlcul de mitjana
Ex: x1= 69
X2= 71
X3= 74
= x1 + x2 + x3 69 + 71 + 74 214
= = = 71,333333
333
Mitjana = 71,3
20−09−07
Física i Química
Càlcul d'imprecisió
x1 2,33 ( 71,33 − 69)
X2 0,33 (71,33 − 71)
X3 2,67 (71,33 − 74)
5
E= 2,7 = 3
E= 71mm +− 3 mm
Física i Química
1 = Expresseu les vostres idees sobre com iniciar−se un treball científic.
• Observació d'un fenomen.
• Plantejament d'una hipòtesi o explicació plausible.
• Planificació d'experiments, per tal de demostrar si la hipòtesi es vertadera o falsa.
• Analitzar les dades obtingudes experimentalment.
• Obtenir resultats o conduccions.
Si la hipòtesi s'ha comprovat molts cops i sempre ha estat bé, es considera certa.
2 = Què és una hipòtesi?
Una hipòtesi o explicació plausible: és la suposició del perquè d'algun fenomen que un cop fets els
experiments adequats es convertirà en teoria, si es certa.
3 = Encara que les hipòtesis són suposicions que pretenen solucionar el problema plantejat, no tota suposició
pot ser acceptada com a hipòtesi científica. Quines característiques ha de tenir perquè ho sigui?
El seu contingut ha de estar expressat de forma clara i entenedora, i en la majoria de casos de manera
matemàtica i desprès de comprovar per mitjans d'experiments molts cops que es certa ja es pot considerar que
és una teoria o llei.
4 = Una vegada formulada una hipòtesi que hem de fer per contrastar−la?
Planificar experiments, per tal de demostrar si la hipòtesi es vertadera o falsa.
Analitzar les dades obtingudes experimentalment.
Obtenir resultats o conduccions.
20−09−07
Física i Química
5 = Tracteu d'assenyalar semblances i diferències entre una observació quotidiana i un experiment científic?
Semblances
Que en les dues situacions s'han d'observar unes coses per després fer l'experiment o el que s'hagi de fer.
Diferències
6
En un experiment científic s'han de calcular tots els paràmetres, en canvi, en una observació quotidiana només
s'han de tenir en compte uns mínims.
6 = Com a resultat de l'experimentació, solen obtenir−se dades. Assenyaleu procediments per assenyalar la
seva fiabilitat, ordeneu−los i interpreteu−los per decidir si es compleixen les hipòtesis.
Medició( si es pot), càlcul i observació, fer taules i gràfics amb les dades obtingudes.
7 = Exposeu les idees que tingueu sobre el que són lleis i teories científiques.
Si la hipòtesi s'ha comprovat molts cops i sempre ha estat bé, es considera certa, i passa a anomenar−se teoria
o llei.
8 = Elaboreu a manera de síntesi d'allò que hem vist fins ara d'un cicle d'investigació.
• Observació d'un fenomen
• Plantejament d'una hipòtesi
• Analitzar dades
• Obtenir resultats
• Dir si la hipòtesi es certa o falsa.
Física i Química
9 = Amb l'objectiu d'establir en que consisteix el procés de mesura, amideu la llargària d'una escombra i
expliqueu el procés.
Primer, s'agafa l'escombra i es posa de manera que et vagi bé per tal de mesurar−la, després s'agafa el metre i
es posa al principi de l'escombra el centímetre u, i després s'estira el regle fins al final de l'escombra, i, el
centímetre en que s'acabi serà el que medeix aquella escombra, en el meu cas medeix un metre quaranta.
13 =Considereu les següents mides de dues llargàries A i B :
Longitud A (mm)
Longitud B(cm)
69
174
71
174
74
174
Quin valor s'haurà de prendre com a representatiu en cada cas? Què es pot dir, també en cada cas, a propòsit
del nombre de mides fetes?
A= Valor mitg = 71,3mm Diferència = 3mm Imprecisió = 3mm
B= Valor mitg = 174 cm Diferència = 0 cm Imprecisió = 1 cm
En la longitud A tornaria a mesurar aquell objecte, en canvi en la longitud B, no tornaria pas a mesurar aquell
objecte.
14 = Amb un instrument d'amidament, la sensibilitat del qual és 0,1 cm, un@ alumn@ ha fet una mida i ha
donat com ha resultat 23 cm. Expresseu correctament el resultat.
7
El resultat correcte és de 230 mm., ja que el marge d'error és de 0,1 cm i no es pas d'1 cm.
15 = Enumereu quines podrien ser les característiques que convindria conèixer d'un instrument per a la seva
correcta utilització.
• La seva imprecisió i la seva qualitat
• La unitat en que s'expressa aquest instrument
• La magnitud en que s'expressa
20−09−07
Física i Química
16 = Els valors obtinguts al mesurar la massa d'un cable de plàstic han estat:
N (núm. de m ) 1,00 2,00 3,00 4,00
M (núm. de g) 65 130 195 260
Trobeu el nombre de metres de 30 grams de cable i la massa de 2,37m i de 10,00 m de cables. Expresseu la
relació que hi ha entre les dues magnituds en forma d'equació.
1/65 = x/30 x= 30: 65= 0,46 m
2,37m =237 cm 1/65 237/x x= 15405 15405cg = 154,05g
1/65 10/x x = 650g
Hi ha 0,46 m en 30g de cable, 2,37 m en 154,05g de cable i 10 m en 650g de cable.
La relació entre aquestes tres xifres és que són D.P. (directament proporcionals).
18 = Llegiu l'article e premsa de l'annex i extraieu−ne les característiques essencials del treball científic de les
quals manquen l'astrologia i <<coses>> semblants.
L'astrologia no és pas una teoria científica, competeix per descriure millor un fenomen. Ben al contrari, la
renúncia de l'astrologia al mètode empíric confereix a la discussió molts aspectes de la vella polèmica entre
religió i ciència, encara que la ciència gaudeix ara del poder i la religió està reemplaçada per les creences
astrològiques.
El nostre ritme vital és conseqüència del període de rotació de la terra i no pas dels astres.
Podria ser l'astrologia una ciència? Si l'astrologia és el conjunt de coneixements que permet predir els avatars
humans mitjançant els astres, la resposta és no.
Pel que es refereix als suposats fenòmens paranormals mai s'ha donat un sol experiment, fet sota control
científic, i per tant repetible, que permet afirmar la seva existència.
05−10−07
Física i Química
8
17 = (Opcional) Desenvolupament d'una xicoteta investigació: factors que determinen el període d'un objecte
pendular.
Plantejament d'un problema
Necessito crear un pèndol per a un treball
Anàlisi del problema
He d'averiguar com es fa un pèndol informant−me i seguint una sèrie de passos.
Fonament teòric
Objecte pendular (pèndol simple) − Cos de massa puntual (la massa està en un punt de dimensions molt
petites) que penja d'un fil el qual no és elàstic, i va fent petites oscil·lacions (no més de 15º) al voltant d'un
punt d'equilibri.
El pèndol més simple que hi ha és el de Foucault − pèndol llarg que pot oscil·lar lliurement en qualsevol
plànol vertical i capaç d'oscil·lar durant hores. S'utilitza per a demostrar la rotació de la Terra i la força de
Coriolis, i després, també com a pèndol simple trobem el de Newton.
Emissió, factors i períodes de les hipòtesis
El període d'un pèndol només depèn de la longitud de la corda i el valor de la gravetat (la gravetat vària en els
planetes i satèl·lits naturals).
Degut al fet que el període és independent de la massa, podem dir llavors que tots els pèndols simples d'igual
longitud en el mateix lloc oscil·len amb períodes iguals.
A major longitud de corda major període.
Període en funció de l'angle d'oscil·lació:
S'ha de escollir diversos angles diferents.
Amidar el temps per a diverses oscil·lacions a un determinat angle mantenint la massa i la longitud iguals.
S'ha de repetir el procediment amb altres angles diferents.
Es determina el període de cadascun. (T = temps/nº d'oscil·lacions).
05−10−07
Física i Química
Període en funció de la massa d'oscil·lació:
Es construeix la gràfica T vs. *
S'escullen masses diferents.
Es mesura el temps per a diverses oscil·lacions a una massa determinada mantenint l'angle i la longitud iguals.
9
Es repeteix el procediment amb altres masses diferents.
Es determina el període de cadascun.
Es construeix la gràfica T vs. m.
Període en funció de la longitud:
S'escolleixen diverses longituds de corda diferents.
Es mesura el temps per a diverses oscil·lacions a una longitud de corda determinada mantenint l'angle i la
massa iguals.
Es repeteix el procediment amb altres longituds de corda diferents.
Es determina el període de cadascun.
Es construeix la gràfica T vs. L .
Càlculs i fórmules per fer experiments
El moviment ocorre en un plànol vertical i és accionat per la força gravitacional. Considerant que el pèndol
oscil·la lliurement (sense frec) es pot demostrar que el seu moviment és un moviment harmònic simple,
sempre que l'amplitud de la seva oscil·lació sigui petita. Les forces que actuen sobre la massa són les forces
exercides per l'entenimentada T i la força gravitacional , actua sempre*mg. la component tangencial de la
força gravitacional, mg sen = 0, oposada al desplaçament. Per tant, la força tangencial és una força**cap a
restauradora, i podem escriure l'equació de moviment en l'adreça tangencial:
Ft = m d**= −mg sen 2s
dt2
On s és el desplaçament amidat al llarg de l'arc i el signe (−) indica que Ft actua i L és constant, aquesta
equació es***cap a la posició d'equilibri. Ja que s=L petita
Física i Química
On s és el desplaçament amidat al llarg de l'arc i el signe (−) indica que Ft i L és constant, aquesta***actua
cap a la posició d'equilibri. Ja que s=L*****y equació es redueix a:
d2** = −g sen ***
dt2 L
Equació de moviment per al pèndol simple (****petita)
d2* = −g ***
dt2 L
freqüència angular del moviment per al pèndol simple Equació del període de moviment per al pèndol simple:
T= 2****2****L
g
10
Per tant, entenem per longitud la llargària de la corda del pèndul sense tenir en compte la massa d'aquest.
Relació entre T i L
En les gràfiques T vs. * i T vs. m la recta és constant, ja que T solament depèn de L. La lleugera inclinació de
la recta en les diferents gràfiques es deu a errors tant d'instrument, factor ambiental o humà.
Conclusions
Després d'haver realitzat els mesuraments i càlculs respectius pel que fa al pèndol simple i la seva relació amb
la longitud, angle i massa s'ha arribat a les següents conclusions:
La gravetat vària en els planetes i satèl·lits naturals
Tots els pèndols simples d'igual longitud en el mateix lloc oscil·len amb períodes iguals.
A major longitud de corda major període.
05−10−07
Física i Química
19 = (Optatiu) Els comentaris de l'annex II "extrets d'una revista científica de prestigi internacional
(Investigación y Ciència)" posen de manifest la importància de la comunicació de resultats, de la naturalesa
col·lectiva del treball científic i algunes de les relacions actuals entre ciència i societat. Extraieu−ne algunes
conclusions sobre aquests aspectes.
B. Stanley Pons i Martín Fleischmann van anunciar haver aconseguit la fusió nuclear mitjançant la circulació
de corrent elèctric a través d'una bovina de pal·ladi immersa en un recipient d'aigua pesada. Hipòtesis
rebutjada per laboratoris de tot el món.
Thomas Gold comparteix amb la fusió freda la promesa d'una font d'energia inesgotable. Gold creu que el
petroli i el gas no provenen de la matèria orgànica (la idea acceptada), sinó de la mescla dels materials
primordials de la terra. Cosa que s'ha comprovat que no es certa.
11