Evidencia: Identifica la energía mecánica como la relación que existe entre la energía cinética y la energía potencial.
Desarrollo: Escribimos y trabajamos las formulas en ejercicios prácticos
La potencia (representada por el símbolo P) es una cantidad determinada de trabajo efectuado de alguna manera en una unidad de tiempo determinada. O sea, es la cantidad de trabajo por unidad de tiempo que algún objeto o sistema produce.
La potencia se mide en watts (W), unidad que rinde homenaje al inventor escocés James Watt y equivale a un julio (J) de trabajo realizado por segundo (s), es decir: W = J/s.
La habilidad para comprender y medir la potencia con precisión fue un factor determinante en el desarrollo de los primeros motores a vapor, aparato sobre el cual se sostuvo la Revolución Industrial. En nuestros días, en cambio, suele estar asociada a la electricidad y a otro tipo de recursos energéticos modernos, pues también puede designar la cantidad de energía transmitida.
Tipos de potencia
Existen los siguientes tipos de potencia:
Potencia mecánica. Aquella que se deriva de la aplicación de una fuerza sobre un sólido rígido, o bien un sólido deformable.
Potencia eléctrica. En lugar de trabajo, se refiere a la cantidad de energía transmitida por unidad de tiempo en un sistema o circuito.
Potencia calorífica. Se refiere a la cantidad de calor que un cuerpo libera al medio ambiente por unidad de tiempo.
Potencia sonora. Se entiende como la cantidad de energía que una onda sonora transporta por unidad de tiempo a través de una superficie determinada.
Evidencia: Identifica la energía mecánica como la relación que existe entre la energía cinética y la energía potencial.
Desarrollo: En esta clase trabajamos de forma vivencial como a través de movimientos se practica el trabajo y la fuerza
TRABAJO
Trabajo es cambio en el estado de movimiento de un cuerpo producido por una fuerza de una magnitud dada o, lo que es lo mismo, será equivalente a la energía necesaria para desplazarlo de una manera acelerada.
Se trata de una magnitud escalar representada por el símbolo W (de Work, en inglés), expresada en unidades de energía, es decir, en Julios (J) según el Sistema Internacional. Esto se debe a que es básicamente un tránsito de energía y, por la misma razón, no se puede calcular como incremento de trabajo.
Para que el trabajo se produzca debe haber una fuerza aplicada, un desplazamiento producto de su accionar, y la fuerza debe tener una componente a lo largo de dicho desplazamiento.
El cálculo deltrabajoresponderá a diversas formulaciones por parte de la mecánica clásica, la relativista o la cuántica.
El trabajo se produce, por ejemplo, cuando un hombre empuja un vehículo sin combustible por la calle o cuando una máquina hidráulica levanta una pesada caja de madera. Para calcularlo, pues, se deben considerar la fuerza aplicada (con su respectiva dirección) y la distancia recorrida por el cuerpo en movimiento.
De allí que pueda hablarse de dos tipos de trabajo: el positivo y el negativo.
Trabajo positivo. Ocurre cuando la fuerza aplicada va en el mismo sentido del desplazamiento del cuerpo, produciendo una aceleración positiva.
Trabajo negativo. Ocurre cuando la fuerza aplicada va en sentido contrario al desplazamiento del cuerpo, pudiendo producir una aceleración negativa o desaceleración.
Evidencia: Identifica la energía mecánica como la relación que existe entre la energía cinética y la energía potencial.
Desarrollo: Escribir lo consignado en el blog
La energía es la capacidad de un sistema o un fenómeno para llevar a cabo un trabajo determinado.
La energía es una palabra que suele utilizarse mucho en la vida cotidiana. Aunque a menudo se usa de manera ambigua, tiene un significado físico muy específico.
La energía es una medida de la capacidad de algo para producir trabajo. No es una sustancia material, y puede almacenarse y medirse de muchas formas.
Aunque solemos escuchar a las personas hablar del consumo de energía, esta nunca se destruye realmente: tan solo se transfiere de una forma a otra, y realiza un trabajo en el proceso. Algunas formas de energía son menos útiles para nosotros que otras (por ejemplo, la energía calorífica de bajo nivel). Es mejor hablar del consumo o la extracción de recursos energéticos (como el carbón, el petróleo o el viento) que hablar del consumo de energía en sí mismo
Una bala que se mueve a gran velocidad tiene asociada una cantidad medible de energía, conocida como energía cinética. La bala adquiere esta energía por el trabajo que hizo sobre ella una carga de pólvora que a su vez perdió algún tipo de energía potencial química en el proceso.
Una taza de café caliente tiene una cantidad medible de energía térmica, que adquirió por el trabajo que realizó sobre ella un horno de microondas, que a su vez tomó la energía de la red eléctrica.
En la practica, siempre que se realice un trabajo para convertir energía de una forma a otra, hay alguna pérdida en otras formas de energía, como el calor o el sonido. Por ejemplo, un foco tradicional es capaz de convertir energía eléctrica en luz visible con tan solo un 3% de eficiencia, mientras que un ser humano es aproximadamente un 25% eficiente para convertir en trabajo la energía química que extrae de los alimentos que consume.
¿Cómo medimos la energía y el trabajo?
En la física, la unidad estándar para medir la energía y el trabajo realizado es el joule, que se denota por el símbolo J. En mecánica, 1 joule es la energía que se transfiere cuando se aplica una fuerza de 1 newton sobre un objeto y lo desplaza una distancia de 1 metro.
Evidencia: Reconoce la estructura atómica de los átomos y explica los diversos modelos atómicos a través de la historia
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Modelo atómico de Sommerfeld (1916)
Este modelo fue propuesto por Arnold Sommerfield para intentar cubrir las deficiencias que presentaba el modelo de Bohr, especialmente para corregir la suposición de Bohr que plantea que los electrones describen órbitas circulares.
El modelo de Sommerfeld se basó en parte de los postulados relativistas de Albert Einstein.
Los postulados de este modelo son:
Los electrones describen órbitas circulares y elípticas alrededor del núcleo.
Existen subniveles de energía en cada nivel de energía del átomo.
Los electrones representan corrientes eléctricas minúsculas.
Modelo atómico de Schrödinger (1926)
El modelo atómico de Schrödinger, propuesto por Erwin Schrödinger a partir de los estudios de Bohr y Sommerfeld, concebía los electrones como ondas de materia, lo cual permitió la formulación posterior de una interpretación probabilística de la función de onda (magnitud que sirve para describir la probabilidad de encontrar a una partícula en el espacio) por parte de Max Born.
Eso significa que se puede estudiar probabilísticamente la posición de un electrón o su cantidad de movimiento, pero no ambas cosas a la vez, debido al Principio de Incertidumbre de Heisenberg.
Este es el modelo atómico vigente a inicios del siglo XXI, con algunas posteriores adiciones. Se le conoce como “Modelo cuántico-ondulatorio”.
Aun así, este modelo tiene algunas deficiencias, por ejemplo:
Schrödinger no tiene en cuenta el espín electrónico (momento angular intrínseco de las partículas elementales).
No tiene en cuenta los efectos relativistas de los electrones rápidos.
No explica por qué un electrón en un nivel de energía superior, decae a un nivel de energía inferior.
Modelo atómico actual
El modelo atómico que se utiliza en la actualidad para representar la estructura y las propiedades del átomo está enmarcado en la mecánica cuántica no relativista, y se basa en el modelo propuesto por Schrödinger, en el espín electrónico y en el Principio de exclusión de Pauli, que plantea que dos electrones no pueden tener sus cuatro números cuánticos iguales.
Los electrones se consideran ondas de materia en el modelo atómico actual. Alrededor del núcleo atómico, los electrones están distribuidos en regiones llamadas orbitales atómicos, que se definen como las regiones donde es más probable encontrar un electrón alrededor del núcleo. Por otra parte, en este modelo, la energía y el momento angular del electrón no pueden tener cualquier valor, sino que solo pueden tomar valores permitidos, por lo que se dice que están cuantizados.
Utilizando la ecuación de Schrödinger se pueden predecir los valores de energía y momento angular asociados a un electrón, y el cuadrado de la función de onda asociada determina los orbitales atómicos.
Algunos postulados del modelo atómico actual son:
El electrón se representa por su espín, su masa y su carga eléctrica negativa.
El electrón tiene comportamiento onda-partícula.
Las regiones permitidas para el electrón están determinadas por la función de onda, y el cuadrado de esta representa la probabilidad de encontrar a un electrón alrededor del núcleo.
Un mismo estado representado por los números cuánticos n (número cuántico principal), l (número cuántico azimutal) y m (número cuántico magnético) puede estar ocupado solo por dos electrones, siempre que estos tengan espines contrarios. El espín es el cuarto número cuántico.
Evidencia: Reconoce la estructura atómica de los átomos y explica los diversos modelos atómicos a través de la historia
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Modelo atómico de Lewis (1902)
También llamado “modelo del átomo cúbico”, el modelo atómico de Lewis proponía la estructura del átomo como un cubo, en cuyos ocho vértices estaban los electrones. Esto permitió avanzar en el estudio de las valencias atómicas y los enlaces químicos, sobre todo luego de su actualización por parte de Irving Langmuir en 1919, que planteó el “átomo del octeto cúbico”.
Estos estudios fueron la base de lo que se conoce hoy como el diagrama de Lewis, que establece que en una molécula los electrones se representan como puntos y los enlaces covalentes como guiones o líneas. Este diagrama es una herramienta muy útil para explicar el enlace químico covalente.
Modelo atómico de Rutherford (1911)
Ernest Rutherford realizó una serie de experimentos en 1911 a partir de láminas de oro. En estos experimentos determinó que el átomo está compuesto por un núcleo atómico de carga positiva (donde se concentra la mayor parte de su masa) y los electrones, que giran alrededor de este núcleo.
En este modelo se propone por primera vez la existencia del núcleo atómico.
Modelo atómico de Bohr (1913)
El modelo atómico de Bohr dio inicio en el mundo de la física a los postulados cuánticos, por lo que se considera una transición entre la mecánica clásica y la cuántica. El físico danés Niels Bohr propuso este modelo para explicar cómo podían los electrones tener órbitas estables (o niveles energéticos estables) rodeando el núcleo. Además, explica por qué los átomos tienen espectros de emisión característicos.
En los espectros realizados para muchos átomos se observaba que los electrones de un mismo nivel energético tenían energías diferentes. Esto demostró que había errores en el modelo y que debían existir subniveles de energía en cada nivel energético.
El modelo de Bohr se resume en tres postulados:
Los electrones giran en órbitas circulares en torno al núcleo sin irradiar energía.
Las órbitas permitidas a los electrones son aquellas con cierto valor de momento angular (L) (cantidad de rotación de un objeto) que sea un múltiplo entero del valor.
Los electrones emiten o absorben energía al saltar de una órbita permitida a otra órbita permitida y, al hacerlo, emiten un fotón que representa la diferencia de energía entre ambas órbitas.
Evidencia: Reconoce la estructura atómica de los átomos y explica los diversos modelos atómicos a través de la historia.
Desarrollo: Realizar los dibujos de cada uno de los modelos atómicos
Modelo atómico de Demócrito (450 a. C.)
Modelo atómico de Dalton (1803)
El modelo atómico de Dalton es el primer modelo atómico con bases científicas y fue propuesto por John Dalton en sus “Postulados Atómicos”, que plantean que:
- Todo está hecho de átomos, que son indivisibles e indestructibles.
- Los átomos de un mismo elemento químico son iguales entre sí, y tienen la misma masa e iguales propiedades.
- Los átomos no se dividen, ni cuando participan en reacciones químicas.
- Cuando se combinan átomos de dos o más elementos químicos, se forman compuestos químicos.
La teoría de Dalton tuvo algunos errores. Afirmaba que los compuestos químicos se formaban usando la menor cantidad de átomos posible de sus elementos.
Por ejemplo, la molécula de agua, según Dalton, sería HO y no H2O, que es la fórmula correcta. Por otro lado, decía que los elementos en estado gaseoso siempre eran monoatómicos (compuestos por un solo átomo), lo cual no es real, pues el oxígeno molecular, que es un gas, está formado por dos átomos de oxígeno (O2).
Modelo atómico de Thomson (1897)
Propuesto por J. J. Thomson, descubridor del electrón en 1897, el modelo atómico de Thomson es previo al descubrimiento de los protones y neutrones, por lo que asumía que los átomos estaban formados por una esfera de carga positiva y los electrones de carga negativa estaban incrustados en ella, como las pasas en el budín, razón por la cual se lo conoce como el “modelo del budín de pasas”.
Este modelo hacía una predicción incorrecta de la carga positiva en el átomo, pues afirmaba que esta estaba distribuida por todo el átomo. Más tarde esto fue corregido en el modelo de Rutherford donde se definió el núcleo atómico.
Evidencia: Reconoce la estructura atómica de los átomos y explica los diversos modelos atómicos a través de la historia
Desarrollo: Realizar lo consignado en el blog
Desde la antigüedad, el ser humano ha tratado de explicar el material del cual está hecho todo lo que
existe a su alrededor. En los primeros tiempos, se pensaba que la materia era continua e indivisible
(que no podía ser dividida).
Los primeros filósofos en pensar que la materia se podía dividir en pequeñas partículas fueron los
filósofos griegos Demócrito y Leucipo, quienes llamaron a estas partículas átomo, que significa
“indivisible”. Posteriormente, Platón y Aristóteles (quienes resultaron ser más influyentes), se
mostraron en desacuerdo. Aristóteles pensaba que la materia era continua y por ello, durante
muchos siglos, la perspectiva atómica de la materia se desvaneció.
