UNIDADES FISICAS Magnitudes físicas fundamentales y derivadas. derivadas . Magnitud es toda propiedad física o química de los cuerpos que puede medirse, es decir, que puede establecerse de forma objetiva. Las propiedades que no pueden establecerse de forma objetiva, o sea las subjetivas, no son magnitudes físicas. Ejemplos: • •
La velocidad es una magnitud física porque se puede medir de forma objetiva. La belleza no es una magnitud física porque no se puede medir de forma objetiva, es una propiedad subjetiva, depende de cada persona.
Las magnitudes se pueden clasificar en magnitudes fundamentales y magnitudes derivadas. 1. Magnitudes Magnitudes fundamen fundamentales tales son son aquellas aquellas escogidas escogidas para para describir describir todas todas las demás demás magnitudes. Sólo siete magnitudes son necesarias para una descripción completa de la física y de la química: • • • • • • •
Longitud Masa Tiempo Temperatura Intensidad de corriente eléctrica Intensidad luminosa Cantidad de sustancia
2. Magnitudes Magnitudes física físicass derivadas derivadas son el resto resto de las las magnitudes magnitudes.. Estas magnit magnitudes udes se pueden expresar mediante fórmulas que relacionan magnitudes fundamentales.
La medida. Unidades. Unidades. Medir una magnitud física es comparar cierta cantidad de esa magnitud con otra cantidad de la misma que previamente se ha escogido como unidad patrón. Por tanto, una unidad es una cantidad arbitraria que se ha escogido por convenio para comparar con ella cantidades de la misma magnitud. Al igual que las magnitudes, tenemos unidades u nidades fundamentales y unidades derivadas. Unidades fundamentales son las correspondientes a las magnitudes fundamentales al igual que las unidades derivadas son aquellas con las que se miden las magnitudes derivadas.
Sistema Internacional de unidades. unidades. Cuanto más generalizado sea el uso de una unidad más útil será. El comercio y la comunicación imponen el uso de unidades universales fáciles de comprender por todos. Un sistema de unidades es aquel en el que cada magnitud física viene medida por una unidad determinada y no por otra. El sistema de unidades utilizado en gran parte el mundo es el Sistema Internacional de Unidades (S.I.). En España es el Centro Español de Metrología el organismo encargado de velar por la aplicación del Sistema Internacional de unidades. El Sistema Internacional consta de siete magnitudes y unidades fundamentales que son: Magnitudes Longitud Masa Tiempo Temperatura Intensidad de corriente Intensidad luminosa Cantidad de sustancia
Unidades del Sistema Internacional Nombre Símbolo metro m kilogramo kg segundo s kelvin K amperio A candela cd mo l mol
Sistema métrico decimal. decimal. El sistema métrico decimal fue adoptado originalmente en Francia a finales del siglo dieciocho para ser posteriormente adoptado por po r la mayoría de los países. Los múltiplos y submúltiplos de las unidades del sistema métrico representan potencias de de diez de la unidad básica. En principio, la representación de los múltiplos son prefijos griegos mientras que la de los submúltiplos son prefijos latinos.
Química: Química : es una ciencia experimental que estudia la naturaleza de los materiales (composición), sus propiedades y los cambios que se producen en ellos.
Sistema Internacional de unidades. unidades. Cuanto más generalizado sea el uso de una unidad más útil será. El comercio y la comunicación imponen el uso de unidades universales fáciles de comprender por todos. Un sistema de unidades es aquel en el que cada magnitud física viene medida por una unidad determinada y no por otra. El sistema de unidades utilizado en gran parte el mundo es el Sistema Internacional de Unidades (S.I.). En España es el Centro Español de Metrología el organismo encargado de velar por la aplicación del Sistema Internacional de unidades. El Sistema Internacional consta de siete magnitudes y unidades fundamentales que son: Magnitudes Longitud Masa Tiempo Temperatura Intensidad de corriente Intensidad luminosa Cantidad de sustancia
Unidades del Sistema Internacional Nombre Símbolo metro m kilogramo kg segundo s kelvin K amperio A candela cd mo l mol
Sistema métrico decimal. decimal. El sistema métrico decimal fue adoptado originalmente en Francia a finales del siglo dieciocho para ser posteriormente adoptado por po r la mayoría de los países. Los múltiplos y submúltiplos de las unidades del sistema métrico representan potencias de de diez de la unidad básica. En principio, la representación de los múltiplos son prefijos griegos mientras que la de los submúltiplos son prefijos latinos.
Química: Química : es una ciencia experimental que estudia la naturaleza de los materiales (composición), sus propiedades y los cambios que se producen en ellos.
Materia: Materia : es el material físico del universo, es todo aquello que ocupa un lugar en el espacio, es decir, tiene masa y volumen, y es perceptible por nuestros sentidos. Propiedades de la materia: materia : son las características que permiten reconocer una sustancia y distinguirla de otras. Pueden clasificarse en físicas y químicas. Propiedades químicas : describen la forma en que una sustancia puede cambiar o reaccionar para formar otras sustancias. Por ejemplo: combustión (capacidad de una sustancia para arder en presencia de oxígeno). Propiedades físicas: pueden medirse sin cambiar la identidad ni la composición de la sustancia. Por ejemplo: masa, color, densidad, punto de fusión, de ebullición, dureza, etc. Estas a su vez se clasifican en intensivas o extensivas. Propiedades intensivas: son aquellas que no dependen de la cantidad de muestra que se analice. Por ejemplo: punto de ebullición, solubilidad, sabor, densidad, etc. Propiedades extensivas: son aquellas que dependen de la cantidad de muestra que se analice, es decir tienen que ver con la cantidad de sustancia presente. Por ejemplo: masa, volumen, longitud, superficie, etc.
Unidades de medición: Muchas propiedades de la materia son cuantitativas, es decir que pueden medirse. Cuando medimos siempre se debe especificar la unidad en que se mide. Las unidades que se emplean para mediciones científicas son las del sistema métrico. métrico.
Propiedades intensivas: son aquellas que no dependen de la cantidad de muestra que se analice. Por ejemplo: punto de ebullición, solubilidad, sabor, densidad, etc. Propiedades extensivas: son aquellas que dependen de la cantidad de muestra que se analice, es decir tienen que ver con la cantidad de sustancia presente. Por ejemplo: masa, volumen, longitud, superficie, etc. Unidades de medición: Muchas propiedades de la materia son cuantitativas, es decir que pueden medirse. Cuando medimos siempre se debe especificar la unidad en que se mide. Las unidades que se emplean para mediciones científicas son las del sistema métrico. Sistema Internacional de Unidades (SI) Unidades de base Magnitud física
Nombre de la Unidad
Abreviatura
metro
m
kilogramo
Kg
Tiempo
segundo
s
Corriente eléctrica
ampere
A
kelvin
K
Longitud Masa
Temperatura
Intensidad luminosa
candela
cd
mol
mol
Cantidad de sustancia
Unidades derivadas más utilizadas en química Magnitud
Unidad
Símbolo
Superficie
metro cuadrado
m2
Volumen
metro cúbico
m3
Densidad
kilogramo por metro cúbico
Presión
Pascal
kg/m3 Pa
Prefijos - Múltiplos y submúltiplos decimales de unidades Para indicar fracciones decimales o múltiplos de diversas unidades se utilizan prefijos. En la siguiente tabla se indican prefijos de uso frecuente. Prefijo
Abreviatura
Significado 9
Ejemplo
Giga
G
10
1 gigametro (Gm) = 1 x 10 9 m
Mega
M
106
1 megametro (Mm) = 1 x 10 6 m
Kilo
k
103
1 kilómetro (Km) = 1 x 10 3 m
Deci
d
10-1
1 decímetro (dm) =1 x 10 -1 m (0,1 m)
Centi
c
10-2
1 centímetro (cm) = 1 x 10 -2 m (0,01 m)
Mili
m
10-3
1 milímetro (mm) = 1 x 10 -3 m (0,001 m)
Micro
μ
10-6
1 micrómetro (μm) = 1 x 10 -6 m
Nano
n
10-9
1 nanómetro (nm) = 1 x 10 -9 m
Pico
p
10-12
1 picómetro (pm) = 1 x 10 -12 m
Masa (m) Es una magnitud que mide la inercia de un cuerpo. La inercia es la resistencia que ofrecen los cuerpos al movimiento. Es, también, una medida de la cantidad de materia que hay en un cuerpo y es una constante propia del mismo. La unidad SI fundamental para la masa es el Kilogramo (Kg), la más utilizada en química es el gramo (g). 1 Kg = 1000 g
Peso (P) El peso de un cuerpo en un lugar determinado de la Tierra, es la fuerza de atracción que ejerce la Tierra sobre él. Volumen (V)
Es una medida del espacio que ocupa un cuerpo en tres dimensiones. La unidad SI fundamental del volumen es el metro cúbico (m 3). En química es frecuente utilizar unidades más pequeñas como dm3.o cm3, por eso es importante conocer las distintas equivalencias. 1 dm3 = 1000 cm3 = 1 L = 1000 mL
1 cm 3 = 1 mL
Para medir volúmenes se utilizan distintos recipientes graduados: probetas, jeringas, buretas, pipetas, matraces, etc. Densidad (δ)
Es la cantidad de masa en una unidad de volumen de una sustancia. δ = m/V Las densidades de sustancias en estado sólido o líquido se expresan comúnmente en g/ cm 3 y la de sustancias en estado gaseoso en g/ dm3 Densidades de algunas sustancias a 25 ºC y a una atmósfera de presión Sustancia Oxígeno O2 (g)
Densidad (g/ cm 3) 0,00131
Etanol (Alcohol etílico)
0,79
Agua
1,00
Sacarosa (azúcar de mesa)
1,59
Cloruro de sodio (sal de mesa)
2,16
Hierro (Fe) Oro (Au)
7,9 19,32
Temperatura (T) Es una medida de la energía cinética media de las partículas. Las escalas de temperatura que se utilizan generalmente son la Celsius (ºC) y la Kelvin (K).
Comparación de las escalas Celsius y kelvin.
La escala Kelvin es la escala de temperatura SI, y la unidad SI de temperatura es el kelvin (K). El cero en esta escala es la temperatura más baja que puede alcanzarse, como se verá más adelante, y corresponde a –273,15 ºC, es el cero absoluto. Ambas escalas tienen unidades del mismo tamaño; es decir, un kelvin tiene el mismo tamaño que un grado Celsius, por lo tanto la relación entre las escalas es la siguiente: K = ºC + 273
CONSTANTES FUNDAMENTALES Y DERIVADAS c Velocidad de la luz 3,00 · 108 m/s c 2 Cuadrado de la velocidad de la luz 931 MeV/u(ma) μ o Constante de permeabilidad H/m 4 · 10-7 ε o Constante de permitividad 8,85 · 10-12 F/m e Carga elemental 1,6021 · 10-19 C N o Número de Avogadro 6,022 · 1023 mol-1 Masa electrón en reposo Masa del protón en reposo Masa del neutrón en reposo Constante de Faraday Constante de Planck
me
Constante de estructura fina Relación entre carga y masa del electrón Relación del quantum a la carga Longitud de onda del electrón de Compton Longitud de onda del protón de Compton
α
Constante de Rydberg Radio de Bohr Magnetón de Bohr Magnetón nuclear Momento magnético del protón
R oo
mp mn F h
e/me h/e λc λc p
ao μ B μ N μ P
9,1091 · 10-31 1,6725 · 10-27 1,6748 · 10-27 9,6496 · 104 6,63 · 10-34
kg kg kg C/eq-gramo J·s
7,30 · 10-3 1,76 · 1011 4,14 · 10-15 2,43 · 10-12 1,32 · 10-15
C/kg J·s/C m m
1,10 · 107 5,29 · 10-11 9,27 · 10-24 5,05 · 10-27 1,41 · 10-26
m-1 m J/T J/T J/T
Constante universal de los gases Constante universal de los gases Volumen normal del gas ideal Constante de Boltzmann Constante de desplazamiento de Wien Constante de Stefan-Boltzmann Constante de gravitación
R
Primera constante de radiación Segunda constante de radiación
2πhc 2 3,74 · 10-16 hc /k 1,44 · 10-2
R V o k b σ G
0,08208 8,31 22,4136 1,38 · 10-23 2,90 · 10-3 5,67 · 10-8 6,67 · 10-11
ANÁLISIS DIMENSIONAL. UNIDADES MECÁNICA MAGNITUD DIMENSIÓN S.I. l longitud L m m masa M kg t tiempo T s kg·m/s 2 [newton] F fuerza M·L·T-2 S superficie L2 m2 V volumen L3 m3 ρ densidad M·L-3 kg/m3 v velocidad LT-1 m/s a aceleración L·T-2 m/s2 M momento_fuerza M·L2·T-2 m·N W energía-trabajo M·L2·T-2 N·m [joule] P potencia M·L2·T-3 J/s [watt] p presión M·L-1·T-2 N/m2 [pascal] p cantidad_movimiento M·L·T-1 kg·m/s I impulso_fuerza M·L·T-1 N·s ω velocidad_angular T-1 rad/s f frecuencia T-1 1/s [hertz]
atm·litro/(K·mol) J/(K·mol) litros/mol J/K m·K W/(m2·K4) N·m2 /kg2 W/m2 m·K
C.G.S cm g s g·cm/s2 [dyna] cm2 cm3 g/cm3 cm/s [kin] cm/s2 cm·dyn dyn·cm [ergio] erg/s dyn/cm2 g·cm/s dyn·s rad/s 1/s [Hz]
α acelera_angular L momento_angular I momento_inercia σ tensión_superficial μ coeficiente_viscosidad g campo_gravitatorio I intensidad_ondas Φg flujo_camp_gravitatorio V potencial_gravitatorio θ temperatura λ coeficiente_dilatación ce calor_específico λ conductividad_calorífica S entropía
T-2 M·L2·T-1 M·L2 M·T-2 M·L-1·T-1 LT-2 MT-3 L3T-2 L2T-2 θ θ-1 L2T-2θ-1 MLT-3θ-1 ML2T-2θ-1
rad/s2 kg·m2/s kg·m2 N/m N·s/m2 [poise] N/kg W/m2 2 N·m/kg J/kg K [kelvin] K-1 J/(kg·K) W/(m·K) J/K
ANÁLISIS DIMENSIONAL. UNIDADES ELECTROMAGNETISMO MAGNITUD DIMENSIÓN S.I. I intensidad_corriente I A [ampere] Q carga T·I A·s [coulomb] σ dens_superficial_carga L-2·T·I C/m² E inten_campo_eléctrico M·L·T-3·I-1 N/C 2 ΦE flujo_campo_eléctrico M·L3T-3I-1 N m/C V potencial_eléctrico M·L2·T-3·I-1 J/C [volt] j dens_corrite_eléctrico L -2·I A/m² ε permitividad M-1·L-3·T4·I2 C²/(m²·N) D desplazamiento_eléctrico L-2·T·I C/m² Φ flujo_eléctrico T·I C C capacidad M-1·L-2·T4·I2 C/V [farad] P polarización_dieléctrica L-2·T·I C/m² R resistencia M·L2·T-2·I-2 V/A [ohm]
rad/s2 g·cm2 /s g·cm2 dyn/cm dyn·s/cm2 dyn/g dyn/(cm·s) dyn cm 2 /g erg/g K [kelvin] K-1 erg/(g·K) erg/(s·m·K) erg/K
C.G.S uee/s [Fr/s] uee[Franklin] Fr/cm² dyn/Fr dyn cm 2 /Fr erg/Fr Fr/(s·cm²) Fr/(cm²·dyn) Fr/cm² Fr Fr/ueeV Fr/cm² [ueeR]
G conductancia ρ resistividad γ conductividad B inducción_magnética ΦB flujo_camp_magnético L autoinductancia µ permeabilidad
M·L-2·T2·I2 M·L3·T-3·I-2 M-1·L-3·T3·I2 M·T-2·I-1 M·L2T-2I-1 M·L2·T-2·I-2 M·L·T-2·I-2
1/W [siemens] W·m 1/(W·m) [S/m] N/(A·m) [tesla] Wb [weber] H [henry] H/m
1/ueeR ueeR·cm uee ueeB·cm2 ueeB ueeL ueeµ
OTRAS MAGNITUDES FUNDAMENTALES MAGNITUD DIMENSIÓN S.I. I intensidad_lumínica I* cd [candela] n cantidad_materia n mol MAGNITUDES SUPLEMENTARIAS sin dimensiones radián sin dimensiones estereorradián
ángulo plano (rad) ángulo sólido (sr)
OTRAS UNIDADES DERIVADAS SI CON NOMBRE ESPECIAL Flujo luminoso lumen lm cd·sr Iluminación lux lx lm·m-2 Actividad (radiactiva) becquerel Bq s-1 Dosis energética gray Gy J·kg-1
OTRAS UNIDADES ELÉCTRICAS 1 coulomb= 3 · 109 ueeQ 1 ampere= 3 · 109 ueeA 1 volt= 3,336 · 10 -3 ueeV 1 ohm= 1,113 · 10-12 ueeR 1 farad= 8,987 · 10 20 ueeF 1 henry= 1,113 · 10-12 ueeH 1 weber/m² = 1 tesla = 10 4 gauss 1 ueeB= 2,998 · 106 tesla
CONVERSIÓN DE UNIDADES LONGITUD
m
cm
mm
µ
Å
OTRAS UNIDADES
1m 1 cm 1 mm 1 micra µ 1 angstrom Å 1 fermi
1 10-2 10-3 10-6 10-10 10-15
102 1 10-1 10-4 10-8 10-13
unidad astronómica=1,496·10 11m
103 10 1 10-3 10-7 10-12
1010 108 107 104 1 10-5
parsec=3,084·1016 m
FUERZA N N 1 dyn 10-5 kp 9,8 PRESIÓN atm dyn/cm² atm 1 1,013·106 dyn/cm² 9,869·10-7 1 mm_Hg 1,316·10-3 1,333·103 N/m² 9,869·10-6 10 kp/cm2 0,968 9,81·105 bar=106 baria (dyn/cm2) mmHg=torr
ENERGÍA ergio ergio 1 joule 107 caloría 4,186·107 kw·h 3,6·1013 eV 1,602·10-12 POTENCIA CV (HP métrico) cal/s kw watt
106 104 103 1 10-4 10-9
joule 10-7 1 4,186 3,6·106 1,602·10-19 CV (HP métrico) 1 5,613·10-3 1,35962 1,341·10-3
dyn 105 1 9,8·105 mm_Hg 760 7,501·10-4 1 7,501·10-3 736 N/m2=pascal
caloría 2,389·10-8 0,2389 1 8,601·105 3,827·10-20 cal/s 178,2 1 238,9 0,2389
pulgada milla milla mar pie año luz año luz unidad X
2,54 cm 1609,31 m 1852 m 30,48 cm 9,46 1015 m 9,46 1015 m 10-13 m kp 1/9,8 (1/9,8)·10-5 1 N/m² kp/cm2 1,013·105 1,033 0,1 0,102·10-5 133,3 1,36·10-3 1 0,102·10-4 9,81·104 1 kp/cm2=atm técnica
kw·h 2,778·10-14 2,778·10-7 1,163·10-6 1 4,450·10-26 kw 0,73549 4,186·10-3 1 10-3
eV 6,242·1011 6,242·1018 2,613·1019 2,247·1025 1 watt 745,7 4,186 103 1
Materia: Definición, Propiedades no características. Unidades de medidas.
El presente trabajo aborda un inicio al estudio de la Química como ciencia y su incidencia en la vida del hombre por el conocimiento que aporta sobre todos los elementos existentes en la naturaleza. Al tratar sobre este aspecto de hecho se incluye el estudio de la materia, sus propiedades características y no características , la clasificación de los materiales según su estado físico y las unidades de medida que se emplean para determinar cantidades de las distintas magnitudes físicas que aparecen en dicho estudio. Éste es el primer trabajo que realizaremos en un área de extraordinaria importancia para todos los que habitamos en el planeta Tierra, porque se trata de informarnos de la naturaleza de todo lo que nos rodea. Una definición sencilla de lo que se conoce como química es:
La vida es una propiedad que marca la diferencia entre los seres vivos y los que no lo son; no obstante, la constitución de los seres vivos no se diferencia de la del resto de los no vivientes, pues la materia que los constituye está formada por moléculas y átomos; de esto nos ocuparemos en otro tema. La química está presente en nuestros hogares: actividades como lavar, desinfectar, fumigar son ahora mucho más fáciles de realizar que anteriormente; ello se debe a que en el mercado encontramos productos elaborados químicamente que simplifican estas tareas domésticas. De igual manera, perfumes, desodorantes, polvos faciales, cremas dentales, cremas para afeitar o para proteger la piel se elaboran con el auxilio de la química; entonces podemos decir que esta ciencia ayuda al hombre a mejorar sus condiciones de vida y a realizar de manera más fácil sus tareas cotidianas. ¿Cómo pueden utilizarse los huesos de ganado para elaborar algún producto a utilizar en la higiene bucal? ¿Se trata entonces de una materia prima? Escribe aquí tu respuesta bien razonada; puedes imprimirla y llevarla al salón de clases para discutirla con tus compañeros.
Con relación al cuidado de la salud, ya se trate de prevenir o de curar enfermedades, la química está presente en la elaboración de fármacos; la producción de desinfectantes médicos y la utilización de productos químicos obtenidos del cloro, sosa cáustica, amoníaco y otros, ha permitido la eliminación de hongos, bacterias y algunos protozoarios (animales unicelulares) que afectan la salud, ocasionando enfermedades como micosis, sabañones, amibiasis, etc. Asociada con otras ciencias como la biología y la ingeniería genética, la química ha contribuido a conocer más la naturaleza humana y con ello prevenir y mejorar la salud de los habitantes del planeta; un ejemplo lo constituye el reciente hecho de descifrar el misterio del DNA (ácido desoxiribonucléico) responsable de nuestras características genéticas.
En la industria, la química ayuda a elaborar muchos productos que no se encuentran en la naturaleza de manera directa, pero que si están las materias primas a partir de las cuales es posible elaborarlos; estos productos se conocen como sintéticos; ejemplos son el nylon, licra, poliéster, polietileno, acrílico, etc. que son usados en las industrias textil, automotriz y otras. De una manera sencilla por materia se entiende todo; cuando se dice todo es todo : casas, edificios, personas, árboles, animales, atmósfera, agua, todo . Materia es todo lo que nos rodea, que tiene masa y ocupa un volumen en el espacio. todo Materiales: así se llaman las diferentes formas de presentación de la materia en la naturaleza, bien sea en estado sólido, líquido o gaseoso, de manera que a los elementos enunciados en el párrafo anterior se les puede designar como materiales.
Trata de establecer la diferencia entre los términos materia y materiales; si te es posible, ejemplifícala. Escribe tu respuesta aquí.
La química, como ya está dicho, se ocupa del estudio de la materia y de sus propiedades, ya sean éstas cualitativas o cuantitativas. Los materiales en cualquier estado, poseen un conjunto de propiedades que los diferencian, a saber: los materiales sólidos tienen forma y volumen propio, los líquidos se amoldan a la forma del recipiente que los contiene; los gases no tienen forma ni volumen propios, ellos ocupan el espacio del recipiente que los contiene, al igual que también adoptan la forma del mismo.
Son propiedades físicas extrínsecas generales de los materiales la masa y el volumen , a las cuales se les considera propiedades no características, por cuanto varían con la cantidad de materia: a mayor cantidad de materia mayor masa y en consecuencia mayor volumen. Estas propiedades no nos permiten diferenciar un material de otro, ya que pueden existir otros materiales con la misma masa y volumen. Otras propiedades no características son: la temperatura, la longitud y la forma, las cuales tampoco permiten diferenciar un material de otro . Los dibujos que siguen ilustran estas propiedades físicas, tratándose de materiales diferentes, determinada cantidad de ellas ocupa un mismo volumen y tienen la misma masa. Para establecer con carácter universal las propiedades de la materia, en especial las cuantitativas, se precisa unificar criterios de medida, es decir, hablar en el mismo lenguaje. Medir consiste en comparar una magnitud o propiedad con otra
que se toma como patrón de medida. A todo lo que se mide se le llama magnitudes físicas . Toda medida consta de dos partes: una numérica y otra la unidad de patrón. A los efectos de medidas, universalmente se emplea el Sistema Métrico . También existe una modernización del sistema antiguo conocida como Sistema Internacional de pesas y medidas (SI) que se establece sobre siete unidades básicas, las cuales se muestran en el cuadro siguiente: Unidades Básicas de Medida MAGNITUD Longitud Masa Tiempo Corriente eléctrica Temperatura Cantidad de sustancia Intensidad luminosa
UNIDAD Metro Kilogramo Segundo Amperio ªkelvin Mol Candela
SIMBOLO M Kg S A ªK Mol cd
Los múltiplos o submúltiplos de las unidades básicas se integran con prefijos convencionales agregados al nombre de la unidad; por ejemplo: kilogramo, milímetro, etc. La unidad en el S.I. de masa (m) es el kilogramo (Kg.) también se puede expresar en los múltiples o submúltiplos del Kg. cuando se considere necesario y práctico, haciendo las conversiones. Se toma como equivalencia 1 Kg. equivale a 1000 g; a 2,2046 libra y a toneladas. Múltiplos y Submúltiplos de las Unidades Si Prefijo Mega Múltiplos Kilo Deci Centi Sub - Múltiplos Mili Micro Nano
Símbolo Significado M = 1000000 K = 1000 D = 0.1 C = 0.01 M = 0.001 � = 0.000001 N = 0.000000001
Ya se indicó que entre las propiedades no características de los materiales se encuentra la masa. Masa es la cantidad de materia que tiene un cuerpo y se mide con un instrumento llamado balanza.
¿Conoces otro tipo de balanza? Si es así, descríbela aquí, puede ser mediante dibujo.
La masa de un material se determina de la siguiente manera: Si es sólido : • Se pesa el papel y se anota el peso. • Se coloca el papel de filtro sobre el sobre el platillo de la balanza y sobre él se coloca el material. • Se pesa el sólido con el papel y se anota este peso. • La masa del sólido se determina por diferencia de masas: Masa del sólido = Masa del (papel + sólido) - Masa del papel
Ejemplo: se tiene una cantidad no determinada de sal común y se desea saber cuál es su masa; se procede así: 1. En uno de los platillos de una balanza se coloca un papel (preferiblemente del papel de filtro que se usa en el laboratorio). 2. En el otro platillo se coloca una ó más pesas hasta que la balanza esté en equilibrio y se anota el valor de las pesas como masa del papel; supongamos que fue 2,5 gramos 3. Masa del papel = 2,5 g 4. Se coloca sobre el papel la cantidad de sal común y se determina la masa igual que en el caso anterior (colocando pesas en el otro platillo hasta que la balanza esté en equilibrio); supongamos que fue 7 gramos 5. Masa del (papel + sólido) = 7 g. 6. Masa del sólido = Masa del (papel + sólido) � Masa del papel. 7. Masa del sólido = 7 g. � 2,5 g. = 4,5 g. Si se trata de un líquido , se mide colocando el líquido en un envase al cual previamente se le ha determinado la masa. Luego se determina la masa del envase; la masa del líquido se determina por diferencia. Masa del líquido = Masa del (envase + líquido) - Masa del envase Ejemplo: Se quiere determinar la masa de una cantidad no determinada de ácido acético (vinagre). Se procede así: 1. Se toma un recipiente volumétrico, puede ser un cilindro graduado y se determina la masa, supongamos que fue de 40 gramos, se escribe: Masa del envase = 40 g. 2. Se vierte el líquido dentro del cilindro y se determina la masa; supongamos que fue de 87 gramos; se escribe: Masa del (envase + líquido) = 87 g. 3. Se determina la masa del líquido: Masa del líquido = Masa del (envase + líquido) � Masa del envase. Masa del líquido = 87 g. � 40 g. = 37 g.
Si es un gas se mide pesando un globo de goma o una bolsa, luego se llena con gas el globo de goma o la bolsa y se pesa. La masa del gas se determina por diferencia de masas: Masa del gas = Masa del (globo + gas) - Masa del globo
Ejemplo: Se desea determinar la masa del gas contenido en un globo inflado; se procede así: 1. Se determina la masa del globo vacío; supongamos que fue 5 gramos; se escribe:Masa del globo vacío = 5 g. 2. Se infla el globo y se determina de nuevo la masa; supongamos que fue 6,9 gramos; se escribe: Masa del (globo + gas) = 6,9 g. 3. Se determina la masa del gas así: Masa del gas = Masa del (globo + gas) � Masa del globo vacío Masa del gas = 6,9 g. � 5 g. = 1,9 g. Otra propiedad no característica de los materiales es el volumen. Volumen es el espacio ocupado por un material en cualquier estado físico.
La unidad de volumen (v) en el sistema SI es el metro cúbico ( ). El volumen se mide haciendo uso de instrumentos volumétricos apropiados. Entre las medidas de volumen y las medidas de capacidad hay equivalencias que deben conocerse, porque tienen mucha aplicación; por ejemplo: Volumen o Capacidad Metro Cúbico = 1.000 dm3 = 1 l(litro) = 1.000.000 Decímetro Cúbico 1 = 1.000 1 = 1.000 Centímetro Cúbico 1 = 1.000 ¿ Cómo se determina el volumen de un líquido) ?Se determina colocando directamente el líquido en el recipiente volumétrico y observando la medición del instrumento tomando en cuenta el menisco , que es la doble curvatura que forman los líquidos en los recipientes que los contiene. El menisco puede ser cóncavo como el caso del agua y convexo como en el mercurio. ¿Cómo se determina el volumen de un sólido? Es necesario distinguir qué tipo de sólido es: Si es un sólido regular (aquel que tiene forma definida) como por ejemplo un cubo o una esfera, el volumen se calcula aplicando la formula matemática respectiva de volumen. Forma Cubo Prisma Recto Cilindro
Formula matemática V= V = a. b. c V = . h.
Esfera
V=
.
Si es un sólido irregular (aquel que no tiene forma definida) por ejemplo una piedra, se determina a través del método de desplazamiento del agua (sólo en el caso de que el material no sea soluble en agua y sea más duro, es decir, que no flote). Dicho método consiste en sumergir el sólido en un volumen conocido de agua, contenido en un cilindro graduado. Al introducir el sólido en el agua, éste desplaza un volumen de agua igual a su propio volumen, de modo que por diferencia se puede conocer el volumen dado. Esta técnica se basa en el principio de Arquímedes. V. sólido = V (agua + sólido) � V del agua ¿Cómo se determina el volumen de un gas? Se determina también por desplazamiento de agua; para esto se monta un aparato para recoger el gas en un recipiente graduado completamente lleno de agua y sumergido boca abajo en un envase con agua. El gas desplaza un volumen de agua igual al volumen que ocupa, por lo que su volumen es igual al del agua desplazada. V. gas = V. agua desplazada Temperatura es la medida de intensidad de calor, es decir, del grado de calor de un cuerpo. La temperatura se mide con el termómetro. No se considera como una propiedad extensiva porque no depende de la cantidad de materia. La temperatura y el calor se diferencian en que la temperatura mide el grado de calor y se mide en ºC (Celsius), ºK (kelvin) y ºF (Fahrenheit), mientras que el calor es una forma de energía y se mide en calorías. Conversiones de Unidades de Temperatura ºC a ºK ºK a ºC ºC a ºF ºF a ºC
= ºC + 273º = ºK - 273º = ºF =(ºC x 5/9) + 32 = (ºF - 32) x 5/9
Para transformar ºK a ºF primero se convierten los ºK en ºC y luego a ºF y para convertir de ºF a ºK, primero se convierten los ºF a ºC y luego a ºK.
Conversión de unidades de masa Para convertir Kg a g .se multiplica los kg por 1000
Conversiones de unidades de volumen 1l = 1000 ml 1ml = 1cc = 1 cm 3 Para convertir litros a ml se multiplica por 1000 Para convertir ml o cc. a litros se divide entre 1000 Símbolos : l = litro; ml = mililitro , cc o cm 3 = centímetro cúbico
Tomado de: ARDILA , C., BRACHO, E., NÚÑEZ, A. y SALAZAR, A. (1.974). Química General . Madrid. Ediciones Vega s.r.l. Codesis. (2.001). Química (CD-ROM). (Computer software). FERNÁNDEZ, M. y LOPEZ, D. (1.993). Química 9ª grado . Caracas. Editorial Triángulo. GUARDIA, M. http://www.oei.org.co/fpciencia/art.10.htm Tomado el 12-02-2.002 THE NATIONAL SCIENCE FOUNDATION. Chemical Education Material Study. (1.966). Versión española del Prof. Dr. Rafael Usón. Universidad de Oviedo. Química: Una ciencia experimental . Barcelona, España. Editorial Reverté, S.A. VASQUEZ, J.M.
http://www.oei.org.co/fpciencia/art.17.htm#aa . Tomado el 12-02-2.002 http://www.google.com/Instrumentos . Tomado el 12-02-2.002
Otros Temas: •
Materia: Definición, propiedades no características. Unidades de medidas
•
La Materia. Propiedades y características
•
Clasificación de la materia: Mezclas y sustancias puras. Separación de mezclas I
•
Clasificación de la materia:Mezclas y sustancias puras. Separación de mezclas II
•
Propiedades de óxidos, ácidos, bases, sales y compuestos orgánicos: distribución en el ambiente y sus usos
•
Elementos metálicos y no metálicos
http://www.rena.edu.ve/TerceraEtapa/Quimica/LaMateriaDef.html
DEPARTAMENTO DE FÍSICA Y QUÍMICA
UNIDADES FUNDAMENTALES
MAGNITUD Longitud Masa Tiempo Intensidad de corriente eléctrica Temperatura termodinámica Intensidad luminosa
SÍMBOLO L M T I T I
UNIDAD metro kilogramo segundo amperio kelvin candela
ABREVIATURA m kg s A K cd
UNIDADES SUPLEMENTARIAS
MAGNITUD Ángulo plano Ángulo sólido
SIMBOLO UNIDAD ABREVIATURA φ Radián rad Ω Estereoradián sr
UNIDADES DERIVADAS MAGNITUD
SÍMBOLO UNIDAD
ABREVIATURA EXPRESIÓN
Superficie
S
metro cuadrado
M
Volumen
V
metro cúbico
m3
Densidad
P
Velocidad
V
kilogramo/metro kg/m3 cúbico metro/segundo m/s
Aceleración
A
Velocidad angular Aceleración angular Frecuencia
W
V
radián/segundo al rad/s2 cuadrado hertzio Hz
Período
T
segundo
s
Fuerza
F
newton
N
kg m s-2
Presión
P
pascal
Pa
kg m -1s-2
Energía
E
julio
J
kg m2 s-2
Trabajo
T
julio
J
kg m2 S-2
Potencia
P
vatio
w
kg m2 s-3
Carga eléctrica
Q
culombio
C
As
Potencial electrostático Intensidad del campo eléctrico Resistencia eléctrica Capacidad eléctrica
V
voltio
V
kg m2 s3 A-1
E
voltio/metro
V/m
kg m s-3 A-1
R
ohmio
Ω
kg m2 s-3 A-2
C
faradio
F
Kg-1 m2 s4 A2
A
2
EN UNIDADES
metro/segundo al m/s2 cuadrado radián/segundo rad/s
s-1
Inducción magnética Flujo de inducción magnética Actividad radiactiva
B
testa
T
kg s-2 A-1
<ñ
weber
Wb
kg m2 s-2A-'
a/
becquerel
Bq
s-1
ALGUNOS FACTORES DE CONVERSIÓN
Longitud
1 nm =10-9 m 1 pie = 0,3048 m 1 milla =1609 m
1 año luz = 9,461.1015 m 1 Á =10-10 m Masa 1 g =10-3 kg 1 u =1,66.10-27 kg Tiempo 1 h = 60 min = 3600 s Volumen 1 L =1 dm3 =10-3 m3 Densidad 1 g/cm3 =103 kg/m3 Velocidad 1 km/h = 0,278 m/s 1 milla/h = 0,4470 m/s Ángulo y velocidad angular 1 rad = 57,3° Fuerza Presión Energía
Potencia Inducción magnética
1 rpm = 0,1407 rad/s 1 dina =10-5 N 1 atm =1,013.105 Pa 1 cal = 4,184 J 1 kWh = 3,6106 J 1 erg =10-7 J 1 eV =1,60. 10-19 J 1 caballo de vapor = 735,5 W 1 G =10 -4T
PREFIJOS PARA LAS POTENCIAS DE BASE 10
1024 1021 1018 1015 1012 109 106 103 102 10
PREFIJO yotta zetta exa peta tera giga Mega kilo hecto deca
ABREVIATURA Y Z E P T G M k h da
MÚLTIPLO 10-1 10-2 10-3 10-6 10-9 10-12 10-15 10-18 10-21 10-24
PREFIJO deci centi mili micro nano pico femto atto zepto yocto
d c m µ n p f a z y
PRINCIPALES CONSTANTES FÍSICAS
MAGNITUD Velocidad de la luz en el vacío Constante de gravitación universal Aceleración de la gravedad en la superficie de la Tierra Carga eléctrica elemental Masa del electrón Masa del protón Masa del neutrón Número de Avogadro Constante de Boltzmann Constante universal de los gases ideales Unidad de masa atómica Constante de Coulomb en el vacío Permitividad eléctrica del vacío Permeabilidad magnética del vacío Constante de Planck Constante de Stefan-Boltzmann Constante de Rydberg
SÍMBOLO c G g e me m p me NA kB R u K =1/(4πεo) εo µo h 6 RH
VALOR APROXIMADO 299792458 m s-1 6,67259.10 -11 N m2 kg -2 9,80665 m s-2 1,602.10-19 C 9,109.10-31 kg 1,672.10-27 kg 1,675.10-27 kg 6,0221023 mol -1 1,38 10-23 J K -1 8,314 J mol-1 K -1 1,6605.10-27 kg 8,8975.109 N m 2 C-2 8,854.10-12 C2 N-1 m-2 4π.10-7 N A-2 6,626.10-34 J S 5,67.10-8 W m-2 K -4 1,097.107 m-1
Constante de Faraday Radio de Böhr
F a.
9,649.104 C Mol-1 0.579177249.10-10 m
DATOS ASTRONÓMICOS
MAGNITUD Masa de la Tierra Radio ecuatorial de la Tierra Radio polar de la Tierra Período de la Tierra Excentricidad de la órbita terrestre Velocidad de escape en la superficie de la Tierra Distancia media de la Tierra al Sol Masa del Sol Radio ecuatorial del Sol Distancia media de la Tierra a la luna Masa de la luna Radio ecuatorial de la luna
VALOR 5,98.1024 kg 6,378.106 m 6,357.106 m 365,25 días 0,0167 11,2 km s-1 1,496.1011 m 1,989.1030 kg 6,96.108 m 3,84.108 m 7,36.1022 kg 1,73.106 m
UNIDADES FUNDAMENTALES
MAGNITUD Longitud Masa Tiempo Intensidad de corriente eléctrica Temperatura termodinámica Intensidad luminosa
SÍMBOLO L M T I T I
UNIDAD metro kilogramo segundo amperio kelvin candela
ABREVIATURA m kg s A K cd
UNIDADES SUPLEMENTARIAS
MAGNITUD Ángulo plano Ángulo sólido
SIMBOLO UNIDAD ABREVIATURA φ Radián rad Ω Estereoradián sr
UNIDADES DERIVADAS MAGNITUD
SÍMBOLO UNIDAD
ABREVIATURA EXPRESIÓN 2
EN UNIDADES
Superficie
S
metro cuadrado
M
Volumen
V
metro cúbico
m3
Densidad
P
Velocidad
V
kilogramo/metro kg/m3 cúbico metro/segundo m/s
Aceleración
A
Velocidad angular Aceleración angular Frecuencia
W
V
radián/segundo al rad/s2 cuadrado hertzio Hz
Período
T
segundo
s
Fuerza Presión
F P
newton pascal
N Pa
kg m s-2 kg m -1s-2
Energía
E
julio
J
kg m2 s-2
Trabajo
T
julio
J
kg m2 S-2
Potencia Carga eléctrica
P Q
vatio culombio
w C
kg m2 s-3 As
Potencial electrostático Intensidad del campo eléctrico Resistencia eléctrica Capacidad eléctrica Inducción magnética
V
voltio
V
kg m2 s3 A-1
E
voltio/metro
V/m
kg m s-3 A-1
R
ohmio
Ω
kg m2 s-3 A-2
C
faradio
F
Kg-1 m2 s4 A2
B
testa
T
kg s-2 A-1
A
metro/segundo al m/s2 cuadrado radián/segundo rad/s
s-1
Flujo de inducción magnética Actividad radiactiva
<ñ
weber
Wb
kg m2 s-2A-'
a/
becquerel
Bq
s-1
ALGUNOS FACTORES DE CONVERSIÓN
Longitud
1 nm =10-9 m 1 pie = 0,3048 m 1 milla =1609 m
1 año luz = 9,461.1015 m 1 Á =10-10 m Masa 1 g =10-3 kg 1 u =1,66.10-27 kg Tiempo 1 h = 60 min = 3600 s Volumen 1 L =1 dm3 =10-3 m3 Densidad 1 g/cm3 =103 kg/m3 Velocidad 1 km/h = 0,278 m/s 1 milla/h = 0,4470 m/s Ángulo y velocidad angular 1 rad = 57,3° Fuerza Presión Energía
Potencia Inducción magnética
1 rpm = 0,1407 rad/s 1 dina =10-5 N 1 atm =1,013.105 Pa 1 cal = 4,184 J 1 kWh = 3,6106 J 1 erg =10-7 J 1 eV =1,60. 10-19 J 1 caballo de vapor = 735,5 W 1 G =10 -4T
PREFIJOS PARA LAS POTENCIAS DE BASE 10
1024
PREFIJO yotta
ABREVIATURA MÚLTIPLO PREFIJO Y 10-1 deci d
1021 1018 1015 1012 109 106 103 102 10
zetta exa peta tera giga Mega kilo hecto deca
Z E P T G M k h da
10-2 10-3 10-6 10-9 10-12 10-15 10-18 10-21 10-24
centi mili micro nano pico femto atto zepto yocto
c m µ n p f a z y
PRINCIPALES CONSTANTES FÍSICAS
MAGNITUD Velocidad de la luz en el vacío Constante de gravitación universal Aceleración de la gravedad en la superficie de la Tierra Carga eléctrica elemental Masa del electrón Masa del protón Masa del neutrón Número de Avogadro Constante de Boltzmann Constante universal de los gases ideales Unidad de masa atómica Constante de Coulomb en el vacío Permitividad eléctrica del vacío Permeabilidad magnética del vacío Constante de Planck Constante de Stefan-Boltzmann
SÍMBOLO c G g e me m p me NA kB R u K =1/(4πεo) εo µo h 6
VALOR APROXIMADO 299792458 m s-1 6,67259.10 -11 N m2 kg -2 9,80665 m s-2 1,602.10-19 C 9,109.10-31 kg 1,672.10-27 kg 1,675.10-27 kg 6,0221023 mol -1 1,38 10-23 J K -1 8,314 J mol-1 K -1 1,6605.10-27 kg 8,8975.109 N m 2 C-2 8,854.10-12 C2 N-1 m-2 4π.10-7 N A-2 6,626.10-34 J S 5,67.10-8 W m-2 K -4
