Matèria, Energia i Lleis: Conceptes Científics Clau

La Ciència i els seus Mètodes

La ciència es defineix com a conjunt de coneixements sobre el món obtinguts per mitjà de l'observació, l'experimentació i el raonament, dels quals es dedueixen les lleis a partir de les quals s'elaboren teories comprovades.

Branques de la Ciència

• Física: analitza qualsevol canvi que experimenta la matèria en què no s'altera la seva naturalesa.
• Química: estudia com està constituïda la matèria, les seves propietats i els canvis que experimenta i que afecten la seva naturalesa.

La Matèria i les seves Propietats

Matèria: és tot el que ocupa un lloc en l'espai i té massa.

• Propietats generals: tenen un valor que no serveix per identificar la substància. Exemple: la massa.
• Propietats característiques: tenen un valor propi i característic per a cada substància. Exemple: la densitat.

La Mesura

Anomenem magnitud qualsevol característica de la matèria o dels canvis que pot experimentar, que es poden mesurar.

Factor de conversió: és una fracció en què el numerador o el denominador indiquen la mateixa quantitat d'una magnitud, però expressada en unitats diferents.

Mètode Científic

El mètode científic és el procediment que segueixen les persones que treballen amb la ciència per estudiar els problemes i arribar a conclusions certes que expliquen fets observats o prediuen fenòmens nous.

Fases del mètode científic:

1. Observació
2. Elaboració d'hipòtesis
3. Experimentació
4. Anàlisi de resultats
5. Definició de lleis i elaboració de teories
6. Publicació de resultats

Teoria Cinètica i Lleis dels Gasos

Teoria Cinètica dels Gasos

• Els gasos ocupen el volum de tot el recipient que els conté.
• Els gasos exerceixen una pressió sobre les parets del recipient que els conté.
• Com més de pressa es mouen les partícules d'un gas, més alta és la temperatura.

Lleis dels Gasos

• Llei de Boyle-Mariotte: Quan un gas experimenta transformacions a temperatura constant, el producte de la pressió que exerceix pel volum que ocupa es manté constant. P · V = constant.
• Llei de Gay-Lussac: Quan un gas experimenta transformacions a volum constant, el quocient entre la pressió que exerceix i la temperatura absoluta es manté constant: P / T = constant.
• Llei de Charles: Quan un gas experimenta transformacions a pressió constant, el quocient entre el volum del gas i la seva temperatura es manté constant. V / T = constant.

Teoria Cinètica Aplicada a Gasos, Líquids i Sòlids

• La matèria està formada per partícules que estan més o menys unides depenent de l'estat d'agregació en què es trobi.
• Les partícules es mouen, més o menys lliurement, depenent de l'estat. Com més de pressa es mouen, més alta és la temperatura de la substància.
• Els canvis d'estat són exemples de fenòmens físics, ja que en aquests processos no s'altera la naturalesa de la matèria, sinó tan sols l'estat en què es presenta.

Conceptes Clau sobre Canvis d'Estat

• Temperatura de fusió (punt de fusió): temperatura a la qual es produeix el canvi d'estat de sòlid a líquid en tota la massa del sòlid.
• Temperatura d'ebullició (punt d'ebullició): temperatura a la qual es produeix el canvi d'estat de líquid a gas en tota la massa líquida.
• Evaporació: canvi d'estat de líquid a gas que es produeix a la superfície del líquid.
• Ebullició: canvi d'estat de líquid a gas que es produeix a tota la massa d'un líquid.

Mescles i Substàncies Pures

Classificació de la Matèria

• Substància pura: matèria que té una composició que no canvia siguin quines siguin les condicions físiques en què es trobi.
• Mescles: matèria que resulta de la combinació de diverses substàncies pures que es poden separar mitjançant procediments físics.

Tipus de Substàncies Pures

• Elements: substàncies pures que no es poden descompondre en altres de més simples per cap procediment.
• Compostos: substàncies pures que es poden descompondre en altres de més simples mitjançant un procés químic.

Tipus de Mescles

• Heterogènies: mescla en què és possible distingir-ne els components mitjançant procediments òptics.
• Homogènies: mescla en què no és possible distingir-ne els components mitjançant procediments òptics.

Mescles Especials

• Dissolució: mescla homogènia que no dispersa la llum.
• Col·loide: mescla heterogènia d'aspecte homogeni que dispersa la llum.
• Emulsió: les partícules que estan en menys proporció es mantenen disperses gràcies a una tercera substància anomenada emulsionant.

Mètodes de Separació de Mescles

• Garbellament: separació d'un sòlid que està en contacte amb un líquid en el qual no és soluble.
• Filtració: separació d'un sòlid que està en contacte amb un líquid en el qual no és soluble.
• Cristal·lització: separació d'un sòlid dissolt en un líquid, generalment per evaporació del líquid.
• Separació magnètica: separació de dos components quan un dels dos és ferromagnètic.
• Decantació: separació de dos líquids immiscibles.
• Destil·lació: separació de dos líquids miscibles, o d'un líquid en el qual està dissolt un sòlid.
• Cromatografia: separació de mescles en les quals els components tenen afinitats diferents per un dissolvent.

Mescles Homogènies: Les Dissolucions

Dissolució: mescla homogènia de dos o més components:

• Dissolvent: component que hi ha en més proporció.
• Solut: component que hi ha en menys proporció.

Concentració: d'una dissolució indica la quantitat de solut que hi ha en una quantitat determinada de la dissolució.

Solubilitat: quantitat màxima de solut que es pot dissoldre en un dissolvent determinat.

Energia i Fonts d'Energia

Energia: capacitat d'un cos o un sistema per fer canvis.

Font d'energia: cos capaç d'acumular energia i que, mitjançant una transformació, la pot proporcionar.

Tipus de Fonts d'Energia

• Convencionals: proporcionen la major part de l'energia a diferents països (hidràulica, carbó, petroli, gas, urani).
• Alternatives: tenen un ús menys estès, tot i que ara s'utilitzen més (solar, biomassa, geotèrmica).

Centrals d'Energia

• Tèrmiques de combustió: s'obté l'energia elèctrica a partir d'un combustible.
• Tèrmica nuclear: s'obté energia elèctrica a partir de la fissió d'un nucli de barres d'urani.
• Hidroelèctrica: s'aprofita l'energia d'una massa d'aigua acumulada a una determinada altura per moure una turbina acoblada a un alternador que genera electricitat.

Màquines Simples i Mecanismes

Lleis i Fórmules

• Llei de la palanca: F * Bf = R * Br
• Polipast: F = R / (2n)
• Pla inclinat: F * b = R * a

Màquines Simples

• Politja: palanca de primer grau.
• Polipast: conjunt de politges combinades.
• Torn: cilindre que consta d'una maneta que el fa girar. P * Bp = R * Br
• Tascó: pla inclinat doble en el qual la força que s'aplica perpendicular a la base es transmet multiplicada a les cares del tascó.
• Cargol: pla inclinat enrotllat sobre un cilindre.

Mecanismes de Transmissió

• Engranatges
• Corretja
• Cadena i pinyó

Fórmules de Transmissió

• Engranatges: Z1 * W1 = Z2 * W2 (on Z és el nombre de dents i W la velocitat en rpm).
• Corretja: ɸ1 * W1 = ɸ2 * W2 (on ɸ és el diàmetre de la politja i W la velocitat).
• Cadena: s'aplica la mateixa equació que en els engranatges: Z1 * W1 = Z2 * W2.