Manual Ciencias N2 by Editorial Panamericana Inc.

Manual de

Ciencias

Esta es una obra concebida, diseñada y realizada por personal, editores y colaboradores de Editorial Panamericana, Inc.

Autora Profa. Sally Roxana Martínez Rodríguez

EDITORIAL PANAMERICANA INC. Copyright 2014 Editorial Panamericana, Inc. Tel: (787) 277-7988 • Fax: (787) 277-7240 P.O. Box 25189 San Juan, Puerto Rico 00928 info@editorialpanamericana.com • www.editorialpanamericana.com Producido en San Juan, Puerto Rico ISBN: 978-1-61725-240-2 Prohibida la reproducción total o parcial de este libro sin la autorización por escrito de la Editorial.

Contenido Introducción ................................................................................................4

Parte I: Energía ............................................................................................6

Parte II: Interacciones...................................................................................41

Parte III: La conservación y el cambio.............................................................90

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Introducción ué divertido es aprender! Aprender es adquirir o modificar los conocimientos que ya tenemos. Para aprender, debemos escuchar con cuidado a nuestros maestros y seguir sus instrucciones. Cuando no estamos seguros de algo, les preguntamos a ellos. Ellos son nuestra guía e inspiración.

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Este año vamos a repasar y aprender mucho. Aprenderás cosas nuevas e interesantes y te vas a divertir mucho trabajando en las actividades en este manual. Como te habrás dado cuenta, este manual pertenece al área de las ciencias. Con las ciencias aprendemos a entender la historia de nuestro mundo natural y cómo este funciona. Con las ciencias podemos observar y experimentar muchos procesos. ¡Qué maravilloso es el ser humano y la naturaleza! ¡Qué buenas son las ciencias!

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En este manual vas a trabajar con conceptos de energía, interacción, y la conservación y el cambio. Lee y piensa sobre la siguiente cita de Cornelius Bernardus Van Neil, un estadounidense quien fuera un gran microbiólogo: “En esencia, las ciencias son una búsqueda de percepción para una comprensión inteligente e integrada del mundo en el cual vivimos.” ¡Qué cita tan bonita! Espero te sirva de inspiración y puedas aprender y disfrutar mucho con este Manual de Ciencias. El editor

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Parte 1:

ESTANDAR LA ENERGIA El estudiante es capaz de inquirir sobre las manifestaciones, las formas, las transferencias, las conservaciones y la conservación de la energía.

Tema: La energía LA ENERGÍA La energía es un concepto amplio y abstracto pero que se puede entender por sus efectos, pues hace posible los cambios o transformaciones. Gracias a la energía te mueves tú, se mueve un coche por la carretera y un barco por el agua, se hornea un bizcocho y se conserva un helado en el congelador, suena nuestra canción favorita en la radio, se encienden las luces de nuestra casa, etc. La energía nos proporciona luz, comida, materiales para vestirnos y construir nuestras casas. Nos aporta movilidad, la clave de la vida moderna y el pilar de todo lo que consumimos y de todo lo que fabricamos. Es muy común que se defina la energía como la capacidad de realizar un trabajo. Aunque la idea cotidiana de trabajo es diferente en algunas situaciones a la que tiene la física. Un principio fundamental de la física: “La energía no se crea ni se destruye, solo se transforma”. En los cambios o transformaciones la energía pasa de unas formas a otras (por ejemplo de energía eléctrica a luminosa). No obstante, se degrada, ya que en todas las transformaciones, parte de la energía se convierte en calor, se disipa calentando el medio ambiente y, de esta forma, se desperdicia y no se aprovecha. Cuanta menos energía se pierda en las transformaciones, más eficiente será el proceso y menor el impacto en el entorno. 6 • Editorial Panamericana, Inc.

Tema: La energía La energía está en todo lo que vemos, se manifiesta de distintas maneras. Así, los coches la consiguen a través del combustible, la televisión funciona gracias a la energía proporcionada por la electricidad, que se obtiene a partir del viento, del agua, del Sol o de distintos combustibles como el carbón. Cuando empujamos un columpio, la energía química de nuestro cuerpo (proporcionada por los alimentos, que son el combustible para los seres humanos) se transfiere al columpio y nos damos cuenta porque empieza a moverse (la llamamos energía de movimiento o cinética). Cuando sostienes la bolsa que llevas en la mano estás haciendo un esfuerzo y tus músculos gastan energía, pero los físicos dirían que no haces un trabajo. Exactamente igual que si estuviese apoyado en el suelo. El trabajo requiere que se gaste energía (como cuando levantamos la bolsa del suelo) pero se puede gastar energía sin realizar ningún trabajo (como cuando sujetas la bolsa con la mano). Para la física solo se ha realizado un trabajo si mueves el cuerpo (en nuestro caso la bolsa). LA ENERGÍA SE TRANSFORMA Cuando los rayos solares llegan a la Tierra proporcionan luz y calor y ponen en marcha distintos fenómenos de la naturaleza. Vamos a verlos: El viento El suelo y el agua terrestre son calentados por los rayos solares, y a su vez también se calienta el aire que los rodea, aunque de forma diferente según las zonas de la tierra, por lo que se originan corrientes de masas de aire a diferentes temperaturas y densidades que provocan su desplazamiento, pudiendo alcanzar gran velocidad. Este movimiento del aire puede ser aprovechado para producir energía eléctrica o mecánica mediante grandes molinos de viento. La energía obtenida del viento se llama energía eólica. Es un tipo de energía renovable, inagotable y limpia.

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Tema: La energía El agua Cuando la radiación solar llega a la Tierra, el agua de los océanos, mares, lagos y ríos se evapora y pasa a la atmósfera en forma de vapor, moviéndose con las corrientes de viento. Al enfriarse el vapor, se condensa y se forman las nubes. Esas nubes volverán a soltar el agua precipitándola en forma de lluvia, granizo o nieve, devolviendo de esta forma el agua a donde partió. Esto se conoce como el ciclo del agua y funciona continuamente gracias al Sol. El agua se puede utilizar para obtener energía hidroeléctrica, aprovechando los desniveles en el cauce de un río y regulándolos mediante la construcción de embalses. Al fluir el agua desde gran altura, se transforma la energía potencial en cinética y esta mueve grandes turbinas que la transforman en energía eléctrica. Esta se transporta a través de las líneas eléctricas hasta los puntos de consumo (casas, fábricas, escuelas, etc.) También se pueden utilizar la fuerza de las mareas y del oleaje del mar y los océanos, energía mareomotriz y energía undimotriz para obtener energía eléctrica. Energía solar Hasta ahora hemos visto como afecta la radiación solar a la Tierra y los efectos que provoca, pero también se puede aprovechar el calor y la luz del sol de una forma directa. Por ejemplo, se puede utilizar la energía solar para calentar el agua. Utilizando paneles que concentran la energía del Sol, llamados captadores (o paneles) solares térmicos, se puede calentar el agua que luego se utiliza como agua caliente. Esta forma de aprovechar la radiación del Sol se llama energía solar térmica y es una energía inagotable y limpia.

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Tema: La energía También se puede aprovechar la energía procedente del Sol utilizando paneles solares fotovoltaicos. Mediante un conjunto de celdas, llamadas células fotoeléctricas, y una serie de procesos internos, se produce electricidad a partir de la luz que incide sobre ellos. Este procedimiento de obtener electricidad, de forma inagotable y limpia, a partir de la radiación solar se denomina energía solar fotovoltaica.  A nuestro alrededor hay muchas máquinas que funcionan gracias a la energía del Sol que se convierte en energía eléctrica. Existen calculadoras que funcionan gracias a la energía solar que capta un pequeño panel fotovoltaico. También los parquímetros o los carteles luminosos de las carreteras pueden funcionar de esta forma. Las plantas Las plantas utilizan la luz solar para alimentarse mediante la fotosíntesis. Sin el Sol, las plantas no podrían vivir y la vida en la Tierra no sería posible.

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Tema: La energía

Los recursos naturales La naturaleza es rica y generosa. La Tierra proporciona gran cantidad de recursos que se pueden utilizar, siempre de forma responsable, en diferentes actividades y usos que contribuyen a mejorar nuestras vidas. Algunos de estos recursos son, por ejemplo, el suelo sobre el que se puede cultivar, los bosques de los que se puede obtener madera o papel, la luz del sol, el viento, el agua, los minerales, etc.  Los recursos como el sol o el viento, al no agotarse, son recursos renovables. Otros, como el carbón, el petróleo o el gas natural, como se consumen cuando se utilizan, no se renuevan, y por eso se llaman no renovables. También son recursos naturales los minerales, como el uranio, que se utiliza como combustible en las centrales nucleares. Otros recursos, como los bosques, se consideran potencialmente renovables porque, aunque pueden renovarse, el tiempo de renovación es variable y depende del clima, del lugar geográfico y de la intensidad del uso que de ellos se lleve a cabo. Los combustibles fósiles Los combustibles fósiles son uno de los recursos naturales que se encuentran en la Tierra. En nuestra vida diaria, cerca del 80% de la energía que consumimos se obtiene a partir de estos recursos, gracias a que se ha aprendido a extraerlos, almacenarlos, transportarlos y transformarlos en energías directamente utilizables. Además, otro valor adicional de estos recursos es que a partir de ellos se pueden obtener productos químicos y derivados que tienen multitud de aplicaciones en la industria y en la vida cotidiana.

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Tema: La energía Estos combustibles se formaron hace millones de años, cuando aún no había vida humana, debido a la descomposición de restos de plantas y animales que quedaron enterrados bajo la tierra o el agua por los movimientos geológicos del planeta. El paso de los años, la temperatura y la presión a la que se vieron sometidos y la acción de los microorganismos, hicieron que esos restos, conjuntamente con los minerales que los cubrían, se convirtieran en rocas de tipo sedimentario. Estos pueden permanecer asociados a la roca, como en el caso del carbón, o haber migrado formando bolsas de petróleo y/o gas, que han quedado retenidos y almacenados en lo que denominamos yacimientos. Pueden encontrarse en tierra firme o bajo el mar.

El petróleo crudo tal cual se extrae del yacimiento no es fácilmente utilizable, por lo que se requiere su transformación, mediante procesos físico-químicos, en productos que sean directamente utilizables en distintas aplicaciones, tales como: combustibles para el transporte, productos industriales o materias primas para la industria química. El conjunto de estas operaciones se denomina refino de petróleo y se realiza en instalaciones complejas que denominamos refinerías de petróleo. Así, en el refino se obtienen combustibles gaseosos como el propano o líquidos como la gasolina. También se obtienen productos industriales como los lubricantes, asfaltos o parafinas y materias primas para la industria química, como las naftas. El gas natural también procede de la transformación de la materia orgánica acumulada entre los sedimentos; suele encontrarse próximo a los yacimientos petrolíferos y/o de carbón o incluso entre ellos Ciencias • Nivel 2 • 11

Tema: La energía I. Selecciona la alternativa correcta. 1. Tipo de material capaz de generar grandes cantidades de calor. a. energía solar

b. combustible c. radiación solar

2. Es lo que permite a un objeto realizar trabajo. a. cambio químico b. energía c. combustión 3. Es la que proviene del Sol en forma de radiación. a. energía solar b. combustible c. radiación solar 4. Energía que incluye la luz visible, la ultravioleta y la infrarroja. a. energía solar b. combustible c. radiación solar 5. Energía que proporciona electricidad. a. hidráulica b. eólica c. eléctrica 6. Energía que se produce a partir del movimiento de una masa de agua. a. hidráulica b. eólica c. eléctrica 7. Es la que proviene del viento. a. hidráulica b. eólica c. eléctrica

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Tema: La energía I. Colorea el dibujo.

II. Completa: La bombilla se utiliza para ___________________________________. III. Dibuja tres ejemplos de energía eléctrica.

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Tema: La energía I. Selecciona la alternativa correcta. 1. Energía que se obtiene directamente de la materia y depende de la sustancia y sus compuestos. a. química b. geotérmica c. nuclear 2. Es la que se obtiene del calor interno del planeta. a. química b. geotérmica c. nuclear 3. Es la que se obtiene de materiales radioactivos como el uranio y el plutonio. a. química b. geotérmica c. nuclear 4. La energía eléctrica que usan las industrias, los comercios y los hogares procede del _______________________. a. Sol b. petróleo c. viento 5. En Puerto Rico se genera energía eléctrica de dos fuentes: a. hidráulica y térmica b. hidráulica y eólica II. Contesta: ¿Qué sucedería si en Puerto Rico se acabara la gasolina? Explica. _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________

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Tema: La energía I. Completa la oración. Las fuentes _____________________________ son aquellas que la naturaleza puede reponer en un corto período. II. Dibuja dos fuentes renovables de energía.

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Tema: La energía Las fuentes _____________________________ son aquellos recursos de energía que se agotan con su uso, ejemplo petróleo. I. Dibuja o pega una ilustración de una fuente no renovable de energía.

¿Por qué es importante hacer un buen uso de las fuentes no renovables de energía? Explica._________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ 16 • Editorial Panamericana, Inc.

Tema: La energía I. Completa la tabla: Central eléctrica

Fuente

Hidroeléctrica

Agua represada

Química

Térmica

Uranio

El Sol

Eólica

Energía usada

Nuclear

Radiante

Eólica

II. Completa la oración. 1. En la actualidad, el _______________________ de la energía que se sirve proviene de centrales termoeléctricas. 2. Con el calentador solar se utiliza energía _______________________.

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Tema: La energía I. Identifica los diferentes tipos de energía que se utilizan en una casa. Colorea los dibujos.

(solar, eléctrica, hidráulica)

II. Analiza: ¿Cuál es el tipo de energía que más se utiliza en el hogar? Explica. _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ 18 • Editorial Panamericana, Inc.

Tema: La energía I. Clasifica las fuentes de energía en renovables y no renovables.

____ renovable ____ no renovable

II. ¿Cuál consideras es la mejor alternativa para sustituir la energía eléctrica en Puerto Rico? Explica. _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ Ciencias • Nivel 2 • 19

Tema: La energía I. Reorganiza las letras y forma las palabras. 1. tovien: _________________________________________________ 2. calioe: _________________________________________________ 3. licadrauhi:_________________________________________________ 4. arnucle: _________________________________________________ 5. tricaelé: _________________________________________________ 6. ralos: _________________________________________________ 7. olépetro: _________________________________________________ 8. miquíca: _________________________________________________ 9. camiret: _________________________________________________ 10. billabom: _________________________________________________ II. Selecciona una de las palabras y forma una oración. _______________________________________________________________________ III. Selecciona una de las palabras y haz un dibujo.

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Tema: La energía I. Parea cada actividad del pasado con su equivalente en el presente. _____ 1. lavar la ropa en el río

a. usar la estufa

_____ 2. transportarse en caballo

b. usar bombillas

_____ 3. cocinar en el fogón

c. ir en auto

_____ 4. iluminarse con velas

d. utilizar la lavadora

II. Dibuja una actividad del pasado con su equivalente en el presente.

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Tema: La energía Consumo energético del cuerpo humano El cuerpo humano necesita energía para llevar a cabo sus funciones vitales, para que funcione el corazón, el sistema nervioso, para el crecimiento, para mantener la temperatura corporal, etc. Desde que comenzamos el día consumimos energía en todas las acciones que llevamos a cabo: pensar, leer, caminar, correr e incluso dormir consume energía.  ¿Sabes cuánta energía necesita una persona?, ¿De dónde obtenemos esa energía?, ¿Cómo utiliza nuestro cuerpo la energía? Las personas obtenemos la energía necesaria para vivir de los alimentos. El ser humano utiliza los alimentos como “combustible” y los transforma en sustancias nutritivas, produciendo la energía necesaria para que el cuerpo satisfaga las necesidades y realice todas sus funciones. Cada cuerpo necesita una energía determinada que va en función del sexo, la edad, la estatura, el clima y la actividad física que desarrolla la persona, incluyendo el tipo de labor que realiza. El ser humano debe mantener un equilibrio entre la energía que obtiene a través de los alimentos y la energía que gasta.

Los alimentos son fuente de energía, y cada uno tiene un valor energético determinado, que es la cantidad de energía que puede obtenerse de una porción determinada. Nuestro cuerpo está constantemente gastando energía, por lo que necesitamos recargar nutrientes a menudo mediante el consumo de alimentos. Tanto en reposo como durante el sueño, nuestro cuerpo se mantiene en funcionamiento constante, consumiendo la energía que le permite mantenerse vivo. El mayor gasto energético (60%) se realiza para mantener las funciones vitales del organismo (respirar, hacer la digestión, bombear sangre, etc.) y, en el caso de los niños, se suma el crecimiento. Los alimentos son muy importantes porque ayudan a crecer y a mantener la salud. Para poder aprovecharlos, tienen que llegar al interior del cuerpo y pasar por una serie de 22 • Editorial Panamericana, Inc.

Tema: La energía cambios físicos y químicos en un proceso llamado digestión. La digestión se inicia al masticar la comida, convertirla en trozos pequeños y tragarla para que llegue al estómago. Ahí en el estómago los alimentos empiezan a transformarse en sustancias más sencillas y líquidas, que puedan transportarse a todo el cuerpo a través de la sangre. Es muy importante masticar muy bien los alimentos para ahorrarle trabajo al estómago; así como mantener los dientes limpios y cepillarlos al terminar de comer. Los alimentos contienen un tipo de sustancias llamadas nutrimentos. Los nutrimentos más importantes son: azúcares o carbohidratos, proteínas, grasas, vitaminas y minerales. Los nutrimentos llevan a cabo tres funciones principales: • Los carbohidratos o azúcares dan energía. Los alimentos que los contienen son los cereales como el maíz, arroz o trigo, y los tubérculos como las papas. • Las grasas también proporcionan energía. Se encuentran en alimentos como la mantequilla, aceites y productos animales. • Las proteínas ayudan al crecimiento y reparan los tejidos que lo necesiten. Las leguminosas como el frijol, chícharo, lentejas y ejotes, así como los alimentos de origen animal, contienen proteínas. • Las vitaminas y minerales son complementos indispensables que ayudan a mantener la salud del cuerpo; pueden obtenerse principalmente de las frutas y verduras. Para que una persona esté sana, necesita comer alimentos de los grupos anteriores. Existe otro grupo de alimentos conocido como “alimentos chatarra”; que no son saludables porque contienen grandes cantidades de azúcar, que más que nutrir quitan el hambre, impidiendo una buena alimentación; además, las personas que los consumen engordan y se enferman por no contar con nutrimentos de los otros grupos. Cada alimento proporciona una cierta cantidad de energía, que se mide en unidades llamadas calorías. Los alimentos energéticos son los azúcares y las grasas, pero dependiendo de qué comida se trate, será la cantidad de calorías que proporcionan al cuerpo.

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Tema: La energía Además, la necesidad de calorías también está relacionada con la edad y actividades que cada quien desarrolle. Se dice que para estar sano se deben comer cinco frutas o verduras cada día. Las calorías de los alimentos se utilizan para: • Mantener la temperatura corporal independientemente de cómo sea el clima exterior.   • Realizar las funciones involuntarias del organismo: circulación, respiración, digestión, excreción, etcétera.   • Realizar las funciones voluntarias del cuerpo: correr, hacer ejercicio, estudiar, etcétera. La piramide alimentaria y Mi plato La pirámide nutricional era el modelo de la alimentación saludable en los Estados Unidos. Pero el Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (USDA), organismo encargado de la nutrición, ha cambiado a un símbolo nuevo: un plato colorido, denominado Mi plato, con algunos mensajes similares: • Coma alimentos variados. • Ingiera menos cantidad de algunos alimentos y más de otros. La pirámide tenía seis rayas verticales para representar los cinco grupos de alimentos más los aceites. El plato tiene cuatro secciones (verduras, frutas, granos y proteínas) más una porción de lácteos en azul. El gran mensaje es que las frutas y las verduras abarcan mitad del plato y la parte de las verduras es un poquito más grande que la sección de las frutas. Al igual que la pirámide donde las rayas tenían grosores diferentes, el plato se ha dividido para que la sección de los granos sea más grande que la sección de las proteínas. ¿Por qué? Porque los expertos en nutrición recomiendan que ingieras más verduras que frutas y más granos que alimentos con proteínas. El plato dividido también apunta a evitar las porciones excesivamente grandes, que pueden provocar aumento de peso.

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Tema: La energía I. Clasifica los diferentes alimentos que se transforman durante el proceso de la digestión: granos: (g) vegetales(v) frutas (f) lácteos (l) y carnes (c).

_________________________

II. ¿Por qué es importante comer alimentos saludables? Explica. _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ Ciencias • Nivel 2 • 25

Tema: La energía I. Reorganiza las letras y forma las palabras. nomja:

__________________________________________________

songra:

__________________________________________________

sarag:

__________________________________________________

racen:

__________________________________________________

ufart:

__________________________________________________

lesvatge:

__________________________________________________

tealcos:

__________________________________________________

culdes:

__________________________________________________

docamante: __________________________________________________ rroaz:

__________________________________________________

soueq:

__________________________________________________

daso:

__________________________________________________

II. Selecciona una de las palabras y escribe una oración. _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ 26 • Editorial Panamericana, Inc.

Tema: La energía I. Menciona tres alimentos de cada uno de los siguientes grupos: 1. granos: _________________________________________________ _________________________________________________ _________________________________________________

2. vegetales: _________________________________________________ _________________________________________________ _________________________________________________

3. frutas:

_________________________________________________

_________________________________________________ _________________________________________________ 4. lácteos: _________________________________________________ _________________________________________________ _________________________________________________

5. proteínas:

_________________________________________________

_________________________________________________ _________________________________________________ II. Contesta: 1. ¿Cuál de estos grupos es el más que te gusta?

___________________

2. ¿Cuál de estos grupos es el menos que te gusta?

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Tema: La energía I. Haz un dibujo de Mi Plato.

II. Traza una línea desde la imagen de los alimentos hasta el lugar correspondiente en Mi Plato.

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Tema: Los estados de la materia Cambios físicos de la materia La energía térmica es la causa de los cambios estado de la materia. Así, por el calor del Sol, la nieve (agua sólida) que se encuentra en algunas montañas, se transforma en agua líquida, y esta, a su vez, se puede convertir en vapor de agua si se eleva la temperatura. En ningún cambio de estado cambia la estructura interna de las moléculas: el hielo y el vapor son la misma sustancia que el agua líquida. Lo que cambia es la intensidad con que las moléculas se atraen y la forma en que se agrupan. Por ejemplo la moléculas de agua tienen la misma forma y los mismos átomos en los tres estados La presión y la temperatura a la que una sustancia es sometida, determinarán la fase en la cual puede presentarse. Así pues, el hierro, que en condiciones ambientales se halla en estado sólido, se podrá volver líquido cuando su temperatura se eleve lo suficiente. Los cambios de estado son cambios físicos ya que cambia el estado físico de la sustancia. Mientras dura el cambio de estado la temperatura permanece constante. Estos procesos, en los que la materia cambia bruscamente sus propiedades físicas variando su configuración molecular, se expresan con el nombre de cambios de estado, o cambios de fase.

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Tema: Los estados de la materia La transición de una fase a otra ocurre siempre a una temperatura fija (a una determinada presión). Por ejemplo si se suministra calor el hielo comienza a fundir a 0 °C (a la presión atmosférica) y esta temperatura permanece constante hasta que todo el hielo se ha transformado en agua. Se reconocen 2 tipos de cambios de estado: progresivos y regresivos. a. Cambios de estado progresivos: Los cambios de estado progresivos se producen cuando se aplica calor a los cuerpos y son: sublimación progresiva, fusión y evaporación. b. Cambios de estado regresivos: Los cambios de estado regresivos son aquellos que se producen cuando los cuerpos se enfrían. Se reconocen 3 tipos: Sublimación regresiva, solidificación y condensación.

Sólido

fic a

ció n

sió

So li

ist

iza

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ció

Vaporización

Líquido

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Condensación

Gaseoso