Espectro electromagnético de la luz blanca

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Nivel educativo.
       
             Esta práctica es adecuada para todos los niveles educativos de la ESO y Bachillerato, pudiendo tratar el tema con diferente profundidad según el nivel al que va dirigido.

 Objetivo de la práctica.

• Visualizar el espectro electromagnético de la luz blanca, es decir, la banda de colores desde el rojo al violeta dentro de la franja del espectro visible.
• Observar que el espectro es continuo, a diferencia de lo que ocurre con los espectros atómicos.
• Entender la formación del arcoíris.
• Para los niveles más avanzados entender el  fenómeno ondulatorio de la dispersión de la luz.

Material.

            Banco de óptica, lámpara, generador, lente convergente, rendija, prisma óptico, porta rendija, pantalla blanca y porta pantalla.

Descripción.

             La luz blanca contiene todos los colores del espectro, es decir, todas las longitudes de onda. Cuando pasa a través del prisma óptico cada uno de los colores se desvía un ángulo diferente, ya que el índice de refracción del vidrio depende de la longitud de onda, de tal forma que las longitudes de onda más altas (color rojo) se desvían menos que las longitudes de onda más cortas (azul, violeta) que se desvían más. Debido a esto a la salida del prisma el haz de luz se dispersa, es decir, cada longitud de onda (cada color) sale en una dirección diferente y esto es lo que forma la banda de colores.

            En la naturaleza se puede observar este fenómeno, tras una tormenta, en la formación del arcoíris. La banda de colores es la misma, del rojo al violeta. Aquí lo que hace de prima óptico que dispersa la luz son las gotitas de agua. La luz penetra en la gotita y se refracta, después se refleja en el interior y por fin sale refractándose nuevamente. A veces sucede que dentro de de la gotita se refleja dos veces, en vez de una, formándose así un arcoíris secundario, con los colores invertidos.

Experimentación. 

Movimiento del centro de masas y de puntos distintos del centro de masas en un sólido rígido

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1.- Objetivo de la práctica.

• Demostrar las leyes de la dinámica de rotación de un sólido rígido, en lo que hace referencia al movimiento del centro de masas (CM) y de puntos distintos al CM, en el caso particular de que la resultante de las fuerzas externas que actúan sobre él sea nula.
• Visualizar la trayectoria que describe el CM y de puntos del cuerpo diferentes al CM.
• Aprender las técnicas de laboratorio necesarias para realizar el proceso, así como el material utilizado.

 2.- Procedimiento experimental

            Material

• Pieza cuadrangular de madera.
• con cuatro ruedas.
• Rotulador negro.
• Rotulador rojo.
• Tira de papel de embalar.

            Descripción

1. Se recorta una pieza cuadrangular de madera de unos 20 cm de lado.

2. Se colocan cuatro ruedas en las proximidades de los vértices.

3. Se perfora un orifico en la posición del centro de masas, que estará situado aproximadamente en el centro del cuadrado, e insertamos el rotulador de color negro.

4. Se perfora otro orificio en un puto cualquiera del cuadrado e insertamos el rotulador de color rojo.

5. Extendemos sobre el suelo una tira de papel de unos 2m.

6. Se lanza el cuadrado apoyando las ruedas sobre el papel extendido y haciéndolo girar. Los rotuladores se colocan a la altura precisa para que puedan dibujar una línea sobre el papel. Se observará que el rotulador situado en el CM traza una línea recta. El otro rotulador dibuja una línea curva a uno y otro lado de la línea recta.

           

            Justificación

            Un sólido rígido es un sistema de partículas en el cual las distancias relativas entre ellas permanecen constantes. Cuando las distancias entre las partículas que constituyen un sólido varían, dicho sólido se denomina deformable. En lo que sigue nos ocuparemos únicamente del estudio del movimiento de un sólido rígido.

            El centro de masas (CM) de un sistema de partículas es un punto geométrico que, a muchos efectos, se mueve como si fuera una partícula de masa igual a la masa total del sistema, sometida a la resultante de las fuerzas que actúan sobre el mismo. Se utiliza para describir el movimiento de traslación de un sistema de partículas. La posición del centro de masas no tiene por qué coincidir con la posición de ninguna de las partículas del sistema, es simplemente un punto en el espacio.

            El momento lineal total de un sistema de partículas es igual al momento lineal que tendría la masa total del sistema situada en el CM, por lo que el movimiento de traslación del sistema de partículas está representado por el de su centro de masas. Si el sistema de partículas está aislado, su momento lineal será constante, por lo que la velocidad de su centro de masas también lo será. Si el sistema de partículas no está aislado, el CM estará acelerado y su aceleración será debida únicamente a las fuerzas externas que actúan sobre el sistema.

            El movimiento de un sólido rígido se puede estudiar como la composición del movimiento de traslación de su centro de masas con respecto al origen del sistema de referencia y la rotación del sólido con respecto a un eje que pasa por el centro de masas.

Si observamos el sólido desde un sistema de referencia situado en su centro de masas vemos que el movimiento de las partículas es únicamente de rotación respecto del CM.

En nuestro experimento la suma de la fuerzas externas que actúan sobre el cuerpo e nula, ya que el peso se anula con la normal del suelo. Debido a esto el CM llevará una velocidad constante, es decir, describirá un movimiento rectilíneo uniforme. Al lanzar el cuerpo con una rotación inicial, la trayectoria del CM será una línea recta y el movimiento de cada una de sus partículas será de rotación respecto del CM. 

Ebullición del agua a temperatura menor de 100 ºC

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1.- Objetivo de la práctica.

 

• Demostrar que la temperatura de ebullición depende de la presión.
• Ver que podemos hervir el agua a menor temperatura de 100 ºC, simplemente disminuyendo la presión.
• Visualizar y entender el funcionamiento de la trompa de vacío.
• Aprender las técnicas de laboratorio necesarias para realizar el proceso, así como el material utilizado.

 

2.- Procedimiento experimental

            Material

• Agua destilada.
• Vaso de precipitados.
• Trípode y rejilla.
• Mechero Bunsen.
• Termómetro.
• Corcho perforado.
• Matraz Kitasato.
• Trompa de agua para vacío.

            Descripción

1. Ponemos unos 200 ml de agua en un vaso de precipitados y calentamos hasta alcanzar una temperatura de unos 90 ºC.

2. Pasamos el agua caliente a un matraz Kitasato y lo tapamos con un corcho en el que hemos colocado el termómetro. El matraz estará conectado a la trompa de vacío con un tubo de goma y la trompa de vacío al grifo del agua.

3. Abrimos el grifo para que circule el agua, de esta forma se extrae el aire del matraz, haciendo que disminuya la presión. Al cabo de unos segundos empezará a hervir el agua. El termómetro indica una temperatura inferior a 90ºC.            

         Justificación

            Cuando tenemos un líquido en un recipiente cerrado, se evapora hasta que el vapor alcanza una determinada presión. Esta presión, que es la ejercida por el vapor en equilibrio con el líquido, es lo que llamamos “Presión de Vapor”, y depende de la temperatura. Cuando la temperatura aumenta, la presión de vapor también aumenta. Llamamos “Punto de Ebullición” de un líquido a la temperatura a la cual la presión de vapor es igual a la presión atmosférica. Así el punto de ebullición normal del agua (cuando la presión atmosférica es de 760 mm Hg, es decir, una atmósfera) es de 100 ºC.  El punto de ebullición depende de la presión atmosférica y varía con el valor de dicha presión.

            Con este experimento ponemos de manifiesto que la temperatura de ebullición depende de la presión a la que está sometido el líquido. Demostramos que el agua hierve a una temperatura inferior a 100ºC a una presión inferior a la atmosférica, que la obtenemos sacando parte del aire que hay en el matraz por medio de la trompa de vacío.

            Este fenómeno forma parte de la experiencia de los excursionistas de alta montaña. Ellos saben que los alimentos tardan más tiempo en cocinarse, debido a que el punto de ebullición del agua es menor, ya que la presión atmosférica disminuye con la altura. Por contra, los alimentos se cocinan más rápidamente en una olla a presión, debido a que al aumentar la presión en el interior, respecto a la atmosférica, el punto de ebullición es más elevado.

Generación de corriente eléctrica a partir de un campo magnético variable

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Para ver el vídeo del montaje experimental 1 pincha aquí.

Para ver el vídeo del montaje experimental 2 pincha aquí.

 

1.- Objetivo de la práctica.

·   Visualizar que un campo magnético variable genera una corriente eléctrica.

·   Visualizar que al encender y apagar un circuito de corriente eléctrica continua, se produce durante un instante una corriente variable capaz de general un campo magnético variable que a su vez genera un corriente eléctrica inducida.

• Aprender las técnicas de laboratorio necesarias para realizar el proceso, así como el material utilizado.

2.- Procedimiento experimental montaje 1

          Material

• Dos bobina de 2000 espiras
• Núcleo de hierro laminado en forma de U.
• Generador de corriente alterna (30 voltios)
• Bombilla pequeña como la de una linterna con soporte.
• Cables y pinzas de cocodrilo.

         Montaje

            Montar el sistema de la fotografía: 

Descripción

1. Conectamos la primera bobina a un generador de corriente alterna de 30 voltios.

2. Al encender el generador pasa por dicha bobina una corriente alterna que genera un campo magnético variable. Dicho campo magnético atraviesa la segunda bobina e induce en ella una corriente eléctrica alterna, capaz de encender la bombilla que le hemos conectado.

3. Al desconectar el generador, el campo magnético desaparece y la bombilla se apaga.

4. Repetimos el experimento conectando la primera bobina a un generador de corriente continua, también de 30 voltios, y observando que la bombilla no se enciende. Lo que ocurre es que hemos generado un campo magnético constante, y éste no induce una corriente eléctrica.

             

3.-  Procedimiento experimental montaje 2

         Material

• Dos bobina de 2000 espiras
• Núcleo de hierro laminado en forma de U.
• Generador de corriente continua (30 voltios)
• Polímetro.
• Cables y pinzas de cocodrilo.

            Montaje

            Montar el sistema de la fotografía:

Descripción

1. Conectamos la primera bobina a un generador de corriente continua de 30 voltios.

2. Al encender el generador pasa por dicha bobina, durante un instante, una corriente alterna, ya que se pasa de 0 a 30 V y eso dura un tiempo, que genera un campo magnético variable. Dicho campo magnético atraviesa la segunda bobina e induce en ella una corriente eléctrica alterna, capaz de ser detectada por el polímetro, ya que la aguja se mueve. Cuando la tensión se estabiliza deja de generarse corriente eléctrica, ya que el campo magnético inducido es constante.

3. Al desconectar el generador, el campo magnético desaparece y durante un instante es variable, hasta que se hace cero. Este campo magnético variable vuelve a generar una corriente eléctrica que es detectada por el polímetro.

             

Con este experimento queda de manifiesto que se puede obtener energía eléctrica a partir de un campo magnético variable. 

Propiedades magnéticas de la corriente eléctrica

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Para ver el vídeo del montaje experimental 2 aquí.

 

1.- Objetivo de la práctica.

Ø  Visualizar que una corriente eléctrica genera un campo magnético, capaz de atraer a objetos de hierro.

Ø  Ver que una bobina por la que circula corriente eléctrica se comporta como un imán, con su polo norte y su polo sur, que los polos del mismo signo se repelen y de signo contrario se atraen.

Ø  Aprender las técnicas de laboratorio necesarias para realizar el proceso, así como el material utilizado.

2.- Procedimiento experimental montaje 1

 Material

·         Bobina de 2000 espiras

·         Generador de corriente continua(30 voltios)

·         Objetos metálicos (clips, un destornillador, etc…)

·         Soporte, pinzas y cinta aislante

Montaje 

Montar el sistema de la fotografía:

Descripción

1. Con ayuda de un soporte y una pinza colocamos suspendida una bobina de 2000 espiras (puedes ayudarte con la cinta aislante)

2. Conectamos dicha bobina a un generador de corriente continua de 30 voltios.

3. Al encender dicho generador pasa la corriente por la bobina y se genera un campo magnético, que se pondrá de manifiesto si acerco a dicha bobina objetos metálicos.

4. Cuando acerco clips, e incluso objetos de mayor peso como destornilladores pequeños, éstos se sienten atraídos por el campo magnético inducido en la bobina mientras ésta está conectada a la corriente eléctrica.

5. Al desconectar el generador, el campo magnético desaparece y caen los objetos metálicos debido a su peso.

Con este experimento queda de manifiesto que la bobina se comporta como si fuera un imán, es decir, la corriente eléctrica es capaz de generar un campo magnético.

3.- Procedimiento experimental montaje 2

Material

·         Dos solenoides de 2000 espiras cada uno.

·         Un muelle.

·         Soporte y pinzas.

·         Dos generadores de corriente continua de 30 voltios.

·         Cables adecuados para conectar el generador.

·         Núcleo de hierro laminado.

Montaje

Montar el sistema de la fotografía:

Descripción

1. Colocamos el soporte y las pinzas de manera que sujetemos el muelle por un extremo.

2. En el otro extremo del muelle colgaremos un solenoide de 2000 espiras.

3. Sobre la mesa colocaremos el segundo solenoide de 2000 espiras al que le habremos añadido un núcleo de hierro laminado para potenciar el campo magnético (el laminado hará que las corrientes de Foucault se minimicen y haya menos pérdidas energéticas).

4. Conectamos los solenoides a los generadores con los cables y encendemos los generadores. Entonces pasará la corriente, se generará campo magnético y funcionarán como electroimanes. En función de cómo coloque los cables tendré dos polos iguales (se repelerán los solenoides) o dos polos diferentes (se atraerán los solenoides).

Se constata así que el paso de la corriente eléctrica a través de un solenoide produce un campo magnético, y que las bobinas se comportan como imanes.

Hemisferios de Magdeburgo

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1.- Objetivo de la práctica.

• Visualizar el efecto de la presión atmosférica.
• Ver que nuestra vida está adaptada a soportar la presión atmosférica y que no somos conscientes ni de su existencia ni de su magnitud.
• Aprender las técnicas de laboratorio necesarias para realizar el proceso, así como el material utilizado.

2.- Procedimiento experimental

            Material

 

• Hemisferios de Magdeburgo.
• Bomba de vacío.
• Campana de vacío

            Descripción

1. Unimos los dos hemisferios de Magdeburgo y los conectamos a la bomba de vacío.

2. Extraemos el aire del interior de los hemisferios y cerramos la válvula. Comprobamos que no se pueden separar, aunque se haga una fuerza intensa.

3. A continuación abrimos la válvula, permitiendo de esta forma que entre el aire. Comprobamos ahora que los hemisferios se separan sin dificultad.

            Justificación

El aire de la atmósfera ejerce fuerzas intensas y en todas las direcciones sobre los cuerpos. Al extraer el aire del interior de los hemisferios hacemos que sólo actúen fuerzas exteriores, que son las que impiden que éstos puedan separarse aunque apliquemos fuerzas grandes. Al abrir la válvula y dejar que entre aire en el interior de los hemisferios hacemos que las fuerzas exteriores sean compensadas por las fuerzas interiores y de esta forma podamos separarlos.

Reacción del zinc con el ácido clorhídrico

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Objetivo de la práctica.

• Visualizar una reacción química y observar los cambios que se producen.
• Distinguir los reactivos y los productos de la reacción y escribir la ecuación química ajustada del proceso.
• Identificar el tipo de reacción que se produce.
• Aprender las técnicas de laboratorio necesarias para realizar el proceso, así como el material utilizado.

 

Materiales y herramientas

     Tubos de ensayo, gradilla, espátula, pinza de madera, vasos de precipitados, agua destilada, zinc en polvo o granalla y ácido clorhídrico.

 

Procedimiento experimental.

1. En un vaso de precipitados echar un poco de ácido clorhídrico (sobre el 36% en volumen).

2. En  un tubo de ensayo poner un poco de zinc en polvo en forma de granalla.

3. Coger el tubo de ensayo con el zinc y verter sobre él un poco de ácido clorhídrico hasta la mitad del tubo aproximadamente.

4. Observar el burbujeo que se produce instantáneamente, así como la formación de gas que escapa al exterior. También se observará que el tubo de ensayo se calienta, debido a que la reacción es exotérmica, es decir, con desprendimiento de calor.

5. Comprobar la formación de hidrógeno poniendo en el extremo del tubo un mechero. Se notará una pequeña explosión.

Ecuación química ajustada.

 

 Zn (s) + 2HCl (aq)    →     ZnCl₂ (aq)  + H₂ (g) ↑