Examen Tema 4 — Cambios de estado

Duración: 60 minutos · Total: 10 puntos

Parte 1 – Conceptos (3 puntos)

1. (1,0) Define los siguientes términos: punto de fusión, punto de ebullición, evaporación, sublimación directa.

2. (0,5) ¿Qué diferencia hay entre evaporación y ebullición?

3. (1,0) Clasifica los cambios de estado en progresivos (absorben energía) y regresivos (liberan energía).

4. (0,5) ¿Por qué la temperatura permanece constante durante un cambio de estado?

Parte 2 – Estados de la materia (2 puntos)

5. (1,0) Completa indicando qué propiedades caracterizan cada estado: forma, volumen, compresibilidad.

6. (1,0) Indica el estado del agua, el oxígeno y el aluminio a temperatura ambiente (25 °C). Datos: T_f y T_e del agua = 0 / 100 °C; del oxígeno = −219 / −183 °C; del aluminio = 660 / 2 467 °C.

Parte 3 – Aplicación (3 puntos)

7. (1,0) Explica con tus palabras qué es la dilatación térmica y por qué los puentes y las vías ferroviarias incluyen juntas de dilatación.

8. (1,0) Razona qué le ocurre a la presión de un gas encerrado en un recipiente rígido si lo calentamos.

9. (1,0) Justifica por qué el hielo flota sobre el agua y qué importancia ecológica tiene este hecho.

Parte 4 – Razonamiento (2 puntos)

10. (1,0) Indica el cambio de estado que ocurre en cada caso y si es progresivo o regresivo:

a) Niebla que se forma sobre un campo frío. b) Un cubito de hielo cogido de la nevera empieza a “sudar”. c) Las pastillas de naftalina (alcanfor) que pierden tamaño en el armario. d) El agua de un vaso baja de nivel en una semana sin haberlo tocado.

11. (1,0) Una empresa diseña un termómetro con líquido en una columna. Explica por qué unos líquidos son mejores que otros para esta función y qué pasaría si la columna fuera demasiado estrecha.

SOLUCIONES

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Parte 1

Punto de fusión: T a la que un sólido se transforma en líquido (igual al de solidificación).
Punto de ebullición: T a la que un líquido pasa a gas en todo su volumen (igual al de condensación).
Evaporación: vaporización superficial que ocurre a cualquier T por debajo de la ebullición.
Sublimación directa: paso directo de sólido a gas, sin pasar por líquido.

2. En la evaporación solo se vaporiza la superficie del líquido y ocurre a cualquier T inferior a la de ebullición. En la ebullición, el líquido se vaporiza en todo su volumen (aparecen burbujas) y solo a la T de ebullición.

Progresivos (+Q): fusión, vaporización, sublimación directa.
Regresivos (−Q): solidificación, condensación, sublimación inversa.

4. Porque toda la energía aportada se invierte en romper la fuerza de atracción entre las partículas (cambiar de organización), no en aumentar su energía cinética media — y la temperatura mide precisamente esa energía cinética media.

Parte 2

	Sólido	Líquido	Gas
Forma propia	Sí	No (la del recipiente)	No
Volumen propio	Sí	Sí	No
Compresible	No	No	Sí

Agua a 25 °C: líquida (0 < 25 < 100).
Oxígeno a 25 °C: gas (25 > −183).
Aluminio a 25 °C: sólido (25 < 660).

Parte 3

7. La dilatación térmica es el aumento de longitud / superficie / volumen que sufre un cuerpo al aumentar su temperatura. Las partículas vibran más, se separan más y el cuerpo ocupa más espacio. En las grandes estructuras metálicas (puentes, vías) se dejan juntas de dilatación, pequeños huecos que permiten ese aumento de tamaño sin generar tensiones que pudieran deformarlas o romperlas.

8. A volumen constante, al subir T las partículas se mueven más rápido, chocan con más frecuencia y mayor fuerza contra las paredes, y la presión aumenta (proporcional a T en kelvin). Si la presión supera la resistencia del recipiente, este puede deformarse o explotar.

9. El agua es una excepción: al solidificarse, su volumen aumenta, así que el hielo es menos denso que el agua líquida y por eso flota. Importancia ecológica: una capa de hielo flotante actúa como aislante térmico, manteniendo el agua líquida por debajo a temperaturas aptas para la vida acuática durante el invierno. Si el hielo se hundiera, los lagos y mares se congelarían desde el fondo y la vida acuática moriría.

Parte 4

10. a) Condensación del vapor de agua – regresivo. b) Condensación del vapor del aire sobre el cubito frío – regresivo. c) Sublimación directa – progresivo. d) Evaporación – progresivo.

11. Un termómetro de columna se basa en la dilatación del líquido sensor:

Debe tener un coeficiente de dilatación notable y uniforme.
Debe permanecer líquido en todo el rango de medida (no solidificar ni evaporar).
No debe adherirse al cristal (mercurio o etanol coloreado).

Si la columna fuera demasiado estrecha, sería muy sensible (cada grado movería mucho el menisco), pero pequeñas burbujas la bloquearían y la lectura sería difícil; si es demasiado ancha sería poco sensible.