Termodinámica y Transferencia de Calor

1. Un niño toma una regla de metal y la encuentra fría. Después de mantenerla en sus manos por unos minutos, nota que ya no está tan fría. ¿Mediante qué mecanismo se transfirió el calor?
   El calor se propagó por conducción, desde la mano del niño (cuerpo a mayor temperatura) hacia la regla (cuerpo a menor temperatura).
2. Si se envuelven dos cubos de hielo idénticos, uno con un gorro de lana y otro con una lámina de cobre, y se dejan a temperatura ambiente, ¿cuál se derretirá primero? ¿Qué argumento físico explica este resultado?
   Se derretirá primero el cubo envuelto en cobre. La explicación es que el cobre es un excelente conductor térmico, por lo que transfiere el calor del ambiente hacia el hielo de manera muy eficiente. La lana, en cambio, es un aislante térmico y dificulta el paso del calor, protegiendo al hielo por más tiempo.
3. ¿Cuál es el principal método de transferencia de calor desde una estufa encendida hacia una persona que se encuentra a cierta distancia de ella?
   El principal método es la radiación electromagnética (en forma de ondas infrarrojas).
4. ¿Qué cambio de estado, de gaseoso a líquido, se produce por la disminución de la temperatura o el aumento de la presión?
   Este cambio de estado se denomina condensación.
5. Define qué es el calor en el contexto de la física.
   El calor es la energía en tránsito que se transfiere de un cuerpo de mayor temperatura a otro de menor temperatura debido a esa diferencia de temperaturas.
6. ¿Por qué los ingenieros deben considerar la dilatación térmica de los materiales en sus cálculos para grandes construcciones como puentes o vías de tren?
   Porque los materiales se expanden (aumentan su volumen y longitud) al calentarse y se contraen al enfriarse. Si no se prevén espacios para esta dilatación (juntas de dilatación), las enormes fuerzas generadas por los cambios de temperatura podrían deformar o incluso colapsar las estructuras.
7. ¿Por qué la temperatura del agua permanece constante durante un cambio de estado (por ejemplo, al hervir o al derretirse)?
   Porque la energía térmica que se suministra (conocida como calor latente) se invierte en romper los enlaces intermoleculares que mantienen las partículas unidas en su estado inicial (sólido o líquido), en lugar de aumentar la energía cinética promedio de las partículas, que es lo que se mide como temperatura.

Electricidad y Circuitos

8. Una profesora de ciencias pide a sus alumnos que construyan un circuito simple con una pila, una ampolleta y cables, pero dejando un espacio para insertar diferentes materiales. ¿Con cuál de los siguientes materiales habrán observado que la ampolleta se enciende?
   Con un objeto de metal, ya que los metales son buenos conductores de la electricidad.
9. ¿En qué unidad del Sistema Internacional se mide la resistencia eléctrica?
   La resistencia eléctrica se mide en ohmios (Ohm), y su símbolo es Ω.
10. ¿Qué característica fundamental comparten un circuito en serie y un circuito en paralelo?
    Ambos tipos de circuitos, y sus componentes, cumplen la Ley de Ohm (V = I · R).
11. ¿Cómo se denominan las partículas subatómicas que transportan la carga eléctrica en los conductores metálicos?
    Se denominan electrones.
12. Cuando te quitas un chaleco de lana en un día seco, a veces escuchas chasquidos y notas que tu pelo se eriza. ¿Mediante qué método de electrización se produce este fenómeno?
    Se produce por frotamiento (o fricción), que es un tipo de electrización por contacto.
13. Si dos cuerpos conductores idénticos, uno neutro y otro cargado, se ponen en contacto y luego se separan, ¿cómo quedarán sus cargas eléctricas?
    Si los conductores son idénticos, la carga se repartirá por igual, quedando ambos con cargas del mismo signo y de igual magnitud (la mitad de la carga original).
14. ¿Qué ocurre con las cargas eléctricas de un cuerpo neutro durante el proceso de polarización?
    En la polarización, las cargas eléctricas del cuerpo neutro no se transfieren, sino que se redistribuyen. Al acercar un objeto cargado, las cargas de signo opuesto del cuerpo neutro son atraídas hacia el objeto, y las de igual signo son repelidas hacia el extremo opuesto.
15. ¿Qué característica principal define a un material como un buen conductor eléctrico?
    Un buen conductor eléctrico es aquel que permite el paso fácil de los electrones a través de él, debido a que posee electrones libres o débilmente ligados a los átomos.
16. En la exploración de la estructura interna de los átomos, el experimento con los tubos de rayos catódicos llevó a J.J. Thomson al descubrimiento de una partícula subatómica. ¿Cuál fue?
    El descubrimiento de los electrones.

Estructura Atómica y Química Básica

17. ¿Qué característica principal introdujo el modelo atómico de Rutherford?
    El modelo de Rutherford (también llamado modelo planetario) planteaba que los átomos consistían en un núcleo central muy pequeño y denso con carga positiva, y los electrones con carga negativa girando a su alrededor, de forma similar a los planetas alrededor del Sol.
18. ¿Qué filósofo de la Antigua Grecia fue el primero en plantear que la materia estaba formada por partículas indivisibles e indestructibles llamadas «átomos»?
    Demócrito.
19. En el famoso experimento de la lámina de oro de Rutherford, ¿qué tipo de partículas se dispararon contra la lámina para estudiar la estructura del átomo?
    Se utilizó un haz de partículas alfa (núcleos de helio, con carga positiva).
20. ¿Qué científico fue uno de los primeros en intentar clasificar los elementos químicos, organizándolos en grupos de tres con propiedades similares, conocidos como «tríadas»?
    Johann Wolfgang Döbereiner.
21. Dos cuerpos, 1 y 2, con diferentes temperaturas iniciales, se ponen en contacto. Después de un largo tiempo, ¿qué es correcto afirmar sobre su estado?
    Es correcto afirmar que ambos cuerpos alcanzarán el equilibrio térmico, es decir, llegarán a tener la misma temperatura.
22. Pablo coloca un trozo de mantequilla fría sobre una tostada recién hecha y caliente. ¿Mediante qué mecanismo principal se transfiere el calor desde el pan a la mantequilla, haciendo que esta se derrita?
    El calor se transfiere principalmente por conducción, ya que ambos cuerpos están en contacto directo.
23. ¿Cuál de los siguientes componentes de un circuito eléctrico corresponde a una fuente de energía?
    La pila o batería.
24. Compara el funcionamiento de un circuito en serie y uno en paralelo si uno de sus componentes (como una ampolleta) falla.
    En un circuito en serie, si un componente falla, interrumpe el único camino para la corriente, y todo el circuito deja de funcionar. En un circuito en paralelo, si un componente falla, la corriente puede seguir fluyendo por las otras ramas, por lo que los demás componentes no se ven afectados y siguen funcionando.
25. Según la Ley de Ohm, ¿qué significa que el voltaje y la intensidad de corriente son directamente proporcionales (manteniendo la resistencia constante)?
    Significa que si el voltaje aplicado a un circuito se incrementa en una cierta proporción (por ejemplo, se duplica), la intensidad de la corriente que fluye por él también aumentará en la misma proporción (también se duplicará).
26. Menciona un ejemplo de un material conductor y uno de un material aislante eléctrico.
    Un ejemplo sería: Agua de mar (conductora, por sus sales disueltas) y cerámica (aislante).
27. Si se frotan entre sí dos cuerpos hechos del mismo material (por ejemplo, dos varillas de plástico idénticas), ¿se cargarán eléctricamente?
    No, porque al ser del mismo material, tienen la misma tendencia a ceder o ganar electrones (la misma afinidad electrónica), por lo que no habrá una transferencia neta de carga entre ellos.
28. Nombra un material que sea un buen conductor de la electricidad.
    El aluminio es un buen conductor, al igual que otros metales como el cobre, la plata y el oro.
29. ¿Cuál de los siguientes planteamientos es un postulado central de la teoría atómica de Dalton?
    Que la materia está constituida por partículas fundamentales, extremadamente pequeñas e indivisibles, llamadas átomos.
30. Al frotar una barra de ámbar con un paño de lana y acercarla a trozos de papel, estos son atraídos. ¿Cómo se explica este fenómeno?
    Este fenómeno se explica porque el ámbar se carga eléctricamente por frotamiento. Esta carga induce una polarización en los trozos de papel (que son neutros), generando una fuerza de atracción electrostática entre el ámbar y el papel.
31. ¿Quién propuso el modelo atómico conocido como el «budín de pasas»?
    Fue propuesto por J.J. Thomson.
32. Döbereiner observó que ciertos grupos de tres elementos (tríadas) tenían propiedades químicas similares. ¿Cuál de los siguientes grupos es un ejemplo clásico de una de sus tríadas?
    El grupo formado por Litio (Li), Sodio (Na) y Potasio (K).
33. ¿Cuál de las siguientes afirmaciones explica correctamente el Principio de Exclusión de Pauli?
    Este principio establece que en un mismo átomo no pueden existir dos electrones con los cuatro números cuánticos iguales. En la práctica, esto significa que un orbital atómico puede albergar como máximo dos electrones, y estos deben tener espines opuestos (antiparalelos).
34. Si se conoce el número atómico (Z) de un elemento neutro, ¿qué información fundamental se puede derivar directamente de él?
    El número atómico (Z) indica el número de protones en el núcleo. En un átomo neutro, también es igual al número de electrones.
35. ¿Qué se debe considerar principalmente para determinar si dos elementos químicos presentan propiedades similares?
    Se debe considerar la ubicación de ambos elementos en la tabla periódica. Específicamente, los elementos que pertenecen al mismo grupo (columna) suelen tener propiedades químicas muy similares.
36. Los primeros intentos por organizar los elementos químicos, como las tríadas de Döbereiner y las octavas de Newlands, ¿en qué propiedad se basaron principalmente para ordenarlos?
    Se basaron en ordenar los elementos según su masa atómica creciente. La organización moderna por número atómico fue posterior.