22 ejemplos de propiedades físicas de la materia

Un cubo de hielo conserva su forma mientras no se funde.

El agua líquida adopta la forma del vaso y mantiene aproximadamente su volumen.

El vapor de agua se distribuye por el espacio disponible.

Conclusión: Sólido, líquido y gas se distinguen por su comportamiento.

El vapor de agua es invisible; la nube blanca visible suele estar formada por gotitas. Como cuarto caso, el gas de un tubo de neón encendido está parcialmente ionizado: contiene electrones libres, iones y partículas neutras. No se define el plasma como una simple mezcla de cationes y aniones.

Condiciones: Comparar a temperatura y presión indicadas. Los estados no se explican solo por tener las partículas más juntas o más separadas.

Largo: 30 cm = 0,30 m.

Ancho: 20 cm = 0,20 m.

Alto: 10 cm = 0,10 m.

Conclusión: Son tres longitudes medidas en direcciones elegidas.

El gas que llena la caja también ocupa una región con esas dimensiones. Que no tenga forma propia no significa que carezca de extensión o profundidad. Largo y ancho no tienen que ser, por definición, la mayor y la menor distancia horizontal.

Condiciones: Se miden las dimensiones interiores del recipiente. Los nombres dependen de su orientación y del problema.

m = 150 g + 250 g = 400 g

400 g = 0,400 kg

Conclusión: La masa total es 0,400 kg.

La masa caracteriza la inercia de un cuerpo y se mide en kilogramos, símbolo kg. Es una propiedad extensiva: al aumentar la cantidad de material, aumenta su masa. En estos ejemplos cotidianos se suman las masas de las porciones.

Condiciones: Sistema sin pérdida ni entrada adicional de material; aproximación clásica.

P = m·g

P₁ = 2 kg × 9,8 m/s² = 19,6 N

P₂ = 2 kg × 1,6 m/s² = 3,2 N

Conclusión: La masa sigue siendo 2 kg; el peso cambia de 19,6 N a 3,2 N.

Los valores de g aproximan condiciones de la Tierra y la Luna. El peso depende del campo gravitatorio, por lo que no es una característica intrínseca del material. Se expresa en newtons, no en kg.

Condiciones: Modelo de campo local uniforme. Aquí P significa peso; en los ejemplos de presión se usa p para evitar confusiones.

V = largo × ancho × alto

V = 30 × 20 × 10 = 6000 cm³

6000 cm³ = 6 L = 0,006 m³

Conclusión: La capacidad interior es 6 L.

La multiplicación sirve para un prisma rectangular, no para cualquier forma. La caja puede contener ese volumen de aire aunque el gas no tenga forma propia. Si se llena con polvo, el volumen aparente incluye huecos entre granos: no equivale al volumen del material sólido sin esos huecos.

Condiciones: Medidas interiores; 1 L = 1000 cm³ y 1 m³ = 1000 L.

V = lectura final − lectura inicial

V = 68 mL − 50 mL = 18 mL

18 mL = 18 cm³

Conclusión: El volumen de la piedra es 18 cm³.

Se mide el volumen de líquido desplazado. Si el objeto flota, la parte sumergida no representa por sí sola su volumen total.

Condiciones: Piedra totalmente sumergida, sin burbujas, absorción, disolución ni reacción; misma lectura del menisco y sin derrames.

ρ = m/V = 54 g/20 cm³ = 2,7 g/cm³

ρ₂ = 108 g/40 cm³ = 2,7 g/cm³

2,7 g/cm³ = 2700 kg/m³

Conclusión: La densidad se conserva aunque aumente el tamaño de la muestra.

Es una propiedad intensiva bajo las mismas condiciones. No existe un orden universal sólido > líquido: el hielo es menos denso que el agua líquida. Tampoco el agua está entre los líquidos más densos; el mercurio líquido es mucho más denso.

Condiciones: Material homogéneo y mismas condiciones. Los gases suelen ser menos densos que líquidos y sólidos en condiciones ordinarias, pero no es una regla universal.

T = 25 + 273,15 = 298,15 K

Ambos tienen la misma temperatura aunque contengan cantidades distintas.

Conclusión: Los dos vasos están a 298,15 K.

La temperatura permite comparar el estado térmico; no es la cantidad de calor que un cuerpo contiene. Su relación directa con la energía cinética media de traslación corresponde al modelo de gas ideal, no a una definición universal de toda materia.

Condiciones: Kelvin, símbolo K, es la unidad SI de temperatura termodinámica; el grado Celsius también se usa en el SI para temperatura Celsius.

p = F⊥/A

p₁ = 100 N/0,020 m² = 5000 Pa

p₂ = 100 N/0,010 m² = 10 000 Pa

Conclusión: Al reducir el área a la mitad, se duplica la presión media.

La presión relaciona fuerza normal y área; no se restringe al peso ni a cuerpos sólidos. Si el contacto es desigual, estos cálculos dan la media, no la presión en cada punto.

Condiciones: Misma fuerza normal, áreas de contacto efectivas dadas. 1 Pa = 1 N/m².

Δp = ρ·g·h

Δp = 1000 × 9,8 × 2 = 19 600 Pa

p = p₀ + 19 600 Pa

Conclusión: El aumento respecto a la superficie es 19,6 kPa.

ρgh es la diferencia de presión, no automáticamente la presión absoluta. A la misma profundidad, en el mismo líquido comunicado y en reposo, la presión no depende de la forma del recipiente.

Condiciones: Densidad aproximadamente constante, gravedad uniforme y profundidad vertical. p₀ es la presión en la superficie.

p₂/p₁ = T₂/T₁

p₂ = 100 kPa × 330 K/300 K = 110 kPa

Conclusión: La presión final ideal es 110 kPa.

Las partículas transfieren cantidad de movimiento al chocar con las paredes. El modelo ideal necesita condiciones de aplicación; no se elige solo por querer un cálculo menos preciso.

Condiciones: Volumen y cantidad de gas constantes; temperaturas en K y presiones absolutas; sin cambio de fase o composición.

ΔT = 30 − 20 = 10 °C de diferencia = 10 K

Q = m·c·ΔT

Q ≈ 0,20 × 4180 × 10 = 8360 J

Conclusión: El agua recibe aproximadamente 8,36 kJ.

El calor específico indica la energía por unidad de masa y por incremento de temperatura en las condiciones definidas. Se distingue de la capacidad calorífica del conjunto: C = m·c ≈ 836 J/K.

Condiciones: Agua líquida cerca de temperatura ambiente, sin cambio de fase, c aproximadamente constante; se calcula solo el calor recibido por el agua, no el consumo del calentador.

Durante la fusión en equilibrio, ambas fases coexisten.

El calor suministrado permite fundir más hielo sin exigir un aumento de temperatura.

Conclusión: El punto de fusión depende de la sustancia y de la presión.

Un cambio de estado sigue siendo físico. Una mezcla no tiene necesariamente el mismo punto de fusión que la sustancia pura; tampoco todos los sólidos presentan un punto de fusión nítido.

Condiciones: Agua pura, presión cercana a 1 atm y equilibrio entre fases; valor aproximado.

Al hervir, la presión de vapor iguala la presión externa.

El vapor puede formar burbujas en el interior del líquido.

Conclusión: No se puede dar un punto de ebullición sin indicar la presión.

Evaporarse no es lo mismo que hervir: la evaporación puede ocurrir desde la superficie a temperaturas inferiores. Una fotografía de burbujas no permite deducir por sí sola una temperatura exacta.

Condiciones: Sustancia pura y presión externa especificada. Los solutos y la composición de una mezcla pueden modificar el comportamiento.

El calor fluye de la zona de mayor temperatura a la de menor temperatura.

La conductividad térmica se expresa en W/(m·K).

Conclusión: El metal suele conducir calor más rápidamente que la madera seca.

Esta propiedad ayuda a elegir recipientes metálicos y mangos aislantes. No equivale a tener más temperatura ni a generar calor. Los metales son buenos conductores, pero no todos conducen igual ni superan a cualquier material no metálico.

Condiciones: Comparación aproximada a temperaturas similares. El flujo también depende del espesor, del área y del contacto entre materiales.

El conductor permite el paso de corriente con facilidad relativa.

El recubrimiento presenta una conductividad mucho menor en sus condiciones de uso.

La conductividad σ se expresa en S/m.

Conclusión: Conductor y aislante cumplen funciones distintas.

La conductividad es una propiedad del material. La resistencia de un cable también depende de su longitud y sección; no se deduce solo por decir «es de cobre». Hay conductores que no son metales, como el grafito.

Condiciones: Comparar materiales a temperatura y condiciones semejantes. «Aislante» no significa resistencia infinita ante cualquier tensión.

La escala de Mohs compara resistencia al rayado.

Otros ensayos de dureza miden resistencia a la penetración.

Conclusión: Dureza no significa resistencia ilimitada a golpes o fracturas.

La tenacidad se relaciona con la energía que un material puede absorber antes de fracturarse. Un material duro puede ser frágil. El carburo de tungsteno se usa en herramientas por su dureza y resistencia al desgaste; su respuesta depende también de la composición de la herramienta.

Condiciones: Los números de Mohs ordenan: 10 no significa «el doble de duro» que 5. Indicar siempre el tipo de ensayo al comparar datos.

Predomina la deformación plástica por compresión.

La nueva forma permanece después de retirar la fuerza.

Conclusión: La maleabilidad facilita producir láminas y formas por compresión.

La forja aprovecha esta deformación permanente; no basta con que el material se doble y recupere luego su forma. Influyen la temperatura, la aleación y el tratamiento previo del material.

Condiciones: Deformación sin fractura bajo condiciones adecuadas; no se presupone igual comportamiento para todos los metales.

Predomina la deformación plástica bajo tracción.

La pieza se alarga y puede reducir su sección antes de romperse.

Conclusión: La ductilidad permite obtener hilos; la conductividad permite que transporten corriente.

Son propiedades diferentes: un material dúctil no es necesariamente un buen conductor. Maleabilidad se asocia a compresión y láminas; ductilidad, a tracción y alambres.

Condiciones: Temperatura, composición y tratamiento influyen. La deformación permanente se distingue de la deformación elástica recuperable.

A equilibrio pueden disolverse hasta 20 g de S.

Exceso sólido = 30 g − 20 g = 10 g.

Conclusión: Quedan 10 g sin disolver cuando se alcanza el equilibrio.

El dato es hipotético, no una tabla de una sustancia real. Solubilidad expresa cuánto puede disolverse bajo condiciones definidas, no con qué rapidez. Hay sólidos y gases disueltos en líquidos; los gases dependen también de su presión parcial.

Condiciones: Temperatura fija, equilibrio, disolvente sin evaporación y sin reacción. Agitar puede acelerar el proceso, pero no aumenta por sí solo la solubilidad de equilibrio.

Miscibles: una fase en todas las proporciones a las condiciones indicadas.

Inmiscibles: solubilidad mutua muy pequeña; se observan fases distintas.

Conclusión: Estar juntos en un recipiente no basta para formar una disolución.

Agitar aceite y agua puede dispersar gotitas: no los convierte en líquidos miscibles. La miscibilidad se refiere aquí al comportamiento de dos líquidos; existen pares parcialmente miscibles.

Condiciones: Condiciones de temperatura y composición especificadas; sin agentes que estabilicen una emulsión ni reacciones que cambien las sustancias.

ΔL ≈ α·L₀·ΔT

ΔL ≈ 12 × 10⁻⁶ × 1 × 50 = 0,0006 m

0,0006 m = 0,6 mm; L final ≈ 1,0006 m.

Conclusión: La barra se alarga aproximadamente 0,6 mm.

La dilatación no es exclusiva de los metales: ocurre también en otros sólidos, líquidos y gases. Hay excepciones; el agua líquida cerca de 1 atm se contrae al calentarse de 0 °C a 4 °C. No se describe como que las partículas individuales crecen.

Condiciones: Barra libre para expandirse, coeficiente dado aproximadamente constante e incremento moderado; sin cambio de fase. En gases deben especificarse las restricciones de presión y volumen.