Download TEMA 1. ÁTOMO. ESTRUCTURA ATÓMICA DE LA MATERIA

ORIGEN DEL UNIVERSO
ORIGEN DEL UNIVERSO
• ¿Qué paso 1 segundo después del “Big Bang”?
• ¿Cuáles son las partículas indivisibles más pequeñas
que forman la materia?
ORIGEN DEL UNIVERSO
• La teoría más aceptada del origen del universo sigue
siendo el “Big Bang”, con las nuevas hipótesis y
tendencias de la física cuántica y corregida
• Para entender el origen del universo con rigurosidad,
previamente se debe tener en cuenta una serie de
premisas
ORIGEN DEL UNIVERSO
Conceptos para entender el origen del universo
• Equivalencia Masa-Energía
– La expresión E = m·c2, creada por A. Einstein, relaciona la energía
(E) con la masa (m)
– Masa y energía son distintas manifestaciones de lo mismo, y son
interconvertibles entre sí
– Según esta expresión, la masa es una forma de energía
condensada
ORIGEN DEL UNIVERSO
Conceptos para entender el origen del universo
• Tipos de partículas elementales (indivisibles):
– Fermiones
• Quarks. Partículas indivisibles que se unen entre sí dando lugar a
hadrones (protones y neutrones)
• Leptones. Son los electrones, partículas indivisibles como los
quarks
– Bosones
• Crean la fuerza que permite la unión de los quarks
• Distintos tipos de bosones; fotones, gluones (“pegan” quarks para
formar hadrones), gravitones (transmiten gravedad) y bosón de
Higgs (forman un campo de energía que dota a las partículas que
pasan a su través de masa)
ORIGEN DEL UNIVERSO
PROTÓN
NEUTRÓN
gluon
quarks
ORIGEN DEL UNIVERSO
Secuencia de acontecimientos en el origen del universo
1. Hace 13.700 millones de años (m.a.), toda la energía y
materia se encuentra condensada y concentrada en un
punto, en una pequeña entidad con presiones y
temperaturas infinitas.
Es lo que se denomina “singularidad”.
A partir de ese punto se produce un estallido de toda la
energía y las partículas –inicialmente sin masa al viajar a
la máxima velocidad- contenidas en esa singularidad
ORIGEN DEL UNIVERSO
ORIGEN DEL UNIVERSO
Secuencia de acontecimientos en el origen del universo
2. Fracciones de segundo después (10-35 seg.) del estallido, se
considera que la energía radiada se coagula formando un
campo de energía, denominado “campo de Higgs”.
Las partículas procedentes de la singularidad, se van
expandiendo y adquieren masa al chocar con el campo de
Higgs (formado por los bosones de Higgs)
De esta forma aparecen ya partículas elementales e
indivisibles con masa como los quarks, gluones y electrones.
El campo de Higgs explicaría por qué los electrones tienen
masa muy inferior a los quarks, pues su interacción con el
campo de Higgs es menos frecuente (por su elevada
velocidad).
ORIGEN DEL UNIVERSO
Campo de Higgs – 1
ORIGEN DEL UNIVERSO
Secuencia de acontecimientos en el origen del universo
3. Instantes después (10-10 seg. del estallido), los quarks se
combinan entre sí gracias a los gluones (un tipo de
bosón) dando lugar a protones y neutrones.
Los electrones aún no se asocian con los protones y
neutrones.
Por todo ello se denomina instante de hadrones
(protones y neutrones)
ORIGEN DEL UNIVERSO
PROTÓN
NEUTRÓN
gluon
quarks
ORIGEN DEL UNIVERSO
Secuencia de acontecimientos en el origen del universo
4. 1 segundo después del estallido, la expansión y
consecuentemente enfriamiento, junto con la
adquisición de masa, permite el agrupamiento de
protones y neutrones
De esta manera se forma el núcleo atómico de
elementos como Hidrógeno, Helio, Litio y Deuterio
(isótopo de hidrógeno).
Todavía no aparecen átomos
ORIGEN DEL UNIVERSO
ORIGEN DEL UNIVERSO
Secuencia de acontecimientos en el origen del universo
5. Los primeros átomos estables no aparecerían hasta
mucho después ( >300.000 m.a.). La expansión y
descenso de Tª, aumenta la densidad y disminuye la
velocidad de los electrones.
Llega un momento en el que la fuerza de tracción que
ejercen los núcleos sobre los electrones es superior a la
velocidad de éste.
La mayoría de los átomos inicialmente formados
correspondían a Hidrógeno.
Posteriormente se irán formando el resto de átomos de
mayor complejidad
ORIGEN DEL UNIVERSO
ORIGEN DEL UNIVERSO
Secuencia de acontecimientos en el origen del universo
6. Según avanza la expansión y enfriamiento, la materia
atómica se va agrupando, dando lugar a regiones
ligeramente más densas que otras, que crecen y forman
protogalaxias
Estas protogalaxias tendrían estrellas con núcleos
atómicos pesados en su interior (N, C, Fe)
ORIGEN DEL UNIVERSO
ORIGEN DEL UNIVERSO
Secuencia de acontecimientos en el origen del universo
7. Las estructuras astronómicas que se forman a partir de entonces
(galaxias, estrellas, etc.) dependerán de la cantidad y del tipo de
materia.
En la actualidad se considera que el universo está formado de:
• Energía oscura (73 %). Fuerza gravitacional repulsiva que
aún hoy causa la expansión del Universo
• Materia oscura (23 %). No emite suficiente radiación
electromagnética y que no sea visible. Se sabe de su
existencia por su efecto gravitacional sobre la visible. No
tiene carga.
• Materia bariónica . Representa tan sólo el 4%, y
comprende toda la parte “visible”, como estrellas,
galaxias, personas, etc., formada por bariones (protones y
neutrones) y electrones
ORIGEN DEL UNIVERSO
ORIGEN DEL UNIVERSO
GALAXIAS
GALAXIAS
•
La agrupación de materia del universo da lugar a galaxias
•
Galaxia se puede definir como agrupación de estrellas,
planetas, nubes de gas y polvo cósmico (nebulosas),
materia oscura y energía oscura
•
El 90 % de una galaxia es materia oscura
•
Se identifican 3 tipos distintas de galaxias, según su
configuración:
– Galaxias elípticas
– Galaxias espirales
– Galaxias irregulares
GALAXIAS
Espirales
Elípticas
GALAXIAS
•
Galaxias espirales
M31, Andrómeda
GALAXIAS
•
Galaxias espirales
VÍA LACTEA
GALAXIAS
•
Galaxias espirales
VÍA LACTEA
ESTRELLAS Y PLANETAS
ESTRELLAS
Formación de una estrella
• El origen de las estrellas se debe posiblemente a nubes de gas y
polvo procedentes de colisiones galácticas o de generaciones
anteriores de estrellas
• Tras la colisión se origina una inestabilidad gravitatoria, en las que
las nubes de hidrogeno molecular se van condensando por esa
atracción gravitatoria
• La densidad va aumentando y se forma un núcleo o esfera en
contracción de alta temperatura (protoestrella)
• Debido a las altas P y T de la protoestrella, se llegan a producir
reacciones de fusión nuclear entre núcleos de Hidrógeno,
liberándose gran cantidad de energía en forma de fuerza expansiva
• En ese momento, cuando la fuerza expansiva equilibra a la
gravitatoria, se detienen la contracción, adquiriendo ese aspecto de
cierta esfericidad estable de las estrellas (fase de estabilidad)
ESTRELLAS
Evolución de una estrella
•
•
•
•
•
Una estrella es una gran esfera de hidrógeno que se encuentra
en estado de continua fusión nuclear.
A medida que el hidrógeno se consume, aumenta la proporción
de helio en su composición
Cuando se agota el Hidrógeno del núcleo de la estrella, ésta
evolucionará de forma distinta según su tamaño.
Estrella con poca masa; se contraen y forman enana blanca, y
posteriormente enana negra (no emiten radiación)
Estrella con mucha masa; se sigue colapsando y explota
violentamente (supernova)
ESTRELLAS
Evolución de una estrella
•
Estrellas de masa menor a 1,4 veces la del Sol
1.
2.
•
Estrella se contrae y condensa hasta dar lugar a una enana blanca, de
menor tamaño y con una nebulosa planetaria procedente de la liberación
de una nube de gas
Su contracción continua hasta que el núcleo estelar se enfría y
consecuentemente deja de brillar (invisible). Se denomina enana negra
Estrellas de masa superior a 1,4 veces la del suelo
1.
2.
Tras consumirse rápidamente el hidrógeno, se empieza a consumir helio
generándose elementos más pesados en las reacciones. De forma
paralela el núcleo sigue colapsándose hasta que se llega a una violenta
explosión denominada supernova
Los materiales son expulsados al espacio, quedando sólo un núcleo muy
denso y un agujero negro por la gran fuerza gravitatoria generada
ESTRELLAS
Evolución de una estrella
Enana blanca
ESTRELLAS
Supernova
Remanente de una supernova
EJERCICIO. Pág. 17, actv. 10
• ¿Cuál es el principal elemento que se encuentra en las
estrellas? Indica la relación entre dicho elemento y la
capacidad de una estrella para emitir energía
EJERCICIO
• ¿Cuál es el principal elemento que se encuentra en las
estrellas? Indica la relación entre dicho elemento y la
capacidad de una estrella para emitir energía
El principal elemento que se encuentra en las estrellas es el
hidrógeno.
En el núcleo de la estrella se producen reacciones de fusión
nuclear, con la unión de átomos de hidrógeno para formar helio.
La reacción es exotérmica, y libera energía en forma de radiación
SISTEMA SOLAR
•
•
•
Sistema planetario con una única estrella, el Sol, y un grupo
de astros que orbitan a su alrededor
Presentan una estructura aplanada
Se localiza en el Brazo de Orión, uno de los brazos de la Vía
Láctea
SISTEMA SOLAR
EL SOL. Origen y evolución
• Su formación, hace 4.650 m.a., tuvo lugar a partir de nubes de gas
y polvo procedentes de otras estrellas.
• Como en todas las estrellas, en el interior del núcleo del sol se
producen reacciones de fusión en la que los átomos de Hidrógeno
pasan a Helio, irradiándose energía.
• Se estima que el Hidrógeno se agotará dentro de 5.500 m.a.,
cuando el Sol evolucionará hacia una enana blanca y de ahí a una
enana negra, apagándose completamente
• En la actualidad, se considera que el sol está en fase estacionaria
SISTEMA SOLAR
EL SOL. Origen y evolución
SISTEMA SOLAR
EL SOL. Estructura
Mancha solar en fotosfera
SISTEMA SOLAR
EL SOL. Estructura
Protuberancia solar en cromosfera
SISTEMA SOLAR
EL SOL. Estructura
Cromosfera
SISTEMA SOLAR
LOS PLANETAS (PÁG. 16)
• Formados por la agrupación de materia del disco protoplanetario
Dos tipos de planetas del sistema solar:
– Interiores o terrestres. Mercurio, Venus, Tierra, Marte. Los más
próximos al Sol, con tamaño reducido, sólidos y aspecto rocoso.
Pocos satélites. Composición rica en elementos pesados como
hierro y silicio, densidades altas.
– Exteriores o gigantes. Júpiter, Saturno, Urano, Neptuno. Los
más alejados del sol, de gran tamaño y enormes atmósferas. En
ocasiones presentan anillos de polvo cósmico y rocas alrededor
de ellos. Baja densidad
VENUS
TIERRA
MARTE
JÚPITER
SATURNO
SATURNO
URANO
NEPTUNO
SISTEMA SOLAR
LOS SATÉLITES (PÁG. 17)
• Astros que orbitan alrededor de planetas, bajo la influencia de su
gravedad
• Luna; 384.400 km. de distancia de la Tierra, 81 veces más grande
SISTEMA SOLAR
ASTEROIDES
• Tamaño generalmente inferior a planetas y satélites
• Formados por acreción de material rocoso que no se integró en
ningún planeta (no llegaron a ser planetas)
SISTEMA SOLAR
COMETAS
• Núcleo sólido formado por agua y amoníaco
• Orbitan alrededor del sol
• Cuando se acercan al sol, aumenta temperatura y se desprenden
partículas de cas  cola del cometa (rastro)
SISTEMA SOLAR
COMETAS
Cometa Halley
SISTEMA SOLAR
METEORITOS
• Fragmentos de planetas, asteroides o cometas a la deriva en el
espacio
• Puede caer en la superficie terrestre que se precipitan sobre la
superficie de planetas u otros cuerpos celestes
• De tamaño muy variable, centimétrico hasta kilométrico
• En el caso de la Tierra, la mayoría de los meteoritos al chocar con
la atmósfera terrestre se ponen incandescentes (estrellas fugaces)
• Posteriormente se desintegran antes de tocar la superficie
terrestre
SISTEMA SOLAR
SISTEMA SOLAR
EJERCICIO. Define
• Define los siguientes términos
–
–
–
–
–
–
–
Protón
Neutrón
Electrón
Átomo
Quark
Cometa
Asteroide
EJERCICIO. Define
• Define los siguientes términos
–
–
–
–
–
Protón. Partícula subatómica de carga eléctrica positiva que se
encuentra en el núcleo atómico.
Neutrón. Partícula subatómica que forma parte del núcleo
atómico. No posee carga eléctrica y tiene una masa similar a la del
protón.
Electrón. Partícula subatómica que se encuentra en constante
movimiento alrededor del núcleo atómico. Posee carga eléctrica
negativa y una masa muy inferior a la del protón.:
Átomo. Es la unidad de materia de un elemento químico. Según la
cantidad de partículas subatómicas que lo componen, los átomos
pertenecen a distintos elementos de la tabla periódica.
Quark. Partícula elemental más pequeña que el átomo, en las que
se puede dividir la materia. Los quark se unen mediante gluones
para formar protones y neutrones
EJERCICIO. Define
• Define los siguientes términos
–
–
Cometa. Objeto con un núcleo sólido formado por agua y
amoníaco, que orbita alrededor del sol.
Asteroide. Objeto celeste de menor tamaño que planetas y
satélites, que procede de restos de planetesimales que no
consiguieron agregarse para formar un planeta.
EJERCICIO. Pág 25, actv. 26
• ¿Cuándo termina la vida de una estrella? ¿Cuáles son los
procesos que puede sufrir una estrella en las últimas etapas
de su vida?
El ciclo de una estrella termina cuando se agota su combustible
nuclear, el hidrógeno.
En ese momento, la estrella se convierte en una gigante roja y
posteriormente sufre distintos procesos en función de su masa:
–
Si es una estrella poco masiva, termina como una enana blanca.
–
Si es una estrella masiva, explota formando una nova o supernova
Págs. 18-19
LA TIERRA. FORMACIÓN
EL PLANETA TIERRA
ORIGEN
• Hipótesis más aceptada; hipótesis nebular (nebulosa primitiva)
• Hace 5.000 m.a.  Nebulosa de emisión (nube de gas y polvo)
comienza a contraerse y condensarse
• Materia se condensa  Se forma el Sol (protosol)
• Alrededor del sol, fragmentos incandescentes se agrupan y por
gravedad atraen a los fragmentos menores  Planetas
(planetesimales)
• Composición planetesimales; hidrógeno, helio, hierro y silicio
IMAGEN PÁG. 18
TABLA PÁG. 18; Ventajas e inconvenientes de la hipótesis nebular
EL PLANETA TIERRA
FORMACIÓN DE LA HIDROSFERA
• Hidrosfera; parte de la Tierra constituida por las aguas de océanos
y mares, y aguas continentales (ríos y lagos)
• Atmósfera primitiva contenía vapor de agua (agua en estado
gaseoso)
• Descenso de temperaturas enfriamiento que provoca
condensación de agua y lluvias torrenciales
• Agua de lluvia, al contactar con superficie terrestre caliente, se
evapora de nuevo
• Repetición de este ciclo aumenta el enfriamiento. La temperatura
baja hasta que es suficiente para que el agua permanezca en
estado líquido en la superficie
EL PLANETA TIERRA
FORMACIÓN DE LA ATMÓSFERA
• Atmósfera; capa de gases que envuelve la Tierra
• Su origen tiene que ver con la retención de gases por la fuerza de
gravedad de la Tierra, que evita que se escapen
• Atmosfera primitiva(reductora); hidrógeno, vapor de agua,
metano, etc. SIN OXÍGENO
• Actividad biológica y geológica  modifican la composición de la
atmósfera reductora inicial y la convierten en oxidante
• Atmósfera actual (oxidante); mayoritariamente nitrógeno (78 %) y
oxígeno (21 %)
EJERCICIOS
• Actv. 29, pág. 25
• Actv. 30, pág. 25
• Actv. 31, pág. 25
EJERCICIOS
• Actv. 29, pág. 25
EJERCICIOS
• Actv. 30, pág. 25
EJERCICIOS
• Actv. 31, pág. 25
Pág. 20
ESTRUCTURA INTERNA DE LA
TIERRA
ESTRUCTURA INTERNA DE LA TIERRA
Métodos de estudio
• Métodos directos. Sólo permiten el estudio de unos pocos km. de
profundidad. Tipos:
– Realización de sondeos (excavaciones de pocos km. De profundidad)
– Estudio de rocas en superficie
– Estudio de meteoritos
• Métodos indirectos. Estudian el interior de la tierra sin acceder a
él. Tipos:
– Gravimetría. Estudia la gravedad terrestre. Diferencias en gravedad indican
tipos de roca distintos en profundidad
– Geomagnetismo. Analizan el magnetismo de las rocas y lo comparan con el
campo magnético terrestre para determina su antigüedad
– Sismología. Estudia comportamiento de ondas sísmicas liberadas en
terremotos, que modifican su velocidad dependiendo del material del
interior de la Tierra que atraviesen
ESTRUCTURA INTERNA DE LA TIERRA
CAPAS DEL INTERIOR TERRESTRE
Modelo estático. Se basa en composición química de cada capa
ESTRUCTURA INTERNA DE LA TIERRA
CAPAS DEL INTERIOR TERRESTRE
Modelo dinámico. Se basa en el comportamiento físico de las
capas
(Pág. 20 Libro)
• Litosfera
–
–
•
Astenosfera
–
•
Plástica, semifundida
Mesosfera
–
–
•
Corteza + 1ºs kms manto
Rígida y sólido
Manto superior (parte) + manto inferior
Rígida
Endosfera
–
–
Núcleo externo; líquido
Núcleo interno; sólido
COMPARACIÓN
CAPAS ESTÁTICAS /
DINÁMICAS
Imagen Pág. 20
EJERCICIOS
• Actv. 32, pág. 25
• Actv. 33., pág. 25
• Actv. 34., pág. 25
EJERCICIOS
• Actv. 32, pág. 25
EJERCICIOS
• Actv. 33, pág. 25
EJERCICIOS
• Actv. 34, pág. 25
Págs. 21 - 22
TECTÓNICA DE PLACAS
TECTÓNICA GLOBAL
•
Placas tectónicas; fragmentos en los que se divide la litosfera
consecuencia de su fragmentación
•
Tectónica global; estudia relaciones entre placas litosféricas
•
Movimientos de las placas tectónicas  Desplazamiento de los
continentes
De la deriva continental a la tectónica de placas
LA HIPÓTESIS DE LA DERIVA CONTINENTAL
• Dos grupos de teorías:
–
–
•
Fijistas. Los continentes no se han movido de su posición
actual
Movilistas. Los continentes se han desplazado con el tiempo
Deriva continental; teoría movilista
De la deriva continental a la tectónica de placas
LA HIPÓTESIS DE LA DERIVA CONTINENTAL
• Presentada por Alfred Wegener
• Los continentes parecían encajar por los límites de la
plataforma continental, como si fuera un puzzle
• Hace 200 m.a. continentes unidos en uno solo; Pangea
• Los continentes se deslizan sobre una capa más densa
formada por los fondos oceánicos
• Problema de la hipótesis; no explicó qué fuerza hacía
mover a los continentes
2. De la deriva continental a la tectónica de placas
2.1 LA HIPÓTESIS DE LA DERIVA CONTINENTAL
De la deriva continental a la tectónica de placas
LA HIPÓTESIS DE LA DERIVA CONTINENTAL
• Pruebas que aportó Wegener (PÁG. 22 LIBRO; MAL)
–
Pruebas paleontológicas. Presencia de fósiles de organismos
terrestres en lugares actualmente alejados
De la deriva continental a la tectónica de placas
LA HIPÓTESIS DE LA DERIVA CONTINENTAL
• Pruebas que aportó Wegener
–
Pruebas geológicas. Continuidad de determinados tipos de
rocas en distintos continentes
De la deriva continental a la tectónica de placas
LA HIPÓTESIS DE LA DERIVA CONTINENTAL
• Pruebas que aportó Wegener
–
Pruebas paleoclimáticas. Evidencias de materiales idénticos
de edad similar (sedimentos glaciares en África y Sudamérica)
que indicaban un clima similar en el pasado (origen común)
De la deriva continental a la tectónica de placas
LA HIPÓTESIS DE LA DERIVA CONTINENTAL
• Pruebas que aportó Wegener
–
Pruebas geográficas. Los continentes parecían encajar por los
límites de la plataforma continental, como si fuera un puzzle
De la deriva continental a la tectónica de placas
• Problema de la hipótesis DERIVA CONTINENTAL; no
explicó qué fuerza hacía mover a los continentes
• Inicialmente se asume como mecanismo de
movimiento corrientes de convección en la
astenosfera:
– Materiales cálidos, ascienden y salen en superficie en
dorsales.
– Al subir, se van enfriando y descienden, coincidiendo estas
zonas de descenso con zonas de subducción (arrastran a
los continentes)
Corrientes de convección
• Se asume como mecanismo de movimiento
corrientes de convección en el manto
– Materiales cálidos, ascienden
– Al subir, se van enfriando y descienden
• Estas corrientes de convección ejercen tensiones en
corteza terrestre  Rotura de corteza y movimiento
(arrastra fragmentos)
Expansión del fondo oceánico
1. Material fundido asciende desde el interior de la
Tierra
2. Sale al exterior por las dorsales oceánicas
(cordilleras marinas resultantes)
3. El material fundido pasan a formar parte del la
corteza oceánica una vez que se enfría
4. Como resultado la corteza se extiende a ambos
lados de la dorsal
Tectónica de placas
• Teoría de la Tectónica de Placas
–
–
–
–
Litosfera es frágil y rígida, sometida a tensiones  Fractura
Fragmentos; Placas litosféricas
Placas litosféricas encajan unas con otras
Placas se desplazan unas respecto a otras  límites de
placas son áreas geológicamente activas
– Dos placas se separan  se generan nuevos océanos
– Dos placas colisionan  se generan cordilleras
– Fondos oceánicos se generan continuamente en las
dorsales y se destruyen en las zonas de subducción (fosa
oceánica)
Existen 3 tipos de límites o bordes entre placas:
1. Bordes constructivos (divergentes). Placas se separan ( ). Se
originan rifts y dorsales oceánicas
2. Bordes destructivos (convergentes). Placas se acercan y
colisionan ( ). Dan lugar a zonas de subducción y arco de islas
volcánicas, cordilleras de bode continental
3. Bordes pasivos. Placas se desplazan lateralmente (rozan
lateralmente). Se originan fallas transformantes
Tectónica de placas
EXAMEN – 2 / 5 DE NOVIEMBRE
(APROX.)