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Qué son las propiedades extensivas: 6 tipos de ejemplos

Propiedades extensivas

Las propiedades extensivas son la propiedad de la materia que cambian a medida que se modifica la cantidad de materia. Al igual que otras propiedades físicas, se puede observar y medir sin que se produzca ningún cambio químico.

Por ejemplo la masa y el volumen son propiedades extensivas. A medida que se agrega más materia a un sistema, tanto la masa como el volumen cambian.

A continuación te mostramos cuáles son las propiedades extensivas con imágenes y ejemplos para que puedas comprender bien de qué tratan estas propiedades físicas que se dan en la materia.

Tipos de propiedades extensivas

Para entender los tipos de propiedades extensivas es importante entender bien qué es la materia. La ciencia de la química evolucionó a partir de observaciones de la naturaleza y el comportamiento de varios tipos de materia, denominados de manera colectiva las propiedades de la materia.

Las propiedades a las que nos referimos son todas propiedades macroscópicas: aquellas que se pueden observar en la masa. A nivel microscópico, la materia se distingue naturalmente a través de su estructura: la disposición espacial de los átomos individuales en una unidad molecular o un sólido extendido.

Al observar una muestra de materia y medir sus diversas propiedades, gradualmente ganamos suficiente información para caracterizarla y así poder distinguir de otros tipos de materia.

Cuando se piensa en las diferentes propiedades observables de la materia, se hace evidente que se dividen en dos clases: intensivas y extensivas. Algunas propiedades, como la masa y el volumen, dependen de la cantidad de materia en la muestra que se estudia.

Por supuesto, estas propiedades, por importantes que puedan ser, no pueden usarse para caracterizar un tipo de materia. Decir que “el agua tiene una masa de 5 kg” no tiene sentido, aunque en cierto caso puede ser bastante cierto. Las propiedades de este tipo se denominan propiedades extensivas de la materia.

Supongamos que hacemos más mediciones y descubrimos que la misma cantidad de agua con una masa de 5 kg también ocupa un volumen de 5 litros. Medimos dos propiedades extensivas (masa y volumen) de la misma muestra de sustancia. Esto nos permite definir una nueva cantidad, el cociente masa sobre volumen, que define otra propiedad del agua, que llamamos densidad.

A diferencia de la masa y el volumen, que se refieren solo a muestras de agua individuales, la densidad (masa por unidad de volumen) es una propiedad de todas las muestras de agua pura a la misma temperatura. La densidad es un ejemplo de una propiedad intensiva de la materia.

Esta definición de densidad ilustra una regla general importante: la relación entre dos propiedades extensivas es siempre una propiedad intensa.

Entonces podemos decir que las propiedades extensivas son las que cambian con la cantidad de materia. Al igual que otras propiedades físicas, se puede observar y medir sin que ocurra ningún cambio químico (reacción).

Cuáles son las propiedades extensivas

Las propiedades extensivas dependen de la cantidad de materia que existe. Una propiedad extensiva se considera aditiva para subsistemas. La relación entre dos propiedades extensivas es una característica intensa. Por ejemplo, la masa y el volumen son propiedades extensivas, pero su relación (densidad) es una propiedad intensa de la materia.

Aunque las propiedades extensivas son útiles para describir una muestra, no son muy útiles para identificarlas, ya que pueden cambiar según el tamaño o las condiciones de la muestra.

Una manera simple de determinar si una propiedad física es intensiva o extensiva es tomar dos muestras idénticas de una sustancia y unirlas. Si esto duplica la propiedad, es una característica extensiva. Si la propiedad permanece sin cambios al cambiar el tamaño de la muestra, es una propiedad intensiva.

Las propiedades extensivas son:

  • masa
  • volumen
  • peso
  • fuerza
  • temperatura
  • longitud

Masa

La masa es una medida de la cantidad de materia en una sustancia o un objeto. La unidad SI básica para la masa es el kilogramo (kg), pero las masas más pequeñas se pueden medir en gramos (g).

En el laboratorio, la masa se puede medir con un balance de triple haz o un balance electrónico. En la imagen se muestra un ejemplo de una balanza antigua. Si ambos lados de este equilibrio estuvieran en el mismo nivel, significaría que la fruta en la bandeja izquierda tiene la misma masa que el objeto de hierro en la bandeja derecha.

En ese caso, la fruta tendría una masa de 1 kg, lo mismo que el hierro. Como puedes ver, sin embargo, la fruta está en un nivel más alto que el hierro. Esto significa que la fruta tiene menos masa que el hierro, es decir, la masa de la fruta es menos de 1 kg.

Propiedades extensivas - masa
Propiedades extensivas – masa

La masa se confunde comúnmente con el peso. Los dos están estrechamente relacionados, pero miden cosas diferentes. Mientras que la masa mide la cantidad de materia en un objeto, el peso mide la fuerza de la gravedad que actúa sobre un objeto.

La fuerza de la gravedad en un objeto depende de su masa, pero también de la fuerza de la gravedad. Si la fuerza de la gravedad se mantiene constante (como lo es en toda la Tierra), entonces un objeto con una masa mayor también tiene un mayor peso.

Volumen

El volumen es una medida de la cantidad de espacio que ocupa una sustancia o un objeto. La unidad SI básica para el volumen es el metro cúbico (m³ ), pero los volúmenes más pequeños se pueden medir en cm³ , y los líquidos se pueden medir en litros (L) o mililitros (mL).

El volumen de la materia se mide dependiendo del estado:

      • El volumen de un líquido se mide con un recipiente de medición, como una taza de medir o un cilindro graduado.
      • El volumen de un gas depende del volumen de su contenedor: los gases se expanden para llenar cualquier espacio disponible para ellos.
      • El volumen de un sólido de forma regular se puede calcular a partir de sus dimensiones. Por ejemplo, el volumen de un sólido rectangular es el producto de su longitud, ancho y alto.
      • El volumen de un sólido de forma irregular puede medirse por el método de desplazamiento. Puede leer a continuación cómo funciona este método.
Propiedades extensivas
Propiedades extensivas

Peso

Cuando pesamos algo en una balanza y leemos la báscula creemos que estamos viendo el peso en kilogramos. Pero desde el punto de vista de un físico, esto está mal. Porque los kilogramos no son la unidad de peso, sino la unidad de masa. Hay una diferencia decisiva entre el peso y la masa: la masa de un cuerpo es la misma en todas partes, el peso no lo es.

El peso describe qué tan fuerte es arrastrado un cuerpo por la gravitación (atracción gravitacional). Si tuviéramos que volar a la luna y estar allí en una balanza, solo pesaríamos un sexto de nuestro peso en la báscula. La razón es porque en la luna, la fuerza gravitacional es menor. Un equilibrio mide la fuerza que actúa sobre un cuerpo.

La masa indica qué tan pesado es un cuerpo, es decir, cuánta materia contiene. El peso, por otro lado, indica la fuerza que un cuerpo ejerce sobre el suelo debido a la gravedad. La masa de un cuerpo es, en consecuencia, la misma en todas partes, en contraste con el peso que depende del lugar donde se mide, porque está relacionado con la gravedad. En la Luna, un cuerpo tiene la misma masa que en la Tierra, pero no el mismo peso.

Se puede calcular la masa dividiendo el peso de un cuerpo por la aceleración gravitacional. Esto se designa en física con “g” y está prácticamente en todas partes del mundo 9.81 m / s ^ 2. Por cierto, la aceleración de la gravedad es una de las constantes naturales.

Fuerza

En física clásica, esto se refiere a un efecto que puede deformar y/o acelerar un cuerpo. Se requieren fuerzas por ejemplo, para para llevar a cabo un trabajo, con la energía de un cuerpo o un sistema físicas cambios.

Las fuerzas son cantidades físicas dirigidas que pueden ser representadas por vectores. Para dos fuerzas que están dirigidas hacia el mismo punto, se dice que están en equilibrio. En general, se pueden agrupar en una sola fuerza resultante, que se forma de acuerdo con el paralelogramo de fuerza.

Las fuerzas tienen diferentes causas o efectos y algunas veces reciben su nombre, como la fuerza de fricción, la fuerza centrífuga y el peso. Algunos tipos de fuerzas también han sido nombrados en honor a personas que han sido fundamentales en su exploración, como la fuerza de Coulomb o la fuerza de Lorentz.

Temperatura

Hay que tener cuidado al definir la temperatura para no confundirla con calor. El calor es una forma de energía y la temperatura es algo diferente. Cuanto más caliente es algo, mayor es su temperatura.

La temperatura (a veces llamada temperatura termodinámica) es una medida de la energía cinética promedio de las partículas en un sistema. Agregar calor a un sistema hace que su temperatura aumente.

Si bien no existe una temperatura máxima teóricamente alcanzable, existe una temperatura mínima, conocida como cero absoluto, en la que se detiene todo el movimiento molecular. Las temperaturas se miden comúnmente en las escalas Kelvin o Celsius , con Fahrenheit.

Longitud

La longitud indica la extensión de un cuerpo en una dirección o la distancia entre dos cuerpos o puntos. Para la medición directa de la longitud, esto debe compararse con una escala.

La longitud se refiere a la extensión de los objetos físicos y sus distancias entre sí. Se define mediante instrucciones de medición y las longitudes normales. La medición de la longitud se lleva a cabo comparando la longitud a medir con escalas de longitud conocida. La longitud de las distancias entre dos puntos o una escala se considera constante en la física clásica.

En la teoría especial de la relatividad, sin embargo, la longitud depende del estado relativo de movimiento del observador respectivo, se habla de una contracción de la longitud relativista.

Diferencias entre masa y volumen

Para las propiedades extensivas se utiliza la medición que es el proceso de descubrir la cantidad y la temperatura de un objeto, incluida su longitud, peso, masa y volumen.

La masa se define como la cantidad física de materia en el cuerpo de un objeto o una sustancia. Mide la inercia de un objeto o sustancia que es la resistencia del cuerpo a los cambios en la velocidad o la fuerza que es necesaria para impulsarlo.

Cuanto mayor sea la velocidad observada, mayor será la masa. Esto se llama masa inercial. También mide la fuerza que el objeto de sustancia encuentra en un campo gravitacional que se conoce como masa gravitacional.

El volumen se define como la medida de la cantidad de espacio tridimensional que ocupa un objeto o sustancia y la forma que ocupa o retiene.

El volumen de sólidos y gases se establece mediante el desplazamiento de fluido o líquido, mientras que el volumen de un contenedor se mide a través de la cantidad de sustancia que contiene como base y no como el espacio que se perturba.

En conclusión:

      • La masa es la cantidad de materia en el cuerpo de un objeto o sustancia mientras que el volumen es la cantidad de espacio que ocupa un objeto o sustancia.
      • La masa es una propiedad constante o inmutable de un objeto o sustancia, mientras que el volumen de un objeto o sustancia cambia según el estado en el que se encuentra.
      • La masa es el valor físico de un objeto o sustancia, mientras que el volumen es un valor geométrico.
      • La masa se mide en gramos y kilogramos, mientras que el volumen se mide en metros cúbicos y litros.

Objetos con propiedades extensivas

Para comprender mejor las propiedades extensivas es bueno ver en diferentes objetos cómo se manifiestan. Por ejemplo, podemos observar una jarra con jugo volcando sobre un vaso, así se ilustra la propiedad extensiva del volumen. La jarra y el vaso contienen jugo. La jarra contiene aproximadamente medio litro y el vaso puede contener aproximadamente un cuarto de litro. El mismo líquido está en cada recipiente. La única diferencia es la cantidad de jugo contenida en el vaso y en la jarra.

Objetos con propiedades extensivas
Objetos con propiedades extensivas

La temperatura es una propiedad extensiva que se puede medir con un termómetro, pero que no debe confundirse con el calor. De esta manera podríamos decir que cuando le agregamos calor a un objeto podemos aumentar su temperatura. Un ejemplo puede ser cuando calentamos una cacerola en el fuego le estamos agregando calor a su contenido. De esta manera se aumenta la temperatura de la cacerola y de lo que tenga en el interior.

La temperatura es una propiedad extensiva
La temperatura es una propiedad extensiva

Cualquier objeto puede ser sometido a una fuerza externa que hará que se deforme o se acelere su cuerpo. Siempre y cuando la fuerza sea mayor al peso del objeto sobre el cual se ejerce. Es así que cuando se ejerce fuerza, por ejemplo, sobre una pelota de goma se puede ver su deformación. También podría suceder que ejerciéramos fuerza sobre ella en una dirección haciendo que se desplace por medio de la aceleración.

Fuerza ejercida sobre un objeto
Fuerza ejercida sobre un objeto

Imágenes de propiedades extensivas

Para poder visualizar mejor las propiedades extensivas se puede observar a continuación una galería de imágenes con sus respectivas explicaciones. Las propiedades extensivas se relacionan con propiedades que dependen del tamaño o la cantidad de la materia. Estas propiedades cambian según la cantidad de sustancia que se agrega o elimina. El valor de la propiedad aditiva es proporcional al tamaño del sistema. Por ejemplo, aumentar el tamaño también aumenta la propiedad.

Estas propiedades son directamente proporcionales al tamaño y la cantidad de la sustancia. Por ejemplo, a medida que aumenta la cantidad de agua, también lo hace el peso del agua. Cuanta más agua, más pesada será. Otro ejemplo: la energía para derretir un cubo de hielo es proporcional a su tamaño. La energía necesaria para derretirse el cubo de hielo difiere de la energía requerida para derretir un iceberg.

La masa es una medida de la cantidad de materia presente en un objeto.

Masa de un objeto
Masa de un objeto

El peso es una medida de la fuerza de atracción gravitacional de la tierra que actúa sobre un objeto. Está dada por el producto de la masa del objeto por la aceleración debida a la gravedad W = m * g. La unidad SI es Newton (N) o kilogramo-metros por segundo al cuadrado.

El peso es una propiedad extensiva
El peso es una propiedad extensiva

El volumen es una medida de la cantidad de espacio que ocupa una sustancia. El volumen es el espacio realmente ocupado por un objeto o la mayor parte de alguna sustancia.

Diferencia de volumen
Diferencia de volumen

La longitud es la extensión lineal en el espacio de un extremo al otro. La unidad de longitud del SI es metro (m).

La longitud es una medida
La longitud es una medida

 

Propiedades físicas extensivas con ejemplos

Las propiedades físicas son propiedades de la materia que se pueden percibir u observar sin alterar la identidad química de la muestra. En contraste, las propiedades químicas son aquellas que solo pueden observarse y medirse mediante una reacción química, alterando así la estructura molecular de la muestra.

Dado que las propiedades físicas tienen un espectro tan amplio de propiedades, se clasifican además como intensivas o extensivas y  isotrópicas o anisotrópicas.

Las propiedades físicas intensas no dependen del tamaño o la masa de la muestra. Los ejemplos de propiedades intensas incluyen el punto de ebullición, el estado de la materia y la densidad.Las propiedades físicas extensas dependen de la cantidad de material en la muestra. Ejemplos de propiedades extensivas son tamaño, masa y volumen.

Las propiedades físicas son propiedades isotrópicas a menos que dependan de la orientación de la muestra o la dirección en la que se observa. Las propiedades son anisotrópicas si dependen de la orientación. Si bien cualquier propiedad física se puede clasificar como isotrópica o anisotrópica, los términos se usan comúnmente para identificar o distinguir materiales en función de sus propiedades ópticas y mecánicas.

Por ejemplo, un cristal puede ser de color y opacidad isotrópicos, mientras que otro cristal puede adoptar un color diferente según el eje de visualización. En un metal, los granos a lo largo de un eje pueden estar distorsionados o alargados en comparación con otro eje.

Las propiedades químicas incluyen aquellas propiedades de la materia que solo pueden observarse alterando la identidad química de una muestra, es decir, examinando su comportamiento en una reacción química. Ejemplos de propiedades químicas incluyen inflamabilidad (observada por combustión), reactividad (medida por la disposición a participar en una reacción) y toxicidad (mostrada por la exposición de un organismo a un químico).

Las propiedades químicas y físicas están relacionadas con los cambios químicos y físicos. Un cambio físico solo cambia la forma o la apariencia de una muestra y no su identidad química. Un cambio químico es una reacción química que reorganiza una muestra a nivel molecular.

Ejemplos

Como ya vimos la masa y el volumen son ejemplos de las propiedades extensivas. Pero hay más ejemplos de estos tipos de propiedades.

La energía potencial de la materia es la energía que tiene guardada según la posición inicial. Un ejemplo es una piedra colgada de una cuerda a tres metros del piso, tienen la energía potencial de la caída si la cuerda se rompe. Como la energía potencial depende del peso, la masa y el volumen, es una propiedad extensiva.

Propiedades extensivas
Propiedades extensivas

La inercia, otro tipo de propiedad extensiva, es el estado continuo de reposo o movimiento de un objeto.

La longitud también cambia con la cantidad de materia, así como lo hace el volumen. Se mide en una sola dimensión y es la distancia que hay entre dos sitios.

Por último está la capacidad calorífica que es el calor que necesita un cuerpo para variar su temperatura. Esto depende del tamaño de la sustancia, se necesitan diferentes cantidad de calor para calentar dos litros de leche que para calentar solamente un litro.

¿Volumen, masa y peso son ejemplos de propiedades extensivas?

La respuesta es sí. Volumen, masa y peso son ejemplos de propiedades extensivas. Es bueno repasar lo aprendido y comprender bien por qué lo son.

El volumen también conocido como espacio o contenido cúbico, es el contenido espacial de un cuerpo geométrico. En física, el volumen se refiere a la expansión (requisito de espacio) de un cuerpo. La unidad de medición del sistema internacional para el volumen es el metro cúbico (símbolo de la unidad m³ ). Ocasionalmente, se leen las abreviaturas obsoletas cbm para m³ y ccm para cm³. La unidad de litro es común para gases y líquidos y se define como 1 dm³.

Con el tiempo, han evolucionado métodos muy diferentes para determinar los volúmenes. Una de las más conocidas se hace con un recipiente que se llena con arena o agua, cuya cantidad se determina en un recipiente conocido. Por lo tanto, el volumen de su interior se puede determinar en recipientes. Por desplazamiento: el cuerpo se sumerge en un recipiente completamente lleno de agua. El volumen del exceso de agua se mide en un recipiente geométricamente simple (por ejemplo, un cilindro ). Debido a las posibles interacciones entre la muestra y el agua, pueden producirse errores de medición, por lo que pueden usarse otros líquidos. En un cuerpo con una densidad conocida, también se puede calcular el volumen.

La masa, también masa de reposo obsoleta, es una propiedad de la materia. Tanto las fuerzas gravitacionales que actúan sobre un cuerpo como las causadas por él son proporcionales a su masa. También determina la inercia con la que el estado de movimiento del cuerpo responde a las fuerzas. Este doble papel de masa es contenido del principio de equivalencia. Es de acuerdo con el sistema internacional de unidades en las unidades de kilogramos.

La masa es de un tamaño extenso. Si un sistema tiene una masa distinta de cero, entonces las dos cantidades físicas asociadas con el movimiento son proporcionales al momento y la energía cinética. Además, la masa de un sistema determina su energía en reposo. Debido a la equivalencia de masa y energía, las dos cantidades masa y energía en reposo difieren solo por el factor constante. La masa de un cuerpo es independiente de su movimiento.

Para comprender el peso hay que entender cómo actúan las diferentes fuerzas. La Tierra, y otros planetas, atraen cuerpos en su entorno. Por esta razón, los cuerpos actúan con cierta fuerza sobre una base o tiran de una suspensión. El peso indica la fuerza con la que un cuerpo presiona sobre una base. La fuerza del peso es el producto de la masa multiplicada por la aceleración.

La masa es una indicación en kilogramos y es la misma en todas partes, ya sea en la tierra o en la luna. La aceleración, sin embargo, depende de la ubicación. Si está en una montaña, debe establecer una aceleración diferente que en la superficie del mar o en la luna.

Propiedades extensivas contra propiedades intensivas

A diferencia de las propiedades extensivas, las propiedades intensivas no dependen de la cantidad de materia en una muestra. Son lo mismo ya sea que estés mirando una gran cantidad de material o una pequeña cantidad.

Las propiedades extensivas varían con la cantidad de la sustancia e incluyen masa, peso y volumen. Las propiedades intensivas, por el contrario, no dependen de la cantidad de la sustancia; incluyen color, punto de fusión, punto de ebullición, conductividad eléctrica y estado físico a una temperatura determinada.

Por ejemplo, el azufre elemental es un sólido cristalino amarillo que no conduce la electricidad y tiene un punto de fusión de 115.2 ° C, independientemente de la cantidad que se examine.

Los científicos comúnmente miden las propiedades intensivas para determinar la identidad de una sustancia, mientras que las propiedades extensivas transmiten información sobre la cantidad de la sustancia en una muestra.

Qué son las propiedades extensivas: 6 tipos de ejemplos
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