CALOR Y TEMPERATURA
Los
contenidos de este tema han sido recopilados de libros de física y
química 2º
de eso, editorial: Bruño, Santillana,
Vicens-Vives.
Las
fotos de Internet.
Las
páginas web de educastur , google y Santillana
CONTENIDOS
- Utilización de diferentes fuentes de información incluyendo las Tecnologías de la Información y la Comunicación en la búsqueda, selección y tratamiento de la información.
- Valoración de la fiabilidad y objetividad de la información existente en Internet.
- Presentación de resultados y conclusiones de forma oral y escrita, individualmente y en equipo, de un proyecto de investigación
- Relación entre los conceptos de energía, energía térmica transferida (“calor”) y temperatura.
- Interpretación de los efectos de la energía sobre los cuerpos: cambios de estado, dilatación.
- Explicación del concepto de temperatura en términos de la teoría cinético-molecular.
- Resolución de ejercicios numéricos que relacionen las escalas Celsius y Kelvin.
- Utilización de termómetros e identificación de los factores que condicionan el aumento de la temperatura de un cuerpo.
- Identificación de los distintos mecanismos de transferencia de energía: conducción, convección y radiación en diferentes situaciones cotidianas.
- Interpretación cualitativa de fenómenos cotidianos y experiencias de mezclas mediante el equilibrio térmico asociado a la conservación de la energía y la igualación de temperaturas.
- Valoración
de la importancia del calor (mecanismo de transferencia de energía) y sus
aplicaciones tecnológicas e implicaciones socio-ambientales (Relaciones
CTSA).
• Calor y temperatura. (Objetivo 1)
•
La percepción del calor: la piel. La sensación térmica. (Objetivo 2)
•
Efectos del calor en los cuerpos. (Objetivo 3)
•
Formas de propagación del calor. (Objetivo 5)
•
Conductores y aislantes térmicos. (Objetivo 6)
PROCEDIMIENTOS,
DESTREZAS Y HABILIDADES
•
Observar e interpretar esquemas, dibujos y gráficas.
•
Comprender textos científicos.
•
Resolver problemas sencillos.
•
Realizar cambios de unidad.
•
Realizar experimentos sobre la dilatación de los cuerpos. (Objetivo 7)
ACTITUDES
•
Desarrollar hábitos relacionados con el ahorro energético.
•
Prestar especial atención a la exposición al Sol.
ESTÁNDARES DE
APRENDIZAJE EVALUABLES
Formula
hipótesis para explicar fenómenos cotidianos utilizando teorías y modelos
científicos.
Registra observaciones, datos y resultados de manera organizada y rigurosa, y los comunica de forma oral y escrita utilizando esquemas, gráficos, tablas y expresiones matemáticas.
Selecciona, comprende e interpreta información relevante en un texto de divulgación científica y transmite las conclusiones obtenidas utilizando el lenguaje oral y escrito con propiedad.
Participa, valora, gestiona y respeta el trabajo individual y en equipo.
Relaciona propiedades de los materiales de nuestro entorno con el uso que se hace de ellos.
Explica el concepto de temperatura en términos del modelo cinético- molecular diferenciando entre temperatura, energía y calor.
Conoce la existencia de una escala absoluta de temperatura y relaciona las escalas de Celsius y Kelvin.
Identifica los mecanismos de transferencia de energía reconociéndolos en diferentes situaciones cotidianas y fenómenos atmosféricos, justificando la selección de materiales para edificios y en el diseño de sistemas de calentamiento.
Explica el fenómeno de la dilatación a partir de alguna de sus aplicaciones como los termómetros de líquido, juntas de dilatación en estructuras, etc.
Registra observaciones, datos y resultados de manera organizada y rigurosa, y los comunica de forma oral y escrita utilizando esquemas, gráficos, tablas y expresiones matemáticas.
Selecciona, comprende e interpreta información relevante en un texto de divulgación científica y transmite las conclusiones obtenidas utilizando el lenguaje oral y escrito con propiedad.
Participa, valora, gestiona y respeta el trabajo individual y en equipo.
Relaciona propiedades de los materiales de nuestro entorno con el uso que se hace de ellos.
Explica el concepto de temperatura en términos del modelo cinético- molecular diferenciando entre temperatura, energía y calor.
Conoce la existencia de una escala absoluta de temperatura y relaciona las escalas de Celsius y Kelvin.
Identifica los mecanismos de transferencia de energía reconociéndolos en diferentes situaciones cotidianas y fenómenos atmosféricos, justificando la selección de materiales para edificios y en el diseño de sistemas de calentamiento.
Explica el fenómeno de la dilatación a partir de alguna de sus aplicaciones como los termómetros de líquido, juntas de dilatación en estructuras, etc.
Explica
la escala Celsius estableciendo los puntos fijos de un termómetro basado en la
dilatación de un líquido volátil.
Interpreta cualitativamente fenómenos cotidianos y experiencias donde se ponga de manifiesto el equilibrio térmico asociándolo con la igualación de temperatura.
OBJETIVOS
1.
Diferenciar entre calor y temperatura.
2.
Comprobar la poca fiabilidad del sentido del tacto respecto a las sensaciones
térmicas.
3.
Interpretar distintos efectos del calor.
4.
Aprender a medir la temperatura con diferentes escalas termométricas.
5.
Identificar las formas de propagación del calor.
6.
Diferenciar materiales por su capacidad de conducir el calor.
7.
Realizar sencillas experiencias sobre la dilatación de los cuerpos e
interpretar los resultados.
CRITERIOS DE
EVALUACIÓN
a)
Explicar la diferencia entre los conceptos de temperatura y calor. (Objetivo 1)
b)
Conocer la piel como órgano de percepción del calor y entender el concepto de
sensación térmica. (Objetivo 2)
c)
Explicar los distintos efectos del calor sobre los cuerpos. (Objetivo 3)
d)
Comprender las diferentes formas de medir la temperatura y realizar cambios de
escala. (Objetivo 4)
e)
Identificar las distintas formas de propagación del calor. (Objetivo 5)
f)
Diferenciar entre materiales conductores y aislantes térmicos. (Objetivo 6)
g)
Comprobar experimentalmente la dilatación de los cuerpos e interpretar los
resultados de las experiencias. (Objetivo 7)
EL CALOR
El
calor es la energía que se transfiere desde los cuerpos calientes a los cuerpos
fríos. También se denomina energía
térmica.
Los cuerpos fríos no
dan frío sino que absorben calor.
El
calor siempre se transfiere de un cuerpo que está a mayor temperatura a otro
que está a menor temperatura. Q=m.c. (Tf-Ti)
El
cuerpo que está a mayor temperatura (tú mismo) transmite parte de su energía
térmica al cuerpo que está a menor temperatura (el agua del mar o la piscina)
hasta conseguir lo que se llama equilibrio térmico.
m1c1
(T1 –Te)= m2c2
(Te-T2)
Donde
Te es la temperatura de equilibrio, T1 yT2 son
las temperaturas iniciales de cada cuerpo, m1 y m2 las
masas de los respectivos cuerpos y c1 y c2 los calores
específicas de cada cuerpo.
Unidades de medida
En
el SI, es el julio, J. Sin embargo, por razones históricas se sigue utilizando
una antigua unidad de calor, la caloría, cal, siendo: 1 cal = 4,18J; 1 J = 0,24
cal.
La
caloría es el calor que hay que suministrar a 1g de agua para que aumente 1 ºC
su temperatura.
Ejercicios:
1.
Determina
la capacidad calorífica de un cuerpo sabiendo que cuando desprende 5 KJ de
calor, su temperatura disminuye 1.85 K. Sabiendo que el cuerpo tiene una masa
de 3 kg, determina, además, la capacidad calorífica de la sustancia que lo
compone.
2.
¿Puede
un cuerpo tener calor? ¿Y puede cederlo a otro? Razona tus respuestas.
3.
Efectúa
las siguientes conversiones de unidades:
a) 100 cal en J. b) 100 J en cal. c) 400 cal en kJ.
4.
Ordena
las frases relativas al calor para crear una frase con sentido y vuelve a
escribirlas. a) se transfiere desde los cuerpos b) más baja c) el calor es una
energía en tránsito que d) más elevada e) hasta los cuerpos con una temperatura
f) con una temperatura.
5. Subraya
las frases que hacen referencia al concepto de calor.
a) Habitualmente se expresa en grados centígrados.
b) Es una forma de energía.
c) Es una magnitud física relacionada con la cantidad de calor que puede absorber o ceder un cuerpo al ponerlo en contacto con otro.
d) Se puede transformar en otros tipos de energía.
e) Es la energía que pasa de unos cuerpos a otros.
¿A qué concepto se refieren los enunciados que no has subrayado?
a) Habitualmente se expresa en grados centígrados.
b) Es una forma de energía.
c) Es una magnitud física relacionada con la cantidad de calor que puede absorber o ceder un cuerpo al ponerlo en contacto con otro.
d) Se puede transformar en otros tipos de energía.
e) Es la energía que pasa de unos cuerpos a otros.
¿A qué concepto se refieren los enunciados que no has subrayado?
6.
Si
vertemos 1 kg de agua a 50 °C y 1 kg de agua a 70 °C en un recipiente aislado
del exterior, ¿a qué temperatura estará el agua cuando alcance el equilibrio
térmico?
7.
¿Qué
energía en julios (J) hemos transferido si se han transferido 180 cal?
ESCALAS TERMOMÉTRICAS
Para
establecer los puntos de referencia de las escalas se recurre a fenómenos
físicos constantes: la fusión del hielo y la ebullición del agua. La diferencia
entre estos dos puntos se divide en grados.
GABRIEL DANIEL
FAHRENHEIT (1686-1736)
Nació en Danzig aunque de profesión era fabricante de aparatos meteorológicos.
Su gran logro fue perfeccionar el termómetro y desarrollar la escala
termométrica que lleva su nombre, la escala Fahrenheit. Como punto cero de su
escala empleó la temperatura más baja que pudo conseguir, añadiendo sal al
hielo. Después marcó la temperatura normal del cuerpo humano, y realizó 96
divisiones entre ambos puntos; por tanto, la temperatura del cuerpo
correspondía a 96 ºF, y a la temperatura de congelación del agua pura le
correspondían 32 ºF. Una ventaja de esta escala es que en los días más fríos de
invierno no se suelen alcanzar temperaturas negativas (afortunadamente). Hoy
día se emplea esa escala en Gran Bretaña, E.E.U.U., Canadá, Sudáfrica y Nueva
Zelanda.
ANDERS CELSIUS
(1701-1743) Nació
en Upsala. Aunque su mayor aportación a la ciencia es la escala Celsius de
temperaturas, o centígrada, él era realmente astrónomo. En su primera escala
asignó el valor 100 al punto de congelación del agua, y el punto 0 al de
ebullición, y dividió el espacio entre ambos en 100 grados. Sin embargo, al año
siguiente cambió su escala, para que el 0 correspondiera al punto de
congelación, y el 100, al de ebullición.
WILLIAM THOMSON, LORD
KELVIN (1824-1907)
William Thomson, que se haría célebre como lord Kelvin, nació en Belfast y fue
un auténtico niño prodigio: a los 11 años ya entró en la universidad, y
presentó su primer trabajo sobre matemáticas antes de cumplir 20 años. Su
nombre pasó a la historia en relación con sus estudios sobre la temperatura y
la energía. Propuso que a una determinada temperatura, correspondiente a −273
ºC, se detenía todo movimiento de las partículas de los cuerpos, por lo cual ya
no se podría alcanzar una temperatura más baja. Sobre la base de esta propuesta
elaboró su propia escala de temperaturas. El punto cero de su escala
correspondía a −273 ºC, y el valor de cada grado era el mismo que el de los
grados Celsius. Así pues, el punto de congelación del agua corresponde a 273 K,
mientras que el punto de ebullición del agua corresponde a 373 K.
A TEMPERATURA
La temperatura es el indicador de la energía interna y la velocidad que tienen las partículas.
La temperatura se relaciona con el movimiento de las partículas que forman una sustancia. A esta relación entre la temperatura y el movimiento de las partículas de un cuerpo es a lo que llamamos energía térmica. La temperatura mide la energía térmica de una sustancia o de un cuerpo. Por lo tanto, si un cuerpo se encuentra a mayor temperatura, lo que indica es que las partículas que lo componen se mueven más deprisa que cuando el mismo cuerpo se encuentra a menor temperatura.
Cuando aumentamos la temperatura de un cuerpo, aumenta también la agitación (movimiento) de sus partículas y cada vez estas partículas están más separadas unas de otras, ocupando más espacio, es lo que se conoce como dilatación.
La dilatación de los cuerpos sólidos:
En los cuerpos sólidos nos podemos encontrar dilatación lineal, dilatación superficial y dilatación cúbica o volumétrica.
Los coeficientes de dilatación lineal (α), superficial (β) y volumétrica (γ), dependen de la naturaleza del objeto. Se pueden definir como la variación por unidad de la magnitud correspondiente (longitud, superficie o volumen) cuando la temperatura varía un grado. Sus unidades son ºC-1 en los tres casos.
MATERIA
|
aluminio
|
cobre
|
vidrio
|
alcohol
|
gasolina
|
mercurio
|
agua
|
LINEAL
|
23.10-6
|
17.10-6
|
9.10-6
| ||||
CÚBICA
|
7,5.10-5
|
0,45.10-5
|
2,7.10-5
|
74,5.10-5
|
95.10-5
|
18,5.10-5
|
.10-5
|
VOLUMÉTRICA
|
.10-4
|
.10-4
|
.10-4
|
1,1.10-3
|
.10-4
|
1,8.10-4
|
2,1.10-4
|
La dilatación de los cuerpos Fluidos:
En los líquidos y gases sólo tiene sentido hablar de la dilatación cúbica, puesto que carecen de forma propia y se adaptan a la vasija.
DILATACIÓN ANÓMALA DEL AGUA.
Todas las sustancias se contraen al enfriarlas y se dilatan al calentarlas. Sin embargo el agua si la enfriamos hasta cero grados, ocupas más volumen, disminuye su densidad y por ello flota, si calentamos hasta 4ºC el comportamiento es normal.
LOS ICEBERG FLOTAN EN EL MAR Y UNA OCTAVA PARTE DE SU VOLUMEN QUEDA FUERA DEL AGUA, EL RESTO QUEDA DEBAJO.
Hay
una temperatura a partir de la cual no se puede bajar más es -273ºC es el
llamado cero absoluto.
Para
medir la temperatura utilizamos el termómetro, cuya unidad es el grado
centígrado (ºC).
El
termómetro es el aparato que se utiliza para medir la temperatura, actualmente
la mayoría son digitales o de alcohol. Se pone en contacto con el cuerpo
(sólido, líquido o gas) cuya temperatura queremos medir, hasta que alcanza el
equilibrio térmico.
LOS FACTORES DE LOS
QUE DEPENDE EL AUMENTO DE LA TEMPERATURA SON:
·
La
masa del cuerpo.
·
El
tiempo durante el cual recibe el calor.
·
El
tipo de sustancia.
Calor específico
Llamamos
capacidad calorífica de un cuerpo a la cantidad de calor que hay que darle para
que su temperatura ascienda 1 ºC (se mide en cal/ºC).
La
capacidad depende tanto de la sustancia de que se trate, como de su masa. Por
ello definimos el calor específico de un cuerpo como la capacidad calorífica de
1 g de ese cuerpo (se mide en cal/gr ºC).
sustancia
|
calor específico: cal/gr ºC
|
agua
|
1
|
alcohol
|
0,58
|
aluminio
|
0,219
|
Agua de mar
|
0,945
|
vidrio
|
0,199
|
arena
|
0,20
|
cobre
|
0.093
|
hielo
|
0,55
|
plata
|
0,056
|
hierro
|
0,11
|
Vapor de agua
|
0.48
|
MATERIALES CONDUCTORES Y AISLANTES
-
Los cuerpos conductores son los que
transmiten fácilmente la energía térmica. Por ejemplo, los metales.
-
Los cuerpos aislantes son los que no
transmiten bien la energía térmica. Por ejemplo, el vidrio, el plástico, la
madera.
PROPAGACIÓN DEL CALOR
Por
ejemplo, cuando calentamos el extremo del atizador de hierro, poco a poco, el
calor pasa a través de todas las partículas del atizador hasta que se calienta
entera.
RADIACIÓN: es cómo se propaga el calor a
través de las ondas, en forma de rayos infrarrojos. Así le llega el calor al
gato que está dormido junto a la chimenea. Igualmente, por radiación, nos llega
el calor del Sol.
CAMBIOS FÍSICOS PRODUCIDOS POR EL CALOR:
·
Variación de la temperatura.
·
Variación en las dimensiones. Cuando un cuerpo intercambia calor se dilata o se
contrae.
CAMBIOS QUÍMICOS
Son
aquellos en los que varía la composición interna del sistema material. En
ellos, unas sustancias puras, que denominamos reactivos, se transforman en
otras diferentes, llamadas productos.
ACTIVIDADES
1.-¿Cuántos
ºC son 100 ºF?
2.-¿En
qué se diferencian la escala Celsius y la escala Kelvin?
4.-¿Cómo se conduce el calor en los siguientes casos?
a) Al sostener una barra metálica que está
puesta al fuego, te puedes quemar la mano.
b)
Las bombillas de una lámpara desprenden algo de calor.
c)
El cabello se seca con un secador de mano.
5.-Explica
qué es un cambio de estado y de qué tipo pueden ser.
6.-Diferencia entre los siguientes conceptos:
a) Temperatura de ebullición y temperatura de
fusión.
b) Dilatación y contracción.
c) Termómetro de mercurio y termómetro de
alcohol.
d)
Convección y conducción.
7.-Identifica
los distintos tipos de termo receptores en el dibujo anatómico que tienes a
continuación y explica su función y su localización en la piel.
8.-Describe
el experimento que podemos realizar en casa para comprobar cómo el aire se comprime
con el frío. ¿Qué hecho observado al final del experimento nos permite sacar la
conclusión de que el aire se contrae al enfriarse?
9.
Cuatro termómetros marcan respectivamente:
10)
86K, 2) 220 ºC, 3) 224 ºF, 4) 39 ºR.
¿En cuál es mayor la temperatura?
11.
¿Qué cantidad de calor hay que darle a 500 g de agua para que pase de 17 a 70
ºC.
12. Cierto gas está a 14 ºC de temperatura. Si
se duplica la energía de sus moléculas, calcula cuál será su nueva temperatura
en grados centígrados.
13.-Comunicando 5000 cal a cierto cuerpo de
500 g de masa su temperatura aumenta 18 ºC. Determina su calor específico.
14.- ¿Qué cantidad de calor hay que
comunicarle a 500 g de hielo a 0 ºC para convertirlo en agua líquida a 14 ºC?
(calor de fusión del hielo: 80 cal/g).
15. Para hervir totalmente 550 g de agua a 100
ºC necesitamos 290.000 cal. Determina el calor latente de ebullición del agua.
16.-Un
objeto metálico de forma cúbica aumente su volumen un 7% cuando su temperatura
aumenta 70 ºC. Determina su coeficiente de dilatación lineal.
17.-
Mezclamos 800 g de un líquido de 0,31 cal/gºC de calor específico y 78 ºC de
temperatura con 200 g de agua a 12 ºC. ¿Cuál es la temperatura de equilibrio?
18.-
120 g de hielo a 0 ºC se mezclan con 46 g de agua líquida a 48 ºC. Determina
cuánto hielo queda sin fundir al alcanzar el equilibrio.
19.-
En una máquina el combustible produce 110.000 cal a la temperatura de 807 ºC.
Los gases de escape salen de la máquina a 265 ºC. Determinar el máximo de
trabajo útil que se ha podido producir.
20.-La
temperatura de una barra de plata aumenta 10 ºC cuando absorbe 1,23 kJ de
calor. La masa de la barra es 525 g. Determine el calor específico de la barra
Sol. 0,234 KJ/Kg.ºC
22.-
Se utilizan 8360 J para calentar 600 g de una sustancia desconocida de 15°C a
40°C. ¿Cuál es el calor especifico de la sustancia? (Autor enunciado: D.
Santiago Fernández. Resolución: A. Zaragoza)
23.-
La combustión de 5 g de coque eleva la temperatura de 1 l de agua desde 10 ºC
hasta 47 ºC. Hallar el poder calorífico del coque.
24.-
Determinar la masa de agua a 10°C que puede ser elevada a 70°C por una masa de
vapor de agua de 600 g a 100°C.
25.-
Qué cantidad de calor es necesaria para fundir 26 g de hielo a 0°C?. . Y para
solidificar 315 g de agua?. (Calor de fusión del hielo es 2090J/Kg).
26.-
Que cantidad de calor desprenden 320 g de vapor de agua al condensarse a 100°C?
Calor latente de vaporización del agua es de 2257,2 J/g.
(Autor enunciado: D. Santiago Fernández)
(Autor enunciado: D. Santiago Fernández)
27.-
Qué energía desprenden al aire 10 g de vapor de agua que se condensan en una
ventana? Datos: Vapor Le = 2257 J/g
ESPERO QUE LE SIRVA A ALGUIEN
ResponderEliminarDe qué va a servir si no están las respuestas.
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