COLAVORADORAS:
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Miranda Merino Stephany
(04)
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Montes Pérez Vanessa
(09)
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Nizama chavez Mayra Alejandra
(21)
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Odiaga Labrin Claudia Almendra
(27)
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Palacios Benzaquen Fiorella
(35)
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Liliana Peña Cumpa
(38)
DOCENTE: Shirley Córdova García
GRADO Y SECCION: 5º “F”
CURSO:
Ciencia, Tecnología y Ambiente
Los fenómenos térmicos y caloríficos forman parte de los fenómenos físicos cotidianos. Es sabido que Calor y Temperatura son sustantivos que están incorporados al lenguaje popular y que raramente son utilizados de una forma científicamente correcta. Frecuentemente se identifican o bien se utilizan en definiciones circulares en las que uno hace referencia directa al otro como sinónimo. Ese es el error que se comete al afirmar que la temperatura "mide el calor que hace", o cuando de una persona que tiene fiebre se dice que "tiene calor", etc.
El presente trabajo tiene como objetivo principal, a través de la interacción, de la experimentación, comprender el tema “Calor y Temperatura”, saber de que se trata y por ende saber diferenciarlos.
Los contenidos de esta Unidad Didáctica tratan sobre los fenómenos térmicos y caloríficos más elementales, definiendo los conceptos fundamentales que permiten describir tanto correctamente a estos
fenómenos como realizar predicciones cuantitativas acerca de su desarrollo.
1. REACCIÓN EN LOS SERES VIVOS La temperatura del cuerpo de los animales puede o no ser influenciada, en forma notable por la temperatura del ambiente en que viven, lo que permite clasificarlos en dos grades grupos: Los poiquilotermos y los homotermos. Los poiquilotermos, impropiamente llamados animales de sangre fría, tienen una temperatura que puede variar dentro de amplios límites, de acuerdo a la del medio ambiente. Pertenecen a este grupo todos los invertebrados, los peces, bacterias y reptiles; así la rana puede llegar a tener 21°C, el cocodrilo 11°C y la boa 24°C. Los homotermos, impropiamente llamados animales de sangre caliente, mantienen el cuerpo a una temperatura
constante, independiente de la del medio que habitan. Pertenecen a este grupo las aves y los mamíferos. Es evidente que estos animales disponen de mecanismos reguladores que les permite conservar su cuerpo a una temperatura constante, apropiada para sus procesos vitales, a pesar del medio ambiente. La temperatura de un ave es de 40°C a 42°C, la del gato 39°C, la del perro entre 38°C a 40°C y la del hombre de 36°C a 37°C. Entre los dos tipos de animales citados hay que ubicar a los animales hibernantes, que en verano se comportan como homotermos y en invierno como poiquilotermos. Durante el verano se hallan en la época de vigilia y su temperatura oscila 32°C a 40°C; en invierno entran en el sueño hibernal, durante el cual su metabolismo puede reducirse hasta el 5% del que acusa en verano y su temperatura desciende hasta pocos grados sobre cero, así el erizo llega a 10°C, la marmota a 12°C, el murciélago a 3°C. Esta hibernación es el medio de defensa contra el frío y contra la escasez de alimentos de invierno. Al estímulo término se produce, por vía refleja, variación en el calibre de los vasos sanguíneos: por acción del calor los vasos se dilatan, con lo que afluye más sangre trayendo el calor centra, la piel se calienta y el cuerpo desprende más calor. Con el frío, los vasos periféricos se contraen, disminuyendo el calor de la piel. Este es un mecanismo de defensa que permite que el cuerpo conserve su calor.
2. TEMPERATURA La temperatura es una propiedad que permite medir el grado de calentamiento de un cuerpo. Se sabe que cuando un cuerpo se calienta, aumenta el movimiento de sus
moléculas. La temperatura permite apreciar la magnitud de ésta variación. La temperatura es una propiedad intensiva, es decir, que no depende de la cantidad de materia considerada, sino que eso sólo función de cantidad de energía que cada molécula posee. Por ejemplo, si se tiene un depósito que contiene 4 litros de agua, y se dice que el agua está a 20 grados, significa que cada molécula de agua posee una energía determinada. Si los 4 litros los dividimos en dos porciones, una de los 3 litros y otra con 1 litro, la temperatura será 20 grados en cada fracción. Podemos dividir el agua en muchas porciones y en todas las partes de la temperatura seguirá siendo 20 grados.
3. TERMÓMETROS El estudio de la medida de la temperatura se llama termometría, y se efectúa mediante los termómetros. Fundamentos de los termómetros.- Se basan en la dilatación de los cuerpos por el calor Según este principio, todos los cuerpos pueden emplearse en la construcción de los termómetros, ya que todos son dilatables. Clases.- Según la sustancia dilatable, los termómetros pueden ser: a)
De sólidos (metales, tierra, refractaria, etc.)
b)
De líquidos (mercurio, alcohol, etc.)
c)
De gases (hidrógeno, helio, nitrógeno, etc.)
Se usan generalmente los termómetros de líquidos, siendo preferidos entre éstos el mercurio y el alcohol; el primero porque hierve a una temperatura muy elevada (337°C) y exige poco calor para dilatarse de manera sensible; el
segundo, porque puede soportar sin solidificarse hasta cerca de – 140°C.
ESACALA TERMOMÉTRICAS: Las escalas usadas para medir las temperaturas permiten comparar esta con otras temperaturas elegidas arbitrariamente. Las más usuales son la temperatura de fusión del hielo (punto fijo interior), y la temperatura de ebullición del agua a la presión de una atmósfera (punto fijo superior). La relación para convertir los grados Fahrenheit a Celsius (centígrados) se puede obtener fácilmente; en la figura, puedes observar que en un termómetro de ºC existen 100 divisiones entre la temperatura de congelación y la temperatura de ebullición del agua. También puedes ver que el termómetro que mide ºF, entre los mismos puntos, existen 180 divisiones (212ºF - 32ºF = 180ºF). Con estos datos podemos escribir la siguiente relación:
TºC es la temperatura en grados Celsius (centígrados). TºF es la temperatura en grados Fahrenheit. De esta última expresión, podemos obtener la temperatura en grados centígrados; si lo que tenemos es la temperatura en grados Fahrenheit, despejamos para TºC:
Y viceversa, para obtener TºF si lo que tenemos es la temperatura en grados Celsius:
En la figura también podemos obtener la relación entre los grados Kelvin y los grados Celsius que se expresa mediante la siguiente ecuación:
Existe un último tipo de escala termométrica llamada Rankin, actualmente es poca utilizada, su relación es con los grados Fahrenheit y se expresa mediante la siguiente ecuación:
TERMÓMETRO CLINICO: Es el termómetro que usan los médicos para examinar a sus enfermos. Están graduados en décimas de grado y registran la temperatura desde 35° a 42°C. En la columna hay un estrechamiento del tubo, de modo que el mercurio queda detenido marcando el nivel máximo alcanzado. Hay que agitarlo para que la columna regrese a su posición.
4. PROPAGACIÓN DEL CALOR
El calor se propaga en tres maneras: por conducción, por convección y por radiación. a) Conducción, es cuando el calor se propaga en un cuerpo de molécula a molécula. Esta forma de propagación se produce principalmente en los sólidos. Unos cuerpos conducen más fácilmente el calor que otros. b) Convección, es la propagación del calor mediante corrientes, se produce en los líquidos y gases: son las moléculas del fluido mismo las que transportan el calor de un punto a otro. Por ejemplo, calentando un recipiente con agua las moléculas frías de la superficie, bajan al fondo, estableciéndose una circulación molecular. c) Radiación, es la propagación del calor a distancia sin que se caliente el medio interpuesto. El calor del Sol llega a la Tierra por radiación; el calor radiante se propaga también en el vacío. La radiación puede detenerse interponiendo y puede desviarse en otra dirección por medio de una superficie metálica muy pulida. Esto prueba, que al transmitirse el calor de esta manera, la propagación se verifica mediante rayos infra-rojos semejantes en todo a los rayos luminosos.
Los termos conservan los líquidos calientes durante muchas horas porque, las pérdidas del calor son muy reducidas: las paredes de vidrio de una botella evitan la conducción; estas paredes son plateadas para evitar la radiación y el vacío evita la convección. CUERPOS BUENOS Y MALOS CONDUCTORES DE CALOR Cuerpos buenos conductores de calor son aquellos en los cuales se propaga fácilmente el calor por conducción. Son buenos conductores del calor de metales: platino, cobre, plata, etc. Cuerpos malos conductores de calor o aisladores son loa que no conduce el calor. Ningún cuerpo es un aislador perfecto. Son malos conductores: la madera, el corcho, el vidrio, el aire, el agua, la porcelana. A. Aplicaciones de los buenos conductores: a) Fabricación de calderas, utensilios de cocina, alambiques. b) Se interpone una tela metálica entre una llama y un matraz de vidrio, porque el calor de la llama se reparte uniformemente por la tela metálica y evita que se rompa el matraz. c) La lámpara de Davy se emplea en las minas de carbón para evitar a los mineros las peligrosas explosiones del gas grisú; consta de una lamparilla de aceite, cuya llama está rodeada por un cilindro de rejilla metálica muy fina,
cerrado por la parte superior. Si el grisú penetra en la lámpara se produce una pequeña explosión en el interior; pero la llama no pasa por la rejilla por conducir rápidamente el calor evitando una explosión en gran escala. B. Aplicaciones de los malos conductores: a) Mangos de madera en las ollas y utensilios domésticos. Discos de corcho que se ponen de bajo de los platos calientes. b) Usos de vestidos de lana y pieles en regiones frías. Por ser malos conductores el cuerpo no pierde su calor. El tejido adiposo desempeña la misma función, por eso las personas subidas de peso sentirán menos frio que las delgadas. c) Conservación de hielo rodeado por aserrín. d) La industria moderna usa mucho el aglomerado de corcho para construir paredes aislantes. El amianto es muy empleado como material contra incendios. 5. EFECTOS DE CALOR SOBRE LOS CUERPOS El Calor produce sobre los cuerpos tres efectos diferentes: a) Dilatación b) Cambios de estado físico c) Variaciones de la temperatura Así si calentamos un bloque de hielo se transforma en agua líquida, y si seguimos calentando llegará a hervir, transformándose en vapor. 6. DILATACIÓN Es el aumento de las dimensiones de un cuerpo por acción del calor. Su estudio comprende la dilatación e los sólidos, de los líquidos y de los gases.
a) Dilatación de los sólidos.- En los sólidos se consideran tres formas de dilatación: lineal, superficial y cúbica. - La dilatación lineal: Es el aumento de longitud que experimentan los cuerpos por acción del calor. Se prueba mediante el Pirómetro de cuadrante, que se funda en la dilatación de una varilla, la cual va fija por uno de los extremos a un soporte; al calentarse, esta varilla se dilata y empuja por un extremo libre de la aguja que marca en un cuadrante. Usando varillas de distintos metales y empleando el mismo tiempo de calentamiento, se nota que la aguja marca distinto valor de dilatación lo que nos indica que los metales se dilatan desigualmente. Esta forma de dilatación se considera principalmente en los cuerpos de forma alargada como barras, varillas, rieles, vigas y alambres. - Dilatación Superficial.- Es el aumento de la superficie que sufren los cuerpos por acción del calor. Se considera fundamentalmente en los cuerpos en forma de planchas y láminas delgadas. - Dilatación Cubica.- Es el aumento de volumen que sufren los cuerpos al calentarse. Esta forma de dilatación se demuestra con el anillo de Gravesande. La esfera mientras esta fría, pasa libremente por el anillo, pero cuando está caliente no puede pasar debido a que su volumen ha aumentado. b) Dilatación de los líquidos.- En los líquidos se consideran solamente dilatación cubica.
c) Dilatación de los gases.- Se considera únicamente la dilatación cubica, pues así como en los líquidos, debe considerarse siempre el volumen, el cual corresponde al recipiente en que los gases estén contenidos. Todos los gases se dilatan igual, siempre que se calientan a la misma temperatura. 7. DEMOSTRACIÓN PRÁCTICA DE LA DILATACIÓN EN LOS SÓLIDOS, LÍQUIDOS Y GASES. Con esta finalidad realizamos las siguientes experiencias: 1) Con el anillo de Gravesande se fácilmente la dilatación de los líquidos.
comprueba
2) Calentando el agua contenida en un balón cerrado y provisto en la parte superior de un tubo de vidrio, se observa que el nivel del líquido varía durante el calentamiento: inicialmente disminuye porque el recipiente se dilata primero, y luego el nivel aumenta al dilatarse el líquido contenido. 3) Calentando el aire contenido en un balón como el de la experiencia anterior pero cuyo tubo superior termina en un globo de jebe, se nota que el globo se infla por dilatación cúbica del gas. 8. APLICACIONES DE LA DILATACIÓN La dilatación de los metales desarrolla fuerzas enormes, lo cual se comprende fácilmente con un ejemplo: cuando se calienta una barra de hierro de un metro, desde 0° a 100° se dilata 1.2 mm.; si se quiere producir por tracción el mismo alargamiento sería necesaria una fuerza de 2, 600 Kg. por cm² de sección. Esta enorme fuerza se aprovecha unas veces y otras, se procura evitar.
1) En los puentes de hierro, uno de sus extremos se apoya sobre rodillos para que pueda dilatarse libremente. 2) Debe haber cierto espacio entre dos rieles consecutivos de una vía férrea, porque en verano los rieles se dilatan con el calor. 3) Los instrumentos metálicos de gran precisión se hacen de “invar”, aleación de acero y níquel, cuya dilatación es mínima. 4) En la construcción de termómetros. 9. CAMBIOS DE ESTADO FÍSICO La materia puede presentarse en tres estados diferentes: Sólido, líquido, y gaseoso. Así al agua la encontramos en estado sólido (hielo), en estado líquido (agua), y en estado gaseoso (vapor). Siempre que no se descompongan al elevar la temperatura, los cuerpos pueden pasar de un estado a otro. Estos cambios de estado físico van acompañados de
absorción o de desprendimiento de calor, y de cambios de volumen. Los cambios de estado son los siguientes:
Por acción del calor se rompe la cohesión molecular, y en ese momento el sólido pasa al estado líquido, en el cual hay equilibrio entre las moléculas. Al aplicar más calor, se llega romper este equilibrio, y entonces se inicia la repulsión entre las moléculas; en este instante se verifica el cambio del estado líquido al de vapor. Por enfriamiento que sigue el cambio inverso.
10. FUSIÓN Y SOLIDIFICACIÓN Llamamos fusión al paso de un cuerpo del estado sólido al líquido por acción del calor; y así el cuerpo pasa del líquido al sólido, entonces hay solidificación. Muchos cuerpos no llegan a fundirse, sino que se descomponen por el calor, tales como: la madera, el corcho, la lana, etc.
Otros cuerpos como la arcilla, la cal, etc., aunque pueden fundirse lo hacen a elevada temperatura; estos cuerpos se llaman refractarios. Cada cuerpo funde o solidifica a una temperatura determinada (Punto de fusión o punto de solidificación).
APLICACIONES DE FUSIÓN Y SOLIDIFICACIÓN En la industria metalúrgica: se extraen los metales de sus minerales generalmente por fusión. En el moldeado de objetos de bronce, de hierro, vidrio, cristal, etc. En la purificación de sustancias: el plomo se separa de la plata por tener distintos puntos de fusión. En la determinación de grado de pureza de ciertos artículos: manteca, resinas, soldadura, etc.
11. VAPORIZACIÓN Es el paso de un cuerpo de estado líquido al de vapor por acción del calor. Al aumentar la temperatura, aumenta la velocidad de las moléculas, los cuales comienzan a escapar a través de la superficie libre del líquido. Se distinguen dos clases: la evaporación y la ebullición, que presentan las siguientes diferencias: La evaporación se realiza sólo en la superficie del líquido, mientras que en la ebullición, los vapores se desprenden de toda la masa líquida. La evaporación es mayo cuando mayor es la superficie del líquido.
La evaporación es lenta y silenciosa; la ebullición es ruidosa y brusca.
APLICACIONES DE VAPORIZACIÓN 1. La extracción de las sales contenidas en el agua de mar se evaporiza por evaporación del agua. 2. Cuando un líquido pasa al estado de vapor, absorbe calor. El calor es tomado del medio ambiente, por lo que se produce frío tan intenso, que hasta el mismo líquido que se evapora, baja su temperatura. El frío producido por la evaporación se utiliza en la industria de la refrigeración: refrigeradoras, cámaras frigoríficas, fabricación del hielo, etc. Es conocida la sensación de frío que produce el éter evaporado en la mano; a los resfríos que se producen cuando un sudor excesivo, al evaporarse sobre la piel, enfría nuestro cuerpo. Se consigue bajar la fiebre al friccionar con alcohol el cuerpo del enfermo. 3. La ebullición se aplica en las autoclaves, que son recipientes cerrados donde el agua a presión hierve a elevada temperatura. Se utiliza en los hospitales para la desinfección de ropa e instrumentos, también en las ollas de presión, de uso domestico. 4. En la destilación de los líquidos se hace uso de la ebullición.
12. LICUACIÓN
Se llama gas a todo cuerpo cuyo estado normal es gaseoso y vapor aquel que normalmente es sólido o líquido, pero que por acción del calor adopta el estado gaseoso. Se dice condensación cuando se trata de la licuación de vapores. Para licuar un gas se necesita someterlo a una temperatura y presión determinadas. (Temperatura critica y presión critica). Todos los gases se pueden licuar. Antiguamente se creía en la existencia de gases permanentes, porque era imposible licuarlos, no obstante que los sometían a muy fuerte comprensión (oxigeno, nitrógeno, hidrogeno, etc.).Por os trabajos de Andrews (1875), se conoció la necesidad de una temperatura determinada para efectuar la licuación de cada gas. APLICACIONES DE LICUACIÓN a) Para almacenar y transportar gases. Así un depósito que contiene un litro de amoniaco líquido equivale a 1,350 litros de gas. b) En la industria del frio: construcción de refrigerados, cámaras frigoríficas de los barcos, fábricas, etc., que permiten conservar y transportar carne, frutas y otros alimentos. c) Obtener el aire liquido, del cual se saca el oxigeno y el nitrógeno. También del aire líquido se extraen los gases raros; entre ellos el neón empleado en los letreros luminosos y el argón en las lámparas eléctricas. 13. CALOR ESPECÍFICO Masas iguales de distintos cuerpos absorben distinta cantidad de calor para aumentar su temperatura un grado. Si se toman un gramo de aluminio, cobre, acero, y níquel, y se echan en una cantidad de agua hirviendo, y al poco tiempo se sacan esas masas y se colocan en una torta de cera, se
apreciara que unas derriten más la cera porque han absorbido mayor cantidad de calor. Se llama calor específico a la cantidad de calor que absorbe un gramo de un cuerpo para que su temperatura aumente un grado. 14. ENERGÍA INTERNA Y CALOR Energía interna es la energía que poseen los cuerpos en virtud de su configuración interna y de la agitación de sus moléculas. El vapor absoluto de la energía interna de un cuerpo no puede determinarse, pues depende de factores muy complejos y variados. Una de las formas comunes bajo las cuales se puede suministrar, o extraer, energía a un cuerpo y modificar su energía interna lo constituye el calor. El calor es la forma de energía que se propaga de un cuerpo a otro a lo largo de una caída de temperatura. 15. UNIDADES DE CALOR El calor, como las otras formas de energía es intangible y por lo tanto sus unidades se establecen considerando algún cambio convencional que se produce en un proceso durante el cual se añade o se extrae el calor de un cuerpo. Tres son las unidades de calor más comunes: caloría – gramo, caloría – kilogramo y B.T.U. a) Caloría. — (Cal), llamada también pequeña caloría, representa la cantidad de calor que es necesario suministrar a un gramo de agua para elevar su temperatura en un grado centígrado. b) Kilocalorías. — (K-cal), o caloría grande, es la cantidad de calor que necesita un kilo de agua para elevar su temperatura en un grado centígrado.
c) B.T.U. – (British Thermal Unit). Es la unidad termina inglesa, y representa la cantidad de calor que necesita una libra de agua para elevar su temperatura en un grado Fahrenheit.
16. VALOR CALÓRICO DE LOS ALIMENTOS Los alimentos tienen un valor calórico determinado, es decir que un gramo de una sustancia produce una cantidad fija de calor al efectuarse la combustión celular. Los carbohidratos o hidratos de carbono (azúcar, almidón, cereales, etc.) son los que producen mayor energía. Otros alimentos que son muy buena fuente de energía son las grasas. Los carbohidratos y las proteínas tienen un valor calórico de 4,100 calorías pro gramo y las grasas 9,300 calorías por gramo, o sea 4.1 K-cal. Y 9.3 K-cal, por gramo respectivamente Los alimentos están constituidos, fundamentalmente, por estas tres sustancias, en proporciones diferentes, y tienen un poder calorífico que varía entre los límites señalados. En la tabla siguiente, se puede apreciare el valor calórico de algunos alimentos más comunes.
17. EL SOL COMO FUENTE DE LUZ Y CALOR El sol es la estrella más cercana a la Tierra, y aunque es una estrella pequeña, resulta un millón de veces, mayor que
nuestro planeta. En su seno se producen continuas transformaciones que originan luz y calor a millones de grados. Esta energía es irradiada continuamente al inmenso espacio que lo rodea, y parte de ella llega hasta nosotros mediante los rayos solares. Dicha energía que recibe nuestro planeta bajo la forma de luz y calor es fundamental en los procesos físicos, químicos y biológicos. En la oscuridad, donde no hay rayos solares, no pueden crecer las plantas, y por consiguiente, si no hubiese Sol no habría en la Tierra ni leña ni carbón. No podría evaporar el agua de la superficie de los océanos y no existirían los ríos ni los saltos de agua. La energía eléctrica, los vientos y los alimentos del hombre son también el resultado de la acción de la energía solar. La energía del sol se manifiesta en todo lo que nos rodea, a tal punto que “el hombre tiene derecho a llamarse hijo del sol”. 18. PROPIEDADES DE LOS RAYOS SOLARES La energía radiante que emite el Sol se transmite a través del espacio a través de espacio en forma de ondas electromagnéticas, y constituyen los rayos solares, que tienen las siguientes propiedades: 1. Producen calor. 2. Son capaces de impresionar el sentido de la vista produciendo la sensación de luz, y con este el fenómeno de la visión. 3. Actúan como factor determinante de la fotosíntesis. 4. Tienen una marcada acción bactericida causando la destrucción de muchos microorganismos. 5. Son factores desencadenantes de muchas reacciones químicas, como sucede cuando se coloca hidrógeno y cloro, en presencia de la luz. 6. Impresionan placas fotográficas.
7.
8. 9.
En las altas capas de la atmósfera, actúan sobre el oxígeno (O₂) transformándose en ozono (O₃), el cual sirve de filtro a los rayos ultravioleta. Sin este filtro la acción de los rayos solares sería tan enérgica que la vida sobre la tierra sería imposible. Son agentes para la formación de la vitamina D en la piel (vitamina antirraquítica). Producen eritemas (quemaduras sobre la piel).
APRENDIZAJE ESPERADO: Comprender sobre los cambios de temperatura en el interior de un cuerpo. FOCALIZACIÒN: ¿Qué entiendes por temperatura? ¿Con que unidad se mide la temperatura? HIPOTESIS: El grado de agitación molecular está relacionado con la temperatura del cuerpo.
EXPLORA:
Experiencia 1: CAMBIO DE TEMPERATURA DEL AIRE Material: Un vaso de cristal, un recipiente con agua, una vela, un globo. Procedimiento: En primer lugar llenamos el globo de aire, encendemos la vela y luego colocamos el vaso boca abajo sobre la llama de la vela. Pasado un minuto apartamos el vaso de la vela, le damos la vuelta y colocamos encima el globo. Apretamos ligeramente el globo sobre el vaso y luego metemos el vaso en el recipiente con agua. Al soltar el vaso y levantar el globo vemos que el globo se quedó pegado al vaso.
Experiencia 2: UNO NO REBIENTA Material: Un mechero, una vela, un par de globos de plástico Procedimiento: Llenar dos globos, uno con aire y otro con agua. Encender la vela. Acercar ambos globos a la llama. Experiencia 3: ELEVACION DE TEMPERATURA Material: Una botella de vidrio, una moneda Procedimiento: Vamos a meter durante un cierto tiempo la botella en el congelador del frigorífico, hasta que esté bien fría. Al cabo de un cierto tiempo (por ejemplo, media hora) la sacamos y la dejamos de pié en cima de una mesa. A continuación, tapamos la boca de la botella con una moneda y observamos a ver qué pasa. Si hace falta espera un poco. Experiencia 4: TEMPERATURA DE FUSIÓN DEL HIELO Material: un vaso pequeño, un termómetro de frigorífico, un frigorífico Procedimiento: Basta con introducir el vasito con agua y el termómetro en el interior del congelador durante una o dos horas, hasta que el agua quede totalmente congelada. El tiempo necesario puede variar dependiendo de la potencia de enfriamiento. Lo importante es que cuando lo saques el termómetro haya quedado sujeto en el interior del hielo. Experiencia 5: VOLATILIDAD DEL ALCOHOL Material: Una bolsa de plástico (mejor con cierre hermético), alcohol, una bandeja, agua caliente. Procedimiento: Ponemos un poco de alcohol en la bolsa de plástico. Cerramos la bolsa procurando que no quede aire atrapado en el interior. Colocamos la bolsa de plástico en una bandeja y añadimos, con mucho cuidado, agua muy caliente (próxima a la ebullición). Vemos que la bolsa se infla rápidamente. Experiencia 6: INTRODUCIR UN HUEVO DENTRO DE UNA BOTELLA Materiales: un huevo cocido, una botella, fósforos.
Procedimiento: Encender dos fósforos, introducirlos en la botella, e inmediatamente colocar en huevo cocido en la boca de la botella y observar que el huevo caerá al fondo de la botella. Experiencia 7: CAMBIO DE PRESIÓN GRACIAS AL AIRE FRIO Material: agua fría, agua caliente, una botella, un globo. Procedimiento: Colocamos el agua caliente en la botella, luego agitamos para que se disperse el calor, luego ponemos el globo en la botella, colocamos la botella en el agua fría y observamos que el globo se hundió. Experiencia 8: EL AIRE FRIO SE CONTRAE Materiales: Un globo, una cinta métrica, una refrigeradora. Procedimiento: Inflar el globo hasta su máxima capacidad, luego anudarlo, para que no se salga el aire, inmediatamente medir la circunferencia y anotarla en un papel. Inmediatamente después mete el globo en una refrigeradora y sácalo después de 30 minutos. Pasado ese tiempo, saca el globo y mide nuevamente la circunferencia y comprobarás que la medida anterior era mayor que la medida posterior; es decir, la medida de la circunferencia del globo sacado de la heladera es menor que la medida de la circunferencia del globo antes de meter lo a la refrigeradora, lo que quiere decir que el globo se ha reducido de tamaño. Experiencia 9: LUZ Y CALOR Materiales: 2 platos hondos pequeños, trapo blanco y negro, 4 cubos de hielo. Procedimiento: Colocar 2 cubos de hielo en cada plato. Cubre un plato con el trapo blanco y el otro trapo negro déjalo al sol 1.5minutos. Experiencia 10: LA LATA ABSORBENTE Materiales: una lata de refresco o gaseosa, vela, fósforos, recipiente con agua, pinzas Procedimiento: introducimos dentro de la lata dos cucharaditas de agua, luego colocamos al fuego el agua, una vez caliente introducimos la lata invertida y después de unos 2 minutos levantar la lata.
Experiencia 11: ESPIRAL DE PAPEL EN ROTACION Material: Un folio, una regla, un lápiz, un compás, unas tijeras, una vela, un trozo de hilo. Procedimiento: En primer lugar, dibujamos una espiral de papel sobre el folio. Luego recortamos la figura y la colgamos de un hilo. Por último, ponemos debajo de la espiral la llama de una vela. En unos segundos la espiral gira sobre su eje vertical. REFLEXIÓN Y COMPARACIÓN
¿Qué es temperatura? La temperatura es una propiedad que permite medir el grado de calentamiento de un cuerpo. Se sabe que cuando un cuerpo se calienta, aumenta el movimiento de sus moléculas. La temperatura permite apreciar la magnitud de ésta variación. Cuando un cuerpo recibe calor ¿Aumenta la velocidad con que se mueven las moléculas? ¿Por qué? Si, por que cuando su calor aumenta, aumenta su vibración y chocan con las que rodean, éstas a su vez hacen lo mismo con sus vecinas, hasta que todas las moléculas del cuerpo se agitan. APLICA
¿Cuáles son los tipos de escala que se usan para medir la temperatura? Fahrenheit, Celsius y Kelvin ¿Qué es termodinámica? La termodinámica es una de las ramas del quehacer científico que comparten la física y la química. En su sentido literal la palabra quiere decir “calor en movimiento” y tradicionalmente decimos que es el estudio de los procesos energéticos en sistemas térmicos: máquinas y reacciones químicas. Es difícil explicarlo de manera sencilla pero podemos decir que cuando comunicamos un sistema cerrado a una temperatura con otro que se encuentra a otra
temperatura se produce un intercambio de materia y energía entre ambos sistemas. ¿Qué es equilibrio térmico? Es cuando dos cuerpos en contacto térmico tienen la misma temperatura, o sea cuando no hay flujo de calor (energía) entre ellos. ¿Qué es un cero absoluto? Es la temperatura teórica más baja posible.
APRENDIZAJE ESPERADO: Diferenciar los cambios de estado de un cuerpo al variar la temperatura. FOCALIZACIÒN: ¿Qué es un cambio de estado? ¿Por qué la materia cambia de estado? HIPOTESIS: Un cuerpo cambia de estado si aumenta o disminuye la temperatura
EXPLORA:
Experiencia 1: PAPEL QUE NO ARDE Material: Un molde de papel de los empleados para los dulces, alambre, mechero o encendedor. Procedimiento: Preparamos una base-soporte para el molde con el alambre (ver foto) Colocamos el molde en el alambre y añadimos un poco de agua Encendemos el mechero y acercamos la llama a la base del molde Vemos que el papel no arde. Experiencia 2: DE BOLSA DE TE A CENIZA
Material: Una bolsita de té, un encendedor. Procedimiento: En primer lugar retiramos el hilo de la bolsita y sacamos el contenido de la misma. Luego estiramos la bolsita con los dedos y le damos forma de tubo. Por último colocamos la bolsita verticalmente sobre una mesa y pegamos fuego en la parte superior. La bolsita se quema y queda reducida a cenizas en pocos segundos. Pero entonces se eleva y alcanza una altura considerable. Experiencia 3: HIELO Y SAL Material: Dos vasos, cubitos de hielo, bandeja de “corcho blanco” (las de la fruta, verdura, etc.), sal. Procedimiento: Ponemos en la bandeja un poco de agua, y sobre el agua los dos vasos. Ponemos en los vasos la misma cantidad de cubitos de hielo (se puede emplear hielo picado). En uno de los vasos añadimos un par de cucharadas de sal. En pocos minutos se observa que en el vaso con la sal los cubitos se funden con mayor rapidez. Si se espera una media hora, podemos tocar los dos vasos y apreciar que la temperatura es inferior en el vaso con sal. Por último, si levantamos los dos vasos, veremos que el agua bajo el vaso con agua y sal se congeló, y la bandeja se queda adherida al vaso. Experiencia 3: HIELO Y SAL Material: Dos vasos, cubitos de hielo, bandeja de “corcho blanco” (las de la fruta, verdura, etc.), sal. Procedimiento: Ponemos en la bandeja un poco de agua, y sobre el agua los dos vasos. Ponemos en los vasos la misma cantidad de cubitos de hielo (se puede emplear hielo picado). En uno de los vasos añadimos un par de cucharadas de sal. En pocos minutos se observa que en el vaso con la sal los cubitos se funden con mayor rapidez. Si se espera una media hora, podemos tocar los dos vasos y apreciar que la temperatura es inferior en el vaso con sal. Por último, si levantamos los dos vasos, veremos que el agua bajo el vaso con agua y sal se congeló, y la bandeja se queda adherida al vaso.
Experiencia 4: EL EFECTO DE UNA BATIDORA SOBRE UN VASO CON AGUA Materiales: Dos vasos de agua, una batidora, un termómetro. Procedimiento: Se parte de dos vasos de agua con la misma cantidad de líquido, tomados del mismo grifo y en el mismo momento. En uno de ellos se introduce una batidora, se pone en marcha y cada cierto tiempo se toman las temperaturas en los dos vasos en la misma habitación. Experiencia 5: HIRVIENDO AGUA Materiales: Agua hervida, cubitos de hielo, una tapa, recipiente de cristal. Procedimiento: Hervir un poco de agua. Verter su contenido en un recipiente de cristal (bote de mermelada) que soporte el calor. Llenarlo hasta la mitad aproximadamente. Dejar enfriar durante varios segundos para estar seguro de que el agua está a menos de cien grados. Colocar la tapa (metálica) del recipiente. Colocar unos cubitos de hielo encima de la tapa. Experiencia 6: OBTENIENDO UN VAPORIZADOR Materiales: 1 pedazo de algodón, 1 termómetro, alcohol, 1 liga (elástica). Procedimiento: Medir la temperatura de termómetro. Impregna el algodón de alcohol. Fija el algodón con la liga (elástica) sobre la reserva de mercurio del termómetro. Espera unos 20 minutos y luego lee la temperatura del termómetro. ¿Cuál es la temperatura que indica? REFLEXIÓN Y COMPARACIÓN
Características de los estados: SÓLIDO LIQUIDO Los átomos en los líquidos se Los átomos en los presentan un sólidos se poco mas presentan unidos. separados entre sí.
GASEOSO Los átomos en los gases se presentan completamente separados.
¿Qué sucede si dejas un trozo de hielo a temperatura ambiente? ¿Por qué ocurre eso? Se derrite, porque al recibir energía en forma de calor las moléculas que conforman el hielo la absorben hasta que llegan a un punto donde ocurre el cambio de estado, donde ya no puede seguir absorbiendo esa energía y empiezan para dar paso a la fase líquida. ¿A qué se deben los cambios de estado? A que por acciones de los cambios de temperatura, las moléculas de un cuerpo se transforman pero nos destruyen y adquieren otra forma. También se deben a transformaciones físicas y químicas que hacen que las moléculas de la materia se juntes o se separen mas. Menciona ejemplos de cuerpos que pasen del estado sólido al gaseoso sin pasar por el líquido Cuando el hilo seco se expone al aire, éste se comienza a sublimar, o a convertirse en vapor, ante nuestros ojos. Las bolitas de naftalina, los aerosoles, los espray.
APLICA
Indaga y completa: Al calentar un sólido se transforma en líquido; este cambio de estado se denomina: fusión. El punto de fusión es la temperatura a la que ocurre dicho proceso. Al subir la temperatura de un líquido se alcanza un punto en el que se forman burbujas de vapor en su interior, es el punto de ebullición; en ese punto, a la temperatura del líquido permanece caliente. Mencionar qué otros estados existe en la naturaleza La evaporación, la condensación, la solidificación, la fusión, la vaporización, la sublimación, el plasma (gelatina). ¿Cuál es el punto de fusión del agua? Agua: 273. 15°K (0°C)
APRENDIZAJE ESPERADO: Comprobar la dilatación contracción de los cuerpos al variar la temperatura.
y
FOCALIZACIÒN: ¿Podría definir dilatación y contracción de un cuerpo? ¿En qué momentos se puede escuchar o decir estos términos? HIPOTESIS: Los sólidos se dilatan cuando se calienta.
EXPLORA:
Experiencia 1: DILATACIÓN DE LOS METALES Material: Un vaso con agua, fuego. Una pinza de la ropa de madera, una arandela metálica pequeña, un frasco de cristal con tapa metálica. Procedimiento: Hacemos un agujero en la tapadera metálica del frasco de cristal. El agujero tiene que tener el tamaño justo para permitir el paso de la arandela metálica. Luego cogemos la arandela con la pinza de madera y la acercamos al fuego. Pasados un par de minutos podemos retirar la arandela de la llama. En este momento la temperatura de la arandela es muy alta y es importante manejarla con mucho cuidado. Si intentamos pasar la arandela por el agujero de la tapadera del frasco de cristal vemos que ahora no es posible. Por último, si sumergimos la arandela en el vaso con agua si podrá pasar por el agujero. Experiencia 2: AISLANTES TÉRMICOS
Material: Cubitos de hielo (procuraremos que sean todos iguales, del mismo tamaño), papel de periódico, plástico, papel de aluminio, trozo de tela. Procedimiento: Sacamos del congelador cubitos de hielo, habrá una transferencia de calor del ambiente al hielo de manera que éste terminará fundiéndose y dejando un charco de agua. En un plato pequeño colocaremos un cubito de hielo, que nos servirá de control; en los otros platos colocaremos cubitos del mismo tamaño envueltos en diferentes materiales (plástico, papel de periódico, etc.). REFLEXIÓN Y COMPARACIÓN
¿Qué es dilatación? ¿Qué es contracción? Dilatación: Es el aumento de las dimensiones de un cuerpo por acción del calor. Su estudio comprende la dilatación e los sólidos, de los líquidos y de los gases. Contracción: Es la disminución de las dimensiones de un cuerpo por acción del calor. Establece diferencias entre la dilatación gases. DILATACIÓN EN DILATACIÓN EN SÓLIDOS LÍQUIDOS En los sólidos se En los líquidos se consideran tres consideran formas de solamente dilatación: lineal, dilatación cubica. superficial y cúbica. Dilatación lineal: es el aumento de longitud que experimentan los cuerpos por acción del calor. Dilatación Superficial.- es el aumento de la superficie que sufren los cuerpos
en sólidos, líquidos y DILATACIÓN EN GASES Se considera únicamente la dilatación cubica, pues así como en los líquidos, debe considerarse siempre el volumen, el cual corresponde al recipiente en que los gases estén contenidos. Todos los gases se dilatan igual, siempre que se calientan a la misma
por acción del calor. Dilatación Cubica.es el aumento de volumen que sufren los cuerpos al calentarse.
temperatura.
¿Qué le pasa a los cuerpos cuando reciben calor? ¿Por qué ocurre eso? La respuesta a esta pregunta es muy amplia, porque mucho va a depender del caso. En algunos casos, los cuerpos aumentan su temperatura (por ejemplo cuando calentamos el café); en otros casos la temperatura no cambia pero cambia alguna otra característica (por ejemplo para derretir un cubito de hielo que está a 0° C es necesario entregarle calor, pero su temperatura seguirá siendo 0°C hasta que todo el cubito se transforme en agua, a partir de donde si le seguimos entregando calor la temperatura aumentará); en otros casos el calor posibilitará reacciones químicas (por ejemplo cuando cocinamos nuestra comida, si bien al comienzo la temperatura aumenta, después el calor de la hornalla se usa para transformar los materiales en nuevos compuestos).
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Investiga ejemplos de dilatación térmica de sólidos y líquidos Hielo, plástico, metal; al exponerse al sol. El mercurio o el alcohol. ¿Por qué se producen grietas y armaduras en los edificios? Debido a los cambios del contenido de humedad. ¿Cuáles son los coeficientes de dilatación lineal de los principales materiales de construcción (Hierro, Hormigón, Mampostería de ladrillos, Piedras, Maderas)? Hierro: 0,000104 a 0,000122 Hormigón: 0,00010 a 0,00014
Mampostería de ladrillos: 0,00006 a 0,00009 Piedras (muy variables): 0,00002 a 0,000100 Maderas (desestimable): 0,0000035 aproximadamente.
APRENDIZAJE ESPERADO: Comprender la propagación del calor en el cuerpo humano y a su alrededor. FOCALIZACIÒN: ¿Sabes cómo se propaga el calor en los líquidos, sólidos y gases? ¿Qué entiendes por “temperatura de bochorno”? EXPLORA:
Experiencia 1: TEMPERATURA DEL CUERPO Material: Un bote de cristal con tapa, una cañita de refresco, un clavo y un martillo, pegamento y cinta aislante, agua con colorante (opcional). Procedimiento: Con el clavo y el martillo realizamos un agujero en la tapa del bote de cristal. Metemos la cañita tal como vemos en la imagen. Llenamos de agua el tarro (unos 2 cm) y colocamos la tapa. Es importante que no entre aire en el tarro. Ponemos pegamento en la unión de la cañita con el agujero de la tapa y, si es necesario, podemos sellar la tapa del bote con cinta aislante. Rodeamos el bote con nuestras manos. Vemos que sube agua por la cañita. Experiencia 2: DIFUSION DE TINTA EN AGUA Material: Un recipiente con agua fría, un recipiente con agua caliente, tinta. Procedimiento: Dejar caer una gota de tinta en el recipiente con agua fría, la tinta se difunde lentamente. Después dejamos caer una gota de tinta en el recipiente con agua caliente, la tinta se mezcla con el agua con mayor rapidez. Experiencia 3: FUERZA VITAL
Material: Un trocito de papel (mejor cuadrado), Una aguja, Tecnopor Procedimiento: Para realizar este experimento coge un trocito de papel (mejor cuadrado) y dóblalo por sus líneas medias. El punto de corte, el centro del cuadrado, es el centro de gravedad. Si se deja el papel sobre la punta de una aguja, de forma que el centro de gravedad del papel coincida con la punta de la aguja, el papel permanecerá en equilibrio sin caer. Si soplamos (no muy fuerte) el papel girará sin caer. A continuación, aproximamos con cuidado una mano a la hoja de papel sin tocarla. La mano se coloca verticalmente con los dedos doblados hacia el papel. En unos segundos el papel empieza a dar vueltas. El papel gira siempre en la misma dirección, desde la palma de la mano hacia los dedos. Si alejamos la mano el papel se para. Experiencia 4: CONSTRUYENDO UN TERMOMETRO Materiales: Agua, Alcohol de 96º, Una botella de plástico, de boca estrecha, Colorantes, Una pajita de plástico de plástico transparente, Plastilina Procedimiento: Mide cantidades iguales de agua y alcohol, y ponlas en la botella hasta llenar un cuarto de su capacidad. Agrega unas gotas de colorante (el color que más te guste) y mézclalo con el líquido. Pon la pajita dentro de la botella, sin que llegue a tocar el fondo. Sella la boca de la botella con la plastilina y deja fija la pajita. Ahora sujeta la botella con tus manos y caliéntala con tu propio calor ¿Qué sucede? Experiencia 5: METALES AL FUEGO Materiales: Una vela, varilla de aluminio (30 cm), varilla de hierro (30 cm) Procedimiento: Coger por un extremo la varilla de hierro y acerca el otro extremo a la llama del mechero. Controla con un cronómetro el tiempo que tardaste en sentir el calor del metal. Repetir el experimento con una varilla de Aluminio(Al).De igual manera controla el tiempo transcurrido desde el inicio hasta el momento que sentiste caliente la varilla en tus manos. Experiencia 6: MAYOR Y MENOR TEMPERATURA
Materiales: Tiza molida, mechero, matraz, soporte universal, termómetros. Procedimiento: En un matraz de 400 ml colocar 300 ml de agua y agrégale unos 10 g de tiza molida. Ahora somételo a la acción de calor. Fíjate en el movimiento de las partículas de tiza. Apagar el mechero, e inmediatamente con el termómetro mide la temperatura en la zona superior del agua y con el otro termómetro mide la temperatura de la zona más baja (sin tocar fondo). Experiencia 7: INFLANDO UN GLOBO CON AIRE CALIENTE Materiales: Un mechero, una botella, agua, un vaso de precipitados, un globo. Procedimiento: Colocar un globo en la boca de la botella y luego ésta en el vaso de precipitados que está con agua hasta la mitad. Colocar el vaso de precipitados con cuidado en el mechero. Enciende el mechero, hasta que el agua hierva. Las moléculas de aire caliente en la botella hacen que el globo se infle. Las moléculas de aire caliente se mueven más a prisa y se separan unas de otras. Esto significa que ocupan más lugar. Experiencia 8: EL MOVIMIENTO TÉRMICO DE LAS PARTÍCULAS Materiales: 3 vasos de vidrio, agua caliente, tinta. Procedimiento: Hemos llenado tres vasos con agua a distintas temperaturas: caliente, templada y fría. A continuación hemos añadido unas gotas de tinta en cada vaso. ¿Qué sucede a medida que aumenta la temperatura del agua? Experiencia 9: EL CALOR SE PROPAGA POR IRRADIACIÓN Materiales: una lámpara Procedimiento: Encender la lámpara y colocar al calor tu mano. ¿Qué pasó? Experiencia 10: HELAR CON LAS MANOS Materiales: un plato y dos cubitos de hielo Procedimiento: juntamos los dos cubitos de hielo sobre nuestras manos y los presionamos, debajo colocamos el plato para que caiga en agua del hielo derretido.
Experiencia 11: ¿EL HUMO SUBE O BAJA? Material: Una botella de plástico de 1´5 litros, una hoja de papel, unas cerillas. Procedimiento: En primer lugar hacemos un par de agujeros en la botella de plástico, uno en la parte superior y otro cerca de la base de la botella. Luego cogemos la hoja papel y recortamos un rectángulo de 10x15 cm. Enrollamos el papel para obtener un pequeño cilindro de unos 15 cm de longitud. Por último se introduce el tubito de papel por el agujero superior de la botella. Al encender el tubito de papel con una cerilla se forma una pequeña llama y se observa que por el otro extremo del tubito sale una columna de humo muy denso que cae dentro de la botella. En el exterior apenas hay humo. Si tapamos el agujero inferior con un dedo se apaga el tubito de papel y no sale humo. REFLEXIÓN Y COMPARACIÓN
¿Qué significa propagación del calor? ¿Qué es regulación de la temperatura?
APLICA
¿Qué factores afectan la temperatura corporal? ¿Dónde se encuentran los mecanismos corporales para la regulación de la temperatura? Menciona ¿cuáles son los problemas más comunes en la regulación de la temperatura? Establece diferencias entre: Convección Conducción
Radiación
Menciona tenemos 1.
las
diferentes
temperaturas
corporales
que
Cuando todos los átomos de un gas se detienen, ¿cuál es su temperatura? 2. Cuando se hace una fogata, ¿la llama que se obtiene es el calor? Explicarlo 3. A medida que la temperatura de un gas aumenta, ¿qué le pasa a las velocidades de sus partículas? 4. ¿Calienta realmente una manta? 5. ¿Qué hizo Gabriel Daniel Fahrenheit? 6. La radiación infrarroja transmite el calor. Nuestros ojos no están preparados para "verla" pero sí tenemos cámaras especiales capaces de hacerlo. Indicar dos posibles aplicaciones. 7. ¿Qué es la convección? 8. ¿Quién fue Celsius? 9. Dar un ejemplo de cada tipo de transmisión del calor. 10. Diferencias entre calor y temperatura