CALOR Y TEMPERATURA

Calor y Temperatura

Calor

El calor es la transferencia de energía entre diferentes cuerpos o diferentes zonas de un mismo cuerpo que se encuentran a distintas temperaturas. Este flujo siempre ocurre desde el cuerpo de mayor temperatura hacia el cuerpo de menor temperatura, ocurriendo la transferencia de calor hasta que ambos cuerpos se encuentren en equilibrio térmico (ejemplo: una bebida fría dejada en una habitación se entibia).La energía puede ser transferida por diferentes mecanismos, entre los que cabe reseñar la radiación, la conducción y la convección, aunque en la mayoría de los procesos reales todos se encuentran presentes en mayor o menor grado.

Conveccion del Calor:

Es el proceso por el que se transfiere energía térmica de un punto a otro de un fluido (liquido o  graso) por el movimiento del propio fluido.En la conveccion se transmite energía térmica mediante el transporte de materia.


Equilibrio Térmico:

El equilibrio termodinámico que se lo denominara estado de equilibrio térmico reciproco o simplemente de equilibrio térmico. Si en el universo se alcanzara el equilibrio térmico y existiera en todos los lugares la misma temperatura eso supondría la muerte, la quietud y la falta de cambio.

Difusión de tinta en el agua

Materiales:

-Vaso con agua fría

-Vaso con agua caliente.

-Tinta                                                                                                                                           

Procedimiento:

Si dejamos caer una gota de tinta en el recipiente con agua fría vemos que la tinta se difunde lentamente. Si a la vez dejamos caer una gota de tinta en el recipiente con agua caliente vemos que la tinta se mezcla con el agua con mayor rapidez.

Explicación: Si se deja caer una gota de tinta en un recipiente con agua se observa que la tinta se difunde por el agua al cabo de un tiempo. Este fenómeno se debe al movimiento aleatorio de las moléculas de agua y se denomina difusión.

No lo deja caer

Materiales:

-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.
Explicación:
La llama de la vela calienta el aire atrapado en el interior del vaso (y el propio vaso). Al colocar el globo sobre el vaso y empujar ligeramente impedimos que al aire salga o entre del vaso. Pero al meter el vaso en el recipiente con agua, el aire atrapado en el vaso se enfría y disminuye la presión. Por último, el globo se mete ligeramente en el interior del vaso, empujado por la diferencia de presión, quedando firmemente unido al vaso.

Fuente Mágica

Materiales:

-Tarro de cristal con tapa

-Una cañita

-Pegamento

-Agua con colorante  (por ejemplo tinta)
Primera parte:
En primer lugar hacemos un agujero en la tapadera del tarro de cristal del tamaño de la cañita. Metemos la cañita en el agujero, dejando unos 5 cm en cada lado de la tapadera, y fijamos la cañita a la tapadera con pegamento. Si es posible, es mejor que el extremo de la cañita que está dentro del tarro termine en punta. Por último llenamos un recipiente con agua coloreada.
Segunda parte:
Llenamos el tarro de cristal con un poco de agua caliente y agitamos. Pasados unos segundos tiramos el agua caliente y cerramos el tarro con la tapadera. Luego colocamos el tarro boca a bajo sobre el recipiente con agua coloreada de manera que el extremo inferior de la cañita penetre en el líquido.
Poco a poco el líquido sube por la cañita. Si se moja el tarro con agua fría el proceso es mucho más rápido y en unos segundos el líquido coloreado sale por el extremo superior de la cañita.
Explicación:
El aire caliente atrapado en el tarro de cristal se enfría al mojar el tarro con agua y disminuye la presión interna. Al disminuir la presión en el interior del tarro el líquido asciende por la cañita y sale por el extremo superior.

El calor se propaga por irradiación

Materiales:

-Lámpara eléctrica

Procedimiento

Colocar la palma de nuestra mano hacia arriba bajo la lámpara no encendida, luego encendemos la lámpara, observamos lo que ocurre.

La sensación del calor se siente casi enseguida después de encender la lámpara sin embargo el calor no puede alcanzar a la mano por conducción pues el aire es un mal conductor del calor

Existen tres tipos de transmisión de calor:

1.Conducción

2.Convección

3.Radiación

Es la forma en la que  el calor se propaga en el vacío por eso como el aire es un mal conductor del calor nuestra mano no se llega a quemar.

Conducción del calor por medio de los metales

Materiales:

-Lata

-Pinzas

-Recipiente con agua

-Cuchara

-Fuente de calor

Procedimiento:

Para iniciar el experimento debemos echar 2 cucharaditas de agua a la lata, ahora lo pondremos en la fuente de calor hasta esperar el estado de ebullición, retiramos la lata y la introducimos en el agua fría, como podemos ver el agua está disminuyendo y es porque la lata está absorbiendo el agua.

Si recordamos inicialmente solo introducimos en la lata 2 cucharaditas, pero ahora la lata está completamente llena.

Explicación:

De acuerdo a las leyes de hidratación de los gases cuando introducimos las 2 cucharaditas de agua en la lata, esta lata tenía una gran cantidad de oxigeno que ocupaba todo el espacio que quedaba pero cuando lo pusimos a la fuente de calor  cuando estaba en estado de ebullición toda esta combustión absorbió  todo el oxigeno y ejerció una gran presión y al sumergir la lata en el recipiente con agua con esta gran presión absorbe una gran cantidad de agua lo cual hace que la lata se llene de agua.

Los trapos no dan calor

Aprendizaje esperado:

El objetivo es probar que el tiempo de dilatación de los cuerpos y la conducción del calor mediante

Materiales:

-Papel metálico

-Trapo o pañuelo de tela

-3 cubitos de hielo

Procedimiento:

Tomaremos 2 de los cubitos y respectivamente lo envolveremos

1)     el primer hielo en el papel metálico.

2)     El segundo en la tela

Ahora tendremos que esperar durante 30m y tomaremos como punto de referencia el hielo que quedo

Al pasar los 30m desenvolvemos el  cubito de hielo que estaba en la tela, y nos damos cuenta que sigue tal y como esta, no se derritió para nada, mientras que el cubito que pusimos en el papel metálico ya se ha derretido

Conclusión:

Los mejores conductores son los metales ya que no son iguales que las telas, los algodones, lana, etc. Por ello el paño ha impedido que se transmitiese rápidamente el calor desde el aire ambiental externo hacia el cubito del hielo.

Normalmente un material aislante dificulta la transmisión del calor, tanto en un sentido como en otro.

Por eso una misma prenda de algodón nos resulta fresco en verano y caliente en invierno, así el nivel domestico  también lo podemos comprobar con las típicas botellas termos igual sirve para mantener una bebida caliente que otra fresca 

¿Es posible hacer arder el azúcar?

En esta experiencia comprobaremos la conducción del calor

Materiales:

-Azúcar

-Cuchara

-Ceniza

-Una fuente de calor (vela)

Procedimiento:

Cogemos un poco de azúcar y llevarlo a la fuente de calor e intentar hacer que arda

Como veras el azúcar no arde antes de alcanzar la temperatura se funde, se tuesta, se forma caramelo pero sin conseguir que se prenda.

¿Qué podemos hacer para conseguir que arda?

Si impregnamos la superficie del azúcar con ceniza y ahora volvemos a acercarlo a la llama 

Observación:

Podemos observar que si se prende una pequeña llama, así conseguimos que el azúcar arda.

Explicación:

La ceniza al entrar en contacto con el azúcar se conforta como un catalizador 

Y hace que la temperatura necesaria para que comience la reacción de combustión del azúcar con el oxigeno del aire sea más pequeña  de esa forma se consigue que el azúcar comience a arder a una temperatura menor a la que se comienza a fundir

El martillo y el calor

En este experimento vamos a concordar como ejercernos calor mediante la fricción   

Materiales:

-Clavo

-Base de madera

Procedimiento:

Lo primero que aremos es tomar el clavo y ponerlo en la palma de nuestra mano, logramos percibir que este clavo esta frio.

Ahora pondremos el clavo en la base de madera y lo golpearemos con el martillo.

Ahora lo pondremos de nuevo a nuestra mano y percibimos que el clavo está caliente al igual que el martillo.

Explicación:

Cuando golpeamos con el martillo el clavo ejercemos fricción entre estos dos metales lo que hace que aumente la temperatura entre estos dos.

Corrientes de convención del aire mediante el calor

A través de este experimento vamos a comprobar las corrientes de convicción del aire mediante el calor

Materiales

-Hoja de papel

-Hilo

-Vela

Procedimiento

En el papel dibujar un espiral con ayuda de la tijera lo empezamos a recortar, ahora con el hilo solamente vamos a utilizar un pequeño pedazo, lo amarramos en un extremo del espiral, con ayuda de la vela prendida ponemos el espiral encima de la vela y observaremos que empieza a girar

Explicacion

Son debidos a las corrientes de conexión, que es la forma en la que se propaga el calor en los líquidos y el los gases, cuando el aire se calienta, este aire por ser más ligero que el aire frio asciende y el espacio que deja es ocupado por el aire frio que al calentarse asciende también produciéndose unos movimientos en los fluidos que son también que son también denominados corrientes de convección.   

Elevación de la temperatura en un gas

§         El aprendizaje esperado: comprobar la dilatación de los gases mediante un experimento sencillo 

Materiales:

-Recipiente con agua caliente

-Recipiente con agua fría

-Botella de vidrio

-Globo

Procedimiento: 

1.Comenzaremos inflando un poco el globo, lo colocaremos en el pico de la botella

2.Lo sumergiremos en agua caliente y como vemos va a comenzar a aumentar el volumen del globo el volumen del gas q lleva adentro

3.Ahora la sumergiremos en el agua fría ya que la temperatura del agua ha bajado va a comenzar a bajar el volumen del gas

Resultado:

Tenemos que la ley de gay lussac  nos dice que  para medir la dilatación de los gases cuando la temperatura que está a su alrededor aumenta va a aumentar el volumen de este gas y cuando la temperatura baja va a disminuir el volumen del gas.
 Entonces hemos comprobado que la ley de gay lussac la ley principal de el calor y temperatura   

Un globo que se mete en una botella

Materiales:

-Botella de vidrio

-Un globo 

-Agua fría

Procedimiento:

1. Primero llenamos la botella con un poco de agua caliente. Agitamos bien y esperamos unos segundos.

2. Luego colocamos el globo en la boca de la botella, abrimos el grifo del agua fría y ponemos la botella debajo. En unos segundos el globo se mete en la botella.
Explicación:
Cuando colocamos el globo en la boca de la botella dejamos atrapado en el interior de la botella aire caliente. Al colocar la botella debajo del agua enfriamos la botella y el aire que contiene.
Si se enfría el aire atrapado en al botella disminuye la presión interna y el globo, impulsado por la presión exterior mayor, se introduce en la botella.

Moneda saltarina

Materiales:

-Botella de vidrio

-Una moneda

Procedimiento:

1. Primero colocamos una botella vacía y destapada en el congelador. Pasados treinta minutos, sacamos la botella del congelador y la dejamos sobre una mesa.
2. Inmediatamente ponemos en la boca de la botella una moneda que previamente habremos mojado.
Observación:
Vemos que la moneda da unos pequeños saltitos.
Explicación:
La botella en el congelador se llena de aire muy frío.
Al sacar la botella, el aire exterior, a mayor temperatura, calienta la botella y el aire que está atrapado en su interior.
Al calentarse el aire en el interior de la botella aumenta la presión interna y el aire escapa por la boca de la botella, levantando la moneda que da pequeños saltos.

Volatilidad del alcohol

Materiales:

-Bolsa de plástico

-Alcohol,

-Una bandeja

-Agua caliente.
Procedimiento:

1. Ponemos un poco de alcohol en la bolsa de plástico.
2. Cerramos la bolsa procurando que no quede aire atrapado en el interior.
3. Colocamos la bolsa de plástico en una bandeja y añadimos, con mucho cuidado, agua muy caliente (próxima a la ebullición).
Observación:
Vemos que la bolsa se infla rápidamente.
Explicación:
El alcohol etílico es un líquido incoloro, inflamable y muy volátil con una temperatura de ebullición baja (78 ºC).
Al dejar caer agua caliente sobre la bolsa de plástico, el alcohol se transforma en vapor.
Por último, el vapor infla la bolsa rápidamente.

  

¿El humo sube o baja?

Materiales:

-Botella de plástico

-Hoja de papel

-Vela

Procedimiento:

1. 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.

2. Luego cogemos la hoja papel y recortamos un rectángulo de 10x15 cm. Enrollamos el papel para obtener un pequeño cilindro

3. Por último se introduce el tubito de papel por el agujero superior de la botella.

Explicación:

Al quemar el tubo parte del papel se desprende en forma de partículas que, junto con los gases que se forman en la combustión y el aire forman el humo.

En nuestro experimento, el humo que se produce en la parte interior del tubo viaja a lo largo de él. En el interior de la botella no hay aire caliente, de manera que cuando el humo sale por el extremo inferior del tubo no se producen corrientes ascendentes de convección y el humo (más denso que el aire) se precipita al fondo de la botella.

Aislantes térmicos

Cuando dos cuerpos a distinta temperatura entran en contacto, el de mayor temperatura cede calor al de menor temperatura hasta alcanzar el equilibrio térmico. Podemos hacer que esta transferencia se realice más despacio si uno de los cuerpos está protegido por un material aislante. Un aislante, por tanto, dificulta la transferencia de calor. Con este experimento vamos a investigar la capacidad aislante de algunos materiales.
Materiales:
-Cubitos de hielo (procuraremos que sean todos iguales, del mismo tamaño)
-Platos pequeños
-Papel de periódico
-Plástico para envolver alimentos
-Papel de aluminio
-Trozo de tela 

Procedimiento: 
Si 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.). Al cabo de unas tres horas el cubito de control se habrá convertido en agua, aunque estoen ese momento destapamos los otros y observamos el contenido de cada plato.

Resultado:

Los cubitos envueltos en papel de periódico y tela de algodón se han conservado mejor; los envueltos en plástico se derretido algo más y el cubito envuelto en papel de aluminio se encuentra casi derretido del todo.

¿Cuál es el peor aislante y mejor aislante?

El peor aislante es el metal, lo que corresponde a la propiedad de los metales de ser buenos conductores del calor y los mejores son el papel periódico y el pedazo de tela.

 

 

Hielo y Sal

Materiales:

-Dos vasos
-Cubitos de hielo
-Bandeja
-Sal

Procedimiento:

1. Ponemos en la bandeja un poco de agua, de manera que se formen dos chanchitos separados, y sobre el agua los dos vasos.

2. Ponemos en los vasos la misma cantidad de cubitos de hielo (se puede emplear hielo picado).

3. En uno de los vasos añadimos un par de cucharadas de sal común.

4. En pocos minutos se observa que en el vaso con la sal los cubitos se funden con mayor rapidez.

5. Si se espera una media hora, podemos tocar los dos vasos y apreciar que la temperatura es inferior en el vaso con sal.

6. 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.

Explicación:

En la superficie de los cubitos hay una capa de agua líquida en equilibrio con el hielo. Al añadir sal, parte de ésta se disuelve en el líquido que rodea los cubitos formando una disolución saturada que rompe el equilibrio con el hielo. Para recuperar el equilibrio la disolución tiende a diluirse y el hielo a enfriarse, lo que se logra fundiendo parte del hielo, que extrae el calor necesario para fundirse de la disolución, que se enfría por debajo de los 0 ºC. La temperatura de la disolución puede llegar a los 9 ºC bajo cero. El agua que estaba debajo del vaso se congela y la bandeja queda adherida al vaso y puede levantarse tirando de éste.