Física GUINV016F2-A16V1 Guía: Transmisión del calor Física - Segundo Medio Sección 1 Observando y reflexionando Actividad A 1. DESAFÍO: Enfriamiento por expansión. Exhala aire sobre la palma de tu mano con la boca bien abierta. ¿Qué sientes? Aire frío Aire caliente 2. Ahora reduce la abertura entre tus labios y sopla. ¿Qué sientes? Masas de aire Aire frío Aire caliente 3. Existe alguna diferencia entre ambas experiencias. Explica. Sí, _______________________________________________ No, ______________________________________________ Actividad B (Menor Tº) (Mayor Tº) Aplicación de la Primera ley de la termodinámica Con la ayuda de la información relevante realiza un plan alimenticio, que permita el consumo de 1800 calorías por día. (Pastas) 132 cal/100g (Leche) 42 cal/100g (Carnes rojas) 242 cal/100g (Pescado) 206 cal/100g (20 min de ejercicio) –187 cal (Agua) 0 cal ______________________________________ 1800 cal/día ______________________________________ ______________________________________ ______________________________________ ¿Cuál es la relación que existe entre la energía interna de un sistema, el calor y el trabajo? ____________________________________________________ ____________________________________________________ 2 Cpech - Nivelación Conservación de la energía Cuando cierta cantidad de calor Q es absorbida (Q positivo), o cedida (Q negativo) por un sistema, y un trabajo W es realizado por dicho sistema (W positivo) o sobre él (W negativo), la variación de la energía interna (ΔU) es: ΔU = Q – W Transmisión del calor Objetivos de la clase • • • Describir los procesos de propagación del calor. Aplicar la primera ley de la termodinámica en un calorímetro. Comprender las diferencias de los procesos de transmisión del calor. De forma individual, completa el siguiente cuadro marcando una X en la casilla que crees que se relaciona más con el conocimiento que tienes en este momento sobre el tema. Vuelve a marcar al finalizar la guía para que identifiques cuánto avanzaste. ¿Sé identificar los procesos de propagación del calor? No sé Sé un poco Lo sé bien Lo sé y soy capaz de explicarlo a otros ¿Sé reconocer la primera ley de la termodinámica? No sé Sé un poco Lo sé bien Lo sé y soy capaz de explicarlo a otros ¿Sé calcular la temperatura equilibrio en una mezcla? No sé Sé un poco Lo sé bien de Lo sé y soy capaz de explicarlo a otros Al inicio Al final Cpech - Nivelación 3 Física - Segundo Medio Sección 2 Investigando I. TRANSMISIÓN DEL CALOR POR CONDUCCIÓN Actividad 1 Observa la imagen, lee la información relevante y encuentra posibles respuestas sobre la propagación del calor por conducción. Al tomar el tenedor sentirás que está tan caliente que no podrás sujetarlo. El calor entra al tenedor y se transmite por toda su longitud. A la transmisión del calor que ocurre de esta forma se le llama conducción. 1. ¿Qué produce la llama en las moléculas del tenedor? Hace que las moléculas del extremo caliente del tenedor se muevan y choquen con mayor rapidez. Hace que las moléculas del extremo caliente del tenedor no se muevan. 2. ¿Cómo se transmite el calor entre las moléculas del tenedor? Las moléculas chocan entre sí transfiriendo la energía térmica y propagando el calor por el tenedor. Las moléculas aumentan su velocidad, trasladándose al otro extremo del tenedor. 3. ¿Qué debe ocurrir para que haya conducción del calor? Contacto directo entre un sólido y la fuente de calor. Contacto indirecto con la fuente de calor. Reconocer el concepto: Marca con un X el ejemplo que se propague por conducción. Caso 1 Caso 2 Caso 3 Sabías que: Todos los metales son buenos conductores del calor y transfieren fácilmente la energía de un lugar a otro. Entre ellos destacan el cobre y el aluminio, por eso se les usa en las ollas para cocinar. En síntesis • Que un sólido propague el calor por conducción depende del enlace dentro de su estructura atómica o molecular. Los sólidos formados por átomos que tienen uno o más electrones "sueltos" conducen mejor el calor. • Los metales tienen los electrones en sus extremos más "sueltos" que otros materiales, estos se liberan para conducir la energía por medio de colisiones a través del metal. 4 Cpech - Nivelación Transmisión del calor II. CORRIENTES DE CONVECCIÓN Actividad 2 Junto a tu compañero(a), observen la situación y analicen la propagación del calor por convección. menos caliente Situación: Cuando se calienta agua, la que está más cerca del fuego aumenta su temperatura por la conducción del calor a través del metal, mientras que el agua que se encuentra más arriba está menos caliente. más caliente ¿Por qué ocurre esta situación? CORRIENTES DE CONVECCIÓN 1. Considerando la situación anterior explica, ¿por qué el freezer se ubica en la parte superior del refrigerador? _____________________________________________________ EL agua al calentarse se vuelve menos densa, por consiguiente sube, luego el agua más fría y más densa baja formando las corrientes de convección. _____________________________________________________ 2. Las brisas costeras son a menudo corrientes de convección accionadas por el calor del sol, ya que durante el día la tierra se calienta más rápidamente que el mar. ¿Por qué se produce estas corrientes de convección? El aire frío y más denso de encima del mar se mueve tierra adentro, forzando al aire menos denso y más caliente a subir. El aire frío y menos denso de encima del mar se mueve tierra adentro, forzando al aire más denso y más caliente a subir. masa aire caliente noche 3. En una casa, el calor se transmite debido a la formación de corrientes de convección. ¿Por qué ocurre esta situación? ________________________________ masa aire frío 24 ºC ________________________________ ________________________________ masa aire caliente 21 ºC día 16 ºC masa aire frío ¿Qué estrategia(s) utilizaste para desarrollar la pregunta 3? Inferir la información. Reconocer y analizar el concepto de convección. Aplicar el concepto en una situación específica. La corriente de convección es el movimiento de la energía calórica producida por el cambio de posición de las moléculas. La convección solo se da en los líquidos y los gases, ya que sus moléculas tienen la libertad de movimiento unas respecto de otras. Cpech - Nivelación 5 Física - Segundo Medio III. RADIACIÓN Observa la imagen, lee la información relevante y encuentra posibles respuestas sobre la propagación del calor por radiación. Actividad 3 Transferencia por radiación Radiación es el proceso por el que la energía térmica se transfiere mediante ondas electromagnéticas, frecuentemente de tipo infrarrojo. 1. Radiación Sol La imagen muestra a una persona que recibe energía térmica por radiación en su hogar. Según la situación, ¿de que otros artefactos u objetos te imaginas que puede recibir esta energía? Sol. Plancha. Estufa eléctrica. Microondas. 2. Nombra qué procesos de propagación del calor podrías asociar a una fogata. 2 1 3 1. __________________________________________________________ 2. __________________________________________________________ 3. __________________________________________________________ Sabías que: Cuando la temperatura en la superficie del cuerpo de un ave es mayor que la del aire, la pérdida de calor del cuerpo es por medio de radiación y cesa cuando la trayectoria del aire baja o se reduce el área superficial del ave. ¿Qué forma de propagación del calor puedes asociar a este auto? Justifica. _________________________________________________ _________________________________________________ _________________________________________________ 6 Cpech - Nivelación Radiación Transmisión del calor IV. APLICACIÓN DE LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA A UNA SITUACÍON PARTICULAR Actividad 4 Realiza un análisis sobre la 1ª Ley de la Termodinámica. La figura nos muestra un tipo de calorímetro común donde se aísla la entrada o salida de calor como en los termos comunes. Así se cumple el principio de la conservación de la energía. Al ingresar un cuerpo con una temperatura T1 al agua que se encuentra a una temperatura T2 se cumple el equilibrio térmico y, en consecuencia, que "el calor total liberado por los cuerpos, que se enfrían, es igual que el calor total absorbido por los cuerpos que se calientan". Qabsorbido = –Qcedido Sabías que El equilibrio térmico es el estado donde se igualan las temperaturas de dos cuerpos en contacto. Ejercicio resuelto: Analiza el siguiente ejercicio resuelto sobre la 1ª ley de la termodinámica respecto a una mezcla. 1. Un trozo de cobre de 440 gramos y de calor específico 0,21 cal/g ºC, se calienta hasta los 100 ºC y luego se introduce en 300 gramos de agua a 10 ºC contenida en un calorímetro ideal. ¿Cuál es la temperatura de equilibrio de la mezcla en el calorímetro ideal? Datos: m1 = 440 g C1 = 0,21 cal/g ºC T1 = 100 ªC m2 = 300 g C2 = 1 cal/g ªC Desarrollo: Sabiendo que: Q = mc ΔT T2 = 10 ºC Teq = (400 g · 0,21 cal/g ºC · 100 ºC) + (300 g · 1 cal/g ºC · 10 ºC) (400 g · 0,21 cal/g ºC) + (300 g · 1 cal/g ºC) Teq = X y Qabsorbido = –Qcedido Teq = m1 · c1 · T1 + m2 · c2 · T2 m1 · c1 + m2 · c2 Resultado: La temperatura de equilibrio de la mezcla es de 31,19 ºC. Teq = 12240 = 31,19 ºC 392,4 DESAFíO: ¿Qué sucedería con la ecuación de temperatura de equilibrio si se le agrega un tercer cuerpo al calorímetro? Se le agrega a la ecuación la masa, el calor específico y su temperatura. Se le resta a la ecuación la temperatura inicial del cuerpo. No se puede realizar. Calorímetro Es un instrumento que sirve para medir las cantidades de calor suministradas o recibidas por los cuerpos. Este permite determinar el calor específico de un cuerpo, así como la cantidad de calor que liberan o absorben los cuerpos. Cpech - Nivelación 7 Física - Segundo Medio Sección 3 Concluyo y me evalúo I. Resuelve de manera individual las siguientes preguntas. 1. 2. 3. 8 Cuándo estamos frente a una fogata se produce transmisión de calor desde la fogata a nuestro cuerpo. ¿Cuáles son las formas de transmisión de calor asociadas a esta situación? A. Convección y radiación. B. Conducción y radiación. C. Difracción y conducción. D. Conducción y convección. ¿En cuál de las siguientes actividades, NO existe transformación de energía en calor producto del roce? A. Cepillarse el pelo. B. Estar al frente de un microondas. C. Frotarse las manos a causa del frío. D. Lavarse las manos antes de almorzar. ¿Por qué razón al tocar con el pie descalzo una baldosa se siente más helada que una alfombra, si ambas están a la misma temperatura? A. Las moléculas de la alfombra poseen mayor oscilación. B. La alfombra es peor conductor del calor que la baldosa. C. Las moléculas de la alfombra poseen menor oscilación. D. La baldosa cede al cuerpo el frío con mayor rapidez que la alfombra. Cpech - Nivelación Transmisión del calor 4. 5. 6. ¿Cómo es la transferencia de energía térmica entre los cuerpos que componen un sistema aislado? A. La energía cedida es igual que la absorbida. B. La energía cedida es mayor que la absorbida. C. La energía cedida es menor que la absorbida. D. La energía cedida es un poco mayor que la absorbida. Al calentar una sopa, Juan coloca la olla al fuego. ¿Qué tipo de transferencia de energía térmica ocurre en el proceso de calentamiento del agua? A. Radiación. B. Convección. C. Radiación y conducción D. Conducción y convección. Un calorímetro contiene 200 gramos de agua a 10 ºC, al cual se introduce un trozo de plata de 50 gramos a 75 ºC. ¿Cuál es la temperatura de la mezcla si el calor específico de la plata es 0,056 cal/g ºC? Datos Desarrollo Resultado Cpech - Nivelación 9 Física - Segundo Medio s Resuelve tu dudas Utiliza esta sección de la guía para anotar dudas y resolverlas junto a tu profesor(a). 10 Cpech - Nivelación Transmisión del calor Cpech - Nivelación 11 Registro de propiedad intelectual de Cpech. Prohibida su reproducción total o parcial.