Tema 8. Animales invertebrados - IES Clara Campoamor, La Solana
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EL CALOR Y LA TEMPERATURA. 2º ESO.! ! 1. ¿En qué se diferencian el calor y la temperatura?! ◦ En los días de invierno decimos que “hace” mucho frío, o en verano, mucho calor. Sin embargo, esta sensación de frío o calor a veces no coincide con lo que marca el termómetro. Sabemos que al calentar un cuerpo su temperatura aumenta. Por tanto, ¿qué relación existe entre el calor y la temperatura?. ! ! ! ! La temperatura y el calor no son lo mismo. El calor es la energía que se transfiere entre dos cuerpos. Así, por ejemplo, en verano, las altas temperaturas que se registran en la superficie terrestre se nos transmiten en forma de calor. ! ! ! ! La materia está formada por pequeñísimas partículas (átomos y moléculas) en continuo movimiento. En los cuerpos sólidos, estas partículas vibran alrededor de posiciones fijas, mientras que en los líquidos y gases se desplazan con mayor libertad. La energía asociada al movimiento de las partículas que constituyen cualquier cuerpo se denomina energía interna. A mayor energía interna, mayor movimiento. ! ! Esquema que representa la disposición de las partículas en los tres estados de la materia. En los sólidos se hallan muy ordenadas y su movimiento se reduce a la vibración, mientras que en los líquidos se desplazan con más facilidad y en los gases se mueven desordenadamente y en todas las direcciones. ! ! ! 1 A nivel macroscópico, cuando calentamos un cuerpo, observamos que aumenta su temperatura. Esto tiene una explicación a nivel microscópico: la energía absorbida es empleada para incrementar la energía interna de las partículas que lo componen y, por tanto, su velocidad. Por eso decimos que la energía interna está asociada a la temperatura. A mayor temperatura, mayor energía interna. ! Para que las partículas de un cuerpo puedan aumentar su energía interna, deben recibirla de otro cuerpo que tenga más. Por ejemplo, cuando introducimos un cubito de hielo en un vaso con refresco, el líquido se enfría, pues transfiere parte de su energía interna al hielo, que la absorbe y se calienta. De esta manera, las partículas vibran con más intensidad y el sólido acaba por fundirse. ! La energía que se transfiere entre dos cuerpos que se encuentran a distinta temperatura se denomina calor. Decimos que el líquido transfiere calor al cubito de hielo. ! ¿Hasta cuándo se transfiere calor desde el cuerpo que se encuentra a mayor temperatura? Hasta que la temperatura de ambos se iguala; en ese momento, cesa la transferencia y se alcanza el equilibrio térmico. ! No es lo mismo calor que temperatura: • • ! La temperatura mide la energía interna de las partículas de un cuerpo. El calor es la transferencia de energía de un cuerpo a otro. Si un cuerpo cede calor, su energía interna disminuye, si lo recibe, aumenta. 1.1. El calor.! ◦ El calor es energía en tránsito, que pasa de un cuerpo a otro cuando ocurre alguna transformación. La unidad de medida del calor, como de toda energía, en el Sistema Internacional de Unidades (SI) es el julio (J). Aunque no pertenece a este sistema, también se usa la caloría. La equivalencia entre ambas es: ! 1 J = 0,24 cal; o bien: 1 cal = 4,18 J. ! ! ! ! ! ! 2 Profundiza.El calor y la temperatura Secuencia de imágenes que presenta los conceptos que se van a trabajar durante el tema ! Calor Transferencia de energía calorífica de un cuerpo con más temperatura a otro con menor temperatura. Este fenómeno se produce hasta que ambos cuerpos llegan a un estado de equilibrio térmico. Temperatura Magnitud que mide la energía interna de un cuerpo. Se mide con el termómetro. La unidad del Sistema Internacional es el grado Kelvin (K). Aunque la más extendida es el grado Celsius o centígrado (ºC). 273 K = 0 ºC. Termómetro Instrumento que sirve para medir la temperatura de los cuerpos. Existen termómetros líquidos (mercurio o alcohol) y digitales. En los primeros, el aumento de temperatura dilata el líquido, que asciende por una columna hueca donde están marcados los grados de la escala termométrica que se haya decidido utilizar. En los termómetros digitales, la temperatura la mide una resistencia eléctrica. El termómetro de mercurio ya no se comercializa debido a la toxicidad del mineral utilizado. Escalas termométricas Se denomina escalas termométricas a las diferentes escalas con las que se mide la temperatura. Las más comunes son la escala centígrada o Celsius, la escala Fahrenheit y la escala Kelvin. Escala centígrada o Celsius Mide la temperatura en grados centígrados o Celsius. Es la escala usada en Europa y en muchos otros países. Tiene el 0 en el punto en que hiela el agua y el 100 en su punto de ebullición. El símbolo para representarlo es ºC. Escala Fahrenheit Mide la temperatura en grados Fahrenheit, que no son equivalentes a los grades centígrados. Tiene el 32 en el punto en que se funde el hielo y el 212 en el punto de ebullición del agua. Es una escala usada en Reino Unido, Estados Unidos, Canadá y Australia. Se representa con el símbolo de ºF. Escala Kelvin Mide la temperatura en grados Kelvin y también recibe el nombre de escala absoluta. Es la escala del Sistema Internacional. El valor 0 es el 0 absoluto, es decir, la temperatura más baja que se puede llegar a alcanzar. Se representa con K. La relación con los grados centígrados es 273 K = 0 ºC. Fuente de calor 3 Todo aquel objeto que esta más caliente que los que lo rodean y, por lo tanto, cede calor a los objetos más fríos. Las fuentes de calor pueden ser naturales, como el Sol o el magma, y artificiales, como una estufa o un foco. Dilatación Fenómeno que sufren casi todas las sustancias cuando aumenta su temperatura: a mayor calor, mayor volumen. Al aumentar la temperatura las partículas vibran más, por lo que ocupan un mayor volumen. El agua sufre una dilatación anómala, ya que el hielo ocupa más volumen que el agua a cero grados. Material de aislamiento Algunos materiales tienen la propiedad de aislar del frío o del calor porque no conducen la energía calorífica. En el caso de la madera, aisla del frío; en el del adobe o la piedra, del calor. Amplía la información consultando los textos, esquemas y otros recursos sobre el calor que te ofrece la página web de la Gran Enciclopedia Planeta [ver]. ! 1.1.1.La transferencia de calor y su importancia en los seres vivos.! ◦ Los seres vivos también intercambian calor con el medio que les rodea y este proceso es muy importante para su supervivencia. Algunos organismos tienen mecanismos que les permiten mantener una temperatura corporal constante, incluso cuando la del ambiente es muy diferente, como por ejemplo, el ser humano. Los animales ectotermos, en cambio, tienen una temperatura corporal variable y la regulan intercambiando calor con el ambiente. Por ejemplo, un lagarto necesita estar al sol para aumentar su temperatura corporal y poder realizar sus actividades vitales. ! ! ! ! Los reptiles son animales ectotermos, es decir, su temperatura corporal depende exclusivamente de la temperatura del ambiente en el que se hallan. No tienen mecanismos internos para regularla. ! ! ! ! 4 ! ! ! ! 1.2.La temperatura.! ◦ La temperatura es una magnitud que sirve para medir la energía interna de los cuerpos y, por lo tanto, la movilidad de las partículas que los forman. ! Dos cuerpos que están en equilibrio térmico tienen la misma temperatura. ! La temperatura se mide con termómetros. Para ello, el cuerpo del cual se desea medir la temperatura debe estar en contacto con el termómetro durante unos minutos hasta que se alcance el equilibrio térmico. En ese momento, la temperatura que leemos en la escala (o en la pantalla, si se trata de un termómetro digital) será la misma que la del cuerpo. ! La unidad de medida de la temperatura en el SI es el kelvin (K). ! Aunque no pertenece al SI, en Europa y Sudamérica es muy común emplear el grado Celsius (ºC); mientras que en Reino Unido, Estados Unidos y otros países de habla inglesa, se usa el grado Fahrenheit (ºF). ! La equivalencia entre estas unidades es: ! T (K) = t (ºC) + 273 ! T (ºF) = 1,8 • t (ºC) + 32 ! Por ejemplo, para convertir una temperatura de 10 ºC a kelvin, hay que sumar 273: T (K) = 10 + 273 = 283 K ! En cambio, para pasar de K a ºC, restamos 273. Por ejemplo, si la temperatura de un vaso de leche es 318 K, su temperatura en la escala Celsius será: 318K – 273 = 45 ºC. ! ! ! ! ! ! ! 5 1.2.1.Las escalas termométricas. ! ! ◦ Los termómetros pueden estar graduados en una o varias de las tres escalas termométricas más utilizadas: Kelvin, Celsius o Fahrenheit. ! Para establecer las escalas termométricas, se toman dos temperaturas como puntos fijos (las de congelación y ebullición del agua) y se divide el intervalo entre ellas en partes iguales, cada una de las cuales es un grado. En cualquier cuerpo, el cambio de temperatura va acompañado de la correspondiente variación de otras propiedades mensurables. Estas magnitudes o variables termométricas sirven para definir escalas de temperatura. ! En la escala Celsius se asigna el valor 0 (0 ºC) a la temperatura de congelación del agua y el valor 100 (100 ºC) a la de ebullición; el intervalo se divide en 100 partes iguales. ! En la escala Kelvin se asigna el 0 a una temperatura equivalente a –273 ºC. Este punto se llama cero absoluto de temperatura porque es la mínima posible. De esta forma las temperaturas medidas en escala Kelvin no tienen valores negativos. El tamaño de cada grado coincide con el de la escala Celsius. ! La escala Fahrenheit difiere de la Celsius tanto en los valores asignados a los puntos fijos, como en el tamaño de los grados. Así la temperatura de congelación del agua tiene un valor de 32 ºF y la de ebullición de 212 ºF. El intervalo se divide en 180 partes iguales. ! Observa la temperatura del agua y sus cambios de estado en las tres escalas termométricas en esta actividad de la página web Educaplus [ver]. http://www.educaplus.org/play-116-Escalas-termométricas.html 6 Actividad 1 ! Actividad 2 ! Actividad 3 7 Actividad 4 ! Actividad 5 Actividad 6 Actividad 7 ! ! Actividad 8 8 Actividad 9 Actividad 10 ! Actividad 11 ! Actividad 12 Actividad 13 Actividad 14 9 ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! Actividad 15 Actividad 16 ! 2. Los efectos del calor sobre la materia.! ! ◦ La energía calorífica provoca que las partículas componentes de la materia se muevan a mayor velocidad, lo que se manifiesta en un aumento de la temperatura. Si el calor transferido es suficiente, adquieren una mayor libertad de movimiento, lo que provoca la dilatación de los cuerpos y los cambios de estado. ! Profundiza.Los efectos del calor sobre los cuerpos Interactivo que sirve para observar cómo afecta la temperatura a cuerpos en estado líquido, sólido y gaseoso. ! ¿Cómo incide la temperatura en cuerpos en distintos estados? Los cuerpos están formados por partículas que determinan sus propiedades. Según el estado de agregación de la materia, estas partículas se encuentran más o menos unidas: - En los sólidos, las partículas se encuentran fuertemente unidas. Por eso, los cuerpos sólidos no pueden ser atravesados por otros cuerpos. - En los líquidos, las partículas están unidas entre sí, pero tienen una mayor libertad de movimiento. Esto permite a los líquidos cambiar de forma. - En los gases, las partículas se encuentran libres, no tienen ningún tipo de unión, por lo que tanto la forma como el volumen de los gases es totalmente variable. Al aplicar energía calorífica sobre un cuerpo, las partículas que lo componen vibran. Esta vibración hace que las uniones entre las partículas se relajen, por lo que el cuerpo aumenta de volumen. Este aumento de volumen recibe el nombre de dilatación. 10 La dilatación es mayor o menor según el estado del cuerpo afectado: - Los sólidos experimentan una escasa dilatación ya que, al estar sus partículas fuertemente unidas, la vibración que provoca en ellas el calor es muy pequeña. - Los líquidos se dilatan más que los sólidos ya que sus partículas tienen una mayor libertad de movimiento y, por tanto, al recibir energía calorífica vibran más y pueden ocupar más volumen. - Los gases experimentan una gran dilatación ya que, cuando se aplica energía calorífica a sus partículas, estas vibran libremente y ocupan mucho más espacio, de modo que el volumen del gas aumenta considerablemente. Cuando los cuerpos se enfrían, transfieren su energía calorífica, por lo que la vibración disminuye y el volumen se reduce. Este proceso se denomina contracción. Si quieres saber más, te recomendamos que consultes el interactivo sobre estados de la materia en la página web del Instituto Nacional de Tecnologías Educativas y de Formación del Profesorado (INTEF) [ver]. ! http://concurso.cnice.mec.es/cnice2005/93_iniciacion_interactiva_materia/curso/ materiales/estados/estados1.htm ! 2.1. El aumento de temperatura.! ◦ Uno de los efectos más comunes que ocurren cuando un cuerpo recibe calor es el aumento de su temperatura. Pero no en todos los casos sucede de la misma manera. ! ¿Se necesita la misma cantidad de calor para calentar dos materiales diferentes a la misma temperatura? Compruébalo con esta actividad [ver]. ! El aluminio necesita más calor que el cobre para aumentar su temperatura en un valor determinado. Esta propiedad se denomina capacidad calorífica específica e indica la facilidad con que un material puede cambiar su temperatura cuando se le suministra calor. Para cada material tiene un valor diferente. El aumento de temperatura también depende de otros factores, como la cantidad de sustancia (masa) y la temperatura inicial a la que se encuentra el cuerpo: • Cuanto mayor es la masa de un cuerpo, más calor se le debe suministrar para que alcance una determinada temperatura. • Cuanto menor es su temperatura inicial, mayor cantidad de calor debe absorber para alcanzar una temperatura determinada. ! ! 11 2.2. La dilatación de los cuerpos. ◦ Cuando un cuerpo se calienta, aumenta su tamaño; decimos que se dilata, mientras que cuando se enfría, ocurre lo contrario, se contrae. Los ingenieros que construyen puentes o carreteras, calculan cuánto se puede dilatar el material y dejan pequeños espacios para evitar daños y grietas. ! ! ! ! Los raíles de las vías del tren están separados por una junta de dilatación que deja un pequeño espacio hueco entre ellos. De esta manera, se evitan los problemas causados por la dilatación y la contracción del material, debido a la variación de la temperatura entre el día y la noche, y a lo largo de las estaciones del año. ! ! ! ! Veamos cómo se interpreta la dilatación a nivel microscópico: las partículas de un cuerpo sólido que recibe calor aumentan su energía interna y vibran con mayor intensidad, por lo que tienden a separarse y ocupar más espacio. Por eso el cuerpo sufre un ligero aumento de volumen. Aunque el volumen aumenta, la masa es la misma. Por lo tanto, la densidad de los cuerpos disminuye a medida que aumenta su temperatura. ! Recuerda La densidad depende de la masa y el volumen de un cuerpo. Su fórmula es d = m / V. ! En los siguientes enlaces encontrarás experimentos sencillos para comprobar cómo se dilatan los sólidos [ver] y los gases [ver]. ! https://www.youtube.com/watch?v=EWN_-mC9cPI ! ! https://www.youtube.com/watch?v=SFESmC2W-Eg ! 12 El funcionamiento de los termómetros más comunes se basa en la dilatación y la contracción de los líquidos, como el mercurio y el alcohol. ! Estos termómetros constan de un bulbo, donde se aloja el líquido, unido a un tubo de vidrio muy fino, llamado capilar. Cuando la temperatura aumenta el líquido se dilata y sube por el capilar. La temperatura puede leerse en una escala situada junto al capilar. • El termómetro de alcohol se suele usar para medir la temperatura ambiental, ya que esta sustancia es líquida entre –112 ºC (punto de congelación del alcohol) y 78 ºC (su punto de ebullición). El alcohol es incoloro pero se le añade un colorante rojo o azul para que la columna de líquido se vea con más facilidad. • El termómetro de mercurio se usa para medir la temperatura corporal. Esta sustancia es líquida entre –39 ºC (punto de congelación) y 357 ºC (su punto de ebullición). El mercurio desprende vapores tóxicos y puede resultar peligroso en el caso de romperse el termómetro. Por ello, en la actualidad se sustituye por el termómetro digital. Los termómetros de alcohol (izquierda) y mercurio (derecha) funcionan gracias a la dilatación y contracción que experimentan los líquidos con los cambios de temperaturas. ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 13 Actividad 17! ! 2.2.1. La dilatación anómala del agua.! ! ◦ En general, los materiales se dilatan con el aumento de la temperatura y se contraen cuando esta disminuye. Pero el agua se comporta de manera diferente. Por ejemplo, entre 0 ºC y 4 ºC, en lugar de dilatarse, el agua líquida se contrae. Por encima de esta temperatura, se comporta como el resto de los materiales. Mientras que otras sustancias, al congelarse, se hacen más densas y se hunden, el hielo flota porque el agua, al congelarse, se dilata y aumenta de volumen. Este comportamiento se conoce como dilatación anómala y, gracias a ello, es posible la vida en los ríos y lagos cuando llega el invierno y la temperatura del ambiente está por debajo de los 0 ºC. La capa de hielo que se forma en la superficie aísla el agua que queda debajo, la cual puede mantenerse en estado líquido porque la temperatura es más templada. De esta forma, se hace posible la supervivencia de las plantas y animales acuáticos. ! Profundiza.El comportamiento anómalo del agua Animación que presenta el proceso de la gelivación. Cambio de estado Se denomina cambio de estado a las modificaciones que sufre la materia al ser sometida a variaciones de temperatura. El aumento de la misma hace 14 que la materia pase de estado sólido a estado líquido, y de estado líquido a estado gaseoso. Dilatación anómala del agua La mayoría de materiales aumentan su volumen al aumentar su temperatura, es decir, se dilatan. Sin embargo, no ocurre lo mismo con el agua ya que al pasar al estado sólido, el hielo, ocupa más volumen que el agua a 0 ºC. Asimismo, cuando se calienta el agua de 0 ºC a 4 ºC, esta disminuye su volumen, es decir, se contrae. Una vez pasados los 4 ºC, el agua aumenta su volumen cuando se incrementa la temperatura, es decir, se comporta como el resto de materiales. Gelivación Fragmentación de las rocas por el aumento de volumen del agua contenida en grietas y poros al congelarse. ! 2.3. Los cambios de estado. ◦ Otro efecto del calor sobre las sustancias es la producción de un cambio de estado. Cuando calentamos agua, su temperatura aumenta hasta que llega un momento en que comienza a transformarse en vapor. Con un termómetro se puede verificar que, mientras ocurre el cambio de estado, la temperatura no varía (se mantiene en 100 ºC), aunque se siga suministrando calor. Esto ocurre porque la energía no se invierte en aumentar la velocidad de las moléculas sino en romper las fuerzas de cohesión entre ellas. Una vez que todo el líquido se ha transformado en vapor, la temperatura vuelve a aumentar, porque se incrementa la velocidad de las moléculas del gas. ! Recuerda La vaporización (paso de líquido a gas) puede ocurrir de dos formas: se llama ebullición cuando ocurre en toda la masa del líquido a una temperatura determinada y propia para cada sustancia, que se denomina temperatura de ebullición. Se llama evaporación cuando se produce solo en la superficie del líquido y a una temperatura variable inferior a la de ebullición. ! ! ! ! ! ! 15 Para pasar a un estado donde las partículas están más desordenadas y libres, la sustancia absorbe calor, que se emplea en vencer las fuerzas de cohesión entre las partículas. En los procesos inversos, la sustancia cede calor al medio. ! Para cada sustancia existe una temperatura determinada a la que se produce el cambio de estado. Por ejemplo, la temperatura de fusión del mercurio es –39 ºC. La temperatura de ebullición del agua es 100 ºC; igual que la del proceso inverso, la condensación. La temperatura de fusión del hielo es 0 ºC y el mismo valor tiene la temperatura de solidificación.! ! ! ! 16 En el siguiente enlace encontrarás actividades sobre el calor y sus efectos en la materia [ver]. ! http://recursostic.educacion.es/secundaria/edad/2esobiologia/ 2quincena2/2q2_ejercicios_1a.htm ! Profundiza.Los cambios de estado del agua! Interactivo que permite estudiar los cambios de estado de la materia. Cambio de estado Modificaciones que padece la materia cuando se somete a variaciones de temperatura. Su aumento hace que la materia pase de estado a otro: de sólido a líquido, y de líquido a gaseoso. Fusión Proceso que consiste en el cambio de estado de sólido a líquido por la acción del calor. El punto de fusión es la temperatura exacta en que el sólido pasa a líquido. Solidificación Proceso que consiste en el cambio de estado de líquido a sólido por una cesión de calor. Es el proceso inverso a la fusión. Se produce a la misma temperatura que la temperatura de fusión. Vaporización Proceso que consiste en el cambio de estado de líquido a gas por la acción del calor. La vaporización se puede dar de dos formas: ebullición o por evaporación. Ebullición Tipo de vaporización en que el líquido pasa a gas a una temperatura exacta, denominada temperatura de ebullición. Para llegar a la ebullición hay que calentar todo el líquido hasta la temperatura de ebullición. Por tanto, la ebullición se produce en toda la masa del líquido. Evaporación Tipo de vaporización en que el líquido pasa a gas y que solo se produce en la superficie del líquido. Para conseguir la evaporación no hace falta llegar a la temperatura de ebullición ya que puede darse por debajo de ese valor. Condensación Proceso que consiste en el cambio de estado de gas a líquido por una cesión de calor. Es el proceso contrario a la vaporización. Se produce a la misma temperatura que el punto de ebullición. Sublimación Proceso que consiste en el cambio de estado directo de sólido a gas por la acción del calor sin pasar por el estado líquido. La sublimación inversa se produce cuando tiene lugar el proceso contrario. ! ! 17 Profundiza.Cómo medir los cambios de estado Interactivo que facilita aprender a medir los cambios de estado. ¿Qué es un cambio de estado? El cambio de estado es un cambio físico que experimenta la materia de un cuerpo cuando este pasa de un estado de agregación a otro a causa, normalmente, de la temperatura. Al calentar un sólido, este pasa a líquido a través de un proceso denominado fusión. La temperatura que debe alcanzar un sólido para pasar a líquido se conoce como punto de fusión y es característico de cada materia. En el caso del agua, el punto de fusión es de 0 ºC. Al calentar un líquido, este pasa a gas mediante el proceso denominado vaporización. La vaporización puede ser de varios tipos: - La ebullición: cuando se da en toda la masa del líquido a la vez y se forman burbujas en su interior. - La evaporación: cuando solo se da en la superficie del líquido. Al igual que la fusión, cada material alcanza la ebullición a una temperatura distinta. Dicha temperatura se denomina punto de ebullición. En el caso del agua, el punto de ebullición es de 100 ºC. La evaporación, por el contrario, no acontece a una temperatura concreta para cada material, sino que se da siempre que la temperatura ambiente supere la de fusión. Durante los cambios de estado, la temperatura de la materia se mantiene constante. Esto se debe a que toda la energía calorífica que se administra para realizar el cambio de estado, se está usando para debilitar o romper las uniones entre las moléculas. Si necesitas más información, puedes consultar el interactivo sobre los cambios de estado que aparece en la página web del Instituto Nacional de Tecnologías Educativas y de Formación del Profesorado (INTEF) [ver]. ! http://concurso.cnice.mec.es/cnice2005/93_iniciacion_interactiva_materia/curso/ materiales/estados/cambios.htm ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 18 Actividad 18 Actividad 19 ! ! ! ! ! ! 19 Actividad 20 Actividad 21 ! ! ! ! ! ! ! ! 20 Actividad 22 Actividad 23 ! ! ! ! ! ! ! ! ! 21 Actividad 24 Actividad 25 ! ! Actividad 26 ! ! 22 Actividad 27 Actividad 28 Actividad 29 Actividad 30 ! Actividad 31 Actividad 32 Actividad 33 ! ! ! ! 23 3. La propagación del calor.! ! ◦ Un cuerpo que puede transmitir calor a otro se denomina fuente de calor. El Sol es la principal fuente de calor de la Tierra. Otras son: el fuego, los aparatos que funcionan con resistencias eléctricas, como el secador de pelo, la tostadora o la plancha, y los aparatos de aire acondicionado, llamados bombas de calor, que funcionan como calefactores (cediendo calor al aire) o como refrigeradores (absorbiendo calor del aire). ! El calor se transfiere de un cuerpo a otro de tres maneras diferentes: la conducción, la convección y la radiación. ! Profundiza.La bomba de calor Animación que describe los componentes y el funcionamiento de la bomba de calor. ! Bomba de calor Mecanismo que permite transferir energía en forma de calor de un ambiente a otro. Para ello, utiliza un sistema de refrigeración con un líquido refrigerante cuyo circuito es reversible, en función de qué ambiente se quiera enfriar o se desee calentar. Líquido refrigerante Líquido cuya temperatura de ebullición es relativamente baja a baja presión. Por ese motivo, dicho líquido se convierte en gas cuando está a temperatura ambiente. Evaporación Cambio de estado en que un líquido se convierte en gas. Para llevar a cabo este cambio de estado el líquido necesita absorber del exterior energía en forma de calor. Condensación Cambio de estado en que un gas se convierte en líquido. Durante este cambio de estado, el gas cede energía en forma de calor al exterior. Transferencia de calor Nombre que recibe el paso de energía en forma de calor de un cuerpo caliente a un cuerpo con menor temperatura. También se puede denominar así al intercambio de calor. La transferencia se da siempre en la misma dirección: del cuerpo con mayor temperatura al de menor temperatura. Consulta la información relacionada con el tema que encontrarás en la página web de la Gran Enciclopedia Planeta [ver]. ! ! 24 3.1. La conducción.! ◦ La conducción es la forma en que se transfiere calor en los sólidos y, para que se produzca, el cuerpo ha de estar en contacto con la fuente de calor. ! Algunos materiales, como los metales, conducen el calor mejor que otros y se llaman conductores térmicos. La madera y el plástico, en cambio, son malos conductores y, por tanto, son buenos aislantes térmicos. Por ejemplo, los mangos de ollas y sartenes están hechos con materiales aislantes (plástico, por ejemplo), mientras que el recipiente es de metal para facilitar la transmisión del calor a los alimentos. ! ¿Cómo conducen el calor las partículas de un material sólido? Las partículas no se desplazan pero las más calientes vibran con mayor intensidad, colisionan con otras contiguas y les ceden parte de su energía, de manera que dicha energía va pasando de unas a otras hasta que finalmente todas ellas adquieren una mayor movilidad y así el calor se propaga de un extremo a otro del cuerpo. ! En el siguiente enlace encontrarás un experimento sobre la conducción del calor [ver]. ! http://fq-experimentos.blogspot.com.es/2008/04/un-globo-que-noexplota.html ! ! ! El hielo es un buen aislante térmico. La temperatura en el interior del iglú suele ser de aproximadamente 4 ºC. Profundiza.La conducción.! ! ! ! ! ! ! Animación que presenta el método de transmisión del calor por conducción. Conducción Mecanismo de transmisión de la energía calorífica que se basa en el contacto directo entre dos partículas. La energía calorífica se transmite por contacto a las partículas una a una sin que haya movimiento de materia. 25 Conductividad térmica Propiedad de los materiales que da un valor a la capacidad de conducir el calor a través de ellos. Los materiales con más conductividad se llaman conductores y aquellos que tienen una conductividad muy baja se llaman aislantes. Conductor Material con una alta conductividad térmica, es decir, que transmite muy bien el calor por conducción. Los materiales más conductores son los metales. Aislante Material con una conductividad térmica muy baja. Es decir, que no transmite bien el calor, por lo que son muy útiles para aislarse del calor y/o evitar pérdidas de calor. Como para la transmisión por conducción se necesita materia, el mejor aislante que existe es el vacío. ! 3.2. La convección.! ◦ La convección es la forma en que se propaga la energía calorífica a través de los fluidos (líquidos y gases). Por ejemplo, al calentar agua en un recipiente al fuego, el líquido del fondo se calienta antes, aumenta su volumen y, por lo tanto, disminuye su densidad. Al ser menos denso asciende, mientras que el agua de la superficie, que está más fría, baja. Este desplazamiento de materia crea una corriente de convección que hace circular el agua en el recipiente, hasta que todo el líquido alcanza la misma temperatura. ! Los vientos se producen debido a la formación de corrientes de convección generadas por el calentamiento desigual del aire en la atmósfera. Las corrientes marinas son grandes masas de agua que se desplazan en los océanos y una de las causas que las provoca es la diferencia de temperatura. ! ! ! Las corrientes de convección generan un proceso cíclico de manera que el agua caliente, menos densa, sube y, al alejarse de la fuente de calor, se enfría y vuelve a bajar. Este proceso dura hasta que se llega al equilibrio térmico y se alcanza la misma temperatura en toda el agua. ! ! ! 26 Profundiza.La convección.! Animación que presenta el método de transmisión del calor por convección. Convección Mecanismo de transmisión de energía calorífica que se produce en los medios fluidos: líquido y gas. En estos fluidos se produce un intercambio de materia entre la zona de mayor temperatura del fluido y la de menor temperatura. Al aumentar de temperatura, el fluido aumenta de volumen por lo que se reduce su densidad y asciende desplazando al fluido de menor temperatura. De esta forma, se crean unas corrientes que se conocen con el nombre de corrientes de convección. Corriente de convección Corriente que se forma en el interior de un fluido cuando este se calienta. El fluido caliente asciende y el de menor temperatura desciende. ! 3.3. La radiación. ◦ Los cuerpos calientes emiten calor en forma de radiación infrarroja. Esta radiación no necesita de un medio material para propagarse, por lo que se puede transmitir en el vacío. Gracias a la radiación, la energía calorífica del Sol llega a la Tierra y permite la existencia de vida. Además de la infrarroja, hay otro tipo de radiación que genera calor: por ejemplo, un horno microondas emite radiación, la cual es absorbida por las partículas de los alimentos, que aumentan su movimiento y se calientan. ! Todos los cuerpos radian energía en función de su temperatura. Cuanto mayor sea la temperatura, mayor será también la energía de la radiación que emiten. ! ! ! La radiación infrarroja es invisible para el ojo humano pero es posible obtener fotografías con cámaras que emplean filtros especiales para captar esta radiación. Así se ha obtenido esta imagen donde se puede ver que el radiador (en rojo) no solo funciona por convección sino también por radiación, de ahí su nombre. ! ! ! ! ! 27 Profundiza.La radiación.! Animación que presenta el método de transmisión del calor por radiación. Energía térmica Forma de energía que emiten los cuerpos calientes a expensas de su energía interna. Depende exclusivamente de la temperatura. A más temperatura, mayor energía térmica. Onda electromagnéticas Es la propagación de la vibración de una carga eléctrica que genera un campo eléctrico y otro magnético. No necesita de ningún medio para propagarse. Radiación Mecanismo de propagación de energía calorífica a través de ondas electromagnéticas, que pueden transmitirse a través del vacío o de un medio material. Radiación infrarroja Tipo de radiación electromagnética que emiten todos los cuerpos calientes. La radiación infrarroja se empieza a emitir a partir de los 0 K (–273 ºC). Es invisible a simple vista, por lo que hay que usar unos filtros especiales para poder observarla. ! En el siguiente enlace puedes conocer más ejemplos sobre la propagación del calor [ver]. ! http://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/FISICA/document/fisicaInteractiva/ Calor/Transmision.htm ! En estos otros enlaces encontrarás actividades tipo test para responder preguntas sobre la propagación del calor: [ver] y [ver]. ! http://www.quimicaweb.net/grupo_trabajo_ccnn_2/tema3/actividades/ ejercicio4.htm ! http://media.educ.ar/juegos/corrientes/index.html ! Actividad 34 ! ! ! 28 Actividad 35 ! Actividad 36 Actividad 37 Actividad 38 ! ! ! ! ! ! Actividad 39 ! 4. Las técnicas de aislamiento del calor.! ! ◦ En general, los materiales sólidos conducen mejor el calor que los líquidos, y estos, a su vez, mejor que los gases. ! Entre los sólidos, algunos son mejores conductores térmicos que otros. Por ejemplo, los metales como el oro, la plata, el hierro, etc., son buenos conductores del calor. Los materiales aislantes suelen ser porosos o fibrosos, con aire en su interior, como por ejemplo, la madera. Las técnicas de aislamiento son métodos usados para aislar térmicamente un ambiente, por ejemplo, una casa, reduciendo la transferencia de calor al exterior. Para ello se emplean materiales aislantes. 29 Actualmente, casi todas las ventanas son de doble cristal con una cámara de aire en medio. Estas aíslan muy bien el interior de la casa del exterior y evitan las pérdidas de calor. Los gases son muy malos conductores del calor, por eso el aire contenido entre los dos cristales es muy eficaz para reducir las pérdidas de calor a través del vidrio. ! La lana también es muy buen aislante térmico. Cuando nos ponemos ropa de abrigo nos provoca una agradable sensación de calor, pero en realidad lo único que hace es aislarnos del exterior, evitando que nuestro cuerpo ceda calor al ambiente, que se encuentra a una temperatura más baja. ! En el siguiente enlace del IES Victoria Kent de Madrid encontrarás un experimento para comprobar qué materiales son mejores aislantes térmicos [ver]. ! Actividad 40 ! Actividad 41 Actividad 42 ! Actividad 43 ! ! 30 Actividad 44 Actividad 45 Actividad 46 ! Actividad 47 Actividad 48 Actividad 49 ! Actividad 50 ! ! ! ! ! 31 Actividad 51 ! Actividad 52 Actividad 53 ! Webs de referencia ◦ ! Página sobre el calor y la energía del Instituto Nacional de Tecnologías Educativas y Formación del Profesorado (INTEF). http://recursostic.educacion.es/secundaria/edad/4esofisicaquimica/ 4quincena7/4q7_index.htm ! ◦ Enlace sobre el calor y la temperatura de la página web de la Junta de Andalucía. ! http://www.juntadeandalucia.es/averroes/~29701428/ccnn/interactiv/ calor00a.htm ◦ Sitio sobre calor y temperatura del Departamento de Ciencias del IES Cerdeño de Oviedo. ! h t t p : / / n e a . e d u c a s t u r. p r i n c a s t . e s / r e p o s i t o r i o / R E C U R S O _ Z I P / 1_jantoniozu_Luz_sonido_v_NEA/Luz_sonido_v_NEA/quiz/quiz10/ quiz10.htm ! ! ! ! ! ! ! ! 32 MAPA CONCEPTUAL 33
