GUIA 1
CALOR Y TEMPERATURA
DOS
CONCEPTOS QUE SE APLICAN EN LA VIDA COTIDIANA
INDICADORES
DE LOGROS
·
Comprende e Interpreta el concepto de
temperatura.
·
Reconoce y emplea las diferentes escalas
de temperatura y sus relaciones.
·
Analiza e interpreta el concepto de calor.
·
Reconoce algunos elementos de la
calorimetría.
·
Diferencia los conceptos entre calor y
temperatura.
·
Maneja con cuidado los elementos de la
medición.
·
Formula hipótesis a partir de información
presentada en gráficas y tablas de datos.
·
Interpreta y argumenta la información
suministrada de una gráfica en situaciones de la vida diaria
A
VIVENCIA
Me reúno con mis compañeros de subgrupo, leemos y analizamos
detenidamente el siguiente texto y respondo las siguientes preguntas.
1. Cuál
es la temperatura normal del cuerpo humano?
2. Cuál
es el órgano del cuerpo humano encargado de detectar cambios súbitos de
temperatura?
3. Cómo
se manifiesta en el cuerpo humano los estados febriles?
4. Qué
instrumento utiliza para medir la temperatura del cuerpo humano?
5. En
qué unidad de medida se expresa este valor?
BC FUNDAMENTACIÓN
La información suministrada a continuación relacionada con la
temperatura y la cantidad de calor de los cuerpos nos permite analizar,
interpretar y dar solución a situaciones de la vida diaria. Comparto con mis
compañeros de subgrupo y el profesor de dicha información, consigno en mi
cuaderno lo más importante y doy solución a los ejercicios propuestos.
¿QUÉ ES LA TEMPERATURA?
Los átomos y moléculas en
una sustancia no siempre se mueven a la misma velocidad. Esto significa que hay
un rango de energía (energía de movimiento) en las moléculas. En un gas, por
ejemplo, las moléculas se mueven en direcciones aleatorias y a diferentes
velocidades - algunas se mueven rápido y otras más lentamente.
La
temperatura es una medida del calor o energía térmica de las partículas en una
sustancia. Como lo que medimos en su movimiento medio, la temperatura no
depende del número de partículas en un objeto y por lo tanto no depende de su
tamaño. Por ejemplo, la temperatura de un cazo de agua hirviendo es la misma
que la temperatura de una olla de agua hirviendo, a pesar de que la olla sea
mucho más grande y tenga millones y millones de moléculas de agua más que el
cazo.
Nosotros experimentamos la temperatura todos los días. Cuando hace calor
o cuando tenemos fiebre sentimos calor y cuando está lloviendo sentimos frío.
Cuando estamos hirviendo agua, hacemos que la temperatura aumente y cuando
estamos haciendo paletas de helado
esperamos que la temperatura baje.
ESCALAS TERMOMÉTRICAS
La temperatura es
el nivel de calor en un gas, líquido, o sólido. Tres escalas sirven comúnmente
para medir la temperatura. Las escalas de Celsius y de Fahrenheit son las más
comunes. La escala de Kelvin es primordialmente usada en experimentos
científicos.
Escala Celsius
La escala Celsius
fue inventada en 1742 por el astrónomo sueco Andrés Celsius. Esta escala divide
el rango entre las temperaturas de congelación y de ebullición del agua en 100
partes iguales, asignó el valor de 0 que corresponde al punto de congelación, y
el 100, al punto de ebullición. Usted encontrará a veces esta escala
identificada como escala centígrada. Las temperaturas en la escala Celsius son
conocidas como grados Celsius (ºC).
Escala Fahrenheit
La escala
Fahrenheit fue establecida por el físico holandés-alemán Gabriel Daniel
Fahrenheit, en 1724. Aun cuando muchos países están usando ya la escala
Celsius, la escala Fahrenheit es ampliamente usada en los Estados Unidos. Esta
escala divide la diferencia entre los puntos de fusión y de ebullición del agua
en 180 intervalos iguales, donde el punto de congelación del agua es de 32 °F,
y 212 °F el punto de ebullición. Las temperaturas en la escala Fahrenheit son
conocidas como grados Fahrenheit (ºF).
Escala de Kelvin
La escala de Kelvin
lleva el nombre de William Thompson Kelvin, un físico británico que la diseñó
en 1848. Prolonga la escala Celsius hasta el cero absoluto, una temperatura
hipotética caracterizada por una ausencia completa de energía calórica, el
punto 0 de su escala correspondía a 273 K, mientras que el punto de ebullición
del agua corresponde a 373 K. Las temperaturas en esta escala son llamadas
Kelvins (K).
Cómo Convertir Temperaturas
A veces hay que
convertir la temperatura de una escala a otra. A continuación encontrará cómo
hacer esto.
1.
Para convertir de ºC a ºF use la
fórmula: ºF = ºC x 1.8 + 32.
2.
Para convertir de ºF a ºC use la
fórmula: ºC = (ºF-32) ÷ 1.8.
3.
Para convertir de K a ºC use la
fórmula: ºC = K – 273.15
4.
Para convertir de ºC a K use la
fórmula: K = ºC + 273.15.
5.
Para convertir de ºF a K use la
fórmula: K = 5/9 (ºF – 32) + 273.15.
6.
Para convertir de K a ºF use la
fórmula: ºF = 1.8(K – 273.15) + 32.
Comparación entre Temperaturas
A continuación
encontrará algunas comparaciones comunes entre temperaturas de las escalas
Celsius y Fahrenheit.
TEMPERATURA
|
ºC
|
ºF
|
Punto Ebullición Agua
|
100
|
212
|
Punto Congelación Agua
|
0
|
32
|
Temperatura Corporal Promedio del
Cuerpo Humano
|
37
|
98.6
|
Temperatura ambiente confortable
|
20 a 25
|
68 a 77
|
Usted probablemente
hace referencia a la temperatura todos los días. Asegúrese de estar usando la
escala correcta.
CONCEPTO DE CALOR
El calor es una forma de energía que los cuerpos
almacenan (energía interna) que ocurre en función del estado de vibración de
sus moléculas y depende de su estructura. La diferencia de temperatura existente entre los cuerpos hace
que el calor se transfiera de un cuerpo a otro por rozamiento. El calor pasa
del cuerpo más caliente al más frío. Cuando ambos cuerpos se hallan a la misma
temperatura (equilibrio térmico) ya no hay más transferencia de calor. También puede lograrse el
calentamiento de un cuerpo si le prendemos fuego; en este caso sería por liberación de energía de un sistema
químico.
En resumen: El calor es una forma de energía que se
transfiere de unos cuerpos a otros y se rigen por unos principios.
Tomado
de: Concepto de calor -
Definición en DeConceptos.com http://deconceptos.com/ciencias-naturales/calor#ixzz3SVVqhHJv
CALORIMETRÍA
Principios de la Calorimetría
1er Principio: Cuando 2 o más cuerpos con temperaturas diferentes son
puestos en contacto, ellos intercambian calor entre sí hasta alcanzar el
equilibrio térmico.
Luego,
considerando un sistema térmicamente aislado, "La cantidad de calor
recibida por unos es igual a la cantidad de calor cedida por los otros".
2do Principio: "La cantidad de calor recibida por un sistema
durante una transformación es igual a la cantidad de calor cedida por él en la
transformación inversa".
La
transmisión de calor siempre ocurre desde el cuerpo más caliente al más frío.
Se puede dar por tres mecanismos: Conducción, convección y radiación.
4.1.-
Conducción
El
proceso por el que se transmite calor de un punto a otro de un sólido se llama Conducción.
En la
conducción se transmite energía térmica, pero no materia. Los átomos del
extremo que se calienta, empiezan a moverse más rápido y chocan con los átomos
vecinos transmitiendo la energía térmica.
Las
sustancias tienen distinta conductividad
térmica, existiendo
materiales conductores térmicos y aislantes térmicos.
Conductores
térmicos: Son aquéllas sustancias que
transmiten rápidamente la energía térmica de un punto a otro. Por ejemplo, los metales.
Aislantes
térmicos: Son aquéllas sustancias que
transmiten lentamente la energía térmica de un punto a otro. Ejemplos: Vidrio, hielo,
ladrillo rojo, madera, corcho, etc. Suelen ser materiales porosos o fibrosos
que contienen aire en su interior.
Convección
La
convección es el proceso por el que se transfiere energía térmica de un punto a
otro de un fluido (líquido o gas) por el movimiento del propio fluido.
Al
calentar, por ejemplo, agua en un recipiente, la parte del fondo se calienta
antes, se hace menos denso y sube, bajando el agua de la superficie que está
más fría y así se genera un proceso cíclico.
En la
convección se transmite energía térmica mediante el transporte de
materia.
4.3-
Radiación
La
radiación es el proceso por el que los cuerpos emiten energía que puede
propagarse por el vacío.
La
energía que los cuerpos emiten por este proceso se llama Energía radiante. Por ejemplo,
la Tierra recibe energía radiante procedente del Sol, gracias a la cual la
temperatura del planeta resulta idónea para la vida.
Todos
los cuerpos radian energía en función de su temperatura. Cuanto mayor sea la
temperatura, mayor será la energía de la radiación que emiten.
¿EN QUÉ SE DIFERENCIAN CALOR Y TEMPERATURA?
Todos sabemos que cuando calentamos un objeto su
temperatura aumenta. A menudo pensamos que calor y temperatura son lo mismo.
Sin embargo este no es el caso. El calor y la temperatura están relacionadas
entre sí, pero son conceptos diferentes.
El calor es la energía total del movimiento
molecular en una sustancia, mientras temperatura es una medida de la energía
molecular media. El calor depende de la velocidad de las partículas, su número,
su tamaño y su tipo. La temperatura no depende del tamaño, del número o del
tipo. Por ejemplo, la temperatura de un vaso pequeño de agua puede ser la misma
que la temperatura de un cubo de agua, pero el cubo tiene más calor porque
tiene más agua y por lo tanto más energía térmica total.
El calor es lo que hace que la temperatura aumente
o disminuya. Si añadimos calor, la temperatura aumenta. Si quitamos calor, la
temperatura disminuye. Las temperaturas más altas tienen lugar cuando las
moléculas se están moviendo, vibrando y rotando con mayor energía.
Si tomamos dos objetos que tienen la misma
temperatura y los ponemos en contacto, no habrá transferencia de energía entre
ellos porque la energía media de las partículas en cada objeto es la misma.
Pero si la temperatura de uno de los objetos es más alta que la otra, habrá una
transferencia de energía del objeto más caliente al objeto más frío hasta que
los dos objetos alcancen la misma temperatura.
La temperatura no es energía sino una medida de
ella, sin embargo el calor sí es energía.
Cambios de estado
En la naturaleza
existen tres estados usuales de la materia: sólido, líquido y gaseoso. Al
aplicarle calor a una sustancia, esta puede cambiar de un estado a otro. A
estos procesos se les conoce como Cambios de estado
ME REUNO CON LOS COMPAÑEROS DE SUBGRUPO Y RESPONDO LO SIGUIENTE TENIENDO
EN CUENTA LA INFORMACIÓN ANTERIOR
1. La
temperatura de un cuerpo se mide con un _______________________________
2. Determina si son ciertas (V) o falsas (F) las siguientes
afirmaciones:
3. Completa el texto con las palabras correctas:
Fahrenheit agitación Kelvin termómetro Celsius
4. ¿Es correcto pensar que la
temperatura es la cantidad de calor que almacena un cuerpo?
A Sí, la temperatura mide el calor
medio de las partículas de un cuerpo
B Sí, la temperatura mide el calor total de las partículas de
un cuerpo
C No, la temperatura mide la energía media de agitación de
las partículas de un cuerpo
D No, la temperatura mide la energía total de agitación de
las partículas de un cuerpo
5. Ordena las frases relativas al calor para crear
un párrafo con sentido y vuélvelas a escribir.
-Se
transfiere desde los cuerpos con una temperatura más elevada...
-El calor
es una energía en tránsito que...
-Hasta
los cuerpos con una temperatura más baja.
6. Subraya las frases que hacen referencia al
concepto de calor.
– Se
expresa de forma habitual en grados centígrados.
– Es una
forma de energía.
– Es una
magnitud física relacionada con la cantidad de calor que puede absorber o ceder
un cuerpo
al ponerlo en contacto con otro.
– Puede
transformarse en otros tipos de energía.
– Es la
energía que pasa de unos cuerpos a otros.
• ¿A qué
concepto se refieren los enunciados que no has subrayado?
-Define con
tus propias palabras calor y temperatura y explica la diferencia que hay entre
ellas.
-El calor puede propagarse mediante tres formas, escribe un ejemplo de una situación cotidiana donde se produzca
la propagación del calor por: CONDUCCIÓN, CONVECCIÓN Y RADIACIÓN
INTERPRETO
LOS SIGUIENTES EJERCICIOS DE CONVERSIONES DE ESCALAS DE TEMPERATURA, RESUELVO LOS QUE ESTAN ENTRE CADA EJEMPLO Y
LOS QUE ESTAN AL FINALIZAR ESTE TEMA.
a)
Escala de
Celsius: Esta escala fue creada por Anders Celsius en el año 1742, también
llamada escala centígrada. La relación entre grados centígrados a grados
Fahrenheit se relaciona con la ecuación
°C = 5/9 (°F-32).
b) Escala de Fahrenheit: Esta escala fue
propuesta por Gabriel Fahrenheit en el año 1724. La ecuación de esta en
relación a °C, se representa con la ecuación °F= 9/5°C+32 .
Escala Kelvin: Lord Kelvin. Tiene la siguiente
ecuación: °K= °C + 273.
a) Conversión de grados a grados Fahrenheit a
grados Centígrados
°C=5/9(°F-32) también se puede expresar como:
°C= 0.55 °F – 17.77
Ejemplo 1 : Convertir 100°F a grados
centígrados:
°C= 5/9 (°F-32) = 5/9 (100-32) = 5/9 (68) = 5 x
68 / 9 = 37.77°C
°C= 0.55 °F – 17.77 = 0.55 x 100 – 17.77 = 55 –
17.77 = 37.23°C
Ejercicio
1. Convertir 340 grados Fahrenheit a centígrados.
b) Conversión de grados Centígrados a grados
Fahrenheit.
°F = 9/5 °C + 32 también se puede expresar como:
°F =1.8 °C + 32
Ejemplo 2: Convertir 100°C a grados Fahrenheit
°F = 9/5 °C + 32 = 9/5 (100) + 32 = 9 x 100 / 5
+ 32 = 180 + 32 = 212°F
°F = 1.8 °C + 32 = 1.8 (100) + 32 = 180 + 32 =
212°F
Ejercicio
2. Convertir 360°C a grados Fahrenheit
c) Conversión de grados a grados Centígrados a
grados Kelvin
°K= °C + 273.15
Ejemplo 3. Convertir 100°C a grados Kelvin
°K= °C + 273.15 = 100 + 273.15 = 273.15°K
Ejercicio
3. Convertir 90°C a grados Kelvin
d) Conversión de grados a grados Kelvin a grados
Centígrados
°C= °K - 273.15
Ejemplo 4: Convertir 50 grados Kelvin a grados
Centígrados
°C= °K - 273.15 = 50 - 273.15 = -223°C
Ejercicio
4. Convertir 80 grados Kelvin a grados Centígrados
e) Conversión de grados Fahrenheit a grados
Kelvin
°K = 5/9 (°F + 459.67) también se puede expresar
como °K = 0.55°F + 255.37
Ejemplo 5: Convertir 300°F a grados Kelvin
°K = 5/9 (°F + 459.67) = 5/9 (300 + 459.67) =
5/9 (759.67) = 422°K
°K = 0.55°F + 255.37= 0.55 x 300 + 255.37 =
422°K
Ejercicio
5. Convertir 150°F a grados Kelvin
f) Conversión de grados Kelvin a grados
Fahrenheit
°F = 9/5 K - 459.67 también se puede expresar
como °F = 1.8°K – 459.67
Ejemplo 6: Convertir 200 grados Kelvin a grados
Fahrenheit
°F = 9/5 K - 459.67 = 9/5 (200) - 459.67 = 360 –
459.67 = -99.67°F
°F = 1.8°K – 459.67 = 1.8 (200) – 459.67 = 360 –
459.67 = -99.67°F
Ejercicio
6. Convertir 670 grados Kelvin a grados Fahrenheit
Ejercicios
7. Convertir 50 grados Centígrados a grados
Fahrenheit.
8. Convertir 400 grados Kelvin a grados
Fahrenhit.
9. Convertir 200 grados Centígrados a grados
Kelvin.
10. Convertir 15 grados Fahrenheit a grados
Centígrados.
11. Convertir 450 grados Fahrenheit a gradis
Kelvin.
12. Convertir 450 grados Kelvin a grados
Centígrados.
D APLICACIÓN
1.
Me reúno con los compañeros
de subgrupo y me dirijo al laboratorio donde se encuentran dispuestos los
siguientes materiales (termómetro y reloj) para adelantar la práctica en el
trapiche más cercano a mi sector. En este momento elegimos un monitor, el cual
tendrá la responsabilidad de percibir la necesidad de los integrantes del grupo,
para que la actividad sea ejecutada con la mayor eficiencia posible. Recordemos
registrar las observaciones y tomar cuidadosamente los datos para poder
elaborar el informe y presentarlo al profesor.
ACTIVIDAD: Medición in
situ de la temperatura en el proceso de producción de la panela.
La siguiente experiencia
me permite medir la temperatura del jugo de la caña en el proceso de producción
de la panela y comprobar la relación que
existe entre diferentes escalas de temperatura.
·
Introducción
En esta práctica veremos
la relación que existe entre el calor que se le comunica a un cuerpo, en este caso
del jugo de la caña en el proceso de producción de la panela y la temperatura.
·
Planteamiento:
·
Hipótesis
Mientras no se produzca
un cambio de estado la temperatura aumentara.
·
materiales
Trapiche panelero
Termómetro
Reloj
·
Método
ü
Por subgrupos visitar un trapiche en funcionamiento para
realizar la actividad de medición de temperatura (escala Celsius) introduciendo el termómetro en cada uno de
los fondos (sitios donde se procesa la panela) cada cuatro minutos.
ü
Cuando la temperatura de la miel este
próxima a alcanzar la escala máxima del termómetro finalizará la recolección de
datos.
ü Con
los datos anteriores construya una gráfica temperatura-tiempo del proceso.
Utilice herramientas como: freeware Geogebra o Excel.
·
Análisis de resultados
¿De acuerdo a la gráfica
diseñada que relación encuentra entre temperatura y tiempo?
¿Es cierta la hipótesis
formulada? Explique.
Realicen la conversión de
escala, grados °C a grados °F, del primero y último dato tomado.
|
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