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Materiales y Calor

El siguiente recurso educativo te enseñará acerca del calor y la temperatura, su medición, propagación y muchas cosas más relacionadas a esta materia de física. Contiene ilustraciones a color.

Materiales y Calor

Calor y temperatura

En la vida diaria usamos las palabras calor y temperatura como sinónimos. Por ejemplo, cuando la temperatura ambiente es elevada exclamamos ¡Uf, qué calor hace! Pero en física debemos ser muy cuidadosos al emplear estos términos, pues significan cosas muy distintas, aun cuando están estrechamente relacionados. Para entender esta diferencia supongamos que ponemos en contacto dos objetos (A y B) cuyas temperaturas iniciales (Tia y Tib,respectivamente) son diferentes. Después de algún tiempo, como se ilustra en la figura 15, alcanzarán la misma temperatura final de equilibrio Tfa igual Tfb. Diremos entonces que del cuerpo A ha pasado calor al cuerpo B. En otras palabras, entenderemos el calor como energía en tránsito que fluye de los cuerpos de mayor temperatura a los de menor temperatura. En este sentido, el “frío” no existe como entidad física.

Esquema a color del traspaso de calor de la figura A a la B

Medición del flujo de calor. Por definición, 1 caloría (cal) corresponde a la cantidad de calor que es necesario suministrarle a 1 gramo de agua para elevar su temperatura en 1 °C (más exactamente de 14,5 a 15,5 °C). Evidentemente el calor resulta directamente proporcional al incremento de temperatura (DT) y también a la masa (m) del cuerpo. Es decir, para aumentar en 2° C la temperatura de 1 g de agua necesitaremos 2 cal, y para aumentar en 4 °C la temperatura de 10 g de agua necesitaremos 40 calorías. Por otra parte, no se produce el mismo efecto al entregarle 1 cal a 1 g de agua que a 1 g de cobre u otro material. Todo esto lo podemos sintetizar con la expresión:

Q = cm Triángulo T,           [1]

en que Q es la cantidad de calor y c es una constante característica de cada material, que recibe el nombre de calor específico.

El calor específico o más formalmente la capacidad calorífica específica de una sustancia es una magnitud física que indica la capacidad de un material para almacenar energía interna en forma de calor. De manera formal es la energía necesaria para incrementar en una unidad de temperatura una cantidad de sustancia; usando el SI es la cantidad de julios de energía necesaria para elevar en un 1 K la temperatura de 1 Kg. de masa. Se la representa por lo general con la letra c.

Se necesita más energía calorífica para incrementar la temperatura de una sustancia con un alto valor del calor específico que otra con un valor pequeño. Por ejemplo, se requiere ocho veces más energía para incrementar la temperatura de un lingote de magnesio que para un lingote de plomo de la misma masa (el magnesio posee un calor especifico mayor que el del plomo).

De acuerdo con la definición de caloría, el calor específico del agua líquida es: 1 cal/g•ºC.

La tabla de la figura 16 muestra el calor específico de algunas sustancias.

Tabla que muestra el calor específico de algunas sustancias
Ejemplo:

¿Cuánto calor es necesario suministrarle a una pieza de aluminio de 2 kg para aumentar su temperatura de 20 a 70 °C?

Solución:

Tenemos, m = 2.000 g,
Triángulo T= 50° C
cAl = 0,22 cal/g·ºC

Reemplazando en la expresión [1] se tiene que: Q = 22.000 cal.

A pesar de lo anterior, no siempre el suministrar calor a un cuerpo implica un cambio de su temperatura. Durante los cambios de estado, el calor que recibe un cuerpo no incrementa su temperatura. Por ejemplo, si se tiene 1 g de hielo de agua a 0 °C, se requerirá suministrarle 80 cal para convertirlo en agua líquida también a 0 °C. La energía proporcionada aquí es empleada para separar las moléculas del agua y no para incrementar su temperatura.

También es importante comprender que si Triángulo T > 0, entonces Q > 0, y si Triángulo T < 0, entonces Q < 0. Es decir, el calor puede ser positivo o negativo. En el primer caso se dice que el cuerpo está absorbiendo calor y en el segundo que lo está cediendo.

Propagación del calor

Existen básicamente tres formas en que se propaga el calor: por conducción, por convección y por radiación, aun cuando en la realidad normalmente todas ellas están ocurriendo en las situaciones cotidianas.

1. Conducción: en la propagación de calor por conducción no hay desplazamiento de las moléculas, sino que unas a otras se transfieren la energía a través de sus vibraciones (en forma de ondas). Esto ocurre cuando se acerca el extremo de una barra metálica a una llama, como en la figura 17, caso en el que se observa que el extremo contrario también se calienta.

Dibujo a color que representa el extremo de una barra metálica en una llama

Los sólidos son mejores conductores que los líquidos y éstos mejores que los gases. Los metales son muy buenos conductores de calor, mientras que el aire es un muy mal conductor. Puedes experimentar la transferencia de calor por conducción siempre que tocas algo que está más caliente o más frío que tu piel, como cuando te lavas las manos en agua caliente o fría.

La figura 18 ilustra dos alambres (uno de aluminio y otro de cobre) enrollados en la zona en que se está aplicando calor.

Ilustración a color de dos alambres enrollados en la zona en que se está aplicando calor


Gotitas de esperma (parafina sólida) repartidas a distancias iguales muestran, al irse derritiendo, la distinta rapidez con que se va propagando el calor por los alambres. ¿En cuál de ellos se derretirán primero las gotitas de esperma?

Rapidez de propagación del calor. En el caso de una varilla cuyos extremos están a diferentes temperaturas (T1 y T2), la rapidez con que se propaga el calor (Q), es decir, Q/ Triángulo T, depende de varios factores:  

- de la diferencia de temperatura entre los extremos (Triángulo T)
- del área de la sección transversal de la varilla (S)
- de su longitud (L)
- del material de que esté hecha, pues hay algunos que lo conducen más rápido que otros.

Ilustración del ejemplo de la varilla con extremos a diferente temperatura

Matemáticamente, la relación entre los factores mencionados se puede escribir así:

Formula veintiocho  

en que C recibe el nombre de coeficiente de conductividad térmica y depende del material. El valor de C se puede medir en Formula veintinueve o Formula treinta y su valor es alto para los buenos conductores del calor y bajo para los buenos aislantes térmicos.

La figura 21 muestra típicos valores de C.

Tabla que muestra valores típicos de C


Ejemplo: ¿Con qué rapidez fluye el calor por un alambre de cobre de 3 metros de largo y de 1 cm de diámetro cuando entre sus extremos existe una diferencia de temperatura de 100 °C?

Se tiene que:
L = 3 m
S = p(0,005 m)2 = 0,0000785 m2
 
Triángulo T= 100 °C
C = 98,8
Formula treinta

Reemplazando en la expresión anterior se encuentra que:

Formula veintisiete= 0,26 Formula treinta y uno

es decir, por una sección del alambre pasan 0,26 calorías en cada segundo.

Es importante observar que el aire atmosférico es bastante mal conductor del calor comparado con los metales, las piedras, la arena de la playa y el agua. Por esta razón, ¡afortunadamente!, el aire no se calienta tanto como el suelo durante el verano.

Conductividad térmica y sensación térmica. Si tocamos con nuestra piel un trozo de metal y un trozo de madera, o bien una baldosa y una alfombra, aun cuando estén en equilibrio térmico con el ambiente, sentimos más frío el metal y la baldosa que la madera o la alfombra. ¿Por qué ocurre esto? La razón es simple. Nuestro cuerpo, por lo general, se encuentra a una temperatura mayor que la del ambiente, y al tocar esos objetos, el calor fluye más rápido hacia los materiales que poseen un mayor coeficiente de conductividad térmica. Es esta transferencia de calor la que nos produce la sensación térmica.

Por otra parte, el flujo de calor entre dos cuerpos depende del área de contacto entre ellos. Por eso, cuando en invierno salimos de la ducha y tenemos que pisar la baldosa, aun cuando se encuentre a la misma temperatura de una alfombra, preferimos hacerlo con la punta de los pies. Esto también explica nuestra postura corporal instintiva cuando sentimos frío o calor. En el primer caso juntamos las extremidades con nuestro cuerpo y tendemos a encogernos, mientras que en el segundo extendemos las extremidades lo más posible. En el primer caso lo que hacemos es reducir el área de contacto entre nuestro cuerpo y el aire ambiente, disminuyendo así el flujo de calor desde nuestro cuerpo al ambiente, y en el segundo caso, facilitarlo.

2. Convección. Al calentar agua en una olla en la cocina observamos que ésta se mueve y gorgotea. El calor se transmite aquí debido principalmente al movimiento del fluido. El agua caliente sube y la más fría baja. En nuestra atmósfera también ocurre lo mismo. El aire que se calienta por estar en contacto con el suelo en un día caluroso sube, mientras que el aire frío baja, lo que constituye una de las principales causas de los vientos. Por ejemplo, como en la figura 19 cuando estamos en la playa mirando el mar el viento nos llega en la cara, y de noche, en la espalda. También puede comprobarse esto colocando un remolino de papel encima de una ampolleta encendida. El aire caliente al subir, hará girar el remolino.

Ilustración a color del ejemplo de convección


3. Radiación. Si hay dos cuerpos, uno caliente y uno frío, aun cuando no estén tocándose, el calor pasa de uno al otro. No se produce ningún intercambio de masa y no se necesita ningún medio material para que se transmita. La propagación del calor se produce aquí a través de radiación electromagnética. En la gran mayoría de los sucesos de transferencia de calor cotidianos, esta radiación no es suficientemente intensa como para que sea visible; por ello hablamos de radiación infrarroja, es decir, su frecuencia está por debajo de la frecuencia de la luz roja. De esta forma nos calentamos cuando estamos cerca de una estufa y de este modo nos llega, también, parte del calor desde el sol.

La radiación solar, sin embargo, es mucho más amplia; incluye frecuencias infrarrojas, visibles (la luz que nos ilumina durante el día), y ultravioletas (frecuencias más altas que la de la luz violeta). Todas ellas son manifestaciones de un mismo fenómeno físico: la radiación electromagnética. La ultravioleta es tan energética que puede ionizar la materia (separa a los electrones de los núcleos atómicos), pero la radiación infrarroja interfiere con los electrones de los átomos, promocionándolos (excitándolos) a un nivel energético superior y produciendo la agitación de los átomos y de las moléculas, lo que se traduce en calor. En los hornos microondas la energía generada para que vibren las moléculas de la sustancia que se calienta es transmitida por ondas cuyas frecuencias son aun inferiores a las del infrarrojo. Evidentemente, la radiación es la principal forma en que se propaga el calor en nuestro Universo. En la figura 15 (arriba) los cuerpos A y B podrían no estar tocándose: A podría ser una estrella y B un planeta y existir vacío entre ellos.

Para experimentar y reflexionar: expón a la llama de una vela un vaso de papel corriente lleno de agua y observa que el líquido puede llegar a hervir sin que se queme el papel. Formula una hipótesis para explicar el fenómeno. Si el papel mojado es todavía papel, ¿por qué no se enciende?

Para los tuerca: Los motores de combustión de los automóviles es necesario enfriarlos para que no se fundan. Esto puede hacerse con agua, pero hay líquidos, denominados refrigerantes, que son más eficaces. Físicamente, ¿en qué se diferencian estos líquidos del agua?

Aislación térmica y el termo. Es posible que estemos familiarizados con envases destinados a conservar por cierto tiempo las temperaturas, en algunos casos calientes (por ejemplo, agua para el café) y en otros frías (para bebidas y helados). Es importante entender varias cosas de ellos. Primero, permiten que esto ocurra mejor si se los mantiene cerrados. Segundo, están construidos con materiales que conducen muy mal el calor; es decir, materiales en que el calor se propaga muy lentamente por ellos. Por último, tarde o temprano, pasa a través de sus paredes el calor necesario para que se produzca el equilibrio térmico con lo que le rodea. No existe aislación térmica perfecta. El asbesto, el aislapol, la lana y algunos plásticos son buenos materiales para estos propósitos. Se emplean materiales similares en muros y techos con el fin de que dificulten que el calor se escape de una casa calefaccionada en invierno o entre a ella en un caluroso día de verano; y también en las vestimentas que usan las personas que se exponen al fuego, evitando las quemaduras, como en los trajes de los astronautas.

Otro material que conduce mal el calor es la nieve esponjosa. ¿Cómo se protegen del frío los esquimales?

El termo o botella de Dewar, como se conoce en física, es un caso que requiere atención especial. Como se indica en la figura 22 se trata de una doble botella de vidrio, plateada interiormente, igual que los espejos, y con un espacio vacío.

Ilustración a color del termo o botella de Dewar


Primero, el calor en la superficie especular se refleja casi igual que la luz visible y, segundo, el vacío es un muy mal conductor del calor. Por estas razones, se trata de un dispositivo que aísla térmicamente un espacio de manera bastante eficiente.

Los cambios de estado. Como ya vimos, todos los elementos y muchas sustancias pueden encontrarse en estado sólido, líquido o gaseoso, dependiendo de su temperatura. En la figura 23 se muestran las temperaturas a las que se producen dichos cambios de estado para algunas sustancias cuando la presión atmosférica es normal (1 atmósfera).

Figura veintitres


En relación con este punto es conveniente aclarar varias cosas. Primero, no debe confundirse ebullición con evaporación. Por ejemplo, el agua bulle o hierve a 100 ºC, pero se evapora a cualquier temperatura. Prueba de ello es que si dejamos por un tiempo un vaso con agua a temperatura ambiente, veremos que su nivel va bajando paulatinamente. Segundo, el agua hierve a 100 °C cuando la presión atmosférica es normal (1 atmósfera). En lo alto de una montaña, donde la presión es menor, puede hervir a temperaturas inferiores. Puedes verificar esto sin ir a la montaña. Pon un poco de agua a unos 60 °C en una jeringa, tapa el extremo en que se pone la aguja y extrae el émbolo (con ello disminuirás la presión en su interior. Ver figura 24.) Verás que el agua comienza a hervir.

Figura veinticuatro

En el espacio interplanetario, donde la presión es prácticamente cero, el agua no puede permanecer en estado líquido. Un cubo de hielo allí se convertirá, si se le suministra calor, directamente en vapor; es decir, gas, sin pasar por la fase líquida. Esto es lo que ocurre con los cometas (formados principalmente de hielo) al aproximarse al Sol. Cuando una sustancia pasa de estado sólido a gaseoso hablamos de sublimación. La temperatura de congelación del agua también depende de la presión atmosférica. Lo que se cumple para el agua es, en general, válido para todos los fluidos.

Imagen del sol. ¿SE PUEDE CALENTAR AGUA EN UN CUCURUCHO DE PAPEL?Educarchile ¿Se puede calentar agua en un cucurucho de papel, sin que este se queme? Responde esta pregunta y luego ve el video “Olla de papel” que trata sobre calentamiento de agua. 1. En el video observa cómo calientan agua que se encuentra en un cucurucho de papel. Observa que este cucurucho no se quema mientras es expuesto al fuego, pero si se calienta el agua que se encuentra en él. Ir a la actividad

Imagen del sol. SI CALENTAMOS AGUA EN UN CUCURUCHO DE PAPEL ¿SE QUEMA EL PAPEL?Educarchile ¿Crees tú que se puede calentar un poco de agua que está dentro de un cucurucho de papel sin que éste se queme? Intenta responder esta pregunta y luego ve el video “Olla de papel”. Fíjate que ocurre con el papel cuando se expone a la llama y el agua que contiene el cucurucho. Ir a la actividad

 
Imagen del sol Guía del docente: Materiales y calor
Educarchile

Descripción curricular:

-Nivel: 2º medio

-Subsector: Ciencias Físicas

-Unidad temática: El calor

-Palabras claves: calor, conductividad térmica, capacidad calorífica, transferencia de calor.

-Contenidos curriculares:

- Introducción fenomenológica del calor como una forma de energía.

- Definición del calor específico y distinción de esta propiedad en diversos materiales como

el agua, el cobre, etc.

- Transmisión de calor a través de un objeto y su relación con la diferencia de temperatura.

- Distinción fenomenológica entre medios con conductividad térmica diferente, como el vidrio,

el metal, el aire, etc.

-Contenidos relacionados:

-1º medio:

- La luz: Naturaleza de la luz, La luz como una forma de energía. Descripción del espectro de

  radiación del Sol y su carácter de principal fuente de energía para la vida en la Tierra.

- La electricidad: Energía eléctrica.

- 2º medio:

- El movimiento: Energía mecánica.

- El calor: La temperatura y Conservación de la energía.

- 3º medio:

- Mecánica: Conservación energía mecánica.

- 4º medio:

-  Electricidad y magnetismo: Fuerzas entre cargas.

-  Mundo atómico: El núcleo atómico.

Aprendizajes esperados:

- Manejan con familiaridad y distinguen los conceptos de temperatura y calor, su relación con

la energía, las propiedades de los materiales y artefactos de uso cotidiano en relación a

estas magnitudes.

- Reconocen que en nociones de uso cotidiano (como calor, temperatura, energía) hay toda

una ciencia y un mundo de ideas y aplicaciones.

- Aprecian la generalidad de algunas nociones de la física (como la energía).

- Reconocen que lo que leen nuestros sentidos puede afectarse por las condiciones del

entorno y no es infalible (como la apreciación de la temperatura).

Aprendizajes esperados de esta actividad:

- Comprender qué es capacidad calorífica.

- Analizar cómo se transfiere el calor entre los cuerpos.

- Identificar fenómenos relacionados con el calor y la capacidad calorífica en situaciones de la

vida diaria.

- Desarrollar competencias de trabajo de investigación y rescate de ideas principales para

generar autoaprendizaje.

Recursos digitales asociados de www.educarchile.cl :

- Ficha: "Materiales y calor"

- Video: "Olla de papel"

- Juego: "¿Quién sabe más?" Materiales y Calor

- Animación: "Formas de transmisión de calor"

- Diapositivas digitales: “Calor específico o capacidad calorífica específica”

Actividades propuestas para este tema:

- Actividad 1: "¿Se puede calentar agua en un cucurucho de papel?": aborda los mecanismos de transferencia de calor.

- Actividad 2: "Si calentamos agua en un cucurucho de papel, ¿se quema el papel?": aborda la capacidad calorífica de los cuerpos.

A continuación encontrarás los contenidos que tratan estas actividades y sugerencias sobre cómo desarrollarlas con tus estudiantes.

 

ACTIVIDAD 1: ¿Se puede calentar agua en un cucurucho de papel?

 

1. Mapa de contenidos tratados

 

mapa1

 

2. Desarrollo de la actividad: ¿Se puede calentar agua en un cucurucho de papel?

­­ Tiempo de duración de la actividad: dos horas de 45 minutos

Espacio físico : sala de clases

Materiales:

- Equipo audiovisual para ver un video.

- Video: "Olla de papel"

- Guía de actividades para estudiantes, disponible en ficha temática “el calor”

(www.educarchile.cl).

Durante la semana o días previos a la realización de la actividad,  se le debe pedir  a los

estudiantes que revisen y recolecten información acerca del contenido “mecanismos de

transferencia de calor”. Se recomienda el contenido de la ficha temática “el calor” disponible en www.educarchile.cl .

 

Paso 1

Como actividad de motivación e introducción observen todos juntos el video "Olla de papel".

En este video se observa que se puede calentar agua que se encuentra en un cucurucho de papel, sin que el papel se queme.

Mientras observan el video, destaque los siguientes momentos:

- El físico indica cuál es la temperatura de inflamación del papel y la temperatura a la que

hierve el agua (230 ºC y 100 ºC respectivamente).

- El físico expone el cucurucho al fuego por el lado en que hay una hoja de papel y no por el

lado en que hay tres hojas de papel.

- El físico indica la razón por la cual el papel no se quema al exponerlo al fuego.

- El físico hace referencia a los mecanismos de transferencia de calor. (Conducción,

convección y radiación).

Al terminar de observar el video pregunte a sus estudiantes: pídale a sus estudiantes que

respondan lo que ellos piensan, fundamentando siempre su respuesta.

- ¿Es posible calentar agua que se encuentra dentro de un cucurucho de papel sin que éste se

queme?

- ¿Cómo recibe calor el agua si esta se encuentra en un cucurucho de papel, antes de que el

papel se queme?

En este contexto, motive a sus estudiantes con las preguntas propuestas para que aventuren sus respuestas según sus conocimientos y usted entrégueles la guía de contenido "materiales y calor".

 

Paso 2

Entregue la ficha con la actividad propuesta, o léanla en línea y luego comiencen la investigación.

Luego, podrán completar los párrafos con los conceptos que faltan y las respuestas a las preguntas solicitadas. He aquí las respuestas en azul.

 

1. Los mecanismos de transferencia de calor conocidos son conducción, convección y radiación.

Cuando se transmite calor entre dos sólidos, entonces el mecanismo es por conducción. La

convección ocurre si se transmite calor por el movimiento de un fluido, y la radiación corresponde a la transferencia de calor por ondas electromagnéticas o fuentes de calor.

 

2. La transferencia de calor a través de 2 metales se llama conducción, un ejemplo e esta

transferencia es exponer un trozo de metal a una fuente de calor. En este caso la energía se

propaga por el metal por movimiento de partículas que lo conforman. Otro ejemplo es tocar una cuchara de metal que se encuentra en una taza de te recién hervida. El calor de la tasa de te se transfiere a la cuchara subiendo por el mango de esta.

 

3. ¿Por cuál mecanismo de transferencia de calor se transmite la energía de la llama al papel y luego del papel al agua?

El calor que transmite la llama pasa primero al papel y luego al agua por el mecanismo de

conducción.

 

4. ¿Por cuál mecanismo se transmite el calor en el agua?

Por convección debido a que el agua es un fluido.

 

5. Una ampolleta encendida nos transfiere calor a través de radiación.

 

6. Los vientos en la atmósfera pueden ser generados por diferencias de temperaturas entre 2

masas de aire. El calor entre estas masas de aire se transfiere por convección.

 

Paso 3

Concluya la actividad volviendo a las preguntas iniciales de la actividad, esta vez pídales a sus

estudiantes que respondan fundamentando sus respuestas.

- ¿Es posible calentar agua que se encuentra dentro de un cucurucho de papel sin que éste se

queme?

- ¿Cómo el agua recibe calor si esta se encuentra en un cucurucho de papel?

Compruebe si aprendieron cómo se transfiere el calor entre los cuerpos y fluidos. Si es necesario, refuerce los aprendizajes remirando el video mientras usted explica o pidiéndoles que vean la animación sugerida "Formas de transmisión de calor".

 

ACTIVIDAD 2: Si calentamos agua en un cucurucho de papel, ¿se quema el papel?

 

1. Mapa de contenidos tratados

 

 mapa2

 

 

2. Desarrollo de la actividad: Si calentamos agua en un cucurucho de papel, ¿se quema el papel?

Tiempo de duración de la actividad: dos horas de 45 minutos

Espacio físico : sala de clases

Materiales:

- Equipo audiovisual para ver un video.

- Video: "Olla de papel"

- Guía de actividades para estudiantes, disponible en ficha temática “el calor”

(www.educarchile.cl).

Durante la semana o días previos a la realización de la actividad,  se les debe pedir  a los

estudiantes que revisen y recolecten información acerca del contenido  “capacidad calorífica”. Se recomienda el contenido de la ficha temática “el calor” disponible en www.educarchile.cl.

 

Paso 1

La actividad puede comenzar con una actividad de motivación en la cual usted les relata la

experiencia que se muestra en el video (video: "Olla de papel"), es decir que una persona (por ejemplo en una excursión) necesitaba calentar agua y lo hizo utilizando como base un cucurucho de papel. Pregúnteles: ¿Creen ustedes que es verdad esto que les cuento? ¿Lo habrá logrado?

¿Pudo calentar el agua antes de que se queme el papel?

Puede anotar las respuestas en una pizarra o papelógrafo. A continuación vean el video "Olla de papel". Si es necesario, que lo vean más de una vez. En este video observan que se puede calentar agua en un cucurucho de papel sin que este se queme.

Para esta actividad destaque los siguientes momentos:

- El físico indica cuál es la temperatura de inflamación del papel y la temperatura a la que

hierve el agua. (230 ºC y 100 ºC respectivamente).

- El físico expone el cucurucho al fuego por el lado en que hay una hoja de papel y no por el

lado en que hay tres hojas de papel.

- El físico indica la razón por la cual el papel no se quema al exponerlo al fuego.

Al terminar de ver el video, pregunte:

- ¿Por qué se calienta el agua antes que se queme el papel?

- ¿Quien recibe primero el calor?

- ¿Quién aumenta la temperatura más rápido: el papel o el agua?

Las razones por las que es posible calentar agua dentro de un cucurucho de papel sin que el papel se queme dependen de los mecanismos de transferencia de calor y la capacidad calorífica en este caso, del papel y el agua. En esta actividad se aborda el concepto de capacidad calorífica de los cuerpos. Con este concepto es posible responder y aclarar porqué se calienta el agua antes de que se queme el papel.

En este contexto, motive mediante las preguntas propuestas, a que sus estudiantes investiguen qué es la capacidad calorífica.

 

Paso 2

- Entregue la guía para el estudiante que se encuentra disponible en el portal educarchile.

Pueden leerla todos juntos o en pares de estudiantes, y luego comiencen la investigación

que les permitirá responder las preguntas cuyas respuestas se encuentran a continuación.

Durante este momento los estudiantes deben apoyarse en la información que han

recolectado sobre el tema “calor específico” en el sitio Web recomendado por el profesor,

además si lo considera pertinente puede apoyarse en las diapositivas digitales “Calor

específico o capacidad calorífica específica” disponible en la ficha temática “El calor”.

 

1. ¿Qué es capacidad calorífica de un cuerpo?

Es la cantidad de calor necesario para elevar la temperatura de 1 gramo de muestra en 1grado Celsius. La capacidad calorífica de los cuerpos indica la capacidad de ellos de almacenar calor y también de liberarlo a ambiente o a otro cuerpo. Las unidades son unidades de energía (calorías, joule, kilocalorías o kilojoule) por unidad de temperatura
(ºC ó ºK) y por unidad de masa (gramos,
kilogramos). Por ejemplo:

 

                                        calGC 

2. ¿Qué significa que un cuerpo tenga capacidad calorífica igual a 1  calGC 

 

Significa que 1 gramo de este cuerpo necesita 1 caloría para aumentar en un grado Celsius su temperatura. Se puede interpretar también como 1 gramo de este cuerpo liberará 1 caloría cada vez que disminuya en 1 grado Celsius su temperatura.

 

En general, los estudiantes creen que la capacidad calorífica es la capacidad de un cuerpo para aumentar su temperatura. Sin embargo lo correcto es que es la capacidad de almacenar calor. Si un cuerpo tiene alta capacidad calorífica, entonces puede absorber y ceder una alta cantidad de calor por unidad de masa.

 

3. ¿Cómo es la capacidad calorífica de un cuerpo que es conductor de calor?

Compárala con un cuerpo que no es conductor de calor. Por ejemplo: plumavit (o poliestireno) y una lámina de aluminio.

 

calor5 

 

Un conductor de calor puede absorber y transmitir calor rápidamente, este fenómeno es

característico de los metales debido a que tienen capacidad calorífica muy pequeña y necesitan poca energía para aumentar su temperatura y deben liberar la misma cantidad para disminuirla.

Por tanto, la capacidad calorífica de los cuerpos conductores es, por lo general, mucho menor que 1.

Si la capacidad calorífica del aluminio es   calor6  y la del poliestireno (plumavit) es de  calor7 , esto quiere decir que 1 gr. de aluminio necesita 0,217 cal para aumentar su temperatura en 1 grado Celsius y debe liberar 0,217 cal para disminuirla.

 

En contraste, 1 gramo de plumavit requiere 0,4 cal para aumentar su temperatura en 1 grado

Celsius. Esto es casi 2 veces más calorías que el aluminio, en otras palabras se requiere más

trabajo elevar la temperatura de la plumavit que la del aluminio.

Del mismo modo, el aluminio libera casi 4 veces menos calorías que la plumavit para disminuir la temperatura, esto hace que se comporte como conductor de calor.

A modo de conclusión, los objetos que son conductores de calor tienen capacidad calorífica menor que objetos que no lo son.

 

4. Averigua el valor de la capacidad calorífica del hielo. Conociendo este valor, ¿Por qué se

construyen iglúes de este material?

 

La capacidad calorífica del hielo es  calor8 

 

Esto es la mitad de capacidad que el agua   calor9

 

Los iglúes se construyen de este material porque, aunque parezca increíble, no liberan fácilmente el calor y, por lo tanto, funcionan como aislantes térmicos.

 

5. Supongamos que debes transportar un líquido muy caliente, como agua recién hervida. Dispones para ello, de dos recipientes: uno de ellos está hecho de cobre y el otro hecho con plumavit.

 

calor10

 

¿Cuál elegirías? ¿Por qué?

Se debiera elegir aquel de plumavit, debido a que este material tiene mayor capacidad calorífica y se comporta como aislante de calor. Esto permitirá que el calor del agua recién hervida se mantenga dentro del recipiente y no escape al ambiente.

 

6. De las siguientes respuestas a esta pregunta (a y b) indica cuál es la correcta.

¿Por qué se calienta el agua antes que se queme el papel?

 

calor11

 

La respuesta correcta es la letra a

 

7. ¿Qué ocurre si exponemos el cucurucho de papel por el lado que tiene 3 hojas de papel, en vez de exponerlo por el lado que tiene 1 hoja de papel?

Si se expone el cucurucho de papel por el lado en que tiene 3 hojas, entonces se quemarán las primeras dos hojas porque absorberán la energía necesaria para alcanzarla temperatura de combustión.

La tercera hoja, cederá el calor al agua haciendo que esta se caliente, como sucede si se expone el cucurucho por el lado en que tiene 1 hoja de papel.

 

Paso 3

Para concluir esta actividad, hágales la misma pregunta a sus estudiantes con que inició la

actividad.

- Si calentamos agua en un cucurucho de papel, ¿se quema el papel?

- ¿Por qué no se quema el papel y se calienta el agua?

Compruebe o verifique que si sus estudiantes comprenden porqué no se quema el papel y sí se calienta el agua.

Como una evaluación final sugiérales que jueguen el juego ¿Quién sabe más? Materiales y calor.

Analicen los resultados obtenidos, y refuerce los aprendizajes que presentan más problemas.

Información

Técnica

Descripción BreveEl siguiente recurso educativo te enseñará acerca del calor y la temperatura, su medición, propagación y muchas cosas más relacionadas a esta materia de física. Contiene ilustraciones a color.
Temas relacionados

 » Video:
Olla de Papel

» Animación:
Propagación del calor

» Diapositivas digitales:
¿Quién sabe más? Materiales y Calor

IdiomaEspañol (ES)
Autoreducarchile
Fuenteeducarchile
Clasificación Curricular
NivelSectorUnidad o eje
2° medioFísicaLa materia y sus transformaciones

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