Experiencias para introducirse en el estudio del calor y de la temperatura

 

Contenidos

Actividades

Volver página principal

·      Equilibrio térmico, calor y temperatura.

1.   ¿Hacia dónde va la energía?

·      Transmisión de energía por conducción.

2.   ¿Qué materiales conducen mejor el calor?

3.   ¿Qué materiales conservan mejor la temperatura?

·      Transmisión de energía por convección.

4.   ¿Cómo se traslada la energía en líquidos y gases?

·      Transmisión de energía por radiación.

5.   Radiaciones que nos envuelven.

·      El punto de fusión.

6.   El punto de fusión de la parafina.

·      El punto de ebullición.

7.   El punto de ebullición del agua.

Enlaces

8.    Un horno solar

 

1. ¿Hacia dónde va la energía?

Si calentamos un vaso de agua hasta los 60 ºC, y lo ponemos dentro de otro vaso con agua fría, ¿qué diferentes aspectos relacionados con la energía podemos comprobar? Escribe tres o cuatro aspectos. Después realiza la experiencia siguiente:

Experimenta: ¿Qué temperatura final alcanzarán cuando se ponen en contacto dos masas de agua que tienen diferente temperatura?

Material necesario: un vaso de precipitados de 50 ml y otro de 500 ml, dos termómetros (0-100 °C) y un termómetro de ambiente, soporte con nuez, trípode y rejilla, pinzas de maderas, mechero de gas y agua.

Procedimientos:

1.   Prepara el vas de precipitados grande con 200 ml de agua y mide su temperatura.

2.   Pon 50 ml de agua en el vaso pequeño y caliéntala hasta 60°C.

3.   Con cuidado y con ayuda de las pinzas de madera, introduce el vaso pequeño dentro del grande (los niveles de agua de ambos vasos deben ser iguales), y coloca los termómetros como en la figura.

4.   Mide cada 2 minutos la temperatura de cada recipiente, y anótala en la tabla de datos, hasta que se igualen.

5.   Continúa anotando la temperatura de cada recipiente durante seis minutos más.  

                                                              

Temp.

(min)

Temperatura

agua fría

(ºC)

Temperatura

agua caliente

(ºC)

0

 

60

2

 

 

4

 

 

6

 

 

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Cuestiones:

a)   ¿Qué temperatura final ha alcanzado el agua de cada recipiente?

b)   Gradúa el eje de coordenadas. Con los datos obtenidos, dibuja en el mismo eje de coordenadas les dos gráficas, una para el agua caliente (en color rojo) y otra para la fría (en color azul).

c)   Interpreta la gráfica resultante.

d)   ¿Qué explicación puedes dar de las diferentes variaciones de energía que se producen durante el experimento? ¿Quién ha cedido energía a quién?

e)   Redacta en tu cuaderno un informe de la experiencia realizada, y contesta las actividades de aplicación siguientes:

 

Aplicación

1.     Cuando en invierno salimos de casa a la calle sentimos frío. Si volvemos a entrar a casa, sentimos calor otra vez. ¿Qué nos dicen estas sensaciones sobre la energía?

2.     ¿Si el termómetro de tu clase marca una temperatura de 21 ºC, ¿a qué temperatura estarán los libros que hay al lado del termómetro? Explica tu respuesta.

3.     ¿Por qué cuando tocamos las patas de hierro de una silla sentimos frío en las manos?

4.     En algunos países del norte hay gente que tiene la costumbre en invierno de bañarse en el río o el mar, y dicen que no sienten frío. ¿Cómo puedes justificar que es cierto que no sienten frío?

5.     Los termos mantienen constante la temperatura del líquido que contienen. Si tenemos dentro de un termo agua a 100 ºC, ¿qué puedes decir del calor en dicho termo? Justifícalo.

6.     Un termómetro que marca 20 ºC lo introducimos en un recipiente con agua a 60 ºC. ¿Qué temperatura acabará marcando el termómetro? Describe los procesos físicos que tienen lugar en el termómetro para conseguir la temperatura final alcanzada.

7.     ¿Qué pasa con la temperatura final de dos objetos cuando se ponen en contacto, será la media entre las temperaturas de cada recipiente? ¿Se aproximará más a la de la mayor masa o a la de menor? ¿Qué experimento se puede realizar para comprobar tus ideas?

 

Índice

 

2. ¿Qué materiales conducen mejor el calor?

Si te fijas, los instrumentos de cocina que utilizamos en casa están hechos de material metálico y suelen tener el mango recubierto de un material de plástico, ¿Sabes por qué? ¿Todos los materiales se comportan igual ante el calor? Para descubrirlo realiza la experiencia siguiente:

Experimenta: ¿Qué materiales conducen mejor el calor?

Materiales: Fuente de calor, vaso de precipitados, agua, lentejas, vela, trípode, rejilla porcelana, barras de diferentes materiales: acero, latón, aluminio, madera, metacrilato, vidrio...

Procedimientos:

1.  Coloca, como se ve en la figura, barras de igual medida, barretas de igual medida y diferentes materiales.

2.  Con la cera de una vela, sujeta una lenteja en el extremo de cada una de les barras.

3.  Cuando calientes las barras, ¿caerán las lentejas? ¿Si es así, en qué orden caerán? Enumera el orden en que piensas que caerán.

 

Barras de materiales

    barra de vidrio

    barra de acero

    barra de aluminio

    barra de madera

    barra de latón

   barra de metacrilato

 

 

 

Enciende la fuente de calor y comprueba si pasa lo que habías previsto.

4.  Pasados unos minutos, observa si cae alguna lenteja. Si es así, anota en la tabla el orden en que lo hacen.

 

1a

2a

3a

4a

5a

6a

 

barra de

 

 

 

 

 

 

 

 

Cuestiones: 

a)     Comprueba si tus resultados coinciden con los de otros grupos. Si no es así, comenta qué te parecen las posibles diferencias.

b)     Puedes explicar por qué has lentejas han caído en este orden y no en otro?

c)      ¿Alguna lenteja no ha caído? ¿En qué material se encuentra?

d)     ¿Puedes explicar por qué no han caído?

e)     Redacta en tu cuaderno un informe de la experiencia realizada, y contesta las actividades de aplicación siguientes:

 

Índice

 

Resina fenolica Bakelite3. ¿Qué materiales conservan mejor la temperatura?

Para protegernos del frío utilizamos prendas de abrigo, o nos refugiamos en casa. Para mantener un líquido caliente o frío utilizamos recipientes como los termos, porque mantiene la temperatura durante mucho tiempo.

Experimenta: ¿Cuáles de los siguientes materiales conservan mejor la temperatura de un cubito de agua?

Materiales: platos de café, cubitos de hielo de igual medida, papel d aluminio, lámina d Poliestireno, papel de diario, ropa de algodón y de lana…

Procedimientos:

1.  Coloca sobre un plato un cubito en cada un de los materiales que tienes, y cronometra el tiempo que tardan en fundirse totalmente.

2.  Anota los datos en la tabla siguiente:

 

Material

Aluminio

Poliestireno

Algodón

Lana

Papel de periódico

...

Tiempo (min)

 

 

 

 

 

 

 

 

Cuestiones:

a)     ¿Por qué se deshacen los cubitos de agua?

b)     Escribe el orden, en cuanto al tiempo, en que se han deshecho los cubitos.

c)     ¿Por qué se han deshecho en este orden y no otro?

d)     De los materiales del experimento, ¿cuál es el mejor aislante y cuál el mejor conductor del calor?

e)     Redacta en tu cuaderno un informe de la experiencia realizada, y contesta las actividades de aplicación siguientes:

 

Aplicaciones:

1.    Teniendo en cuenta los datos obtenidos y los de la experiencia anterior, clasifica los materiales utilizados según sean conductores o aislantes del calor. Escríbelos en orden de mejor a peor conductor.

2.    Si tienes que construir una casa en la montaña, ¿qué material usarás para construir las ventanas, aluminio o madera? Justifícalo.

3.    Si te preparas un bocadillo de tortilla y quieres que se conserve caliente, con qué lo envolverás, con papel de aluminio, con film de Poliestireno o con papel de diario? Justifícalo.

4.    Los radiadores de la calefacción de casa suelen estar hechos de aluminio o de hierro. Explica por qué se fabrican con estos materiales.

5.    ¿La conducción del calor es una propiedad característica? Justifícalo.

 

Índice

 

4. ¿Cómo se traslada la energía en los líquidos y gases?

Una estufa o un radiador térmico calienta una habitación transmitiendo la energía por el aire por convección. La convección es un modo de transmitir energía en forma de calor a través de fluidos. Las corrientes de convección también intervienen en la naturaleza, produciendo diferentes fenómenos como son: las corrientes marinas, el desplazamiento de los continentes o los cambios atmosféricos.

Experimenta: ¿Cómo calienta la casa un radiador de calor?

Diseña un experimento que te permita comprobar cómo se transmite la energía en sólidos y líquidos.

Materiales: 

Procedimientos:

Cuestiones:

a) Redacta en tu cuaderno un informe de la experiencia realizada, y contesta las actividades de aplicación siguientes:

Aplicaciones:

1.  Explica cómo se calienta una habitación con ayuda de un radiador.

2.  Los globos aerostáticos suben o bajan utilizan la dilatación o contracción del aire que llevan dentro. Describe cómo funcionan al respecto.

 

 

Índice

 

5. Las radiaciones que nos envuelven

La energía del Sol nos llega a través de radiaciones que nos proporcionan luz y calor. Estas radiaciones viajan en forma de ondas electromagnéticas que viajan a la velocidad de la luz a través del vacío.

Esta radiación viaja a través del vacío, y es absorbida o irradiada de diferentes maneras por los objetos de la Tierra con los que choca.  (Ver tipos de radiaciones). La emisión de energía por una fuente depende de su temperatura absoluta y de la naturaleza de dicha fuente de energía. La absorción de energía no es igual en todos los objetos. Uno de los factores que afectan a la absorción es el color. Puedes comprobarlo con la siguiente experiencia:

Experimenta: ¿Cuál es el color más adecuado para la ropa de invierno?

Materiales:  tres botes de color (pinturas de colores), termómetros, arena.

Procedimientos:

1.   Pinta de blanco, negro y rojo los tres botes (uno de cada color). Llénalos de arena.

2.   Introduce un termómetro en cada bote y observa la temperatura cada 5 minutos durante unos 30 minutos aproximadamente.

3.  Anota las temperaturas en la tabla siguiente.

 

 

tiempo (min)

0

5

10

15

20

25

30

Bote blanco

 

 

 

 

 

 

 

 

Bote rojo

 

 

 

 

 

 

 

 

Bote negro

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Cuestiones:

a)     ¿Cómo queda la temperatura en cada bote? Escribe el orden de mayor a menor temperatura.

b)     Representa en la cuadrícula la gráfica temperatura/tiempo.

c)     Redacta en tu cuaderno un informe de la experiencia realizada, y contesta las actividades de aplicación siguientes:

 

Aplicaciones:

1.     ¿Qué color de ropa es más aconsejable en invierno? Justifícalo.

2.     Los hornos microondas funcionan utilizando radiaciones de energía. Busca información y describe brevemente cómo funcionan los microondas domésticos.

3.     La luz y los colores forman parte de la radiación visible. Busca información y describe brevemente la relación entre la luz y los colores.

 

 

Índice

 

6. El punto de fusión de la parafina

La temperatura de fusión es una propiedad característica que nos permite definir y diferenciar substancias. El agua se funde a los 0º centígrados.

Experimenta: ¿A qué temperatura se funde la parafina?

Materiales: parafina, termómetro, vaso de precipitados, trípode y rejilla de porcelana, nuez, pinzas de madera.

Procedimientos:

Describe cómo realizar este experimento.

Cuestiones:

a)     ¿En qué estado o estados de agregación se encuentra la parafina cuando se está fundiendo?

b)     Redacta en tu cuaderno un informe de la experiencia realizada, y contesta las actividades de aplicación siguientes:

Aplicaciones:

1.     Busca el punto de fusión de diferentes materiales, como el oxígeno, el plomo, el hierro, el oro… , y confecciona una tabla sobre puntos de fusión.

2.      

 

Índice

 

7. El punto de ebullición del agua

La temperatura de ebullición es una propiedad característica que nos permite definir y diferenciar substancias.

Experimenta: ¿A qué temperatura hierve el agua?

Materiales: agua, termómetro, vaso de precipitados, trípode y rejilla de porcelana, nuez, pinzas de madera.

Procedimientos:

1. Observa el montaje de la figura y los materiales que lo forman.

2. Vierte 100 mL de agua destilada en un vaso de precipitados y caliéntalo hasta que hierva. Anota en la tabla la temperatura de ebullición.

3. Continúa calentando durante 6 minutos más, y anotando en la tabla la temperatura cada dos minutos.

 

t (min)

T (ºC)

0

 

2

 

4

 

6

 

8

 

10

 

12

 

14

 

16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Cuestiones:

a)     ¿A qué temperatura ha comenzado a hervir el agua?

b)     ¿Coincide esta temperatura con la que esperabas? Si no es así, ¿qué explicación tiene?

c)     Dibuja la gráfica correspondiente a los datos de la tabla de valores.

d)     Según la gráfica,  cuando  hierve el agua, ¿qué pasa con la temperatura?

e)     ¿Qué conclusiones puedes extraer de esta experiencia?

f)       Redacta en tu cuaderno un informe de la experiencia realizada, y contesta las actividades de aplicación siguientes:

 

Aplicaciones:

1.     Los puntos de fusión y de ebullición de una sustancia nos permiten definir y diferenciar materiales? Explícalo.

2.     El punto de ebullición del agua es 100 ºC. Si encontramos un agua que hierve a los 105 ºC, ¿qué podemos decir sobre la composición de este agua? Explícalo.

3.     Si nos encontramos dos vasos con un líquido diferentes en cada uno, ¿cómo podemos saber si se trata del mismo material? Escribe tres o cuatro maneras diferentes de descubrirlo.

4.     En el caso de los vasos anteriores, ¿podemos llegar a descubrir de qué material o materiales se trata? Explica cómo.

 

Índice

 

8. Un horno solar.

Estos enlaces siguientes encontraras información detallada sobre hornos solares caseros: para qué sirven, cómo funcionan, cómo construirlos…

Una vez leída la información elige el tipo de horno que quieres construir. Construye un horno solar y redacta un informe sobre el trabajo realizado.

 

http://www.gobiernodecanarias.org/educacion/5/WebDGOIE/docs/0809/Innovacion/olimpiasolar/02_horno_solar.pdf

http://www.sitiosolar.com/Horno%20Solar%20de%20caja.htm

http://www.taringa.net/posts/hazlo-tu-mismo/14585268/Manual-para-construir-un-Horno-solar-casero-por-menos-de-6-E.html

http://www.ikkaro.com/horno-solar

 

Índice

 

Enlaces de interés para ampliar comocimientos

·         Transferencia de energía *

·         Transferencia de energía **

·         Campos electromagnéticos y salud

·         Utilidad de las radiaciones

·         Curiosidades sobre frío y calor

·         Ejemplos de transmisión del calor

·         Radiación y astronomía

·         Corrientes marinas