Transferencia de energía

Energía térmica

     La energía térmica se puede transferir o propagar de una región a otra en el mismo cuerpo o de un cuerpo a otro. Esta  transferencia de energía se puede dar de tres formas diferentes: Conducción, convección y por radiación.

 Guía  didáctica  Conducción calórica

Institución:         

Docentes:   Luis Fernando Posada M.  

Área:       Ciencias naturales Grado: 10º 11°

Asignatura: Física

                               

Objetivo:

Describir cualitativamente el proceso para hacer que el calor se transmita de un cuerpo a otro por medio del contacto. Demostrar experimentalmente que el papel no se quemará aunque se ponga directamente al fuego, sin importar cuánto tiempo dure la experiencia.

Para realizar la siguiente actividad, es necesario tener los siguientes materiales: Papel, caja o paralelepípedo sin tapa, fósforos, mechero o fuente de calor, moneda, clavo, un cigarrillo, globos y  agua. 

¿Cómo lo haremos?

Se debe preparar un recipiente de papel que nos sirva después de caja. Una vez construido la caja de papel, la pondremos sobre el soporte o mechero, la llenaremos de agua y  podremos prender el fuego. Observa que pasa.

¿Crees que la caja con agua cambiará su forma? ¿Por qué?

¿Qué pasará si la caja se coloca en el mechero sin agua?

Compara  ambos resultados. ¿Qué explicación física encuentras?

El resultado obtenido es.....que el agua se calentará, llegando a su punto de ebullición, pero el papel no se quemará. ¿Por qué crees que pasa esto?

El contacto con el agua hace que el calor se transmita del papel al agua y que, en consecuencia, la temperatura del papel no llegue a la de su inflamación. Obviamente, si no hubiera agua, todo el calor dado por el fuego se destinaría a aumentar la energía interna del papel y a incrementar su temperatura hasta hacerlo arder.

Otra experiencia similar que puedes verificar es cuando se acercan las brasas de un cigarrillo a un papel que esté justamente en contacto con una moneda. Observa muy bien.

  

¿Qué sucede con el papel?

¿Qué le pasa a la moneda?

¿El calor se propaga? Averígualo y contesta.

La moneda se calentará, pero el papel no arderá.  ¿Por qué crees que sucede esto?

¿Qué fenómeno físico se presenta? Piensa.

Igualmente ocurre si enrollamos fuertemente un papel alrededor de un clavo o cualquier objeto metálico: al ponerlo al fuego, el papel no arderá. Investígalo.

Absorción del calor

Conducción

         Es la transferencia de energía cinética entre las partículas de un cuerpo cuando estas chocan. La conducción es la transferencia de energía térmica más común en los sólidos.      

Conducción I  Conducción II

             

 Convección   

                 

Es la transferencia de calor  en un fluido a través del movimiento del propio fluido. Este movimiento de los fluidos se debe a la diferencia  de densidad y de  temperatura.

Otro ejemplo de la convección es el que se observa en el aire  que circula dentro de una habitación.  

Convección, animación.  Convección II

Radiación

       Es la transferencia de energía térmica a través del espacio en forma de ondas electromagnéticas.  El ejemplo más claro de la radiacción, se observa en la energía solar que llega a la tierra.



Radiacción. ¿Qué es? Transferencia de calor  ¿Qué es el calor?    Calor y temperatura

Hemos hablado del calor y la temperatura. El calor y la temperatura, aunque están muy relacionados  no tienen el mismo significado.

Calor ¿Qué es?

El calor es una forma de energía y se puede medir en Julios o en Ergios. En otras palabras podemos decir  que calor es la energía que se necesita para poner en agitación todas las moléculas del cuerpo.

El calor es la sensación que se percibe gracias a la variación de la temperatura. El calor de un cuerpo depende de su MASA.

Calor y temperatura. ¿Es lo mismo?  El calor y la temperatura 

  Diferencia entre C. y T.

Temperatura ¿Qué es?

La temperatura  se define como el nivel de calor o nivel calórico de  un cuerpo. En otras palabras la temperatura de un cuerpo tiene que ver con la energía cinética de sus  moléculas.

Dos cuerpos pueden tener la misma TEMPERATURA y distinta cantidad de CALOR. Por ejemplo sí se hierve agua en dos recipientes diferentes, ambos alcanzan una temperatura de 100 °C, pero el  recipiente que tiene más agua, encierra mayor cantidad de calor.

Sí se ponen en contacto dos cuerpos que tienen diferente TEMPERATURA, el más CALIENTE pierde energía  térmica (interna), la cual a su vez es absorbida  por el cuerpo más FRÍO, cuya  energía  interna aumenta. En este caso se puede observar la aplicación de la ley de conservación de la energía, ya que la energía que pierde el cuerpo CALIENTE, la gana el cuerpo FRÍO.

En la gráfica anterior se puede observar que las partículas del cuerpo caliente tienen mayor ENERGÍA CINÉTICA (Mayor velocidad) que las partículas del cuerpo frío, cuando se ponen en contacto los dos cuerpos, la velocidad de las partículas en ambos cuerpos es la misma.

          Dos cuerpos de distinta MASA que estén igual de calientes tienen  la misma TEMPERATURA (Nivel de calor), aunque el de mayor masa encierra más cantidad de CALOR (Energía).

De todo lo anterior se puede decir que la TEMPERATURA no depende de la masa del cuerpo, en cambio la energía térmica (CALOR) sí depende de la masa.

¿Qué es la temperatura?   Calor y temperatura       Calor y temperatura, presentación.

Reacciones del cuerpo al calor        Texto de calor y temperatura  Calor y temperatura II

Equilibrio térmico

Dos cuerpos están en equilibrio térmico cuando tienen la misma temperatura.  Este equilibrio se puede observar cuando a un cuerpo CALIENTE se le acerca un cuerpo más FRÍO  (por ejemplo un termómetro), se presenta entonces un choque entre las partículas del cuerpo caliente y las partículas del cuerpo frío, dándose una transferencia de energía del cuerpo caliente al frío, hasta lograr que ambos cuerpos tengan la misma temperatura.

Escalas de temperatura

         Antes de hablar de escalas de medición, es necesario definir el concepto de TERMÓMETRO. Un termómetro es un instrumento que se utiliza para medir la temperatura de un cuerpo determinado. El termómetro se coloca en contacto  con el cuerpo hasta lograr un EQUILIBRIO TÉRMICO.

     Existen diferentes escalas de medición de la temperatura, estas fueron creadas por los científicos  para  poderlas comparar entre sí.  Entre las principales escalas de temperatura tenemos: La escala Celsius, la escala Kelvin y la escala Fahrenheit.

Escala Celsius

Fue creada por el astrónomo y físico sueco Anders Celsius, esta escala se creó  con  base en las propiedades del agua. En esta escala el punto de congelación (FUSIÓN) del agua pura es a los 0°C y el punto de EBULLICIÓN del agua pura es a los 100 °C, además la temperatura del cuerpo humano es a los 37 °C.

Escala Kelvin

En  esta  escala  el  punto  de  FUSIÓN  (Congelación del agua) es a los 273 °K y el punto de EBULLICIÓN  del agua es a los 373 °K.  Cabe recordar que la escala KELVIN se basa en el cero absoluto. La temperatura del cuerpo humano se da a los 310 °K.

Escala Fahrenheit

En  esta  escala  el  punto  de   FUSIÓN  (Congelación del agua)  es a los 32 °F y el punto de EBULLICIÓN  del agua es a los 212 °F.  La temperatura del cuerpo humano se da a los 98 °F.

Para establecer equivalencias entre las distintas escalas  se tomó como referencia  los puntos de FUSIÓN  y  EBULLICIÓN del agua a presión atmosférica normal.

Según las escalas anteriores se puede establecer una relación entre ellas para pasar de grados Celsius a Kelvin o Fahrenheit, así:

  

Conversión de temperatura       Escalas de T.   Escalas de T. II  Escalas termométricas

Veamos la temperatura de algunos planetas de nuestro sistema solar:

Termómetros   ¿Frío o caliente?