EL CALOR Y LA TEMPERATURA. 2º ESO. -...

EL CALOR Y LA TEMPERATURA 2ordm ESO1 iquestEn queacute se diferencian el calor y la temperatura En los diacuteas de invierno decimos que ldquohacerdquo mucho friacuteo o en verano mucho calor Sin embargo esta sensacioacuten de friacuteo o calor a veces no coincide con lo que marca el termoacutemetro Sabemos que al calentar un cuerpo su temperatura aumenta Por tanto iquestqueacute relacioacuten existe entre el calor y la temperatura

La temperatura y el calor no son lo mismo El calor es la energiacutea que se transfiere entre dos cuerpos Asiacute por ejemplo en verano las altas temperaturas que se registran en la superficie terrestre se nos transmiten en forma de calor

La materia estaacute formada por pequentildeiacutesimas partiacuteculas (aacutetomos y moleacuteculas) en continuo movimiento En los cuerpos soacutelidos estas partiacuteculas vibran alrededor de posiciones fijas mientras que en los liacutequidos y gases se desplazan con mayor libertad La energiacutea asociada al movimiento de las partiacuteculas que constituyen cualquier cuerpo se denomina energiacutea interna A mayor energiacutea interna mayor movimiento

Esquema que representa la disposicioacuten de las partiacuteculas en los tres estados de la materia En los soacutelidos se hallan muy ordenadas y su movimiento se reduce a la vibracioacuten mientras que en los liacutequidos se desplazan con maacutes facilidad y en los gases se mueven desordenadamente y en todas las direcciones

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A nivel macroscoacutepico cuando calentamos un cuerpo observamos que aumenta su temperatura Esto tiene una explicacioacuten a nivel microscoacutepico la energiacutea absorbida es empleada para incrementar la energiacutea interna de las partiacuteculas que lo componen y por tanto su velocidad Por eso decimos que la energiacutea interna estaacute asociada a la temperatura A mayor temperatura mayor energiacutea interna Para que las partiacuteculas de un cuerpo puedan aumentar su energiacutea interna deben recibirla de otro cuerpo que tenga maacutes Por ejemplo cuando introducimos un cubito de hielo en un vaso con refresco el liacutequido se enfriacutea pues transfiere parte de su energiacutea interna al hielo que la absorbe y se calienta De esta manera las partiacuteculas vibran con maacutes intensidad y el soacutelido acaba por fundirse La energiacutea que se transfiere entre dos cuerpos que se encuentran a distinta temperatura se denomina calor Decimos que el liacutequido transfiere calor al cubito de hielo iquestHasta cuaacutendo 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 teacutermico No es lo mismo calor que temperatura bull La temperatura mide la energiacutea interna de las partiacuteculas de un

cuerpo bull El calor es la transferencia de energiacutea de un cuerpo a otro Si un

cuerpo cede calor su energiacutea interna disminuye si lo recibe aumenta 11 El calor El calor es energiacutea en traacutensito que pasa de un cuerpo a otro cuando ocurre alguna transformacioacuten La unidad de medida del calor como de toda energiacutea en el Sistema Internacional de Unidades (SI) es el julio (J) Aunque no pertenece a este sistema tambieacuten se usa la caloriacutea La equivalencia entre ambas es 1 J = 024 cal o bien 1 cal = 418 J 2

ProfundizaEl calor y la temperatura Secuencia de imaacutegenes que presenta los conceptos que se van a trabajar durante el tema Calor Transferencia de energiacutea caloriacutefica de un cuerpo con maacutes temperatura a otro con menor temperatura Este fenoacutemeno se produce hasta que ambos cuerpos llegan a un estado de equilibrio teacutermico Temperatura Magnitud que mide la energiacutea interna de un cuerpo Se mide con el termoacutemetro La unidad del Sistema Internacional es el grado Kelvin (K) Aunque la maacutes extendida es el grado Celsius o centiacutegrado (ordmC) 273 K = 0 ordmC Termoacutemetro Instrumento que sirve para medir la temperatura de los cuerpos Existen termoacutemetros liacutequidos (mercurio o alcohol) y digitales En los primeros el aumento de temperatura dilata el liacutequido que asciende por una columna hueca donde estaacuten marcados los grados de la escala termomeacutetrica que se haya decidido utilizar En los termoacutemetros digitales la temperatura la mide una resistencia eleacutectrica El termoacutemetro de mercurio ya no se comercializa debido a la toxicidad del mineral utilizado Escalas termomeacutetricas Se denomina escalas termomeacutetricas a las diferentes escalas con las que se mide la temperatura Las maacutes comunes son la escala centiacutegrada o Celsius la escala Fahrenheit y la escala Kelvin Escala centiacutegrada o Celsius Mide la temperatura en grados centiacutegrados o Celsius Es la escala usada en Europa y en muchos otros paiacuteses Tiene el 0 en el punto en que hiela el agua y el 100 en su punto de ebullicioacuten El siacutembolo para representarlo es ordmC Escala Fahrenheit Mide la temperatura en grados Fahrenheit que no son equivalentes a los grades centiacutegrados Tiene el 32 en el punto en que se funde el hielo y el 212 en el punto de ebullicioacuten del agua Es una escala usada en Reino Unido Estados Unidos Canadaacute y Australia Se representa con el siacutembolo de ordmF Escala Kelvin Mide la temperatura en grados Kelvin y tambieacuten recibe el nombre de escala absoluta Es la escala del Sistema Internacional El valor 0 es el 0 absoluto es decir la temperatura maacutes baja que se puede llegar a alcanzar Se representa con K La relacioacuten con los grados centiacutegrados es 273 K = 0 ordmC Fuente de calor

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Todo aquel objeto que esta maacutes caliente que los que lo rodean y por lo tanto cede calor a los objetos maacutes friacuteos Las fuentes de calor pueden ser naturales como el Sol o el magma y artificiales como una estufa o un foco Dilatacioacuten Fenoacutemeno que sufren casi todas las sustancias cuando aumenta su temperatura a mayor calor mayor volumen Al aumentar la temperatura las partiacuteculas vibran maacutes por lo que ocupan un mayor volumen El agua sufre una dilatacioacuten anoacutemala ya que el hielo ocupa maacutes volumen que el agua a cero grados Material de aislamiento Algunos materiales tienen la propiedad de aislar del friacuteo o del calor porque no conducen la energiacutea caloriacutefica En el caso de la madera aisla del friacuteo en el del adobe o la piedra del calor Ampliacutea la informacioacuten consultando los textos esquemas y otros recursos sobre el calor que te ofrece la paacutegina web de la Gran Enciclopedia Planeta [ver]13111La transferencia de calor y su importancia en los seres vivos Los seres vivos tambieacuten 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

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12La temperatura La temperatura es una magnitud que sirve para medir la energiacutea interna de los cuerpos y por lo tanto la movilidad de las partiacuteculas que los forman Dos cuerpos que estaacuten en equilibrio teacutermico tienen la misma temperatura La temperatura se mide con termoacutemetros Para ello el cuerpo del cual se desea medir la temperatura debe estar en contacto con el termoacutemetro durante unos minutos hasta que se alcance el equilibrio teacutermico En ese momento la temperatura que leemos en la escala (o en la pantalla si se trata de un termoacutemetro digital) seraacute 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 Sudameacuterica es muy comuacuten emplear el grado Celsius (ordmC) mientras que en Reino Unido Estados Unidos y otros paiacuteses de habla inglesa se usa el grado Fahrenheit (ordmF) La equivalencia entre estas unidades es T (K) = t (ordmC) + 273 T (ordmF) = 18 bull t (ordmC) + 32 Por ejemplo para convertir una temperatura de 10 ordmC a kelvin hay que sumar 273 T (K) = 10 + 273 = 283 K En cambio para pasar de K a ordmC restamos 273 Por ejemplo si la temperatura de un vaso de leche es 318 K su temperatura en la escala Celsius seraacute 318K ndash 273 = 45 ordmC 5

121Las escalas termomeacutetricas Los termoacutemetros pueden estar graduados en una o varias de las tres escalas termomeacutetricas maacutes utilizadas Kelvin Celsius o Fahrenheit Para establecer las escalas termomeacutetricas se toman dos temperaturas como puntos fijos (las de congelacioacuten y ebullicioacuten 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 acompantildeado de la correspondiente variacioacuten de otras propiedades mensurables Estas magnitudes o variables termomeacutetricas sirven para definir escalas de temperatura En la escala Celsius se asigna el valor 0 (0 ordmC) a la temperatura de congelacioacuten del agua y el valor 100 (100 ordmC) a la de ebullicioacuten el intervalo se divide en 100 partes iguales En la escala Kelvin se asigna el 0 a una temperatura equivalente a ndash273 ordmC Este punto se llama cero absoluto de temperatura porque es la miacutenima posible De esta forma las temperaturas medidas en escala Kelvin no tienen valores negativos El tamantildeo 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 tamantildeo de los grados Asiacute la temperatura de congelacioacuten del agua tiene un valor de 32 ordmF y la de ebullicioacuten de 212 ordmF El intervalo se divide en 180 partes iguales Observa la temperatura del agua y sus cambios de estado en las tres escalas termomeacutetricas en esta actividad de la paacutegina web Educaplus [ver] httpwwweducaplusorgplay-116-Escalas-termomeacutetricashtml

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2 Los efectos del calor sobre la materia La energiacutea caloriacutefica provoca que las partiacuteculas 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 dilatacioacuten de los cuerpos y los cambios de estado ProfundizaLos efectos del calor sobre los cuerpos Interactivo que sirve para observar coacutemo afecta la temperatura a cuerpos en estado liacutequido soacutelido y gaseoso iquestCoacutemo incide la temperatura en cuerpos en distintos estados Los cuerpos estaacuten formados por partiacuteculas que determinan sus propiedades Seguacuten el estado de agregacioacuten de la materia estas partiacuteculas se encuentran maacutes o menos unidas - En los soacutelidos las partiacuteculas se encuentran fuertemente unidas Por eso los cuerpos soacutelidos no pueden ser atravesados por otros cuerpos - En los liacutequidos las partiacuteculas estaacuten unidas entre siacute pero tienen una mayor libertad de movimiento Esto permite a los liacutequidos cambiar de forma - En los gases las partiacuteculas se encuentran libres no tienen ninguacuten tipo de unioacuten por lo que tanto la forma como el volumen de los gases es totalmente variable Al aplicar energiacutea caloriacutefica sobre un cuerpo las partiacuteculas que lo componen vibran Esta vibracioacuten hace que las uniones entre las partiacuteculas se relajen por lo que el cuerpo aumenta de volumen Este aumento de volumen recibe el nombre de dilatacioacuten 10

La dilatacioacuten es mayor o menor seguacuten el estado del cuerpo afectado - Los soacutelidos experimentan una escasa dilatacioacuten ya que al estar sus partiacuteculas fuertemente unidas la vibracioacuten que provoca en ellas el calor es muy pequentildea - Los liacutequidos se dilatan maacutes que los soacutelidos ya que sus partiacuteculas tienen una mayor libertad de movimiento y por tanto al recibir energiacutea caloriacutefica vibran maacutes y pueden ocupar maacutes volumen - Los gases experimentan una gran dilatacioacuten ya que cuando se aplica energiacutea caloriacutefica a sus partiacuteculas estas vibran libremente y ocupan mucho maacutes espacio de modo que el volumen del gas aumenta considerablemente Cuando los cuerpos se enfriacutean transfieren su energiacutea caloriacutefica por lo que la vibracioacuten disminuye y el volumen se reduce Este proceso se denomina contraccioacuten Si quieres saber maacutes te recomendamos que consultes el interactivo sobre estados de la materia en la paacutegina web del Instituto Nacional de Tecnologiacuteas Educativas y de Formacioacuten del Profesorado (INTEF) [ver]13httpconcursocnicemecescnice200593_iniciacion_interactiva_materiacursomaterialesestadosestados1htm1321 El aumento de temperatura Uno de los efectos maacutes 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 iquestSe necesita la misma cantidad de calor para calentar dos materiales diferentes a la misma temperatura Comprueacutebalo con esta actividad [ver] El aluminio necesita maacutes calor que el cobre para aumentar su temperatura en un valor determinado Esta propiedad se denomina capacidad caloriacutefica especiacutefica 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 tambieacuten depende de otros factores como la cantidad de sustancia (masa) y la temperatura inicial a la que se encuentra el cuerpo bull Cuanto mayor es la masa de un cuerpo maacutes calor se le debe

suministrar para que alcance una determinada temperatura bull Cuanto menor es su temperatura inicial mayor cantidad de calor

debe absorber para alcanzar una temperatura determinada 11

22 La dilatacioacuten de los cuerpos Cuando un cuerpo se calienta aumenta su tamantildeo decimos que se dilata mientras que cuando se enfriacutea ocurre lo contrario se contrae Los ingenieros que construyen puentes o carreteras calculan cuaacutento se puede dilatar el material y dejan pequentildeos espacios para evitar dantildeos y grietas

Los raiacuteles de las viacuteas del tren estaacuten separados por una junta de dilatacioacuten que deja un pequentildeo espacio hueco entre ellos De esta manera se evitan los problemas causados por la dilatacioacuten y la contraccioacuten del material debido a la variacioacuten de la temperatura entre el diacutea y la noche y a lo largo de las estaciones del antildeo

Veamos coacutemo se interpreta la dilatacioacuten a nivel microscoacutepico las partiacuteculas de un cuerpo soacutelido que recibe calor aumentan su energiacutea interna y vibran con mayor intensidad por lo que tienden a separarse y ocupar maacutes 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 foacutermula es d = m V En los siguientes enlaces encontraraacutes experimentos sencillos para comprobar coacutemo se dilatan los soacutelidos [ver] y los gases [ver] httpswwwyoutubecomwatchv=EWN_-mC9cPI httpswwwyoutubecomwatchv=SFESmC2W-Eg 12

El funcionamiento de los termoacutemetros maacutes comunes se basa en la dilatacioacuten y la contraccioacuten de los liacutequidos como el mercurio y el alcohol Estos termoacutemetros constan de un bulbo donde se aloja el liacutequido unido a un tubo de vidrio muy fino llamado capilar Cuando la temperatura aumenta el liacutequido se dilata y sube por el capilar La temperatura puede leerse en una escala situada junto al capilar bull El termoacutemetro de alcohol se suele usar para medir la temperatura

ambiental ya que esta sustancia es liacutequida entre ndash112 ordmC (punto de congelacioacuten del alcohol) y 78 ordmC (su punto de ebullicioacuten) El alcohol es incoloro pero se le antildeade un colorante rojo o azul para que la columna de liacutequido se vea con maacutes facilidad

bull El termoacutemetro de mercurio se usa para medir la temperatura corporal Esta sustancia es liacutequida entre ndash39 ordmC (punto de congelacioacuten) y 357 ordmC (su punto de ebullicioacuten) El mercurio desprende vapores toacutexicos y puede resultar peligroso en el caso de romperse el termoacutemetro Por ello en la actualidad se sustituye por el termoacutemetro digital

Los termoacutemetros de alcohol (izquierda) y mercurio (derecha) funcionan gracias a la dilatacioacuten y contraccioacuten que experimentan los liacutequidos con los cambios de temperaturas 13

Actividad 17

221 La dilatacioacuten anoacutemala 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 ordmC y 4 ordmC en lugar de dilatarse el agua liacutequida se contrae Por encima de esta temperatura se comporta como el resto de los materiales Mientras que otras sustancias al congelarse se hacen maacutes densas y se hunden el hielo flota porque el agua al congelarse se dilata y aumenta de volumen Este comportamiento se conoce como dilatacioacuten anoacutemala y gracias a ello es posible la vida en los riacuteos y lagos cuando llega el invierno y la temperatura del ambiente estaacute por debajo de los 0 ordmC La capa de hielo que se forma en la superficie aiacutesla el agua que queda debajo la cual puede mantenerse en estado liacutequido porque la temperatura es maacutes templada De esta forma se hace posible la supervivencia de las plantas y animales acuaacuteticos ProfundizaEl comportamiento anoacutemalo del agua Animacioacuten que presenta el proceso de la gelivacioacuten 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

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que la materia pase de estado soacutelido a estado liacutequido y de estado liacutequido a estado gaseoso Dilatacioacuten anoacutemala del agua La mayoriacutea 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 soacutelido el hielo ocupa maacutes volumen que el agua a 0 ordmC Asimismo cuando se calienta el agua de 0 ordmC a 4 ordmC esta disminuye su volumen es decir se contrae Una vez pasados los 4 ordmC el agua aumenta su volumen cuando se incrementa la temperatura es decir se comporta como el resto de materiales Gelivacioacuten Fragmentacioacuten de las rocas por el aumento de volumen del agua contenida en grietas y poros al congelarse 23 Los cambios de estado Otro efecto del calor sobre las sustancias es la produccioacuten 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 termoacutemetro se puede verificar que mientras ocurre el cambio de estado la temperatura no variacutea (se mantiene en 100 ordmC) aunque se siga suministrando calor Esto ocurre porque la energiacutea no se invierte en aumentar la velocidad de las moleacuteculas sino en romper las fuerzas de cohesioacuten entre ellas Una vez que todo el liacutequido se ha transformado en vapor la temperatura vuelve a aumentar porque se incrementa la velocidad de las moleacuteculas del gas

Recuerda La vaporizacioacuten (paso de liacutequido a gas) puede ocurrir de dos formas se llama ebullicioacuten cuando ocurre en toda la masa del liacutequido a una temperatura determinada y propia para cada sustancia que se denomina temperatura de ebullicioacuten Se llama evaporacioacuten cuando se produce solo en la superficie del liacutequido y a una temperatura variable inferior a la de ebullicioacuten 15

Para pasar a un estado donde las partiacuteculas estaacuten maacutes desordenadas y libres la sustancia absorbe calor que se emplea en vencer las fuerzas de cohesioacuten entre las partiacuteculas 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 fusioacuten del mercurio es ndash39 ordmC La temperatura de ebullicioacuten del agua es 100 ordmC igual que la del proceso inverso la condensacioacuten La temperatura de fusioacuten del hielo es 0 ordmC y el mismo valor tiene la temperatura de solidificacioacuten

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En el siguiente enlace encontraraacutes actividades sobre el calor y sus efectos en la materia [ver] httprecursosticeducacionessecundariaedad2esobiologia2quincena22q2_ejercicios_1ahtm ProfundizaLos cambios de estado del aguaInteractivo 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 soacutelido a liacutequido y de liacutequido a gaseoso Fusioacuten Proceso que consiste en el cambio de estado de soacutelido a liacutequido por la accioacuten del calor El punto de fusioacuten es la temperatura exacta en que el soacutelido pasa a liacutequido Solidificacioacuten Proceso que consiste en el cambio de estado de liacutequido a soacutelido por una cesioacuten de calor Es el proceso inverso a la fusioacuten Se produce a la misma temperatura que la temperatura de fusioacuten Vaporizacioacuten Proceso que consiste en el cambio de estado de liacutequido a gas por la accioacuten del calor La vaporizacioacuten se puede dar de dos formas ebullicioacuten o por evaporacioacuten Ebullicioacuten Tipo de vaporizacioacuten en que el liacutequido pasa a gas a una temperatura exacta denominada temperatura de ebullicioacuten Para llegar a la ebullicioacuten hay que calentar todo el liacutequido hasta la temperatura de ebullicioacuten Por tanto la ebullicioacuten se produce en toda la masa del liacutequido Evaporacioacuten Tipo de vaporizacioacuten en que el liacutequido pasa a gas y que solo se produce en la superficie del liacutequido Para conseguir la evaporacioacuten no hace falta llegar a la temperatura de ebullicioacuten ya que puede darse por debajo de ese valor Condensacioacuten Proceso que consiste en el cambio de estado de gas a liacutequido por una cesioacuten de calor Es el proceso contrario a la vaporizacioacuten Se produce a la misma temperatura que el punto de ebullicioacuten Sublimacioacuten Proceso que consiste en el cambio de estado directo de soacutelido a gas por la accioacuten del calor sin pasar por el estado liacutequido La sublimacioacuten inversa se produce cuando tiene lugar el proceso contrario 17

ProfundizaCoacutemo medir los cambios de estado Interactivo que facilita aprender a medir los cambios de estado iquestQueacute es un cambio de estado El cambio de estado es un cambio fiacutesico que experimenta la materia de un cuerpo cuando este pasa de un estado de agregacioacuten a otro a causa normalmente de la temperatura Al calentar un soacutelido este pasa a liacutequido a traveacutes de un proceso denominado fusioacuten La temperatura que debe alcanzar un soacutelido para pasar a liacutequido se conoce como punto de fusioacuten y es caracteriacutestico de cada materia En el caso del agua el punto de fusioacuten es de 0 ordmC Al calentar un liacutequido este pasa a gas mediante el proceso denominado vaporizacioacuten La vaporizacioacuten puede ser de varios tipos - La ebullicioacuten cuando se da en toda la masa del liacutequido a la vez y se forman burbujas en su interior - La evaporacioacuten cuando solo se da en la superficie del liacutequido Al igual que la fusioacuten cada material alcanza la ebullicioacuten a una temperatura distinta Dicha temperatura se denomina punto de ebullicioacuten En el caso del agua el punto de ebullicioacuten es de 100 ordmC La evaporacioacuten por el contrario no acontece a una temperatura concreta para cada material sino que se da siempre que la temperatura ambiente supere la de fusioacuten Durante los cambios de estado la temperatura de la materia se mantiene constante Esto se debe a que toda la energiacutea caloriacutefica que se administra para realizar el cambio de estado se estaacute usando para debilitar o romper las uniones entre las moleacuteculas Si necesitas maacutes informacioacuten puedes consultar el interactivo sobre los cambios de estado que aparece en la paacutegina web del Instituto Nacional de Tecnologiacuteas Educativas y de Formacioacuten del Profesorado (INTEF) [ver]13httpconcursocnicemecescnice200593_iniciacion_interactiva_materiacursomaterialesestadoscambioshtm1318

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3 La propagacioacuten 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 eleacutectricas 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 conduccioacuten la conveccioacuten y la radiacioacuten ProfundizaLa bomba de calor Animacioacuten que describe los componentes y el funcionamiento de la bomba de calor Bomba de calor Mecanismo que permite transferir energiacutea en forma de calor de un ambiente a otro Para ello utiliza un sistema de refrigeracioacuten con un liacutequido refrigerante cuyo circuito es reversible en funcioacuten de queacute ambiente se quiera enfriar o se desee calentar Liacutequido refrigerante Liacutequido cuya temperatura de ebullicioacuten es relativamente baja a baja presioacuten Por ese motivo dicho liacutequido se convierte en gas cuando estaacute a temperatura ambiente Evaporacioacuten Cambio de estado en que un liacutequido se convierte en gas Para llevar a cabo este cambio de estado el liacutequido necesita absorber del exterior energiacutea en forma de calor Condensacioacuten Cambio de estado en que un gas se convierte en liacutequido Durante este cambio de estado el gas cede energiacutea en forma de calor al exterior Transferencia de calor Nombre que recibe el paso de energiacutea en forma de calor de un cuerpo caliente a un cuerpo con menor temperatura Tambieacuten se puede denominar asiacute al intercambio de calor La transferencia se da siempre en la misma direccioacuten del cuerpo con mayor temperatura al de menor temperatura Consulta la informacioacuten relacionada con el tema que encontraraacutes en la paacutegina web de la Gran Enciclopedia Planeta [ver]1324

31 La conduccioacuten La conduccioacuten es la forma en que se transfiere calor en los soacutelidos 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 teacutermicos La madera y el plaacutestico en cambio son malos conductores y por tanto son buenos aislantes teacutermicos Por ejemplo los mangos de ollas y sartenes estaacuten hechos con materiales aislantes (plaacutestico por ejemplo) mientras que el recipiente es de metal para facilitar la transmisioacuten del calor a los alimentos iquestCoacutemo conducen el calor las partiacuteculas de un material soacutelido Las partiacuteculas no se desplazan pero las maacutes calientes vibran con mayor intensidad colisionan con otras contiguas y les ceden parte de su energiacutea de manera que dicha energiacutea va pasando de unas a otras hasta que finalmente todas ellas adquieren una mayor movilidad y asiacute el calor se propaga de un extremo a otro del cuerpo En el siguiente enlace encontraraacutes un experimento sobre la conduccioacuten del calor [ver] httpfq-experimentosblogspotcomes200804un-globo-que-no-explotahtml

El hielo es un buen aislante teacutermico La temperatura en el interior del igluacute suele ser de aproximadamente 4 ordmC

ProfundizaLa conduccioacutenAnimacioacuten que presenta el meacutetodo de transmisioacuten del calor por conduccioacuten Conduccioacuten Mecanismo de transmisioacuten de la energiacutea caloriacutefica que se basa en el contacto directo entre dos partiacuteculas La energiacutea caloriacutefica se transmite por contacto a las partiacuteculas una a una sin que haya movimiento de materia 25

Conductividad teacutermica Propiedad de los materiales que da un valor a la capacidad de conducir el calor a traveacutes de ellos Los materiales con maacutes conductividad se llaman conductores y aquellos que tienen una conductividad muy baja se llaman aislantes Conductor Material con una alta conductividad teacutermica es decir que transmite muy bien el calor por conduccioacuten Los materiales maacutes conductores son los metales Aislante Material con una conductividad teacutermica muy baja Es decir que no transmite bien el calor por lo que son muy uacutetiles para aislarse del calor yo evitar peacuterdidas de calor Como para la transmisioacuten por conduccioacuten se necesita materia el mejor aislante que existe es el vaciacuteo 32 La conveccioacuten La conveccioacuten es la forma en que se propaga la energiacutea caloriacutefica a traveacutes de los fluidos (liacutequidos y gases) Por ejemplo al calentar agua en un recipiente al fuego el liacutequido 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 estaacute maacutes friacutea baja Este desplazamiento de materia crea una corriente de conveccioacuten que hace circular el agua en el recipiente hasta que todo el liacutequido alcanza la misma temperatura Los vientos se producen debido a la formacioacuten de corrientes de conveccioacuten generadas por el calentamiento desigual del aire en la atmoacutesfera Las corrientes marinas son grandes masas de agua que se desplazan en los oceacuteanos y una de las causas que las provoca es la diferencia de temperatura

Las corrientes de conveccioacuten generan un proceso ciacuteclico de manera que el agua caliente menos densa sube y al alejarse de la fuente de calor se enfriacutea y vuelve a bajar Este proceso dura hasta que se llega al equilibrio teacutermico y se alcanza la misma temperatura en toda el agua

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ProfundizaLa conveccioacutenAnimacioacuten que presenta el meacutetodo de transmisioacuten del calor por conveccioacuten Conveccioacuten Mecanismo de transmisioacuten de energiacutea caloriacutefica que se produce en los medios fluidos liacutequido 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 conveccioacuten Corriente de conveccioacuten Corriente que se forma en el interior de un fluido cuando este se calienta El fluido caliente asciende y el de menor temperatura desciende 33 La radiacioacuten Los cuerpos calientes emiten calor en forma de radiacioacuten infrarroja Esta radiacioacuten no necesita de un medio material para propagarse por lo que se puede transmitir en el vaciacuteo Gracias a la radiacioacuten la energiacutea caloriacutefica del Sol llega a la Tierra y permite la existencia de vida Ademaacutes de la infrarroja hay otro tipo de radiacioacuten que genera calor por ejemplo un horno microondas emite radiacioacuten la cual es absorbida por las partiacuteculas de los alimentos que aumentan su movimiento y se calientan Todos los cuerpos radian energiacutea en funcioacuten de su temperatura Cuanto mayor sea la temperatura mayor seraacute tambieacuten la energiacutea de la radiacioacuten que emiten

La radiacioacuten infrarroja es invisible para el ojo humano pero es posible obtener fotografiacuteas con caacutemaras que emplean filtros especiales para captar esta radiacioacuten Asiacute se ha obtenido esta imagen donde se puede ver que el radiador (en rojo) no solo funciona por conveccioacuten sino tambieacuten por radiacioacuten de ahiacute su nombre

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ProfundizaLa radiacioacutenAnimacioacuten que presenta el meacutetodo de transmisioacuten del calor por radiacioacuten Energiacutea teacutermica Forma de energiacutea que emiten los cuerpos calientes a expensas de su energiacutea interna Depende exclusivamente de la temperatura A maacutes temperatura mayor energiacutea teacutermica Onda electromagneacuteticas Es la propagacioacuten de la vibracioacuten de una carga eleacutectrica que genera un campo eleacutectrico y otro magneacutetico No necesita de ninguacuten medio para propagarse Radiacioacuten Mecanismo de propagacioacuten de energiacutea caloriacutefica a traveacutes de ondas electromagneacuteticas que pueden transmitirse a traveacutes del vaciacuteo o de un medio material Radiacioacuten infrarroja Tipo de radiacioacuten electromagneacutetica que emiten todos los cuerpos calientes La radiacioacuten infrarroja se empieza a emitir a partir de los 0 K (ndash273 ordmC) Es invisible a simple vista por lo que hay que usar unos filtros especiales para poder observarla En el siguiente enlace puedes conocer maacutes ejemplos sobre la propagacioacuten del calor [ver] httpteleformacioneduaytolacorunaesFISICAdocumentfisicaInteractiva CalorTransmisionhtm En estos otros enlaces encontraraacutes actividades tipo test para responder preguntas sobre la propagacioacuten del calor [ver] y [ver] httpwwwquimicawebnetgrupo_trabajo_ccnn_2tema3actividadesejercicio4htm httpmediaeducarjuegoscorrientesindexhtml Actividad 34

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Actividad 35

Actividad 36

Actividad 37 Actividad 38

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4 Las teacutecnicas de aislamiento del calor En general los materiales soacutelidos conducen mejor el calor que los liacutequidos y estos a su vez mejor que los gases Entre los soacutelidos algunos son mejores conductores teacutermicos 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 teacutecnicas de aislamiento son meacutetodos usados para aislar teacutermicamente 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 caacutemara de aire en medio Estas aiacuteslan muy bien el interior de la casa del exterior y evitan las peacuterdidas 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 peacuterdidas de calor a traveacutes del vidrio La lana tambieacuten es muy buen aislante teacutermico Cuando nos ponemos ropa de abrigo nos provoca una agradable sensacioacuten de calor pero en realidad lo uacutenico que hace es aislarnos del exterior evitando que nuestro cuerpo ceda calor al ambiente que se encuentra a una temperatura maacutes baja En el siguiente enlace del IES Victoria Kent de Madrid encontraraacutes un experimento para comprobar queacute materiales son mejores aislantes teacutermicos [ver] Actividad 40

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Webs de referencia Paacutegina sobre el calor y la energiacutea del Instituto Nacional de Tecnologiacuteas

Educativas y Formacioacuten del Profesorado (INTEF) httprecursosticeducacionessecundariaedad4esofisicaquimica

4quincena74q7_indexhtm Enlace sobre el calor y la temperatura de la paacutegina web de la Junta de

Andaluciacutea httpwwwjuntadeandaluciaesaverroes~29701428ccnninteractiv

calor00ahtm Sitio sobre calor y temperatura del Departamento de Ciencias del IES

Cerdentildeo 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_NEALuz_sonido_v_NEAquizquiz10quiz10htm 32

MAPA CONCEPTUAL

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A nivel macroscoacutepico cuando calentamos un cuerpo observamos que aumenta su temperatura Esto tiene una explicacioacuten a nivel microscoacutepico la energiacutea absorbida es empleada para incrementar la energiacutea interna de las partiacuteculas que lo componen y por tanto su velocidad Por eso decimos que la energiacutea interna estaacute asociada a la temperatura A mayor temperatura mayor energiacutea interna Para que las partiacuteculas de un cuerpo puedan aumentar su energiacutea interna deben recibirla de otro cuerpo que tenga maacutes Por ejemplo cuando introducimos un cubito de hielo en un vaso con refresco el liacutequido se enfriacutea pues transfiere parte de su energiacutea interna al hielo que la absorbe y se calienta De esta manera las partiacuteculas vibran con maacutes intensidad y el soacutelido acaba por fundirse La energiacutea que se transfiere entre dos cuerpos que se encuentran a distinta temperatura se denomina calor Decimos que el liacutequido transfiere calor al cubito de hielo iquestHasta cuaacutendo 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 teacutermico No es lo mismo calor que temperatura bull La temperatura mide la energiacutea interna de las partiacuteculas de un

cuerpo bull El calor es la transferencia de energiacutea de un cuerpo a otro Si un

cuerpo cede calor su energiacutea interna disminuye si lo recibe aumenta 11 El calor El calor es energiacutea en traacutensito que pasa de un cuerpo a otro cuando ocurre alguna transformacioacuten La unidad de medida del calor como de toda energiacutea en el Sistema Internacional de Unidades (SI) es el julio (J) Aunque no pertenece a este sistema tambieacuten se usa la caloriacutea La equivalencia entre ambas es 1 J = 024 cal o bien 1 cal = 418 J 2


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