Institución Educativa Jorge Eliécer Gaitán 4_PERIODO_FISICA 10: INDUCCION A “CALOR Y TEMPERATURA”

Formamos Líderes con Responsabilidad y Disciplina Palmira, martes, 30 de agosto de 2011

1. ¿Por qué cuando el termómetro se coloca en agua caliente su columna de mercurio

desciende un poco?

2. Un plato de pírex se rompe más fácilmente cuando se calienta, que un plato de

vidrio ordinario. ¿Cómo puede relacionarse este fenómeno con la dilatación de

éstas sustancias?

3. ¿Sirve el proceso de sumergir la tapa metálica de un frasco en agua caliente

para aflojarla y quitarla más fácilmente? ¿Por qué?

4. Explique la diferencia entre calor y temperatura.

5. Generalmente es posible por medio de calentamiento suave quitar un tapón

pegado a un frasco de vidrio. ¿Por qué?

6. Explique ¿Por qué el aire de un neumático que se escapa por la válvula se siente

frío?

7. El tío sulfato se usa a veces en lugar de hielo en pistas cubiertas para patinar.

¿Qué características tiene este elemento para cumplir con éste propósito?

8. ¿Por qué es necesario adicionar humedad en el invierno al aire de una casa?

9. Explique ¿Por qué se deposita humedad en el interior de una jarra que contiene

hielo?

10. ¿Por qué es imposible patinar sobre el vidrio?

11. Enuncie y explique las leyes de la termodinámica.

“La ciencia solo interpreta el mundo a la medida

y capacidad de la mente humana”

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DESARROLLO

1. ¿Por qué cuando el termómetro se coloca en agua caliente su columna de mercurio desciende un poco? Sucede porque el calor penetra primero al vidrio del bulbo, que se dilata; por tanto, el mercurio baja.

Después el calor llega al mercurio, que se dilata a su vez, pero con un coeficiente de dilatación cúbica

mayor.

2. Un plato de pirex se rompe más fácilmente cuando se calienta, que un plato de vidrio ordinario. ¿Cómo puede relacionarse este fenómeno con la dilatación de éstas sustancias? Cuando un cuerpo se somete a un incremento de temperatura, experimenta una dilatación, la cual es

proporcional a ese aumento de temperatura y está ligada a una constante de proporcionalidad que

depende exclusivamente del material correspondiente. Esta constante de proporcionalidad se llama

coeficiente de dilatación. Así, el vidrio pirex tiene un coeficiente de dilatación lineal ( 1o6 C102.3 )

que el vidrio ordinario ( 1o6 C109 ). En esta característica radica el fenómeno de rompimiento de

ambos.

3. ¿Sirve el proceso de sumergir la tapa metálica de un frasco en agua caliente para aflojarla y quitarla más fácilmente? ¿Por qué? Sí, porque el coeficiente de dilatación del metal es mayor que el del frasco (según el material del

frasco); por tanto, el metal se “agranda” más que el frasco.

4. Explique la diferencia entre calor y temperatura. CALOR. ES la energía cinética que intercambian las moléculas de dos cuerpos debido a la diferencia de

temperatura entre ellos.

TEMPERATURA. Es una cantidad cuya medida hace referencia a la energía cinética interna promedio

por molécula de un cuerpo.

5. Generalmente es posible por medio de calentamiento suave quitar un tapón pegado a un frasco de vidrio. ¿Por qué? En este caso el vidrio deberá tener un coeficiente de dilatación mayor que el tapón, para que se

agrande más y así retirar con facilidad el tapón.

6. Explique ¿Por qué el aire de un neumático que se escapa por la válvula se siente frío? Nuestro cuerpo pierde calor, no sólo cuando más baja es la temperatura ambiente sino también

cuanto mayor es el viento. Al escapar el aire de un neumático, produce viento que en nuestra piel

favorece la transferencia de calor y también la evaporación del sudor. como consecuencia las pérdidas

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de calor son mayores en función de la velocidad del aire, lo que resulta en una mayor sensación de

frío.

7. El tío sulfato se usa a veces en lugar de hielo en pistas cubiertas para patinar. ¿Qué características tiene este elemento para cumplir con éste propósito? Los tío sulfatos son sales que en algunas ocasiones son usadas para recubrir pistas de hielo de patinaje,

porque tienen la propiedad física de formar buenas paredes adiabáticas, es decir que no se permite

que se intercambie calor con el medio, así que de esta manera el hielo se mantiene congelado, de lo

contrario de derretiría.

8. ¿Por qué es necesario adicionar humedad en el invierno al aire de una casa? En la práctica se debe adoptar el ejemplo del peor caso posible. Por ejemplo, en invierno a una

temperatura de C10o y una humedad relativa de un 30%, se debe crear un clima interior

satisfactorio (tal como C20o y una humedad relativa mínima del 40%), parece ser que hay una

relación directa entre la humedad relativa y el bienestar psicológico de los humanos. La humedad

relativa a la que nos encontramos mejor los humanos es a un 40% o más.

Estos datos están basados en estimaciones, porque la humedad relativa no puede ser medida con

precisión en el aire exterior. Cuando llueve, la humedad relativa alcanza casi el 100% y en un día frío, la

humedad relativa es muy baja. Principalmente, cuando el aire está más caliente, puede contener más

fluidos.

La humedad indica la cantidad de vapor de agua presente en el aire. Depende, en parte, de la

temperatura, ya que el aire caliente contiene más humedad que el frío.

La humedad relativa se expresa en forma de tanto por ciento (%) de agua en el aire. La humedad

absoluta se refiere a la cantidad de vapor de agua presente en una unidad de volumen de aire y se

expresa en gramos por centímetro cúbico ( 3cm/g )

9. Explique ¿Por qué se deposita humedad en el interior de una jarra que contiene hielo? El fenómeno se explica en virtud de que al disminuir la temperatura en el recipiente y por consiguiente

la del aire que lo rodea, llega un momento en que el aire que está en contacto con la superficie del

recipiente alcanza la temperatura para la cual el vapor de agua que contiene la atmósfera se hace

saturante y por tanto se condensará en forma de rocío sobre las paredes de la jarra o vasija.

Atmósfera saturada. Es lo mismo que aire saturado y significa que el aire contiene la cantidad máxima

de vapor de agua posible.

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10. ¿Por qué es imposible patinar sobre el vidrio?

Es imposible porqué el vidrio no produce ningún rozamiento, si se pudiera aplicar una pequeña fuerza

horizontal

F , el patinador no se mueve debido a que una fuerza de rozamiento SF

estática producida

por las fuerzas moleculares de la superficie del vidrio sobre el patín, la contrarresta.

Del dibujo se tienen las

ecuaciones

N=mg

Fs=F

11. Enuncie y explique las leyes de la termodinámica y de un concepto sobre las características de la física cuántica.

LEYES DE LA TERMODINÁMICA

LEY CERO. Si dos sistemas se encuentran en equilibrio térmico con un tercer sistema, entonces los dos

sistemas se encuentra en equilibrio térmico.

Explicación. Sean los sistemas físicos A, B y C, entonces si A y B están a igual temperatura que C,

entonces A y B están a igual temperatura.

Hay que entender equilibrio térmico desde el punto de vista de igual temperatura.

PRIMERA LEY. El calor absorbido por un sistema se convierte en trabajo útil realizado más un

incremento de su energía interna.

UTQ , donde

Q calor

T temperatura

U incremento de energía

Explicación. Ejemplo, para cambiar agua en estado sólido a estado líquido, se puede hacer

suministrando calor, en este caso re realiza trabajo al cambiar el estado, como consecuencia de ello la

energía interna del agua cambia porque se aumenta su temperatura.

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PRIMERA LEY. Es imposible que una máquina que trabaja cíclicamente, extraiga calor de un foco y

produzca cantidad equivalente de trabajo, sin producir otro efecto.

Otra manera de enunciar la misma ley sería que ciertos procesos son irreversibles o sea que no se

producen espontáneamente sus inversos.

Explicación. Con ejemplos:

1. Cuando dos cuerpos a diferentes temperaturas se ponen en contacto, el calor fluye del cuerpo más caliente al más frío y nunca al contrario. 2. Un gas que sale de una botella se expande hasta ocupar el mayor espacio posible, pero no se ha registrado el caso de que una vez expandido el gas se acumule por si sólo para penetrar otra vez en la botella. FISICA CUANTICA. Dentro de la física clásica se acostumbra a pensar acerca de las propiedades físicas

de las cosas como algo intrínseco de ellas y con valores definidos, a las cuales se trata de medir. En

física cuántica, se encuentra que es el proceso de admisión utilizado el que da un valor determinado

para una cantidad física. En forma más clara en física clásica, convencionalmente se piensa en un

sistema físico como poseedor de ciertas propiedades y así, se lleva a cabo experimentos que proveen

información acerca de ese sistema pre – existente. En física cuántica sólo la conjunción de un sistema

con un mecanismo de medición específico dará un resultado definido, y dado que diferentes

mecanismos de medición producirán resultados que tomados en conjunto son incompatibles con la

pre – existencia de algunos estados definidos.

Otra diferencia crucial entre ambas físicas, es el principio de incertidumbre, que sólo existe en la física

cuántica. Este principio dice que no se puede conocer simultáneamente dos variables

complementarias como la velocidad y la posición de una partícula.

La física cuántica juega un papel muy fundamental en la descripción para comprender un fenómeno

natural a nivel atómico y subatómico que no se puede describir con la física clásica, por ejemplo la

existencia y propiedades de los átomos.

En el siguiente cuadro se muestran algunas de las características más importantes, y se hace entre

ambas físicas para notar sus diferencias:

FISICA CLASICA FISICA CUANTICA

Las partículas obedecen a las ecuaciones de Newton.

Las partículas obedecen a las ecuaciones de Schrodinger, Dirac, etc.

Las partículas poseen una única trayectoria.

Las partículas poseen gran cantidad de trayectorias posibles.

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Las partículas tienen variables dinámicas reales simultáneamente compatibles

Las partículas tienen variables dinámicas conjugadas e incompatibles.

Su formulismo tiene causalidad y certeza

En su formulismo existen causas múltiples

Su determinismo es esencial Lo esencial es la incertidumbre

Se representan partículas puntuales como objetos pequeños con masa y carga localizada.

Se representan un grupo de simetrías con sus invariantes masa, spín, “sabor”, “olor”, etc.