Calor I: calor y temperatura PPTCTC008TC32-A16V1 Clase Calor I: calor y temperatura

Resumen de la clase anterior La luz Experimenta Reflexión Refracción Produce imágenes en Espejos Produce imágenes en Lentes Planos Esféricos Divergentes Convergentes Cóncavos Convexos Corrigen Defectos de la visión

Aprendizajes esperados Comprender los conceptos de calor y temperatura. Aplicar las relaciones matemáticas correctas para expresar una temperatura en las distintas escalas termométricas. Reconocer las distintas formas de transmisión del calor. Reconocer fenómenos asociados a la variación de temperatura en los cuerpos. Aplicar los conocimientos a la solución de problemas.

La Física en acción… Por limitaciones técnicas, video disponible solo en la carpeta de clase.

Dilatación y contracción Anomalía del agua Calor y temperatura Transmisión del calor Dilatación y contracción Anomalía del agua Págs.: 160 – 167 173 - 175 Cap. 6

1. Calor y temperatura 1.1 Definición Cap. 6 Pág. 160 Calor Se define como la energía en tránsito que fluye, natural y espontáneamente, desde un cuerpo o sistema más caliente hacia otro más frio. Es una magnitud escalar y se mide en: S.I.: [joule] = [J] C.G.S.: [ergio] = [erg] También se suele expresar en [calorías] = [cal]. Temperatura Es una medida promedio de la energía de movimiento (energía cinética) que poseen las partículas de un cuerpo o sistema. Mientras más se muevan (vibren) las partículas de un cuerpo, mayor será su “temperatura”. Es una magnitud escalar y se puede expresar en grados Celsius, Fahrenheit o kelvin.

1. Calor y temperatura 1.2 Escalas termométricas Cap. 6 Pág. 163 Como ya lo mencionamos, la temperatura de un cuerpo puede expresarse según diferentes escalas termométricas. Las más usadas son: Celsius, Fahrenheit y kelvin. Tº ebullición del agua Escala Fahrenheit Creada en 1724 por Gabriel Fahrenheit (alemán); en esta escala, la temperatura de fusión del hielo corresponde a 32 [ºF], y la temperatura de ebullición del agua corresponde a 212 [ºF] (a nivel del mar). Escala Celsius Creada en 1742 por el sueco Anders Celsius. En esta escala, a la temperatura de fusión del hielo se le asigna el 0 [ºC], y a la temperatura de ebullición del agua se le asigna el valor 100 [ºC] (a nivel del mar). Tº fusión del hielo

1. Calor y temperatura 1.2 Escalas termométricas Escala kelvin o absoluta Creada en 1848 por el británico William Thomson (lord Kelvin). La escala absoluta incluye la temperatura teórica más baja posible, el cero absoluto o 0 [kelvin] . En esta escala, la temperatura de fusión del hielo corresponde, aproximadamente, al 273 [K], y la de ebullición del agua al 373 [K] (a nivel del mar). Tº ebullición del agua Tº fusión del hielo Cero absoluto

B Ejercicio Aplicación 3. En el noticiero de un canal de televisión se entrega el siguiente informe del MTP tiempo para un día determinado. Temperatura mínima : 10 [ºC] Temperatura máxima: 32 [ºC] Considerando esta información, ¿cuál es la variación de temperatura que se espera para ese día, en la escala kelvin? 10 [K] 22 [K] 32 [K] 283 [K] 305 [K] Recuerda que la relación entre las escalas Celsius y Kelvin es: B Aplicación Ejercicio 3 guía Calor I: calor y temperatura

Transmisión del calor 2.1 Formas de transmisión del calor Cap. 6 Pág. 173 Cap. 6 2.1 Formas de transmisión del calor El calor puede transmitirse de tres formas distintas, que dependerán del medio por el cual se propague. Conducción El calor (energía) se transmite de una partícula a otra, avanzando paulatinamente por el material. Esta forma de propagación del calor ocurre solo en los sólidos.

Transmisión del calor 2.1 Formas de transmisión del calor Cap. 6 Pág. 174 Cap. 6 2.1 Formas de transmisión del calor En una lámpara de magma Convección Corresponde a la transmisión del calor en los fluidos (líquidos y gases), mediante corrientes cálidas ascendentes y frías descendentes. Corrientes cálidas ascendentes Corrientes frías descendentes En la atmósfera En el interior de la Tierra

Fotografía térmica: los seres vivos irradiamos calor Transmisión del calor 2.1 Formas de transmisión del calor Radiación Corresponde a la transmisión del calor por medio de ondas electromagnéticas (principalmente del espectro infrarrojo), pudiendo viajar grandes distancias a través del vacío sin calentar el espacio intermedio. Fotografía térmica: los seres vivos irradiamos calor

Ejercicio Respecto de la transmisión del calor por convección, es correcto MC afirmar que I) se requiere de una fuente de calor para que se produzca. II) se produce en un medio material. III) se produce solo en los fluidos. Solo I Solo II Solo III Solo I y II I, II y III Un medio material es un medio compuesto por partículas. Recuerda que, para que el calor fluya, debe existir un cuerpo a mayor temperatura que otro. Recuerda, los fluidos son los líquidos y gases. E Reconocimiento Ejercicio 7 guía Calor I: calor y temperatura

3. Dilatación y contracción Pág. 166 Cap. 6 3.1 Efectos de la variación de temperatura en los cuerpos Al variar la temperatura de un cuerpo son varios los efectos que este puede experimentar. Algunos de ellos son: los cambios de fase, la incandescencia, deformación, el aumento de tamaño (dilatación) o la disminución de tamaño (contracción). Cambios de fase Botellas deformadas por calor Metal fundido incandescente Chocolate fundido por calor Falla producida por dilatación

En los cuerpos lineales, nos fijamos solo en su longitud. 3. Dilatación y contracción 3.2 Cuerpos lineales, superficiales y volumétricos Dentro de los efectos mencionados, nos detendremos en los cambios de tamaño que experimentan los cuerpos cuando varía su temperatura, es decir, estudiaremos la dilatación y contracción. Cuerpos lineales En la naturaleza todos los cuerpos poseen 3 dimensiones: alto, largo y ancho. En algunos cuerpos una (o dos) de esas dimensiones puede ser mucho menor y, por tanto, despreciable respecto de las demás. Por ejemplo, en un alambre delgado y largo, el alto y el ancho, comparados con su longitud, pueden llegar a ser dimensiones despreciables. Cuando un cuerpo posee una sola dimensión importante, siendo las otras dos despreciables respecto de la primera, se dice que es un cuerpo “lineal”. Un alambre es un cuerpo “lineal” En los cuerpos lineales, nos fijamos solo en su longitud.

En los cuerpos superficiales nos interesa la superficie del cuerpo. 3. Dilatación y contracción 3.2 Cuerpos lineales, superficiales y volumétricos Cuerpos superficiales En cambio, otros cuerpos poseen dos dimensiones importantes (largo y ancho), siendo la tercera (alto) despreciable respecto de las otras dos; en este caso se dice que el cuerpo es “superficial”. En los cuerpos superficiales nos interesa la superficie del cuerpo. Una lámina metálica, una hoja de papel y una membrana son cuerpos “superficiales”.

En los objetos volumétricos nos interesa su volumen. 3. Dilatación y contracción 3.2 Cuerpos lineales, superficiales y volumétricos Cuerpos volumétricos Cuando todas las dimensiones de un cuerpo son relevantes, no existiendo dimensiones despreciables respecto de las demás, entonces se dice que el cuerpo es “volumétrico”. En los objetos volumétricos nos interesa su volumen. Un cubo, un cilindro, un balón de futbol y un microondas son cuerpos “volumétricos”.

3. Dilatación y contracción 3.3 Dilatación – contracción de cuerpos lineales Dilatación - contracción lineal En general, al variar la temperatura de un cuerpo lineal su longitud cambia, aumentando si esta se eleva o disminuyendo si decrece. Así, el cuerpo se dilata al calentarse y se contrae al enfriarse. Por ejemplo: en un riel de ferrocarril. Juntas de dilatación: son espacios que permiten la dilatación y contracción en las estructuras.

3. Dilatación y contracción 3.4 Dilatación – contracción de cuerpos superficiales Dilatación - contracción superficial En general, al variar la temperatura de un cuerpo superficial su área o superficie cambia, dilatándose al calentarse o contrayéndose al enfriarse. Por ejemplo: en una lámina delgada de metal. Las estructuras deben tener espacio suficiente para dilatarse, de lo contrario, pueden colapsar.

¿Sabías que la torre Eiffel crece 6 [cm] en los veranos? 3. Dilatación y contracción 3.4 Dilatación – contracción de cuerpos volumétricos Dilatación - contracción volumétrica La dilatación o contracción afecta el volumen del cuerpo; todas las dimensiones del cuerpo “crecen o se encogen” de forma relevante al variar su temperatura. Por ejemplo: en un cubo de metal. ¿Sabías que la torre Eiffel crece 6 [cm] en los veranos?

Ejercicio 16. Un líquido de coeficiente de dilatación volumétrica 6,9 ∙ 10-5 [ºC]-1 se encuentra MC contenido en un recipiente de metal, cuyo coeficiente de dilatación lineal es 2,3 ∙ 10-5 [ºC]-1. Si el líquido llena completamente el recipiente y el conjunto es sometido a un aumento de temperatura de 40 [ºC], es correcto afirmar que el líquido se dilatará el triple de lo que lo hará el recipiente. el doble que el recipiente. lo mismo que el recipiente. la mitad de lo que se dilatará el recipiente. la tercera parte de lo que se dilate el recipiente. Recuerda que Ahora, debemos analizar de qué depende la dilatación volumétrica de un material. Recuerda que Lo primero es distinguir qué tipo de dilatación es la que ocurre; ¿lineal, superficial o volumétrica? C ASE Ejercicio 16 guía Calor I: calor y temperatura

4. Anomalía del agua 4.1 El agua, una excepción Cap. 6 Pág. 166 Como acabamos de ver, en general los materiales se dilatan cuando se calientan y se contraen cuando se enfrían. Sin embargo, cuando enfriamos agua, a partir de los 4 [ºC] comienza a dilatarse, aún cuando su temperatura siga disminuyendo. Por otro lado, si tenemos agua a 0 [ºC], al aumentar su temperatura comienza a contraerse, al contrario de lo esperado; esto sucede así hasta los 4 [ºC]. A partir de esta temperatura, el agua comienza a comportarse de manera “normal”, es decir, se dilata al calentarse y se contrae al enfriarse. Recuerda, este comportamiento anómalo del agua solo se presenta entre los 0 [ºC] y los 4 [ºC].

4. Anomalía del agua 4.2 Un fenómeno curioso Si ponemos agua en una botella y la dejamos en el congelador a 0 [ºC], veremos que todo el volumen de agua se congela. Sin embargo, en los lagos de zonas muy frías, aun cuando la temperatura en invierno puede alcanzar varias decenas de grados bajo cero, solo se congela la capa superior del agua. ¿Por qué no se congela el lago completo? ¿Qué importancia puede tener este fenómeno?

D Ejercicio Comprensión 4. Si se tiene un líquido desconocido a 0 [ºC] y se le aplica calor, entonces el MC líquido se dilatará. se contraerá. mantendrá su volumen. se dilatará o se contraerá, nunca mantendrá su volumen. se contraerá o mantendrá su volumen, nunca se dilatará. Al tratarse de un “líquido desconocido” debes considerar todas las posibilidades que abarca la pregunta, antes de elegir la alternativa correcta. D Comprensión Ejercicio 4 guía Calor I: calor y temperatura

A Pregunta oficial PSU Comprensión Para un gramo de agua que se encuentra en un recipiente cerrado a 1 atm y a una temperatura inicial de 4 ºC, ¿cuál de las siguientes afirmaciones es correcta? A) Si su temperatura aumenta en 1 ºC, entonces aumenta su volumen. B) Si su temperatura aumenta en 1 ºC, entonces aumenta su densidad. C) Si su temperatura disminuye en 1 ºC, entonces disminuye su masa. D) Si su temperatura disminuye en 1 ºC, entonces disminuye su volumen. E) Si su temperatura disminuye en 1 ºC, entonces aumenta su densidad. ¿Sobre qué fenómeno estudiado se está preguntando? Recuerda que, a los 4 [ºC], la densidad del agua es máxima y su volumen es mínimo. A Comprensión Fuente : DEMRE - U. DE CHILE, proceso de admisión 2015, módulo común.

Tabla de corrección Ítem Alternativa Unidad temática Habilidad 1 D Calor Aplicación 2 C Reconocimiento 3 B 4 Comprensión 5 6 7 E 8 9 10

Tabla de corrección Ítem Alternativa Unidad temática Habilidad 11 E Calor Comprensión 12 B Aplicación 13 ASE 14 A 15 D 16 C 17 18 19 20

¿Cómo se transmite el calor? Síntesis de la clase ¿Qué es el calor? ¿Qué es la temperatura? ¿Cómo se transmite el calor? CALOR Y TEMPERATURA En general, ¿qué efecto produce el aumento o disminución de temperatura en los cuerpos? ¿Cuál es el rango de temperatura en el que se produce la “anomalía del agua”?

Prepara tu próxima clase Calor II: mezclas y cambios de fase En la próxima sesión estudiaremos Calor II: mezclas y cambios de fase

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