¡E U R E K A!

Ganarás el pan con el sudor de tu frente (Génesis, 3:19)

• Parece claro desde siempre que del trabajo se obtiene recompensa, y que trabajar implica esfuerzo, sudor, “gasto” de energía…

• Frío, calor… Sensaciones subjetivas de nuestro cuerpo, de las que hablamos continuamente, inspiradas no sólo por las magnitudes físicas de las que trataremos en este tema, sino por las emociones que nos producen otros estímulos sensoriales. Hay frío en el invierno de Vivaldi, o en el piano de George Winston; el calor se siente con Radio Futura (mítico para los de mi generación). Se nos hiela el alma con el dolor, o se torna ardiente de alegría en otros momentos. Los colores del café de la imagen nos parecen cálidos y acogedores, en contraste los fríos tonos azules del cielo nocturno en esta obra de Van Gogh:

• ¿De qué va esto de calor y temperatura?

 

 

• Tarea 1. Todo lo que te conviene saber sobre calor y energía térmica está contenido en este trabajo, o en el de Proyecto Newton. a) ¿Conoces la diferencia entre calor y temperatura?; b) ¿En qué unidades se miden esas magnitudes?; c) ¿Cuáles son las escalas termométricas más utilizadas?; d) ¿A qué se llama cero absoluto de temperatura?;  e) ¿Cómo funciona un termómetro? ¿Por qué se ha prohibido el uso de mercurio en su fabricación?; f) ¿Cuándo se alcanza el equilibrio térmico entre dos cuerpos? (hasta los niños lo saben por pura experiencia); g) responde a estas preguntas interactivas de repaso.

 

•  El comienzo está en el Principio cero de la termodinámica… Dos cuerpos, inicialmente a distinta temperatura, acaban alcanzando la misma temperatura cuando se ponen en contacto térmico:

• Lo que uno da, otro lo recibe… Algo así sucede con los problemas sobre calores absorbidos y cedidos:

• Tarea 2. a) La editorial SM ofrece un “librovivo” sobre calor y temperatura. Visita con atención todas sus “páginas”, haciendo los ejercicios interactivos que se proponen, tomando buena nota de las cuestiones que se plantean. No abandones el “Averigua lo que sabes” hasta sacar un diez; b) continúa por estas sencillas   actividades interactivas.

• Tarea 3. a) Describe los cambios de estado del agua relacionándolos con la teoría cinética de la materia; b) experimenta con los cambios de estado, y responde a las preguntas planteadas en la animación; c) concéntrate ahora en la evaporación y en la fusión.

• Tarea 4. Como la primavera también altera a la editora de este blog (yo misma, mismamente), he empezado la página como las partículas de un gas a elevada temperatura, moviéndome de un lado para otro agitadamente, en lugar del necesario érase una vez la teoría cinética de la materia, y su relación con los cambios de estado, la temperatura y las propiedades de sólidos, líquidos y gases. Mira los enlaces propuestos, y realiza las actividades que en ellos se indican. ¿A qué se llama calor latente de cambio de estado? ¿Cómo es la temperatura durante un cambio de estado?

• ¿Cómo es la curva de calentamiento de una sustancia? Aquí se explica:

Queda más claro con esta infografía de Educaplus o la de IES Alonso Quesada:

Y la de Mc Graw Hill, sobre los cambios de estado del agua:

• Tarea 5. Bien sabemos todos que los cuerpos se dilatan con el aumento de la temperatura. ¿A qué se debe el fenómeno de la dilatación térmica? ¿Cómo afecta a sólidos, líquidos y gases? ¿Para qué sirven, y dónde se utilizan, las juntas de dilatación?

• Tarea 6. a) Explica en qué consiste la transmisión de calor por convección, por radiación (para ondas, lo mejor está en FisQuiWeb) y por conducción, poniendo ejemplos de cada tipo, y haz las actividades interactivas propuestas sobre esta cuestión; b) analiza algún sistema de aislamiento térmico en las viviendas (en Asturias algo sabemos de eso).

•  Aunque tenemos poco tiempo para hablar de ondas, y aprovechando que el calor se transmite en forma de radiación infrarroja, debes aprender algo acerca de las radiaciones electromagnéticas (para cuando te digan eso de que si la antena del móvil y sus “efluvios”, o que si el microondas no sé cuánto; ¿qué radiaciones son dañinas?):

• Para no aumentar la temperatura de vuestras neuronas, echad un relajado vistazo a esta página, donde se habla del calor y sus efectos a un nivel elemental, pero que muy elemental, querido Watson (la primavera y los finlandeses, que os impiden concentraros, je, je).

 

• El experimento de Joule (aquí explicado) estableció que cuando una cierta cantidad de energía mecáncia se consume en un sistema, la energía mecánica desaparecida es exactamente igual a la energía térmica producida.

  Esta película necesita Flash Player 7

   Recuerda: 1 cal (caloría) = 4,18  J (julios); 1 J = 0,24 cal

Ya sabemos que la cantidad de energía total de un sistema permance constante. Podemos transformar fácilmente la energía mecánica en energía térmica, pero no sucede así al revés; la energía mecánica  que se transforma en térmica nunca puede recuperarse de nuevo totalmente. Es la llamada degradación de la energía. La energía se degrada al resultar menos útil para realizar trabajo. Siempre que se transfiere calor, cabe aplicar el concepto de rendimiento:

Rendimiento = (energía útil / energía total) * 100

• Tarea 7. a) ¿A qué llamamos equivalente mecánico del calor?; b) ¿Se puede transformar todo el trabajo mecánico en calor?; c) ¿Y todo el calor en trabajo mecánico?; d) ¿Se incumple el principio de conservación de la energía?; e) Si has dedicado dos horas a estar sentado delante de los libros, y sólo has estudiado durante 50 minutos, ¿cuál ha sido tu rendimiento?

 

• Aunque el tiempo apremie a estas alturas de curso, es obligado contar alguna cosa sobre máquinas térmicas (aquí en animación) y motores. Son tan importantes que sin ellas no se entendería la revolución industrial, donde la máquina de vapor tuvo un papel fundamental.

• Y ahora, ¿no usamos todos coches, por ejemplo? Pues funcionan con motores de combustión interna, de gasoil o gasolina (aunque ya se ven algunos híbridos, que también llevan motor eléctrico). Las centrales termoeléctricas o de ciclo combinado son otro ejemplo de conversión del calor en trabajo, o sea, de máquinas térmicas (en locomotoras, barcos de vapor, turbinas de vapor, cohetes etc. etc. etc.). Aunque no todo son ventajas; pensemos en el efecto invernadero, por ejemplo, y en el agotamiento de los combustibles fósiles… Pero no olvidemos que la ciencia igual consigue las soluciones.

 

 

• Tarea 8. a) Dibuja el esquema de una máquina térmica, y defínela; b) Enumera al menos cinco aplicaciones de las máquinas térmicas en la vida cotidiana; c) En Asturias tenemos centrales termoeléctricas. ¿Sabes cuántas y dónde están? Ubícalas en un mapa; d) ¿Qué impacto medioambiental producen las centrales termoeléctricas? ¿Cómo se podría solucionar?

 

• ¿Te sobra tiempo? Pues navega en esta página estupenda, también de la editorial SM. Aunque para buenos trabajos, los del blog Palacorre, como siempre, que en este caso nos hablan de Luz, sonido y calor, o el ya conocido Energía, trabajo y calor, tratado de un modo más sencillo en RENa (página de recursos venozolana), y el muy completo del Ayuntamiendo de La Coruña. También puedes recapitular ideas con todo el tema a un click. Una vez más, encontramos los contenidos sobre calor y energía térmica en el Proyecto Arquímedes.

 

•  Tarea 9. Del tema del calor y suconversión en trabajo se han ocupado destacados científicos: Joule, Watt, Carnot y otros, que estudiarás en cursos superiores… Hablando de temperaturas, nos vienen a la mente los nombres de Celsius, Fahrenheit, Kelvin… Elige uno de ellos (que no hayas hecho en otro tema) para el apartado “Vidas de ciencia”.

 

• Aquí también conviene echar un vistazo al esquema conceptual que iniciamos en la unidad anterior:

• ¿Sudando por el esfuerzo neuronal? ¿Cuánto rendimiento has obtenido de tu trabajo en esta página? ¡Si estamos rodeados de física y química! Para terminar relajados, una recomendación cinematográfica: Cenizas del cielo, una película sobre la vida al lado de una central térmica en Asturias.