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• Johann Fidel Carhuaypiña

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UNIDAD # 1 CALOR Y MECANISMOS DE TRANSFERNCIA Publicado en 14 marzo 2009 por FÍSICA CEFA 11°

UNIDAD

#

GUÍA

1:

CALOR

Y

DE

TRANSFERENCIA

APRENDIZAJE

Temas

de

• Calor

y

•

DEL

CALOR

#

1

la la

Ley

medida

cero

•

sesión: del

calor

(equilibrio

térmico)

Calor

•

específico

Transmisión

del

calor

Objetivos:  Definir

e

interpretar

el

concepto

de

calor

y

distinguirlo

de

la

temperatura.

 Identificar el calor como energía transferida de un cuerpo a otro que se encuentran a diferentes temperaturas. 

Identificar

las

formas

de

transmisión

del

calor

Actividades. 1.

Actividad

de

exploración

de

ideas.

En este momento de la clase se plantearán problemas referentes al tema, los cuales serán resueltos en grupos a partir de los conocimientos cotidianos de l@s estudiantes y usando como estrategia una "experimentación mental" donde intenten dar solución a la situación planteada.

2. Actividad de socialización

En esta actividad se busca que a partir de la socialización l@s estudiantes den a conocer al resto del grupo la forma en que solucionaron el problema, para ello deberán leer el enunciado, explicar la solución dada al problema y decir que concepto científico se utilizó.

3. Actividad de conceptualización. En este momento de la clase se pretende hacer una conceptualización científica que permita a l@s estudiantes conocer de forma clara los conceptos y las ecuaciones que permiten desde la ciencia dar solución clara a los problemas planteados inicialmente. También se realizaran algunos ejemplos relacionados con el tema.

4. Actividad de apropiación del tema: Para este momento de la clase se propone un taller donde se busca que l@s estudiantes apliquen los problemas tratados durante la clase.

Actividades de exploración de ideas.

Actividad # 1 QUÉ SIGNIFICADO TIENE LA PALABRA CALOR Lean la siguiente definición de "calor" e intercambien entre ustedes la información obtenida: Calor: es una forma de energía, a la que se considera "en tránsito", pues se transmite de un cuerpo a otro. También se lo conoce como energía térmica. Esa transmisión se da solo cuando entre los dos cuerpos hay una diferencia de

temperatura, ya que el calor fluye del cuerpo que se encuentra a mayor temperatura hacia el de menor temperatura. Este fenómeno se da aun dentro de un mismo cuerpo: el calor se propaga dentro de un mismo objeto, desde las zonas de mayor temperatura a las de menor temperatura. A partir de la información anterior cada una de ustedes piense un ejemplo de situaciones en las que cree que se da esta transmisión de calor. Expliquen cómo creen que se produce y hagan un esquema mostrando cómo es el flujo de calor.

Actividad # 2 QUÉ SIGNIFICADO TIENE LA LEY CERO DE LA TERMODINÁMICA. Se toman dos vasos con la misma cantidad de agua, el primero de ellos es agua que acaba de hervir mientras que el otro vaso es sacado de un refrigerador, estos vasos se colocan en un lugar donde no se presenten cambios en la temperatura del lugar; luego se deja que pase cierto tiempo y se miden las temperaturas del agua en cada vaso ¿Cómo crees que son estos valores de la temperatura?

Actividad # 3: CALOR ESPECÍFICO ¿A QUÉ SE REFIERE? Las experiencias de Joule (1818-1889) y Mayer acerca de la conservación de la energía, apuntaban al calor como una forma más de energía. El calor no sólo era capaz de aumentar la temperatura sino que además podía mover los cuerpos y realizar trabajo. Joule demostró que a partir de la realización de trabajo mecánico es posible producir determinada cantidad de calor. En su experimento utilizando el calorímetro Joule encontró que la temperatura de un gramo de agua aumenta en 1 ºC cuando la energía potencial de las pesas es 4,186 julios, equivalentes a una caloría. A partir de esta experiencia se dedujo que el calor específico Ce, de un material es

la cantidad de calor que se debe suministrar a un gramo de una sustancia para que su temperatura aumente en un grado centígrado. De acuerdo con la información anterior si se tienen 450 gr de agua a una temperatura de 4 ºC y se desea aumentar la temperatura hasta 80ºC ¿Cuál es la cantidad de calor que se debe suministrar a la muestra de agua?

Actividad # 4: ¿CÓMO SE TRANSMITE EL CALOR ENTRE LOS SÓLIDOS? Se toma una barra de hierro sobre el fuego, tiempo después esta comienza a calentarse el extremo que está sobre el fuego, cuando esto sucede se decide retirar la barra del fuego y colocarla sobre una mesa, pasado un tiempo se tocan los dos extremos de la barra y estos tienen la misma temperatura. ¿Cómo se puede explicar esto?

Actividad # 5: ¿MEZCLAR UN FLUIDO, COMO SE TRANSMITE EL CALOR? 5.1. Cuándo tomamos un plato de sopa que se encuentra muy caliente lo tomamos del borde del plato y no del centro ¿Por qué razón hacemos esto? 5.2. Supongamos que una noche fría tú has acampado en el bosque. Para calentar el ambiente tus compañeros hacen una fogata. ¿Dónde es el mejor lugar para

calentarse, unos centímetros por encima de la fogata o a un lado de la fogata? Explica tu respuesta.

  CONCEPTULIZACIÓN

Calor: Al calor se le considera como energía en tránsito y significa que los cuerpos ceden o ganan calor, pero no lo poseen. Esa transmisión se da solo cuando entre los dos cuerpos hay una diferencia de temperatura, ya que el calor fluye del cuerpo que se encuentra a mayor temperatura hacia el de menor temperatura. Este fenómeno se da aun dentro de un mismo cuerpo: el calor se propaga dentro de un mismo objeto, desde las zonas de mayor temperatura a las de menor temperatura.

Medición del calor: El científico británico James Prescott Joule demostró cuantitativamente que un trabajo mecánico determinado producía siempre una misma cantidad de calor. Para ello utilizo un calorímetro como el que se ilustra en la figura.

Al dejar caer las pesas desde diferentes alturas, la energía potencial se transformaba en trabajo capaz de hacer que se muevan las paletas del calorímetro. Como consecuencia de dicho movimiento, Joule comprobó que se producía un calentamiento en el agua contenida en el calorímetro y que, para una misma cantidad de agua siempre se producía el mismo aumento de temperatura con una

energía potencial dada. Así encontró que para aumentar un grado centígrado cada gramo de agua era necesaria una energía de 4,186 julios.

A partir de este experimento se como la unidad de calor la caloría (cal) que se define como: la cantidad de calor necesaria que debe absorber un gramo de agua para que su temperatura aumente en un grado centígrado. 1 cal = 4,186 julios.

Calor especifico: El calor especifico de una sustancia es la cantidad de calor que debe absorber un gramo de esa sustancia para que su temperatura aumente en un grado centígrado. El calor especifico se mide en julios por kilogramo por kelvin j/ kg . k o en calorías por gramo por grado centígrado cal/gr .ºC

Transmisión del calor: Cuando hay una diferencia de temperatura de dos cuerpos o entre dos partes de un mismo cuerpo, se establece espontáneamente un transporte de calor que puede producirse por conducción, convección o radiación

Conducción.

Es la forma en que el calor se propaga en los cuerpos sólidos, proceso en el cual no ocurre transporte de materia a lo largo del cuerpo. La conducción del calor se produce porque las moléculas del cuerpo más próximas a la fuente de calor absorben energía de éste y la transmiten a las partículas vecinas. Para calcular la rapidez con la cual se propaga el calor hacemos uso de la expresión:

∆Q ∆t = e

k .A .(T1 - T2)

Donde k: se llama constante de conductividad térmica, e es el espesor del material y A es el área del cuerpo. Convección.

Es el proceso mediante el cual el calor se propaga en los líquidos y en los gases, es importante tener en cuenta que la transferencia de calor por convección implica transporte de materia.

 

TALLER DE APLICACIÓN.

1. ¿Qué cantidad de calor deben absorber tres kilogramos de agua para que su temperatura incremente de 0ºC a 100ºC?

2. Una pieza de tres kilogramos se encuentra a una temperatura de de 60ºC, luego se vierte la pieza en tres litros de agua a 32ºC. si la temperatura de equilibrio al final de la mezcla es de 46ºC, ¿Cuál es el calor específico de la pieza?

3. Se mezclan 100g de agua a 15ºC con 200g de hielo a -15ºC calcula la temperatura final de la mezcla.

4. ¿Cuál es el calor específico de una sustancia que necesita 115cal para cambiar su temperatura desde 12ºC a 50ºC, siendo su masa de 2 kg?

5. ¿Cuál es la masa de un bloque de aluminio que absorbe 500 cal cuando su temperatura cambia en 45ºC?

6. El vidrio de una ventana de un edificio de oficinas mide 1,5 m de ancho por 5m de largo y tiene un espesor de de 1,5cm. Cuando la superficie exterior está a una temperatura de de 30ºC la superficie interior está a 20ºC. ¿Cuánto calor se transfiere a través del vidrio en una hora?

7. Consultar los cambios de fase de la materia y los factores que afectan los cambios de fase, la consultad deberá ser entregada en grupos de 3 personas bajo las normas icontec actuales, además debe incluir un ejemplo que ilustre cada cambio de fase.

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