Embedded Files
Indicadores de logro:
2.1. Interpreta los cambios del movimiento de las partículas en función de la temperatura.
2.2. Explica los cambios en las propiedades termométricas de las sustancias que conforman un termoscopio.
2.3. Efectúa una comparación entre escalas de temperatura.
Más de una vez hemos escuchado las palabras «temperatura» y «calor». Intuitivamente sabemos que guardan alguna relación con algo que está caliente o frío. Por ejemplo, al tocar un trozo de hielo sentimos que está frío; sin embargo, ¿habrá alguna manera de cuantificar esa percepción sensorial? Y si la hay, ¿habrá diferentes escalas de cuantificar la misma percepción?
Luis: ¿Qué efecto tiene el movimiento de los átomos y moléculas de un objeto sobre la temperatura?
A. Sensación térmica
Procedimiento:
Observa la imagen.
2. Completa la información:
a. ¿Cómo averiguarías con tus sentidos si está caliente o fría una olla que está encima de una cocina sin riesgo a tener quemaduras?
b. ¿Consideras que son confiables tus sentidos para determinar la temperatura de los objetos? ¿Por qué?
Carlos: Con base en la experiencia cotidiana sabemos que un objeto caliente está a mayor temperatura que uno frío. Pero ¿cómo podemos medir esa temperatura? ¿Qué es una escala de temperatura?
B. Pon a prueba tu sensación térmica
¿Qué tanto puedes fiarte del sentido del tacto para determinar si algo está caliente o frío?
Procedimiento:
Tu docente mostrará a la clase tres vasos con agua a distintas temperaturas, los cuales se encuentran rotulados como: «Agua fría», «¿?» y «Agua caliente», en ese orden.
Si eres un voluntario, introduce con cuidado tu dedo índice izquierdo en el vaso «Agua caliente» y el dedo índice derecho, en el vaso «Agua fría».
3. Cuenta unos 20 segundos.
4. Retira ambos dedos e introdúcelos inmediatamente en el vaso con el rótulo «¿?».
5. Luego, tu docente te brindará los valores de las temperaturas de los tres vasos de agua.
6. Responde lo que se indica acerca de los valores de temperaturas:
¿Es confiable el tacto para determinar la temperatura de los objetos y sustancias? Argumenta.
A esta aparente diferencia de temperaturas que se experimenta en el agua del vaso rotulado «¿?» le llamamos sensación térmica.
En el día a día nos enfrentamos con diferentes situaciones donde se involucra la sensación térmica. Por ejemplo, caminar por la calle en un día cálido y entrar a un lugar con aire acondicionado y volver a salir a la calle. En todas estas situaciones se experimenta el cambio brusco de la temperatura en nuestro cuerpo; sin embargo, terminamos adaptándonos eventualmente cuando nuestro cuerpo alcanza el equilibrio térmico con la temperatura del ambiente.
Si la sensación térmica no es igual a la temperatura, entonces, ¿qué es la temperatura? Comencemos notando que hay transformaciones físicas como la ebullición de agua, relacionadas con cambios de temperatura que podemos oír (burbujeo) y ver (vapor). Otras afectan propiedades como la longitud y la rigidez de una varilla de metal en una construcción, la presión de una caldera de vapor como resultado del calentamiento de agua, o el cambio de coloración de un metal por calentamiento.
Ojo al dato...
La escala de temperatura Celsius establece dos puntos fijos de temperatura bajo la condición de presión estándar del aire y una atmósfera.
Punto de congelación del agua: 0 °C.
Punto de ebullición del agua: 100 °C.
Su inventor, Anders Celsius, dividió su escala en cien partes iguales.
Cambio en la longitud de una varilla de metal.
Cambio en la presión de vapor en una caldera.
Cambio del color de un metal expuesto al calor.
Nico: La presión de un gas a volumen constante es una propiedad termométrica.
Observa el movimiento
molecular
de una sustancia
cambiando la
temperatura.
C. La temperatura a nivel molecular
Procedimiento:
Lee el siguiente texto:
Los cambios en las propiedades que nos ilustran las imágenes anteriores pueden caer en una de las siguientes categorías, o en ambas:
Cambios detectables por medio de nuestros sentidos, por ejemplo, el cambio de color del metal por su alta temperatura.
Cambios detectables utilizando instrumentos de medición, por ejemplo, la variación de la presión en la caldera.
Las descripciones de las propiedades a gran escala, detectables por los sentidos, y que no hacen uso de la suposición de la estructura de la materia, conforman el criterio macroscópico de la temperatura.
Toda propiedad de la materia que cambia en el mismo sentido que la temperatura recibe el nombre de propiedad termométrica. Así, si la temperatura aumenta, esta propiedad también lo hará, y viceversa.
Gracias a las propiedades termométricas hemos construido diferentes tipos de termómetros análogos, lo que ha llevado a desarrollar diferentes escalas de temperatura, las más comunes son: Celsius (°C), Fahrenheit (°F) y kelvin (K).
El concepto de temperatura también guarda relación con el mundo microscópico de la materia. De hecho, la temperatura es una medida de la energía cinética promedio de los átomos y moléculas de un material; es decir, la temperatura se relaciona con el movimiento de los átomos y las moléculas. Desde luego, no podemos ver a simple vista el movimiento aleatorio de los átomos y las moléculas porque es un fenómeno a pequeña escala. Las descripciones de propiedades a pequeña escala (atómica) engloban el criterio microscópico de la temperatura.
Para entender mejor, vamos a modelar el cambio de rapidez del movimiento de moléculas de agua frente a variaciones de temperatura.
2. Observa las diferencias a nivel molecular de las tres fases del agua que se presentan en los tres recipientes cerrados. Cada esfera representa una molécula de agua.
3. Responde:
a. ¿Qué observas que está ocurriendo con el movimiento de las moléculas?
b. ¿Es correcto decir que la temperatura en K es mayor que la temperatura en °C? ¿Por qué?
Fíjate que…
Los átomos y las moléculas tienen movimiento traslacional, rotacional y vibracional; en el proceso distribuyen su energía cinética, a la que llamamos energía térmica.
La temperatura guarda relación con la energía cinética de las partículas. Un mayor movimiento de las partículas resulta en un aumento de temperatura.
D. Termoscopio de gas a volumen constante
Un termoscopio es un dispositivo que mide una propiedad dependiente de la temperatura de un objeto. La propiedad que nos interesa es la presión del gas a volumen constante. Agregaremos energía térmica con nuestras manos y observaremos algún cambio en el termoscopio.
Lo que sabemos es que dicho cambio de la presión de gas está relacionado con la temperatura y que valores únicos de ese cambio corresponden a temperaturas únicas. Este cambio se detecta indirectamente por medio de la altura del líquido de una pajilla.
Materiales: 1 recipiente plástico de unos 500 ml con su tapón, agua (200 -300 ml), colorante, silicón o plastilina, 1 pajilla transparente lo más fina posible (idealmente de 1 o 2 mm de diámetro) y marcadores de dos colores.
Lisa: El termómetro de mercurio funciona por dilatación: la dilatación de un líquido es una propiedad termométrica. ¿Qué otros tipos de termómetros conoces?
Procedimiento:
Pide ayuda a tu docente para que haga un agujero en el tapón de la botella y traspasa la pajilla en él. El agujero debe quedar lo más ajustado posible a la pajilla.
2. Llena la botella hasta la mitad de agua. Agrega unas gotas de colorante.
3. Enrosca el tapón e introduce la pajilla hasta que se sumerja en el agua, pero sin tocar el fondo de la botella.
4. Utiliza silicón o plastilina para sellar el orificio y fijar la pajilla al tapón para que no entre o salga aire. Sella también alrededor de la botella y del tapón. La botella, el agua y el aire se encuentran todos a la temperatura del ambiente. Esa es la condición inicial antes del contacto térmico con las manos.
5. Fricciona bien tus manos, hasta percibirlas calientes y luego colócalas alrededor de la botella, en la parte del gas.
6. Observa el nivel del agua dentro de la pajilla.
7. Anota tus observaciones y explicaciones. Incluye un esquema señalando el nivel del agua dentro de la pajilla antes y después del contacto térmico.
Carlos: Aquí dice que un termómetro no mide la cantidad de calor del objeto sino la temperatura. Es curioso, antes de 1800 no se entendía bien qué era lo que hacía calentar a un objeto, se creía que era una sustancia llamada «calórico».
¿Qué aprendimos?
La sensación térmica que percibimos nos puede dar apreciaciones erróneas de lo frío o caliente que pueda estar realmente algo, sobre todo si hemos experimentado condiciones térmicas anteriores: nuestro cerebro interpretará cambios de temperatura cuando en realidad no los hubo. Por tanto, no podemos afirmar en términos absolutos que algo está caliente o frío solo con el tacto, porque es subjetivo.
El termoscopio demostró que el cambio en la presión del aire provocado por las variaciones de temperatura, al ser calentado con las manos, es observable a través del cambio en la altura del agua de la pajilla. El aumento en la temperatura conlleva un aumento de la presión de gas en el interior de la botella. Al disminuir la temperatura, disminuye la presión del gas y baja la altura del agua dentro de la pajilla.
También, aprendimos que la velocidad y la separación de los átomos y moléculas de una sustancia depende de la energía térmica (calor) que recibe o cede de sus alrededores. Si reciben energía térmica, las moléculas y los átomos se mueven con mayor velocidad, requerirán mayor espacio para hacerlo y habrá más colisiones entre ellos. En consecuencia, la sustancia tendrá mayores valores de temperatura.
Las escalas de temperatura están basadas en temperaturas importantes para el ser humano, tales como los puntos de congelación y ebullición del agua. La tabla compara tres temperaturas en diferentes unidades de medida.
Nico: Recuerda que la sensación térmica es la percepción del cuerpo humano acerca de la temperatura de su entorno, mientras que el equilibrio térmico es una situación en la que dos cuerpos en contacto térmico dejan de tener todo intercambio neto de energía térmica, alcanzando ambos la misma temperatura.
Lisa: El termoscopio
no mide la
temperatura del
objeto; por eso, el
termoscopio no
es un termómetro.
E. Muestra tus resultados
Resuelve lo que se te indica:
a. Discute en equipo otros ejemplos de situaciones donde la sensación térmica puede ser diferente para cada persona y lista tres ejemplos.
b. Dibuja cómo se verían las moléculas para cada fase de la materia, usando el agua de ejemplo. Describe el comportamiento de las moléculas.
c. Con base en lo observado con el termoscopio, haz un dibujo que represente lo siguiente, empleando flechas de diferente tamaño y dirección.
Las velocidades de las moléculas del aire del interior del termoscopio antes y después del contacto térmico.
La presión del aire del interior del termoscopio sobre la superficie del agua, antes y después. Recuerda que presión = fuerza/área.
d. ¿Puede convertirse el termoscopio en un termómetro? ¿Cómo?
e. Escribe una conclusión sobre el uso de las unidades °C, °F y K para temperatura. Piensa, ¿por qué existen diferentes escalas de temperatura? ¿Una escala será más utilizada que las otras?
Teleclase
Teleclase
Los materiales complementarios pueden requerir un consumo adicional de datos o mayor ancho de banda.
Page updated
Report abuse