Calor y temperatura para educación primaria

El calor y la temperatura

1. 1




EL CALOR Y LA TEMPERATURA




1. LA ENERGÍA TÉRMICA


Si ponemos a calentar un cazo con agua y
sal, veremos como el agua líquida se va
evaporando hasta convertirse en vapor de
gas a medida que aumenta la temperatura.


Si pudiéramos adentrarnos en el agua,
veríamos que su interior no está en reposo. En los líquidos, como es el agua,
cada una de las partículas vibra, se traslada y rota, aunque estos
movimientos no podamos observarlos a simple vista.






Ya sabes que si elevamos la temperatura de un cuerpo sólido (calentándolo),
ese cuerpo pasa de estado sólido a líquido o a estado gaseoso.

2. 2

Así, podemos afirmar que la temperatura se relaciona con el movimiento
de las partículas que forman una sustancia. A esta relación entre la
temperatura y el movimiento de las partículas de un cuerpo es a lo que
llamamos energía térmica.



¿QUÉ MIDE LA TEMPERATURA?


No es correcto decir que la temperatura mide el calor de un cuerpo. Lo
correcto es decir que la temperatura mide la energía térmica de una
sustancia o de un cuerpo.


Así pues, si un cuerpo se encuentra a mayor temperatura, lo que indica es
que las partículas que lo componen se mueven más deprisa que cuando el
mismo cuerpo se encuentra a menor temperatura.


Esto podemos comprobarlo calentando agua en un cazo: el agua se agita cada
vez más a medida que aumenta su temperatura.








Contesta a estas preguntas:


¿Qué es la energía térmica?

¿Qué mide la temperatura?


¿Qué le ocurre a las partículas de una sustancia a media que esta sustancia
va tomando más temperatura?

3. 3
LA TEMPERATURA Y LA DILATACIÓN DE LOS CUERPOS


Cuando aumentamos la temperatura de un cuerpo, aumenta también su
agitación (movimiento) de sus partículas y cada vez estas partículas están
más separadas unas de otras, ocupando más espacio.


Por eso, cuando un cuerpo se calienta, aumenta su volumen, es decir, se
dilata.




En las vías del tren se deja un espacio para cuando el hierro se dilata con el calor y
ocupa más espacio.



¿CÓMO SE MIDE LA TEMPERATURA?


La temperatura nos indica la energía térmica que tiene una sustancia o
un cuerpo. Cuanto más calor tiene una sustancia o un cuerpo, mayor es
su temperatura.


Para medir la temperatura utilizamos el termómetro, cuya unidad es el
grado centígrado (ºC)


Cuando nos ponemos enfermos y el termómetro marca 39ºC, decimos
que tenemos la temperatura alta. Un vaso de agua del frigorífico que
está a 4ºC, decimos que tiene poca temperatura.


La energía térmica cambia en las sustancias o los cuerpos. Por ejemplo,
si tenemos. sopa a temperatura muy alta (está muy caliente) y le
echamos un poco de agua fría (con poca temperatura), la temperatura
de la sopa va a bajar.

4. 4


EL TERMÓMETRO DE MERCURIO


El termómetro es el instrumento con el que medimos la temperatura de
las sustancias o los cuerpos.


Cualquier termómetro ordinario,
contiene
un metal líquido llamado
mercurio.


El mercurio se encuentra dentro de
un tubo de vidrio en el que vienen
marcados los grados centígrados de
temperatura.


Cuando el mercurio aumenta su
temperatura, al estar en contacto
con un cuerpo o unas sustancia más
caliente que él, se dilata y marca la
temperatura hasta los grados que
alcanza, pudiéndolos nosotros leer.




La temperatura de los termómetros ordinarios se mide en una escala
llamada escala de Celsius, que emplea los grados centígrados. En esta
escala:


El valor 0 ºC se asigna a la temperatura de congelación del agua.


El valor de 100 ºC se asigna a la temperatura de ebullición del agua.
El valor de 36,5 ºC se asigna al nivel del cuerpo humano.





Contesta:


¿Qué instrumento utilizamos para medir la temperatura?

5. 5


¿Qué metal líquido contiene este instrumento?



¿Qué unidad de medida empleamos en la escala de Celsius?







Une con flechas. En un termómetro ordinario se asigna:


El valor 0 ºC a la temperatura de ebullición
del agua.


El valor de 100 ºC al nivel del cuerpo humano.



El valor de 36,5 ºC a la temperatura de
congelación del agua.

6. 6
2. EL CALOR Y EL EQUILIBRIO TÉRMICO


Seguramente habrás experimentado esta sensación cuando te bañas en el
mar o en la piscina: cuando te metes en el agua, al principio el agua está muy
fría pero, al cabo de un rato, ya no te parece tan fría el agua.





Esto ocurre porque al entrar en contacto tu cuerpo (que está más caliente
que el agua) con el agua (que está más fría que tu cuerpo), se van igualando
las temperaturas de ambos cuerpos.
El cuerpo que está a mayor temperatura (tú mismo) transmite parte de
su energía térmica al cuerpo que está a menor temperatura (el agua del
mar o la piscina) hasta conseguir lo que se llama equilibrio térmico.


Equilibrio térmico

7. 7
Por todo esto podemos decir que el calor es la transferencia de energía
térmica de un cuerpo que está a mayor temperatura a otro que está a
menor temperatura.


El equilibrio térmico se alcanza cuando se igualan las temperaturas de
cuerpos que entran en contacto.


El calor siempre se transfiere de un cuerpo que está a mayor temperatura
a otro que está a menor temperatura.


Completa con estas palabras:


Mayor-equilibrio térmico-calor-menor

El es la transferencia de energía térmica
de un cuerpo que está a mayor temperatura a otro que está a menor
temperatura.


El se alcanza cuando
se igualan las temperaturas de cuerpos que entran en contacto.


El calor siempre se transfiere de un cuerpo que está a
temperatura a otro que está a temperatura.


3. ¿CÓMO SE TRANSMITE EL CALOR?


Dependiendo de la facilidad o dificultad que tengan los cuerpos para
transmitir energía en forma de calor, los podemos clasificar en
conductores y aislantes.


o Los cuerpos conductores son los que transmiten
fácilmente la energía térmica. Por ejemplo, los metales.


o Los cuerpos aislantes son los que no transmiten bien
la energía térmica. Por ejemplo, el vidrio, el plástico, la
madera.

8. 8

FORMAS DE PROPAGACIÓN DEL CALOR.

Cuando dos cuerpos tienen distinta temperatura, uno le pasa calor a otro.
Esta propagación de energía térmica, se puede hacer de tres formas: por
conducción, por convección y por radiación.









a) Conducción: el la forma en que el calor se propaga en los sólidos.
El calor se transmite por contacto de una partícula a otra.
Por ejemplo, cuando calentamos el extremo del atizador de
hierro,
poco a poco, el calor pasa a través de todas las partículas del
atizador hasta que se calienta entera.


a) Convección: es la forma de transmisión del calor en los líquidos y
en los gases.
Al calentar un líquido (como el agua de la tetera) este se mueve
en
forma circular y ese movimiento hace que el calor se transmita
a todos los puntos del líquido.


b) Radiación: es cómo se propaga el calor a través de las ondas,
en forma de rayos infrarrojos.
Así le llega el calor al gato que está dormido junto a la
chimenea.
Igualmente, por radiación, nos llega el calor del Sol.

9. 9
Contesta:


¿Cómo se llaman los cuerpos que transmiten fácilmente la energía
térmica? Pon algún ejemplo.


¿Cómo se llaman los cuerpos que no transmiten la energía térmica? Pon
algún ejemplo.



Clasifica estos cuerpos en conductores o aislantes:


hilo de cobre-bolsa de plástico-botella de vidrio-barra de hierro.
trozo de madera-lingote de oro


CONDUCTORES AISLANTES



Completa:


La energía se puede transmitir en los cuerpos de tres formas:


, y


En los cuerpos sólidos la energía se transmite por


En los líquidos y gases la energía se transmite por


El calor del sol se propaga por

10. 10
Curiosidades sobre el Calor y el Frío

Los datos y las preguntas
1. ¿Por qué sentimos el mismo frío a -20ºC sin viento que a 0ºC con una
fuerte ventisca?
Tabla 1
Como enfría el viento
Velocidad (nudos) Temperatura (ºC)
sin viento 20 10 0 -10 -20

Temperatura(ºC), sin viento,
a la que tenemos la misma sensación de frío
7-10 5 -10 -20 -35 -45
20-23 -15 -30 -45 -60 -75
33-36 -20 -35 -55 -70 -85

[Adaptado de : Craighead, F., Craighead, J., 1994. Manual de Supervivencia en tierra.(Madrid:
Ediciones Tutor)]


2. ¿Por qué en el interior de un coche negro la temperatura es mucho
mayor que en el interior de uno blanco?
Tabla 2
Temperaturas(ºC) en el interior de un vehículo [ TExterior = 27ºC ]
Según su color, velocidad y estado de las ventanillas
Blanco Negro
Parado (ventanillas cerradas) 36 57
Moviéndose a 100 km/h (ventanillas cerradas) 31 43
Moviéndose a 100 km/h (ventanillas abiertas) 25 34

11. 11
Un experimento fácil de realizar en relación con lo que refleja la tabla anterior,
consiste en tocar sucesivamente varios vehículos de distintos colores que se
encuentran expuestos al sol.

3. ¿Calienta realmente una manta?

La explicación


El calor puede transmitirse de tres formas diferentes:
conducción, conveccióny radiación. Aunque las tres se dan de forma
simultánea, una de ellas suele tener mayor relevancia en cada situación.

Sentimos frío cuando nuestro cuerpo pierde calor. Cuanto mayor es la
velocidad a la que perdemos calor, mayor es también la sensación de frío.

En la pérdida de calor a través de la piel la convección suele contribuir de
forma decisiva. Esta forma de transmitirse el calor se da en los cuerpos fluidos
(líquidos y gases) y supone la presencia de corrientes en el interior de los
mismos. Masas de fluido a baja temperatura reemplazan a masas de fluido a
mayor temperatura que están en contacto con el foco calorífico. Estos
movimientos de fluido se producen en general como consecuencia de la
diferente densidad que presenta el fluido caliente en relación al fluido frío.

Si en un recipiente transparente con agua que está calentándose echamos
unas gotas de un colorante observaremos las corrientes de convección. Se
producen cuando el agua del fondo se calienta y sube dejando su lugar al agua
que baja de la superficie.

12. 12
Si ponemos la mano sobre un radiador (deberíamos llamarle
convector) en funcionamiento notaremos la corriente
de convección que hace que el aire caliente suba.

Una variante denominada convección forzada tiene lugar cuando
las corrientes no son solo debidas a diferencias de densidad. Si se
fuerzan las corrientes, la transferencia de calor es mayor.


Si revolvemos el agua que se está calentando al fuego, provocamosconvección
forzada y el calentamiento se produce más rápidamente. De forma análoga al
situar un ventilador frente a un radiador la habitación se calentará mucho más
deprisa.

Una de las funciones de la ropa con que nos vestimos es dificultar lascorrientes
de convección que facilitarían las pérdidas de calor. Los ventiladores que
usamos en verano para refrescarnos se basan también el la convección
forzada.

La pérdida de calor debida a la convección forzada depende por supuesto de la
velocidad de la corriente de aire. En la tabla 1 se aprecia perfectamente este
hecho.



Si sujetamos una barra de hierro con la
mano y el otro extremo está al fuego, es
probable que, a menos sea muy larga,
tengamos que soltarla si no queremos
quemarnos. A través de la barra de hierro,
así como en el interior de cualquier sólido,
el calor se transmite por un mecanismo
denominado conducción. Los metales son
muy buenos conductores mientras que los
tejidos con los que nos vestimos y con los
que se hacen las mantas son muy malos
conductores.

Una manta, por tanto, no "da calor" sino que dificulta las pérdidas del mismo
por ser mala conductora. También dificulta las pérdidas por convección al
dificultar las corrientes de aire.

13. 13



La radiación es la tercera forma en que el calor puede
transmitirse. Todos los cuerpos emiten y absorben calor
en forma de radiación. En general cuanto mayor es la
temperatura mayor será también la energía radiante
emitida. Una gran parte de la energía de la Tierra
proviene de la radiación solar.

Una superficie que absorbe bien la radiación que incide
sobre ella la percibimos de color negro.

Al contrario, una superficie que percibimos como
blanca es aquella que no absorbe prácticamente nada
de la radiación que recibe.


Lo anterior, junto con la convección forzada, nos permite explicar la pregunta
2 y los datos de la tabla 2.