10 Energía térmica OBSERVA Y DECIDE El objetivo de este planteamiento no es contestar adecuadamente a las preguntas al comienzo del tema, sino detectar las ideas previas de los alumnos para ir desvelando a lo largo de la unidad la explicación correcta al sorprendente fenómeno y al resto de preguntas. ¿En cuál de los tres estados del agua tienen sus partículas más agitación térmica? Cuando el hielo se funde, ¿aumenta su temperatura? ¿Y cuando el agua líquida pasa a vapor? ¿Por qué crees que no hemos añadido una fotografía del vapor de agua? El vapor de agua es el estado en el que las partículas tienen mayor movimiento. Cuando el hielo se funde, su temperatura permanece constante a 0 ºC, y cuando el agua líquida hierve pasando a vapor lo hace a 100 ºC constantemente. No se ha añadido una fotografía del vapor de agua, porque este no se ve. Cuando se ve el “vapor” o una nube, realmente lo que estamos observando son microgotas, (estado líquido).
PIENSA Y REFLEXIONA Los operarios de la fundición utilizan guantes y máscaras. ¿Qué función tienen estos elementos de protección? ¿Qué formas tiene el calor de propagarse? La función de los guantes y las máscaras del operario es la de protegerle frente a la energía térmica. Los guantes lo hacen frente a la propagación del calor por conducción y la máscara, frente a la radiación. El calor puede propagarse por conducción, convección y radiación.
ACTIVIDADES 1.
En una taza se mezclan café caliente y leche fría. ¿Cómo es la temperatura de la mezcla respecto a las temperaturas iniciales del café y de la leche? ¿Qué transferencias energéticas ocurren en estas sustancias? La temperatura que alcanza la mezcla será intermedia entre la leche caliente y la fría. La caliente transfiere energía térmica mediante calor a la fría, hasta que ambas estén en equilibrio.
2.
A partir de la teoría cinética, explica por qué una pequeña masa de agua (como la contenida en un vaso) puede tener una temperatura más alta que una gran masa de agua (como la contenida en una piscina). La temperatura es una magnitud intensiva, no depende de la cantidad de sustancia. Si el agua del vaso está caliente, la energía cinética media de sus partículas es muy alta, y su temperatura, consiguientemente, también. En una piscina hay muchas más partículas, pero su temperatura es menor porque se mueven más lentamente.
LABORATORIO EN CASA: EL TERMÓMETRO DEL CANTO DE GRILLO Para atraer a las hembras, los grillos machos mueven sus alas para emitir ese característico cri-cri. Al aumentar la temperatura ambiente, estos insectos aceleran las reacciones químicas de su cuerpo y activan los músculos que mueven las alas. Observa la gráfica y responde: a)
Una tarde en que no te dejan dormir la siesta, cuentas 200 “cri” en un minuto. ¿Qué temperatura hace?
b)
Por las noches, se duerme mal a partir de 20 °C. ¿Cuántos cantos se oirán en un segundo?
a)
30 ºC
b)
A 20 ºC les corresponden en la gráfica 120 “cri” por minuto. Por tanto, si se escuchan más de 120 “cri”/min, se dormirá mal.
Obviamente, con el tipo de grillo y el país pueden variar los datos de la gráfica, pero es asombrosa la fiabilidad del fenómeno, estudiado por el físico Amos Dolbear en 1897.
Unidad 10| Energía térmica
3.
Una caldera de calefacción sube la temperatura de 50 litros de agua desde 15 °C hasta 60 °C. ¿Cómo logra calentar el agua? ¿Cuántas kcal le ha aportado? Exprésalo en julios. La caldera calienta el agua gracias a la energía térmica liberada en la reacción de combustión, normalmente de gas natural. El agua sube la temperatura de 15 ºC hasta 60 ºC, es decir, 60 ºC – 15 ºC = 45 ºC. Si sube la temperatura 45 ºC y son 50 L, de agua la caldera habrá aportado: 50 · 45 = 2250 kcal 2 250 kcal ⋅
4.
1000 cal 1J ⋅ = 9 375 000 J 1kcal 0, 24 cal
¿Por qué en los climas de bajas temperaturas las personas suelen comer más cantidad de alimento (y con más grasa)? El cuerpo humano necesita mantener 36 ºC de temperatura. Si el entorno es frío, se cede más energía interna, por lo que hay que reponerla. Por eso, en los climas de bajas temperaturas las personas suelen comer más cantidad de alimento (y con más grasa).
5.
6.
Observa la etiqueta del alimento que aparece a la derecha. a)
¿Qué entiendes por “valor energético” de un alimento?
b)
¿Cuántas calorías tienen tres onzas? ¿Cuántos julios?
c)
Investiga: ¿qué tiene energía, el cacao o las almendras?
a)
El valor energético es la cantidad de energía liberada en el catabolismo de 100 g de dicho alimento. Se suele decir, en términos informales, que es la energía obtenida al “quemar” ese alimento en la nutrición, pero en química, combustión es la reacción con desprendimiento de llama, por lo que es más correcto hablar de oxidación para el caso de estas reacciones en el interior de las células.
b)
Con tres onzas obtendremos 165 kcal. (55 · 3 = 165 kcal).
c)
LIBRE. Tienen más energía las almendras.
Es un error decir que un abrigo nos “da calor”. ¿Por qué? Expresa correctamente lo que pretende significar la frase. El abrigo no nos “da calor”, sino que nos aísla. Nuestro cuerpo, al estar a 36 ºC, emite continuamente energía térmica al exterior (normalmente, el aire está a menos de 36 ºC). Si el ambiente está a baja temperatura, la pérdida es mayor. El abrigo, al aislarnos, impide esa pérdida y notamos “calor”.
7.
Observa la fotografía: el paño y el fregadero de metal tienen la misma temperatura; sin embargo, la sensación térmica que se tiene en cada mano es distinta. ¿Por qué?
La mano izquierda siente más “frío” que la mano derecha. Tanto el fregadero como el paño están a la misma temperatura, menor que la de nuestras manos. Cuando tocamos las dos superficies, cedemos energía térmica a los dos, pero el metal absorbe más rápidamente el calor de nuestra mano, por lo que lo “sentimos” como más frío.
Energía térmica| Unidad 10
LABORATORIO EN CASA: CONDUCCIÓN Y CONVECCIÓN ¿Qué cubito de hielo se fundirá antes? El experimento es muy llamativo porque el resultado es antiintuitivo. El cubito que se funde antes es el que está al aire libre, ya que el que está “abrigado” con la bufanda se encuentra mejor aislado del aire exterior y aguanta más tiempo sin fundirse.
LA FÍSICA AYUDA AL SOCORRISTA 1. Hoy día se están sustituyendo los clásicos “plumas” por prendas de abrigo por capas. Busca información sobre las ventajas e inconvenientes de cada una de estas prendas. Libre
2. La insolación suele producirse cuando la temperatura del aire ronda los 41 °C o más. ¿A qué temperatura está tu cuerpo? Compárala con la del exterior y explica lo que sucede.
El cuerpo humano suele estar a 36 °C, por lo cual cuando la temperatura del aire es menor, nuestro cuerpo desprende calor. Pero cuando este aire está a una temperatura superior a la del cuerpo, este absorbe calor y se produce la insolación. 8.
Interpreta los gráficos del experimento anterior y luego dibuja la gráfica del calentamiento de 300 g de agua.
Al suministrarle calor, la temperatura aumenta, y a doble cantidad de calor, doble incremento de temperatura. Si duplicamos la masa, el incremento de la temperatura es la mitad. Así pues, la cantidad de calor es directamente proporcional a la masa y al incremento de temperatura.
Para una misma cantidad de calor aportada a una misma cantidad de arena y de agua, la arena se calienta más que el agua. Por ejemplo, si calentamos las muestras durante cinco minutos, el incremento de temperatura de la arena es de 40 ºC (60-20) y el del agua es de solo 10 ºC (30-20).
Teniendo en cuenta las dos gráficas, podemos deducir que la cantidad de calor depende de la masa, del tipo de sustancia y del incremento de temperatura. En 4.º de ESO se formalizará la expresión: Q = m ce ∆T. Los datos para obtener la gráfica del calentamiento de 300 g de agua se obtienen manteniendo el producto de masa por incremento de temperatura constante:
A los 5 minutos → 100 ⋅ 20 = 300 ⋅ ΔT
ΔT = 6, 5 T5 min = 20 + 6, 5 = 26, 5 °C
A los 10 minutos → 100 ⋅ 40 = 300 ⋅ ΔT
ΔT = 13 T10 min = 20 + 13 = 33 °C
Unidad 10| Energía térmica
9.
¿Qué crees que se enfría antes, el agua o la arena? ¿Por qué en las costas casi nunca hay heladas ni suele nevar? Se enfría antes la arena. El agua tarda más en calentarse y, consiguientemente, más en enfriarse. Por eso en las costas no suele haber heladas.
EXPERIMENTA 1. En la tapa de un bote haz una ranura por la que entre exactamente una moneda. 2. Mantén la moneda al fuego durante unos minutos. 3. Intenta meter la moneda caliente por la ranura. Explica lo que ocurre. Al calentar la moneda, sus partículas vibran más rápido y ocupan un espacio mayor, y por eso no entrará por la ranura. Decimos que se ha dilatado.
LABORATORIO EN CASA: UNA FUENTE CASERA Explica cómo funciona. ¿Qué le ha pasado al aire del interior de la botella? El aire del interior de la botella se calienta (si el recipiente es azul o lo tapamos con un plástico negro, el aire aún se calienta más) y sus partículas se moverán más deprisa. Debido a esos choques con las paredes del recipiente, la presión aumenta. Si retiro el tapón, el aire se dilata y empuja el agua del fondo haciéndola salir. ¡Ya tenemos la fuente! 10. Señala los efectos de las dilataciones del paisaje. • ¿Está roto el puente? • ¿Qué le pasa al tendido de los cables eléctricos? • ¿Sube el nivel del mar por dilatación? • ¿Qué le pasa al aire del globo? En el paisaje se observan cuatro efectos de dilatación. • El puente no está roto, sino que tiene juntas de dilatación para absorber ese incremento de tamaño en verano. • Los cables, al dilatarse, son más largos y cuelgan más. • Todos los cuerpos se dilatan al aumentar la temperatura, y el mar también lo hace. Aproximadamente, la mitad del incremento del nivel del mar del último siglo se debe a la dilatación por el aumento de la temperatura media de la Tierra. • Los quemadores del globo calientan el aire, que al dilatarse disminuye su densidad respecto al aire circundante, por lo que el globo asciende.
EXPERIMENTA a) ¿Qué ha sucedido al calentar? ¿Se ha fundido el yodo o ha pasado a gas directamente? ¿Y al enfriar? b) ¿Cómo se llama este tipo de cambio de estado? a) Al calentar el yodo sólido, se sublima y pasa a gas directamente. Al enfriarlo sucede lo contrario, pasa a sólido directamente. b) Este proceso se denomina sublimación. 11. Copia en tu cuaderno los siguientes textos y une con flechas. ¿Qué cambios de estado se producen en los siguientes fenómenos? Rocío • Escarcha •
• Condensación • Solidificación • Sublimación
Energía térmica| Unidad 10
12. ¿Por qué cuando va a nevar echan sal en las carreteras? Pista: La nieve no es tan peligrosa como las placas de hielo que se generan si la temperatura baja mucho. a)
Para que las ruedas agarren mejor y no patinen.
b)
Porque, con la sal, baja el punto de congelación.
c)
Porque el hielo salado no es resbaladizo.
Respuesta correcta: b) 13. Para rebajar el coste de la factura, podríamos instalar el sistema de calefacción y agua caliente sanitaria de la figura de la derecha. Explica las ventajas que tiene. ¿Por qué los tubos de la calefacción están en el suelo?
El sistema de calefacción de la imagen tiene la ventaja de usar energía solar, captada por el colector térmico. Al tener los tubos de calefacción en el suelo, el aire en contacto con él se calienta y asciende por convección, calentando bien la casa. 14. A continuación se muestra la energía media anual consumida en nuestros hogares en kW h. Representa los datos en un diagrama de barras. Si cada kW h cuesta 0,16 euros, ¿cuál es el gasto anual?
La suma total es de 10 290 kWh al año Coste: 10 290 kWh · 0,16 €/kWh = 1647 € al año.
LA FÍSICA AYUDA A LA ARQUITECTURA 1.
¿Qué tipo de tejado pondrías en cada situación? En el paisaje desértico pondríamos tejado blanco, y en el de montaña, tejado de pizarra negra.
2.
¿Qué le ocurre a la radiación solar al llegar a los tejados? La radiación es absorbida por el material de los tejados. En el caso del tejado blanco se refleja la mayoría de la radiación y se absorbe muy poca. En el caso de la pizarra negra, esta casi no refleja radiación y la absorbe, por lo que se calienta más. En el caso de la teja roja absorbe todos los colores salvo el rojo, que es el que refleja, por lo que se calienta, pero no tanto como con la pizarra negra.
3.
¿Dónde se absorbe más radiación solar? a) En el tejado blanco. b) En el tejado rojo. c) En el tejado negro. Respuesta correcta: c)
Unidad 10| Energía térmica
4.
Señala la afirmación correcta: a) A 30 °C, una casa con tejado blanco consume más energía que una casa con tejado de pizarra. b) A 10 °C, una casa con tejas rojas necesita más calefacción que una casa con tejado de pizarra. c) El mejor tejado es siempre el de pizarra. Respuesta correcta: b)
5.
smSaviadigital.com practica. Modifica variables e investiga. LIBRE
6.
Diseña un experimento para determinar qué materiales y qué medidas se deben tomar para aislar una casa. LIBRE
7.
Observa las temperaturas medias anuales de España.
Indica el tipo de tejado que aconsejarías utilizar en León y Sevilla: En León, la temperatura media es menor de 14 ºC con inviernos muy fríos, por lo que se aconseja tejado de pizarra. En Sevilla, la temperatura media supera los 18 ºC, con veranos muy calurosos, por lo que se aconseja tejado blanco (cal). 15. Con 1 kg del mejor carbón (la antracita) podemos obtener 34 300 kJ, y con 1 kg de gasolina, 43 950 kJ. a) Con los datos de rendimiento mostrados anteriormente, calcula cuánta energía cinética se obtiene quemando 1 kg de combustible en la locomotora de vapor y en el coche. b) ¿Qué ocurre con la energía desperdiciada? a) Rendimiento de máquina de vapor: 8 %. Con 1 kg de carbón: 8% · 34 300 kJ = 2 744 kJ de energía cinética que se obtiene. Rendimiento del motor del coche: 30 %. Con 1 kg de gasolina: 30 % · 43 950 kJ = 13 185 kJ de energía cinética que se obtiene. Nota: se usa 1 kg de gasolina (aproximadamente 1,5 L) para poder comparar la misma masa de los dos combustibles. b) Comparando ambas cifras se observa que es mucho más rentable el coche que la máquina de vapor. 16. Rellena el diagrama de Venn con las características comunes y no comunes de ambas máquinas. LIBRE. A modo de ejemplo Siglo XVIII Carbón Rendimiento: 8 % Combustión externa
Transporte Térmicas Reacción química Combustibles fósiles
Siglo XIX Gasolina Rendimiento: 30 % Combustión interna
Energía térmica| Unidad 10
EXPERIMENTA ¿Qué le ocurre al agua? ¿En qué se transforma al alcanzar los 100 °C de temperatura? Si el engranaje no gira, mueve el conjunto engranaje-generador hasta lograrlo (ten cuidado con el vapor de agua). Analiza el siguiente diagrama de las transformaciones producidas e indica, en porcentaje, cuánta energía se disipa al medio en forma de calor en cada paso y en el total del proceso. ¿Qué rendimiento tiene nuestra “central”? Transcurrido un tiempo, el agua comienza a evaporarse, y se transforma en vapor de agua. El rendimiento de la central es del 20 %. El resto, un 80 %, se disipa en forma de calor. 17. Compara tu mini-central con una central termoeléctrica industrial. a) ¿En qué se parecen? ¿En qué se diferencian? b) Relaciona con flechas los elementos de las dos centrales. a) Las dos centrales son térmicas, utilizan agua para transformarla en vapor que mueva las turbinas, y en ambas se genera electricidad. Se diferencian en el tamaño, , el tipo de turbina y de generador, en el sistema de refrigeración (en la casera no tiene, va al aire), en el sistema de transporte, etc. b) Caldera
Generador
Combustible fósil
Bombona de gas
Turbina
Engranaje
Alternador
Matraz
18. La ONU recomienda reducir el consumo de carne como una medida para luchar contra el cambio climático. Investiga por qué. LIBRE 19. Buscad más información sobre este tema. ¿Cuáles son los gases de efecto invernadero? ¿Cuáles son las causas del incremento de esos gases? ¿Hay fenómenos naturales que contribuyan a este efecto? ¿Qué es el IPCC?, etc. Para organizar el debate, tu equipo debe ordenar la información y distinguir entre datos y opiniones. Y no lo olvides: ¡durante el debate, mantén una actitud racional y crítica, y respeta las opiniones de los demás! Libre. A modo de ejemplo: CO2, CH4, H2O (v), etc. Son producidos por las combustiones. Algunos fenómenos naturales que producen estos gases son los volcanes, incendios y la digestión en las vacas. IPCC. Intergovernmental Panel on Climate Change. 20. Elisa y Sara han recopilado frases que se han escuchado en la calle relacionadas con el calor. Señala cuáles de estas frases son correctas y cuáles incorrectas, y redacta estas últimas de manera apropiada: •
Esta bufanda me da mucho calor. INCORRECTA Esta bufanda me aísla.
•
El metal es más frío que la madera. INCORRECTA El metal es mejor conductor y absorbe rápido el calor de la mano.
•
Un clavo al rojo tiene mucho calor. INCORRECTA Un clavo al rojo tiene una temperatura muy alta.
•
El ventilador refresca el aire de la habitación. INCORRECTA El ventilador aparta el aire caliente que me rodea.
•
Un helado se funde porque su temperatura está subiendo. INCORRECTA Un helado se funde porque absorbe energía térmica del ambiente (su temperatura permanece constante).
Unidad 10| Energía térmica
•
El hielo le da frío al refresco. INCORRECTA El refresco le cede energía al hielo. El hielo se funde y la temperatura del refresco baja.
•
En verano, el agua de la piscina está más templada por la noche que por el día. INCORRECTA Por la noche, el aire se enfría rápido y el agua parece más templada,
21. Observa los dibujos. Explica lo que sucede y, en función de ello, distingue entre calor y temperatura.
1
2
3
En el experimento, comparando 1 y 2 se observa que al aumentar la masa, el incremento de temperatura es menor. Comparando 2 y 3, se deduce que el aceite se calienta mucho más rápido que el agua. El calor suministrado en los tres casos es el mismo y, sin embargo, las temperaturas alcanzadas son diferentes. 22. Para alcanzar 50 °C, ¿a qué cantidad de agua hay que suministrar más calor? • A 1 L de agua. • A 500 gramos de agua. Suponiendo que ambas cantidades se encuentran a la misma temperatura inicial, necesitaremos el doble de calor para elevar la temperatura de un litro de agua (1000 g) que para 500 gramos. 23. Esta gráfica muestra la mezcla de dos líquidos a distinta temperatura.
a) Expresa sus temperaturas iniciales en grados centígrados. b) ¿Cuál ha sido la temperatura de equilibrio? ¿En cuánto tiempo se ha alcanzado? a) Temperatura inicial de A: 300 – 273 = 27 ºC Temperatura inicial de B: 273 – 273 = 0 ºC b) Temperatura de equilibrio: 290 – 273 = 17 ºC Se ha alcanzado a los 24 minutos. 24. Busca en internet cómo se forman las brisas marinas y relaciónalo con el experimento del agua y la arena de la página 212. LIBRE
Energía térmica| Unidad 10
25. En verano, al sobrevolar Italia según la trayectoria del dibujo, es muy frecuente que haya turbulencias. Al llegar al Adriático, desaparecen. El piloto dice que es debido a las “térmicas”. ¿A qué se refiere el piloto con las “térmicas”? Dibuja las corrientes convectivas sobre la península italiana y justifica ese fenómeno. Pista: durante el día, ¿qué se calienta más, la superficie terrestre o el mar? Durante el día se calienta más la tierra que el mar, por lo que el aire que está encima de la superficie sólida asciende originando las corrientes convectivas (las “térmicas”) que zarandean el avión. 26. ¿Por qué los astronautas llevan un traje plateado? a) Por una estética moderna, tipo Star Wars. b) Porque son más ligeros que un abrigo de otro tipo. c) Porque reflejan las radiaciones solares. d) Porque son impermeables e impiden que el aire salga del interior. Respuesta correcta: c) 27. Observa el dibujo. Al calentar un recipiente metálico lleno de agua sobre una cocina vitrocerámica, se producen los tres modos de transferencia de calor. Identifica cada uno y explícalo. Convección
Conducción
Radiación
Convección
Conducción
El hornillo eléctrico calienta el cazo por conducción. Este calienta el agua originándose corrientes convectivas en el interior de esta y en el aire que está encima. El cazo calienta por conducción al mango, por eso conviene ponerse una manopla para agarrarlo. El cazo con agua y el hornillo emiten radiación térmica al entorno. 28. ¿Cómo se propaga la energía solar en el vacío hasta llegar a la Tierra? Por radiación. 29. Relaciona en un esquema gráfico los efectos del calor que conozcas. Pon ejemplos de cada caso y dibújalos. LIBRE
Unidad 10| Energía térmica
30. Al calentar el aire de un matraz, el globo se hincha. Sergio duda: no sabe si el globo se infla porque las partículas del aire se han dilatado o porque se mueven más rápido y ocupan un espacio mayor. ¿Cuál es la hipótesis correcta, la A o la B? ¿Qué argumentos le darías a Sergio para decidirse?
La hipótesis correcta es la B. 31. Para que se evapore una gota de sudor de la superficie de tu piel se requieren unas 30 calorías. a) ¿De dónde se obtiene esa cantidad de calor? b) ¿Qué ventajas tiene sudar? c) Sabiendo que 1 mL contiene 20 gotas, ¿cuántas calorías se liberan al excretar medio litro de sudor? a) El calor para evaporar el sudor se toma del propio cuerpo. b) La ventaja de sudar es que debido a lo explicado en el apartado a), baja la temperatura corporal. c) 0,5 L = 500 mL Si 1 mL contiene 20 gotas, 500 mL tendrán: 500 · 20 = 10 000 gotas. 10 000 gotas · 30 cal/gota = 300 000 cal = 300 kcal que hacen falta para evaporar medio litro de sudor. 32. Metemos hielo en un vaso de precipitados y lo calentamos. Observa lo que sucede en los vasos al cabo de unos minutos de mantenerlos sobre la fuente de calor. a) ¿Qué cambios de estado se producen? b) ¿A qué temperatura ocurre cada uno de ellos? c) Copia la ilustración en tu cuaderno y dibuja en cada círculo la situación de las partículas en los respectivos estados. a) Cambios de estado: fusión y vaporización (ebullición). b) Suponemos que es agua. Fusión: 0 ºC. Ebullición: 100 ºC. c)
Energía térmica| Unidad 10
33. El calor generado en la combustión, además de usarse para cocinar y para distintas formas de calefacción, fue fundamental para el desarrollo de la máquina de vapor y el motor de explosión de los coches. Señala las analogías y diferencias entre ambos inventos: Analogías • • • •
Son medios de transporte. Son máquinas térmicas. Utilizan reacciones químicas de combustión. Usan combustibles fósiles.
Diferencias • La máquina de vapor ya no se usa y el motor de explosión sí. • La máquina de vapor es de combustión externa y el motor de explosión es de combustión interna. • La máquina de vapor usa carbón y el motor consume gasolina. • El rendimiento del motor de explosión es mucho mayor.
34. ¿Qué es una máquina térmica? a) Un aparato que transforma calor en otras formas de energía. b) Un artefacto que convierte el movimiento en energía térmica. c) Una máquina que transforma el calor en frío. Respuesta correcta: a) 35. La fotógrafa Kerstin Langenberger, después de un viaje por el Ártico, declaró: “Sí, he visto osos en buen estado, pero también he visto especies muertas o desnutridas. Osos que caminan en las orillas buscando comida, tratando de cazar alces, comiendo huevos de aves, musgo y algas, y me doy cuenta de que los osos gordos son casi siempre machos”.
¿Qué crees que está pasando con los osos? LIBRE 36. El calentamiento global es un hecho. Rellena el cuadro con las posibles causas y los efectos que produce. LIBRE. A modo de ejemplo:
Incremento de CO2 Por quema de combustibles fósiles
Sequías Inundaciones Huracanes
Incremento de CO2 Por deforestación
Deshielo de glaciares y polos
Posibles causas naturales
Unidad 10| Energía térmica
Subida del nivel del mar
PONTE A PRUEBA Correr en días de calor En varias carreras de una hora de duración hemos medido los siguientes datos para un corredor de 74 kg.
Temperatura del aire (ºC)
Humedad del aire (%)
Carrera 1
35
60
Carrera 2
35
Carrera 3 Carrera 4 1.
Volumen de sudor (litros)
Pérdida de agua (%)
Temperatura corporal (ºC)
Sí
1,8
0,0
40,5
60
No
1,8
2,5
40,5
30
60
Sí
1,4
0,0
39,6
30
60
No
1,4
1,9
39,6
¿Bebe agua?
Un deportista corre durante una hora en un día caluroso (35 °C) y húmedo (60 % de humedad del aire). ¿Cómo influye en los riesgos de padecer deshidratación y “golpe de calor” el hecho de que beba agua durante la carrera? a) Se reduciría el riesgo de “golpe de calor”, pero no el de deshidratación. b) Se reduciría el riesgo de deshidratación, pero no el de “golpe de calor”. c) Se reducirían ambos riesgos: el de deshidratación y el de “golpe de calor”. d) Beber agua no reduciría ninguno de los riesgos. En esas condiciones, si bebe agua, la correcta es la b)
2.
Imagina que eres el alcalde de tu localidad: ¿permitirías una carrera si la temperatura del aire es de 35 °C? ¿Y si el día se nubla y la temperatura baja a 30 °C? Justifica tus respuestas. Si la temperatura es de 35 ºC, debería prohibirse la carrera porque aun bebiendo se alcanzan 40,5 ºC de temperatura corporal (con riesgo de “golpe de calor”). Si la temperatura baja a 30 ºC y la humedad se mantiene en el 60 %, se podría permitir, pero avisando que hay que beber agua.
3.
Si el día es seco (un 20 % de humedad del aire), ¿se suda más o se suda menos? ¿Hay más riesgo de “golpe de calor” o menos? Si el día es seco, se suda menos y hay menos riesgo de “golpe de calor”, pero si la temperatura es alta, se sigue corriendo el riesgo.
4.
¿Por qué se suda? Explica el fenómeno desde el punto de vista de la energía y los cambios de estado. Cuando sudamos, se absorbe energía del propio cuerpo para evaporar el agua, por lo que la temperatura corporal baja.
5.
Si para evaporar 1 g de agua a 30 °C hacen falta 580 cal, ¿cuánto calor desprendemos al evaporar 1 L de sudor? 1 L de agua son 1000 gramos. 1000 g · 580 cal/g = 580 000 cal = 580 kcal que hacen falta para evaporar 1 L de sudor en las condiciones descritas.
Energía térmica| Unidad 10
6.
¿Cuántos litros de agua tienes que beber al día en cada una de las situaciones de la gráfica? ¿Por qué se orina menos haciendo un ejercicio intenso?
Sumando las cantidades mostradas en el diagrama de barras, obtenemos que para: Temperatura moderada: Hay que beber 2 300 mL. Temperatura alta: 3 300 mL
Ejercicio intenso: 6 600 mL
Se orina menos porque hemos perdido más cantidad de agua al sudar.
7. Algunos animales carecen de glándulas sudoríparas. Investiga: ¿cómo refrigeran su organismo? LIBRE
¿Qué calentador es más eficaz? 1.
¿Qué temperatura inicial tenía el agua? Temperatura inicial: 20 ºC
2.
Señala una variable que controló Paula en su investigación. Las variables controladas son las que permanecen fijas en el experimento. Paula controló la masa y la temperatura inicial.
3.
¿Cada cuánto tiempo midió Paula las temperaturas? Midió las temperaturas cada dos minutos.
4.
¿Qué fuente de calor calentó más rápidamente el agua? El mechero calentó más rápidamente el agua que el hornillo eléctrico.
5.
Si se siguen calentando a ese ritmo, ¿qué le ocurrirá al agua al cabo de 12 minutos? a) La del mechero se encontrará a 110 °C, y la del calentador eléctrico, a 80 °C. b) La del mechero estará hirviendo a 100 °C y la del calentador eléctrico se hallará a 80 °C. c) La del mechero estará a 95 °C, y la del calentador eléctrico, a 70 °C. d) El agua se encontrará hirviendo en los dos recipientes. La que está en el calentador eléctrico alcanzará 80 ºC. La que está en el mechero Bunsen alcanzará 100 ºC (si siguiese subiendo la recta, alcanzaría 110 ºC, pero al ser agua, cuando llega a 100 ºC empieza a hervir, manteniendo constante la temperatura. Luego la correcta es la b).
Unidad 10| Energía térmica
AUTOEVALUACIÓN 1.
Señala si son verdaderas o falsas estas afirmaciones.
3.
a) Si en un teatro todo el mundo se abanicase, se refrescaría el aire de la sala.
a) La manta achica las llamas. b) La manta baja la temperatura.
b) Cuando junto dos cuerpos a distintas temperaturas, uno cede calor y el otro cede frío.
c) La manta absorbe la sustancia que arde.
c) El frío no existe.
d) La manta impide que el oxígeno llegue al fuego.
d) La temperatura más baja es de –273 °C.
Respuesta correcta: d)
Respuesta correcta : a) F 2.
b) F
c) V
d) V
¿Por qué se puede apagar un fuego pequeño poniéndole una manta pesada encima?
4.
2. Adaptado de Pruebas TIMSS. Un estudiante pega cuatro chinchetas con cera a una barra de cobre. Al aplicar una llama en un extremo, las chinchetas se desprenden.
¿Cuál es la unidad internacional del calor? a) Caloría.
c) Kilocaloría.
b) Julio.
d) Kilovatio · hora.
Respuesta correcta: b) 5.
En un cambio de estado: a) La temperatura permanece constante. b) La temperatura sigue aumentando. c) La temperatura baja. d) La temperatura aumenta, pero solo un poco.
¿Mediante qué proceso se ha transmitido el calor hasta las chinchetas? a) Expansión. b) Radiación. c) Conducción. d) Convección. Respuesta correcta: c)
Respuesta correcta: a) 6.
El efecto invernadero provoca: a) Mayor número de terremotos. b) El descenso del nivel del mar. c) Incremento en el número y la intensidad de los volcanes. d) Mayor probabilidad de sequías. Respuesta correcta: d)
Energía térmica| Unidad 10