UNIDAD TEMÁTICA 2 LA PRESIÓN Y EL CALOR. Propósito. Capacidades y actitudes

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1 UNIDAD TEMÁTICA LA PRESIÓN Y EL CALOR Propósito Indagar sobre los conocimientos relacionados con la presión y la energía térmica para explicar fenómenos relacionados con la vida cotidiana y las aplicaciones tecnológicas derivadas de ellos. Aplicar estrategias para resolver problemas matemáticos de magnitudes de presión y calor. Actividades 1. La presión. Calor o energía térmica 3. Efectos del calor Propósito de cada actividad Reconocer fenómenos relacionados con la presión de los líquidos y la presión atmosférica para interpretar fenómenos de la vida cotidiana. Determinar la relación de proporcionalidad entre las magnitudes para calcular la presión. Diferenciar los conceptos de calor y temperatura reconociendo y utilizando las diferentes escalas de temperatura. Identificar las formas de transferencia del calor y realizar cálculos. Comprender los fenómenos físicos de cambio de estado y dilatación como efectos de la acción del calor sobre la materia. Aplicar fórmulas para calcular la cantidad de calor necesaria para lograr el cambio de estado de diferentes cuerpos. Capacidades y actitudes Al finalizar esta unidad serás capaz de: Explicar fenómenos naturales observados cotidianamente interesándote por ampliar tu visión del mundo. Conocer el concepto de presión, calor, temperatura y manejar sus unidades de medida. Interpretar en términos científicos diferentes fenómenos relacionados con la presión y la energía térmica en la vida cotidiana. Conocer en qué se basa el funcionamiento de diferentes aparatos que tienen relación con la presión y el calor. Resolver y formular problemas relacionados con tu vida cotidiana haciendo uso de las operaciones con números reales y sus respectivas propiedades. Identificar la relación de proporcionalidad directa e inversa entre magnitudes relacionadas en una ecuación matemática o fórmula. Tiempo sugerido: 51 horas para la unidad 17 horas para cada actividad 73

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3 Momentos Actividad 1 La presión Propósito 1. La presión y sus magnitudes relacionadas. Presión de los líquidos 3. Presión atmosférica Reconocer fenómenos relacionados con la presión de los líquidos y la presión atmosférica para interpretar fenómenos de la vida cotidiana. Determinar la relación de proporcionalidad entre las magnitudes para calcular la presión. Descripción Contenidos En el primer momento a través de una experiencia comprenderás la noción de presión y conocerás sus unidades de medida. Analizarás la relación de proporcionalidad entre las magnitudes presentes en la fórmula para calcular la presión. En el segundo momento analizarás la presión de los líquidos describiendo dos principios básicos, el principio de Pascal y el principio de Arquímedes. En el tercer momento a partir de sencillas experiencias comprenderás la presión atmosférica y sus efectos. Área de Lógico matemática Magnitudes proporcionales Área de Desarrollo humano Presión: Concepto Unidades de medida Presión de los líquidos: Principio de Pascal (prensa hidráulica) Principio de Arquímedes Presión de gases: Presión atmosférica Fichas de trabajo Palabras clave Simulando una prensa hidráulica Prensa hidráulica Aplicando el principio de Pascal Hidrostática Flotación Presión atmosférica Presión hidrostática Pascal Magnitud Proporcionalidad 75

4 PRIMER MOMENTO: La presión y sus magnitudes relacionadas Realiza la siguiente experiencia. Necesitas 10 tubos de cartón de papel higiénico Coloca un tubo de cartón en el suelo y apoyándote ligeramente sobre una mesa párate sobre él en un solo pie.. Coloca dos tubos de cartón en el suelo y párate sobre ellos. Observa lo que sucede Luego coloca los tubos formando dos filas y párate sobre ellos de tal forma que tu pie abarque todos. En qué caso pudiste apoyar todo el cuerpo sin deformar el tubo? Por qué? De la experiencia se puede deducir: Cuando apoyas tu pie sobre un tubo de cartón, estás aplicando una fuerza (tu peso) sobre una superficie (el tubo de cartón). Uno o dos tubos no podían soportar tu peso y por eso se deformaban, pero varios tubos soportaron tu peso sin deformarse. Esto sucede porque tu peso se distribuye sobre una mayor superficie de tal forma que cada tubo soporta menos peso. La acción de una fuerza sobre una superficie se llama presión. Cuanto mayor sea la superficie, menor será la presión. 76 La presión y el calor

5 Concepto de presión y unidades Como has visto en el experimento anterior, la acción de una fuerza sobre una superficie se llama presión. Cuanto mayor es la superficie sobre la que actúa la fuerza, menor será la presión. La presión es la fuerza ejercida sobre una unidad de área Presión = Fuerza Área La presión es una magnitud. En el Sistema Internacional de unidades la unidad de presión es el Pascal (Pa). Un pascal es la presión que ejerce la fuerza de 1 newton (N) en 1 m. Por lo tanto, reemplazando en la fórmula se tiene: 1 Pa = 1 N/m En la práctica esta unidad es muy pequeña y se suele emplear el hectopascal (hpa), es decir, centenares de pascales. Existen otras unidades de presión que se usan junto con el pascal. Estas son la atmósfera y el bar. La presión también se expresa en kg/cm P = F A La unidad de presión lleva el nombre del científico francés Blas Pascal. El pascal se usa con fines científicos, por ejemplo; para hacer estudios del clima. Las otras unidades se usan en actividades prácticas; por ejemplo, para medir la presión de las llantas. Relación de proporcionalidad entre magnitudes La fórmula que acabas de ver P = F/A expresa la relación que existe entre las magnitudes de presión, fuerza y área. El concepto matemático de proporcionalidad directa o inversa te ayudará a analizar las relaciones existentes entre estas magnitudes. De la fórmula: P = F A se tiene: P α F y P α 1 A Relación 1: La expresión P α F quiere decir que la presión es directamente proporcional a la fuerza aplicada sobre un área o superficie determinada. Esto significa que la presión obtenida al aplicar una fuerza sobre una determinada área aumentará si se aumenta la fuerza y disminuirá, si se reduce la fuerza. La presión y el calor 77

6 Comprueba esta situación mediante el siguiente ejercicio: Un colchón de una plaza mide cm, es decir, tiene un área de cm Cuándo se ejercerá mayor presión, si se acuesta una persona de 70 kg o cuando se acuestan dos personas de 70 kg cada una? Por una relación de proporcionalidad se puede decir fácilmente que, si el peso aumenta, la presión sobre el colchón aumenta. Hagamos los cálculos utilizando la fórmula para obtener la presión. P = F A... (1) La fuerza F estará determinada por el peso. Entonces se requiere hallar el peso del cuerpo que será igual a la fuerza: ω = 70 kg 10 m s ω = 700 kg m s ω = 700 N = F Si la fuerza tiene como unidad el newton, entonces el área (A) se expresará en m : Generalmente se usan indistintamente los términos peso y masa. Pero debes recordar que, por ser el peso una fuerza, se mide en newton (N) y la masa en kilogramos (kg). Por lo tanto, cuando te dicen que el peso es de 70 kg, en realidad te están dando la masa del cuerpo. Para calcular el peso se empleará la fórmula: ω = m g ω = peso del cuerpo A = cm 1 m cm Redondeando: A = 1,5 m = 1,4615 m g = aceleración de la gravedad = 10 m s m = masa del cuerpo Reemplazando en la fórmula (1) se tiene: P 1 = 700 N = 466,666 Pa 1,5 m En el caso de las dos personas, la presión será: m ω = 70 kg 10 s = 1400 kg m s = N El área es la misma, o sea: A = 1,5 m Reemplazando en la fórmula (1) se tiene: P = N 1,5 m = 933,333 Pa Recuerda que el newton (N) es la unidad de fuerza: 1 kg m s = 1 N P 1 < P Efectivamente, si la fuerza aumenta la presión también aumenta. 78 La presión y el calor

7 Relación : La expresión P α 1 A quiere decir que la presión es inversamente proporcional al área sobre la cual se aplica la fuerza. Esto significa que la presión obtenida al aplicar una fuerza sobre una determinada área aumentará si el área disminuye y disminuirá, si el área aumenta. Comprueba esta situación mediante el siguiente ejercicio: Las personas del ejercicio anterior paradas sobre el colchón aplican una fuerza similar a su peso sobre un área aproximada de 0,084 m. Cuando están echadas su peso presiona casi toda el área del colchón igual a 1,4615 m En qué situación será mayor la presión? Cuándo las personas están paradas o echadas sobre el colchón? Utilizando la fórmula para calcular la presión: m Del ejercicio anterior tenemos que: ω = 70 kg 10 = N s Reemplazando en la fórmula (1) para el A = 0,084 m, se tiene: P 1 = N = ,666 Pa 0,084 m Reemplazando en la fórmula (1) para el A = 1,4615 m, se tiene: P = N = 957,919 Pa 1,4615 m P 1 > P Efectivamente la presión ejercida por una fuerza sobre un área pequeña es mayor que la presión ejercida por esa misma fuerza sobre un área mayor. Quizás has podido experimentar que si te paras sobre el colchón, éste se hunde en ese lugar. Es decir, en un área pequeña la presión que ejerce tu peso es mayor. Pero cuando te acuestas, el colchón se hunde menos porque el peso de tu cuerpo se distribuye por todo el área. La presión y el calor 79

8 En nuestras actividades cotidianas a veces nos interesa repartir la fuerza sobre una superficie grande para que la presión sea menor. En otras ocasiones nos interesa concentrar la fuerza en una superficie pequeña para que la presión sea mayor. Para no hundirse en la nieve se usan unas raquetas que tienen mayor superficie de apoyo que los zapatos. Los carniceros tienen cuchillos afilados que cortan bien porque la parte filosa tiene una superficie muy pequeña. Un carpintero introduce clavos con poco esfuerzo: la punta presenta una superficie pequeña. Qué pasaría si los clavos tuviesen punta roma? En tu carpeta de trabajo: Para romper un ladrillo de un golpe con la mano, cómo colocan la mano los karatecas? Por qué no golpean con la palma abierta? Si un fakir se acostara en una cama con dos o tres clavos, éstos lo atravesarían, pero si se acuesta en una cama con muchos clavos no sufre lesión alguna. Qué explicación das a este hecho? Por qué es difícil caminar con zapatos de taco fino en la arena o cualquier superficie blanda mientras que con zapatos que apoyan toda la planta resulta mejor? Elabora ejemplos de tu vida cotidiana sobre las relaciones de proporcionalidad entre las magnitudes. Una caja con latas de leche mide 60 cm ancho, 80 cm de largo y 40 cm de altura: a) Determina en cuál de las caras debe apoyarse sobre una mesa de plástico para que ejerza menor presión. b) Si la caja pesa 0 kg, qué presión ejerce sobre la mesa en esa posición? Has definido la presión y sus unidades de medida. Además has analizado la relación directa e inversa entre las magnitudes presentes en la fórmula para calcular la presión. En el segundo momento analizarás la presión que ejercen los líquidos. 80 La presión y el calor

9 SEGUNDO MOMENTO: Presión de los líquidos En las películas de submarinos vemos que siempre se controla la profundidad. Esto se debe a que el submarino sólo puede descender hasta cierta profundidad: cuanto más profundo descienda, más agua habrá por encima de él y mayor será la presión que soporta. Si la presión del agua fuese muy grande aplastaría al submarino. Los submarinos más modernos están hechos con materiales muy resistentes y pueden descender hasta metros de profundidad. En qué se utilizan los submarinos? Crees que es útil lo que hacen? Has vivenciado la presión de los líquidos en tu cuerpo? Describe tu experiencia. De qué depende la presión de los líquidos? Los líquidos pesan y ejercen una presión en las paredes del recipiente que los contiene y sobre los cuerpos sumergidos en ellos. h La presión que ejerce un fluido se debe al choque de sus moléculas con las paredes del recipiente o de cualquier objeto que tengamos h 1 sumergido en él. La presión depende del peso y de la altura que alcance el líquido. La altura también puede considerarse como profundidad. Por ejemplo, si nos sumergimos en el mar o en un río notaremos que a mayor profundidad mayor presión. Notamos ese efecto en los oídos. La presión que soporta un cuerpo sumergido se denomina Presión hidrostática. La presión y el calor 81

10 La fórmula para calcular la presión hidrostática se deduce de la fórmula de presión tomando en cuenta el peso y la altura de la columna de líquido que hay encima de algún objeto. En la fórmula de presión: P = F A... (1) La fuerza (F) está dada por el peso de la columna de líquido que se halla sobre el cuerpo sumergido. F = ω = m g Pero, como se trata de un líquido la masa (m) se expresa en función de la densidad del líquido. d = m V m = d V d = densidad del líquido V = volumen de columna de líquido Reemplazando la masa de la columna de líquido en función de la densidad se tiene: F = m g = d V g g = 10 m/s Se asume el líquido que se halla sobre el cuerpo sumergido como una columna de forma cilíndrica cuya altura (h) es lo que conocemos como profundidad; por lo tanto expresando el volumen de la columna de líquido con la fórmula del volumen de un cilindro quedará así: V = volumen V = A h A = área de la base de la columna de líquido h = altura de la columna, que es igual a la profundidad del objeto sumergido. Reemplazando se tiene: F = ω = m g = d V g = d A h g Reemplazando en la fórmula (1), se tiene: P = F A = d A h g = P = g h d A Fórmula de la presión en un líquido En tu carpeta de trabajo: Calcula a qué presión está sometido un buceador si bucea primero a 3 m y luego a 4 m de profundidad en una piscina de agua dulce. Datos: densidad del agua = kg/m 3 g = 10 m/s. Compara los resultados obtenidos y comprueba si es cierto que, a mayor profundidad, la presión es mayor. 8 La presión y el calor

11 Principio de Pascal Si presionas una bolsa llena de agua provista de varios agujeros iguales, observarás que la presión se trasmite por igual; por eso, el líquido sale exactamente igual por todos los agujeros. Este efecto fue estudiado por el físico francés Blas Pascal (XVII), quien enunció el principio que hoy lleva su nombre. Principio de Pascal: Toda presión ejercida sobre un líquido se trasmite con la misma intensidad y rapidez en todos sus puntos. Si los agujeros en la bolsa son de diferente tamaño, la presión del líquido en los agujeros será igual? Compruébalo con una experiencia. Por qué puedes regar un jardín con una botella agujereada? La prensa hidráulica Una de las aplicaciones del principio de Pascal, es la prensa hidráulica: un dispositivo donde una fuerza pequeña se convierte en una fuerza mayor. Cuando se aplica una fuerza (F 1 ) en el émbolo más pequeño, aumentamos la presión en el líquido (aceite generalmente). F 1 La presión ejercida se trasmite hasta el émbolo más grande multiplicando la fuerza (F ). F El principio de la prensa hidráulica se aplica en numerosos dispositivos prácticos, como las gatas para levantar carros, la grúa hidráulica y los frenos hidráulicos de los automóviles. Todos los dispositivos que usa una prensa hidráulica se llaman sistemas hidráulicos. En la ficha de trabajo podrás reproducir el principio de prensa hidráulica. Investiga aplicaciones de los sistemas hidráulicos en los frenos y otros dispositivos. Presenta la información en un tríptico. La presión y el calor 83

12 Principio de Arquímedes Cuando un cuerpo se sumerge en el agua desaloja una cierta cantidad de líquido. La fuerza de empuje corresponde al peso de ese volumen de líquido desalojado. Esto es lo que se conoce como principio de Arquímedes: Todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta una fuerza de empuje hacia arriba que es igual al peso del volumen de agua desalojado. Si tomas una botella de plástico vacía cerrada con una tapa y tratas de sumergirla totalmente en un recipiente con agua, comprobarás que hay algo que ofrece resistencia y que debes ejercer una fuerza para hundirla. Esta fuerza que tiende a evitar que hundas la botella se llama empuje. Si sumergimos un cuerpo sólido en el interior de un líquido, pueden darse las siguientes situaciones: El cuerpo se hunde, si su peso es mayor que el empuje. El cuerpo queda sumergido sin llegar al fondo, si su peso es igual al empuje. El cuerpo flota, si su peso es menor que el empuje. Cómo se calcula el empuje? La fuerza ascendente que actúa sobre un cuerpo parcial o totalmente sumergido es igual al peso del líquido desplazado. Este peso depende de la densidad del líquido y del volumen del cuerpo sumergido. Por ejemplo: El agua de mar es más densa que el agua dulce, es decir, 1 litro de agua de mar pesa más que 1 litro de agua dulce. Un buceador sumergido en agua de mar o en agua dulce desplazará igual cantidad de agua; sin embargo, puesto que el peso del agua de mar es mayor al del agua dulce, el empuje (o fuerza ascendente) será mayor en el primer caso que en el segundo. Por tal razón será más fácil flotar en agua salada que en agua dulce. Asimismo, un buceador con mayor volumen desplazará mayor cantidad de agua que uno de menor volumen. Cuando un buceador inmerso en el agua infla su chaleco compensador, aumenta su volumen sin modificar su peso. Al aumentar su volumen aumenta también el volumen de agua desplazado, por lo que aumenta su empuje y puede flotar mejor. De acuerdo al principio de Arquímedes, qué volumen tendrá un pedazo de metal si se introduce en un balde con agua y desaloja 30 cm 3 de agua? La presión de los líquidos aumenta con la profundidad. Has reconocido los principios de Pascal y Arquímedes. 84 La presión y el calor

13 TERCER MOMENTO: Presión atmosférica Vivimos inmersos en un océano de aire y el aire pesa ejerciendo una presión llamada presión atmosférica. Las personas estamos acostumbradas a la presión atmosférica y no sentimos sus efectos. Realiza el siguiente experimento para reconocer las características de la presión atmosférica. Experimento 1: La botella que se abolla 1. Echa un poco de agua caliente a una botella de plástico vacía.. Arroja el agua y tapa la botella. Verás que la botella se abolla porque la presión del aire exterior la aplasta. Explicación. Al empezar la experiencia, en realidad la botella no estaba vacía, pues había aire en su interior. Este aire ejercía una presión en el interior de la botella igual a la presión del aire exterior. Al arrojar el agua caliente, has calentado el aire, el cual se dilata y sale. Entonces, dentro de la botella se ha producido un vacío (no hay agua ni aire) y no hay nada que ejerza presión dentro de la botella por eso la presión exterior la aplasta. Nuestro cuerpo no se aplasta con la presión atmosférica porque los líquidos internos de las células ejercen una presión que equilibra la presión atmosférica. Otra experiencia que te demostrará la existencia de la presión atmosférica consiste en tratar de tomar agua con un sorbete agujereado. Cuando el sorbete está intacto, el agua sube porque al succionar sacas todo el aire; en cambio si hay un agujero, entra aire que presiona el líquido impidiéndole subir. La presión y el calor 85

14 Qué es la presión atmosférica? La capa de aire que rodea la Tierra recibe el nombre de atmósfera. Está compuesta por 78% de nitrógeno, 1% de oxígeno y 1% de otros gases. La atmósfera tiene un grosor de unos 500 km, aunque el 80% del aire se encuentra en los primeros 15 km. Esto quiere decir que en las capas más altas casi no hay aire. El peso de los gases que componen la atmósfera ejerce una presión sobre los cuerpos inmersos en ella. Esta fuerza se denomina presión atmosférica. La presión atmosférica varía con la altitud: es mayor a nivel del mar y disminuye con la altura. Esto es así porque el aire es poco denso en las alturas (pesa menos). Se ha calculado que, a nivel del mar, la presión del aire es de 1 kg/cm. h 1 h En tu carpeta de trabajo: Busca una explicación a los siguientes hechos: Las cabinas de los aviones se mantienen presurizadas durante el vuelo. En qué consiste la presurización? Por qué es necesaria? Por qué, cuando viajas de la costa a la sierra, al abrir los envases de colonia, champú o cremas, el contenido se escapa rápidamente y se derrama? Materiales: Experimenta: Comprobación de la presión atmosférica Una vela, un plato, un vaso y agua. Procedimiento: 1. Pega una vela pequeña en el centro de un plato hondo. Echa agua en el plato.. Enciende la vela y coloca un vaso invertido como se señala en la figura. Explica: Qué sucede? Por qué? 86 La presión y el calor

15 Medición de la presión atmosférica En 1643, al físico italiano E.Torricelli se le ocurrió un procedimiento para medir la presión atmosférica. Llenó con mercurio un tubo de 1 m de largo y de 1 cm de diámetro, cerrado por un extremo mm 760 mm Metió el tubo lleno de mercurio, boca abajo en una cubeta que también contenía mercurio y observó que el mercurio del tubo bajaba un poco, pero se quedaba a cierta altura. A nivel del mar, en donde se realizó esta experiencia, esa altura resultó ser 760 mm. Torricelli dedujo que la presión atmosférica ejerce una fuerza sobre la superficie del mercurio de la cubeta que impide el descenso total. Esta fuerza es igual al peso del mercurio que hay dentro del tubo. Se demostró así que la presión del aire soporta una columna de mercurio cuya longitud es de 760 mm. Podemos decir, entonces, que a nivel del mar la presión atmosférica es de 760 mm de mercurio. Este valor se denomina 1 atmósfera (1 atm). Como 760 mm de mercurio x 1 cm de sección pesa aproximadamente 1 kg, se tiene: 1 atm = 760 mm de Hg (mercurio) =1 kg/cm En el SI la unidad de presión es el pascal (Pa). El instrumento para medir la presión atmosférica se llama barómetro y su funcionamiento se basa en el experimento de Torricelli. Variación de la presión atmosférica Altura Presión en en metros mm de Hg En tu carpeta de trabajo: Qué habría ocurrido con la columna de mercurio (Hg), si el experimento de Torricelli se hubiese realizado en la cima de una montaña como el Huascarán? Cuándo el mercurio queda a una altura de 730 mm en un barómetro, cuánto mide la presión atmosférica? Qué quiere decir que la presión atmosférica es de 1 kg/cm? Observa el cuadro y calcula cuál es la presión atmosférica aproximada en el lugar donde vives. La presión y el calor 87

16 Nuestro cuerpo soporta la presión atmosférica. Algunas veces un cambio de presión muy brusco puede provocarnos molestias. Por ejemplo cuando viajamos a un lugar con una altura diferente a donde nos ubicamos se produce una descompensación entre la presión interna del oído medio y la existente en el entorno. Investiga sobre un instrumento que mide la presión del aire llamado manómetro. Esto puede provocar dolor a menos que se busque equilibrar la presión. Para ello debemos bostezar o mascar chicle. No se recomienda taparnos la nariz y soplar pues podríamos introducir mucosidad en el oído interno y generar infecciones. La presión de un cuerpo sumergido en un recipiente expuesto a la atmósfera será la suma de las presiones atmosférica e hidrostática: Ejercicio de aplicación: P total = P atm + P hidrost = P atm + d h g Cuál es la presión a 1m y a 10 m de profundidad desde la superficie del mar? Supón que la densidad del agua de mar es d = 1, kg/m 3 y que la presión atmosférica en la superficie del mar es 1, Pa y que a este nivel de presión la densidad no varía con la profundidad. Si se reemplazan estos datos en la fórmula de presión total (P total ), se tiene: P total = 1, Pa + (1, kg/m 3 )(10 m/s )(h) Si reemplazas el dato de las alturas dadas, debes obtener los siguientes resultados: Si h = 1 m Si h = 10 m P total = 1, Pa P total =, Pa Efectúa las operaciones y comprueba los resultados obtenidos. El físico italiano E. Torricelli encontró un método para medir la presión. Has determinado también que la presión total que sufre un cuerpo sumergido en un líquido expuesto a la atmósfera es la suma de la presión atmosférica más la presión hidrostática. 88 La presión y el calor

17 Materiales: FICHA DE TRABAJO Simulando una prensa hidráulica Una manguera de aproximadamente 1 cm de diámetro. Dos jeringas, de 1 cm y cm de diámetro respectivamente, que serán las jeringas A y B. Alambre delgado para amarrar y asegurar las uniones. Un frasco con peso. Puedes llenarlo con piezas de metal o con piedras. Procedimiento: 1. Ata la manguera a las jeringas como muestra la ilustración.. Llena con agua toda la manguera, incluso la mitad de las jeringas A y B. 3. Pide a un compañero que coloque el frasco con peso sobre la jeringa de diámetro mayor. Puede sujetarlo, pero no presionarlo. 4. Presiona el émbolo de la jeringa A (la más pequeña) y observa lo que sucede. Repite la operación, pero esta vez coloca el frasco en la jeringa A. Jeringa A Jeringa B Con cuál de las dos jeringas hiciste menor esfuerzo para levantar el mismo peso? Explica el funcionamiento de esta prensa hidráulica. El ser humano fabrica aparatos utilizando principios muy sencillos. En esta experiencia el fundamento teórico es el principio de Pascal: los líquidos transmiten íntegramente y en todas direcciones la presión ejercida en cualquier punto del mismo. Con una fuerza pequeña y el mecanismo adecuado podemos conseguir una fuerza mucho mayor. La presión y el calor 89

18 FICHA DE TRABAJO Aplicando el principio de Pascal La prensa hidráulica es un dispositivo mecánico que sirve para multiplicar una fuerza. Toda la parte hueca se llena con un líquido que puede ser agua o aceite. h 1 F 1 F h S 1 S Si sobre el pistón chico se aplica una fuerza F 1, sobre el grande aparece una fuerza F. De acuerdo a Pascal, las presiones en los dos émbolos son iguales. P 1 = P F S 1 1 = F S Esta ecuación se suele escribir: F F 1 = S S1... (1) Relación entre las fuerzas y los diámetros de los émbolos Si d 1 y d son los diámetros, entonces: S 1 = πd 1 4 y S = πd 4 Reemplazando en (1): F F 1 = πd 4 πd 4 1 F F1 = d d1 Relación entre las fuerzas y las alturas recorridas por los émbolos El volumen de líquido desplazado por el émbolo menor es igual al volumen desplazado por el mayor, o sea: V 1 = V S 1 h 1 = S h S 1 S = h h 1 90 La presión y el calor

19 Comparando esta igualdad con (1). F F 1 = h h 1 Ejercicio de aplicación: Los diámetros de dos pistones de una prensa hidráulica miden 4 cm y 40 cm, respectivamente. Por cuánto aparece multiplicada en el pistón grande la fuerza que se aplica en el chico? Solución: Aplica la relación: F F 1 = d d 1 donde: F 1 = fuerza aplicada en el pistón chico F = fuerza en el pistón grande ( ) F 4 1 = F ( 40) = F 1 F = F = F = 16 F 1 F = 100 F 1 Respuesta: La fuerza en el pistón grande se ve multiplicada por 100. Resuelve los siguientes problemas: 1) En un taller de mecánica tienen una gata hidráulica que sirve para levantar los autos y realizar una mejor revisión en su parte baja. Si este aparato utiliza una presión de 6 kg/cm, hasta que peso podrá levantar, si el diámetro del pistón grande mide 0 cm? ) El dueño de una fábrica de vinos quiere modernizarla y ha adquirido una máquina con sistema hidráulico (prensa hidráulica) para prensar las uvas. Las superficies de los émbolos de la prensa hidráulica son de 8 cm y 0 cm respectivamente. Si sobre el primero se aplica una fuerza de 70 N, cuál será la fuerza obtenida por el otro émbolo? 3) Sobre el émbolo de 1 cm de una prensa hidráulica se aplica una fuerza de 40 N, y en el otro se obtiene una fuerza de 150 N. Cuál es el valor de la superficie de este émbolo? La presión y el calor 91

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21 Actividad Calor o energía térmica Momentos Propósito 1. Calor y temperatura. Propagación del calor 3. Cantidad de calor Diferenciar los conceptos de calor y temperatura reconociendo y utilizando las diferentes escalas de temperatura. Identificar las formas de transferencia del calor y realizar cálculos. Descripción Contenidos En el primer momento diferenciarás los conceptos de calor y temperatura analizando situaciones de la vida cotidiana. Además identificarás instrumentos de medida y escalas de temperatura. En el segundo momento reconocerás tres formas de propagación (transmisión) del calor, sus efectos en el medio ambiente y sus aplicaciones tecnológicas. En el tercer momento identificarás las unidades para medir la cantidad de calor y la forma de calcularla a través de la capacidad calórica de los materiales. Área de Lógico matemática Cálculo aritmético y algebraico Razón y proporción de segmentos Área de Desarrollo humano Calor y temperatura: Diferencia de conceptos Instrumentos y unidades de medida Formas de transferencia de calor Capacidad calórica de los cuerpos Ecuación fundamental de la calorimetría Fichas informativas Palabras clave Efecto térmico de mares y lagos Termómetro El calor y los seres vivos Puntos fijos Energía térmica Ficha de trabajo Calor Temperatura Calculando la cantidad de calor Calor específico Capacidad calorífica 93

22 PRIMER MOMENTO: Calor y temperatura El calor es una forma de energía que percibimos fácilmente a través de nuestros sentidos. Así, podemos sentir si algo está caliente o frío. Diferencias entre calor y temperatura Como sabes, la materia está formada por partículas (átomos o moléculas) que están vibrando continuamente. El calor o energía térmica es una consecuencia del movimiento de las partículas que forman la materia. Mientras mayor sea el movimiento vibratorio de las partículas de un cuerpo, más caliente se encontrará éste. Incluso los objetos más fríos poseen algo de calor porque sus átomos se están moviendo. Cuando calentamos algo, estamos incrementando la velocidad de sus moléculas. La temperatura es una medida de la velocidad de las partículas. Así, las moléculas de agua que están a 100 C se mueven más rápido que las que están a 10 C. Por lo tanto, aunque muchas veces usamos las palabras calor y temperatura como sinónimos, estos conceptos no son iguales, pero están muy vinculados: Calor es una forma de energía llamada energía térmica. Se debe al movimiento vibratorio de las moléculas del cuerpo. Temperatura es una medida de la velocidad con que se mueven las partículas. Si las moléculas se mueven más rápidamente, la temperatura es mayor. Para medir la temperatura se usan los termómetros. Para ver el movimiento de las moléculas de agua realiza la siguiente experiencia: Llena un recipiente con agua caliente y otro con agua fría (con la misma cantidad de agua). Cuando el agua esté quieta echa una gota de colorante o tinta en el centro de cada recipiente. Observa en qué recipiente el colorante se difunde más rápidamente. Qué te demuestra esto? 94 La presión y el calor

23 Medición de la temperatura La temperatura se mide mediante termómetros. Estos instrumentos se basan en la dilatación que sufren los líquidos al calentarse. Los líquidos utilizados pueden ser mercurio o alcohol. Mercurio Escala Bulbo Cuando un termómetro se pone en contacto con un cuerpo cuya temperatura se quiere medir, el mercurio que hay dentro se dilata al calentarse y asciende por el tubo. Luego de un tiempo, el mercurio y el cuerpo llegan a tener la misma temperatura. La altura que alcanza el mercurio marca en una escala graduada el valor de la temperatura. Investiga sobre la temperatura normal de un ser humano y de algunos animales. Escalas de temperatura Las escalas de temperatura más usadas son tres y difieren en los puntos fijos que toman de referencia. Escala Celsius o centígrada. Creada por el físico sueco Andrés Celsius. En esta escala se asigna el valor 0 C a la temperatura del hielo y el valor 100 C a la temperatura de ebullición del agua (agua hirviendo). Los valores inferiores a 0 C se indican mediante números negativos, por ejemplo 1 C. Escala Fahrenheit. En el siglo XVIII, el alemán David Fahrenheit creó esta escala, que asigna el valor 3 F al punto de fusión del hielo y el valor 1 F al de ebullición del agua. Escala Kelvin o absoluta. El británico William Kelvin marcó el 0 K como la temperatura más baja en que podría encontrarse un cuerpo, y se llama cero absoluto. El punto más alto de la escala corresponde a la temperatura de ebullición del agua y es de 373 K C F K La presión y el calor 95

24 La escala centígrada se usa en la mayoría de los países, la Fahrenheit solo en países de habla inglesa y la Kelvin es utilizada principalmente por los científicos. Los grados K se escriben sólo con una letra. El signo de grado se omite. Conversión entre escalas Se ha podido establecer una ecuación de conversión (fórmula) entre las escalas, puesto que las tres utilizan como referencia el punto de fusión y de ebullición del agua. La relación existente entre las escalas termométricas permite expresar una misma temperatura en diferentes formas, esto es, con resultados numéricos y con unidades de medida distintas. La fórmula se deduce utilizando la razón y proporción de segmentos entre las escalas termométricas de la siguiente manera: Escala centígrada Escala Fahrenheit 100 C 1 F C 0 F 3 = C = F C F Por lo tanto: 0 3 C 100 = F Escala centígrada Escala Kelvin 100 C 373 K C 0 K 73 = C K Por lo tanto: C = K C 100 = K C = K 73 En resumen, la ecuación de conversión entre escalas es: C 100 = F = K La presión y el calor

25 Ejercicios de aplicación: En el noticiero dijeron que la temperatura en Miami (Estados Unidos) era de 95 F. Cuál será la equivalencia de esta temperatura en la escala centígrada? Solución: 1. Convierte de F a C utilizando la siguiente ecuación: C 100 = F Resuelve la ecuación despejando C en el primer miembro: C = 100( F 3) Reemplaza datos: C = 100(95 3) 180 = 35 C La temperatura de 95 F equivale a 35 C. En tu carpeta de trabajo: Realiza las conversiones de escala y encierra con un círculo la temperatura mayor: a) 10 C o 63 K b) 350 K o 100 C c) 3 F o 5 C Si una persona tiene 98 F, está sana o tiene fiebre? Podría haber algún cuerpo a 7 K? Por qué? Completa la siguiente tabla utilizando las ecuaciones de conversión: Centígrado Fahrenheit Kelvin 00 C 40 F 5 C 400 K Se tiene un termómetro de mercurio al cual se le ha borrado la numeración. Cómo podrías graduarlo de nuevo? En el primer momento has analizado dos aspectos de la energía térmica: el calor y la temperatura. Asimismo, has recordado las escalas de temperatura que más se usan. En el segundo momento estudiarás las tres formas básicas de propagación del calor. La presión y el calor 97

26 SEGUNDO MOMENTO: Propagación del calor Dibujo referido al texto Convección Juan fue a la cocina, puso la tetera en el fuego y calentó agua para tomar un café, Conducción lo sirvió en una taza y al tocarla comprobó que estaba caliente. Radiación Corrió la cortina de la ventana para que entrara el Sol y sintió que los tibios rayos calentaban el ambiente. El calor es una forma de energía que está continuamente transfiriéndose (propagándose) de unos cuerpos a otros. En esta historia se ven las tres formas de propagación del calor: por conducción, por convección y por radiación. Aunque estos procesos suelen darse simultáneamente, puede ocurrir que uno de ellos predomine sobre los otros dos. Menciona otras situaciones en las que hayas observado estas tres formas de transmisión del calor. Materiales: Experimenta: Quién conduce mejor el calor? Un recipiente resistente al calor, cera de vela, chinches, agua caliente, cucharas de distintos materiales (metal, madera, plástico) Procedimiento: 1. Derrite cera y pega los chinches en los mangos de las cucharas. Todos los chinches deben estar a la misma altura como se indica en la figura.. Pon las cucharas dentro del recipiente y agrega agua muy caliente hasta la mitad. Qué chinche cayó primero? Por qué? Cuál crees que fue el mejor conductor del calor? 98 La presión y el calor

27 Calor por conducción Esta forma de transmisión del calor se da principalmente en los sólidos y se produce cuando los cuerpos están en contacto directo. Por ejemplo, cuando una cuchara de metal está en contacto con un líquido caliente, el metal conduce el calor desde un extremo de la cuchara hasta el otro. Existen sustancias que son buenas conductoras de calor, como los metales, y otras que son malas conductoras y se usan como aislantes, como la madera, el tecknoport, la lana, el plástico, el corcho y el aire. Observa algunos ejemplos: La ropa de lana es mala conductora y evita que el calor salga de nuestro cuerpo. Las ventanas con doble vidrio dejan un espacio de aire que impide que el calor de la casa salga. El aire es mal conductor del calor. Si hace frío, los pájaros inflan sus plumas para atrapar aire entre ellas y no perder el calor de sus cuerpos. Por qué la base de una sartén es de metal y el mango de plástico? Si pones fuentes de comida caliente en una mesa, qué debes usar? Calor por convección Esta forma de transmisión del calor ocurre sólo en líquidos y gases. El calor se distribuye mediante el movimiento de corrientes frías y calientes. Este movimiento ocurre porque el líquido que está cerca del calor se calienta primero, se dilata y pesa menos. Entonces sube, y el de arriba que está a una temperatura inferior, desciende. La presión y el calor 99

28 Es importante comprender y saber utilizar las corrientes de convección. Observa los ejemplos: Frío Caliente Frío Caliente Es mejor que las ventanas de un bus estén abiertas en la parte alta. Así, el aire caliente sale con facilidad. En nuestro planeta las corrientes de convección distribuyen el calor. El aire caliente del ecuador asciende y se mueve hacia los polos. El lugar es ocupado por aire frío que llega desde los polos. En tu carpeta de trabajo: Prende un fósforo y coloca tu mano primero al costado y luego en la parte superior. En qué caso sientes más calor? Dibuja la experiencia y explícala. Explica: En una casa de dos pisos, por qué es más caliente el piso superior? Calor por radiación En la radiación, la transmisión del calor es a través de ondas electromagnéticas llamadas rayos infrarrojos. Todos los cuerpos calientes emiten rayos infrarrojos que no son visibles al ojo humano. Cuando estos rayos llegan a un cuerpo lo calientan. Los rayos infrarrojos pueden viajar incluso en el espacio, ya que no requieren un medio material para propagarse; de esta forma nos llega el calor del Sol. Asimismo, el calor de una fogata o de un foco encendido se propaga por radiación y podemos sentirlo sin tocar el foco, basta con acercar la mano. Los rayos caloríficos pueden atravesar los cuerpos transparentes; por eso, los vidrios de un carro o de una habitación dejan pasar el calor y éste calienta el interior. 100 La presión y el calor

29 Experimenta: Los cuerpos y la radiación No todos los cuerpos se calientan de igual manera cuando reciben las ondas de calor. Los cuerpos de color negro absorben casi toda la radiación y se calientan más, mientras que los de color blanco reflejan la radiación y se calientan menos. Para comprobarlo realiza la siguiente experiencia: Elige dos vasos iguales y coloca un cubito de hielo en cada uno. Cubre uno de ellos con una tela negra y, el otro, con una tela blanca. (La tela debe ser del mismo material, por ejemplo, algodón). Ubica ambos vasos al sol. Espera 10 minutos y observa lo que sucede en cada vaso. En cuál de los vasos el hielo se derrite primero? Por qué? Por qué crees que las personas se visten con ropa oscura en invierno y clara en verano? En tu carpeta de trabajo: Indica cómo se propaga el calor en cada caso. Tu cuerpo se calienta al sentarte frente a una chimenea. Te quemas la mano al tocar una olla caliente. Se enfría una habitación al abrir una ventana. Tomamos sol echados en la playa. Calientas agua fría echándole agua caliente. Por qué cuando se estaciona un auto en épocas de sol se cubren las lunas con cartón? Cuando cocinamos, movemos los alimentos con un cucharón. Cuál es el efecto deseado? Investiga cómo es un termo. Presenta un esquema. En el segundo momento has reconocido la presencia de formas de propagación del calor: conducción, convección y radiación en diversas situaciones de la vida diaria. En el tercer momento identificarás que los materiales o sustancias tienen diferente capacidad calórica y que cada sustancia tiene un calor específico característico. La presión y el calor 101

30 TERCER MOMENTO: Cantidad de calor No me gusta tomar líquidos muy calientes. Por eso, generalmente 10 minutos antes de tomar mi desayuno pongo mi taza de lo que haya preparado (quinua, café, leche, etc.) dentro de un tazón con agua fría para que se vaya entibiando. Has enfriado o entibiado de esa forma un líquido caliente? De qué otra forma podrías enfriarlo? Por qué crees que se enfría el líquido en la taza? Y el agua del tazón se habrá calentado? Mucho o poco? El calor tiene la propiedad de pasar de un cuerpo a otro. Así, cuando dos cuerpos que están a distinta temperatura se ponen en contacto, se produce una transferencia de calor. El cuerpo que tiene mayor temperatura cede calor al que tiene menor temperatura. Este proceso demora un cierto tiempo hasta que ambos cuerpos estén a la misma temperatura, es decir, hasta que alcancen el equilibrio térmico. Cuando decimos que un cuerpo está frío o caliente, no estamos sintiendo su temperatura sino la transferencia de calor entre nuestra piel y el objeto. Cuanto mayor sea la diferencia de temperatura entre la piel y el objeto, más intensa será la sensación de frío. CALOR En una habitación cerrada, todos los objetos están a la misma temperatura debido al equilibrio térmico. Sin embargo, algunos objetos como los metales nos parecen más fríos. Esto se debe a que los metales son buenos conductores del calor. Al tocarlos nuestra piel cede rápidamente su calor al metal de allí que nos parezca frío. No ocurre lo mismo con otros materiales, como la madera o el plástico, que son malos conductores. 10 La presión y el calor

31 Analiza esta situación: Elena quiere descongelar 1 kilo de carne y tiene dos ideas: colocarla a la temperatura ambiente o en agua que también está a temperatura ambiente. A temperatura ambiente demora 8 horas Si la sumerge en agua demora 3 horas Cuál es el cuerpo que cede calor en cada uno de los casos? Qué cuerpo gana calor? Por qué crees que, en agua, la carne se descongela más rápidamente que cuando está al aire libre? La cantidad de calor que transfiere un cuerpo depende, entre otras cosas, de su capacidad calórica. Unidades del calor La cantidad de calor que trasmite o recibe un cuerpo se expresa en dos unidades: la caloría y el joule. Una caloría es la cantidad de calor que se proporciona a un gramo de agua para que aumente su temperatura en 1 C. Como la caloría es una unidad muy pequeña con frecuencia se usa la kilocaloría (kcal). Esta unidad se utiliza sobre todo para referirnos a las calorías que aportan los alimentos. El joule o julio (J) es la unidad de medida de trabajo y energía en el SI. El calor es una forma de energía; por eso, también emplea esta unidad. El científico inglés James Joule ( ) demostró que 4,18 J de trabajo eran necesarios para que un 1 g de agua eleve su temperatura en 1 C. Por lo tanto: 1 cal = 4,18 J La presión y el calor 103

32 Capacidad calórica Seguramente has observado que algunos materiales se calientan más rápido que otros. Observa algunos ejemplos: La arena aumenta más su temperatura que el agua de mar, por eso, se siente más caliente. Un techo de calamina se calienta más que uno de ladrillo. El metal de un carro que está bajo el sol se calienta mucho. Pero el agua de un balde que también estuvo bajo el sol no se siente tan caliente. Los materiales tienen diferente capacidad calórica, es decir, con la misma cantidad de calor unas sustancias elevan más su temperatura que otras. Una sustancia tiene gran capacidad calórica, si al recibir calor no eleva mucho su temperatura. Por ejemplo, el agua. Una sustancia tiene poca capacidad calórica, si al recibir calor aumenta rápidamente su temperatura. Por ejemplo, los metales. Cuando se mide la capacidad calórica por unidad de masa se obtiene la capacidad calorífica específica o, simplemente, el calor específico. El calor específico es la cantidad de calor que debe ganar una unidad de masa (1 g) de una sustancia para subir su temperatura 1 C. Así, cuando decimos que el calor específico del alcohol es de 0,58, quiere decir que se necesitan 0,58 calorías para que un gramo de alcohol suba su temperatura 1 C. El calor específico es característico de cada sustancia. En la tabla se dan los calores específicos de varias sustancias comunes. Observa que se requiere diez veces más calor para que 1 g de agua eleve su temperatura en 1 C que para elevar 1 C la temperatura de 1 g de hierro. Calor específico ( (Ce) de varias sustancias comunes Sustancia Ce (cal/g C) C) Aluminio 0, Cobre 0,09 Hierro 0,1 Acero 0,1 Tierra seca 0,4 Ladrillo 0, Madera 0,6 Aceite 0,4 Alcohol 0, 58 Agua La presión y el calor

33 Conocer la capacidad calórica o el calor específico de una sustancia permite utilizar mejor los materiales e interpretar lo que sucede a tu alrededor. El agua es la sustancia que tiene el mayor calor específico; por eso, tarda más que otras en calentarse y en enfriarse. El cobre tiene bajo calor específico; por eso, se calienta más rápidamente que otros metales. Debido a ello, los peroles y ollas se hacen de cobre. Cálculo de la cantidad de calor La tierra tiene elevado calor específico; por eso, en los desiertos africanos se construyen viviendas frescas con estos materiales. La cantidad de calor que cede (transfiere) o recibe un material depende de su masa, del calor específico y de la variación de temperatura entre los cuerpos puestos en contacto. Por lo tanto, la fórmula para hallar la cantidad de calor está dada mediante la siguiente ecuación: Q = m x Ce x T Donde: Q = cantidad de calor Ce = calor específico T = variación de la temperatura En la Ficha de trabajo podrás encontrar más información sobre el tema y algunos ejemplos de aplicación. En tu carpeta de trabajo: Analiza la relación de proporcionalidad entre las magnitudes relacionadas en la fórmula y responde: a) Si un cuerpo de determinada masa recibe una cantidad Q de calor, qué pasará con el valor de la cantidad de calor si la masa aumenta? Investiga si los materiales de construcción de tu casa son los adecuados para mantener una temperatura cómoda en el interior. Presenta un informe. Has estudiado que la cantidad de calor que transfiere una sustancia se puede medir conociendo la masa, el calor específico y el cambio de temperatura que sufre esa sustancia. La presión y el calor 105

34 FICHA DE TRABAJO Calculando la cantidad de calor Me parece interesante identificar si un material cede o recibe más calor conociendo su calor específico (Ce). Por ejemplo, si se tiene que el Ce del agua es 1 kcal/kg C y el Ce del hierro es 0,1 kcal/ kg C, se puede concluir que se requieren 10 veces más calor para que 1 kg de agua eleve su temperatura en 1 C que para elevar 1 C la temperatura de 1 kg de hierro. Se puede comprobar numéricamente esta conclusión aplicando la fórmula para calcular la cantidad de calor. 1. Recuerda la fórmula para calcular la cantidad de calor recibido o entregado por un cuerpo al calentarse o enfriarse: En esta fórmula: Q = m x Ce x T (1) Q es el calor que recibirá o entregará un cuerpo o material. Se expresa en cal (calorías) o en kcal (kilocalorías), depende de las unidades en que se haya tomado el calor específico (Ce). Además, debes saber que, si Q es (+), el cuerpo recibió calor (se calentó). Pero, si Q es ( ), el cuerpo entregó calor (se enfrió). m es la masa del cuerpo. Se expresa en kg o en g T es la diferencia de la temperatura final (T f ) menos la temperatura inicial (T i ), o sea, T = T f T i. Las temperaturas se expresan en C. Ce es el calor específico del cuerpo o material. Sus unidades son: Ce = calorías g i C o Ce = kcal kg i C Cada cuerpo, material o sustancia tiene su propio calor específico. El calor específico es una magnitud que expresa la resistencia que opone un cuerpo a ser calentado o enfriado, es decir, a cambiar de temperatura. 106 La presión y el calor

35 Reemplazando T = T f T i en la fórmula (1) se tiene: Q = mce (T f T i )... (). Calcula qué cantidad de calor hay que entregar a una masa de 3 kg de agua y a una masa de 3 kg de hierro para calentar estas sustancias de 0 a 100 C. Luego, compara los resultados. Para el agua, mis datos son: Ce = 1 kcal ; m = 3 kg kg C T f = 100 C ; T i = 0 C Reemplazando los datos en la fórmula (): Q agua = (3 kg) 1 kcal (100 C 0 C) kg C Q agua = 40 kcal Para el hierro, mis datos son: Ce = 0,1 kcal kg C ; m = 3 kg T f = 100 C ; T i = 0 C Reemplazando los datos en la fórmula (): kcal Q Fe = (3 kg) 01, (100 C 0 C) Q kg i C Fe = 4 kcal Efectivamente, se comprueba que la cantidad de calor que hay que entregar a una masa de agua para que varíe una determinada temperatura es 10 veces mayor que el calor que hay que entregar a la misma masa, pero de hierro, para variar la misma temperatura. Resuelve: a) Qué cantidad de calor se requiere para que un kilogramo de hierro eleve su temperatura de 15 C a 40 C? b) Qué cantidad de calor se requiere para que 400 g de cobre eleven su temperatura de 15 C a 40 C? La presión y el calor 107

36 El calorímetro Es un recipiente aislado para evitar pérdidas de calor. Contiene agua cuya masa se ha medido previamente y un termómetro sumergido que mide su temperatura. Es utilizado para determinar el calor específico de una sustancia. Se toma cierta masa de sustancia cuyo calor específico se busca y se calienta a una temperatura determinada, por ejemplo, 00 C. Cuando la masa está a esa temperatura, se echa dentro del recipiente con agua y se agita para que la temperatura sea uniforme. Se observa el termómetro y éste señala un aumento de temperatura que cada vez se hace más lento, hasta que llega un momento en que se detiene. En ese momento la mezcla alcanza el equilibrio térmico. En una mezcla de sustancias de diferentes temperaturas, el calor perdido por una o unas es ganado por otra u otras. CALOR GANADO = CALOR PERDIDO Ejercicio de aplicación: Un calorímetro contiene un litro de agua a 0 C; se introduce en él 1 kg de limaduras de hierro, cuya temperatura es de 00 C. El termómetro indica una temperatura de equilibrio de 37,8 C. Cuánto vale el calor específico del hierro? CALOR PERDIDO POR EL HIERRO = CALOR GANADO POR EL H O (m Fe Ce Fe T Fe )=m agua Ce agua T agua m Fe Ce Fe (T final Fe T inicial Fe )=m H O Ce H O (T final H O T inicial H O ) T final Fe = T final H O =Temperatura de equilibrio = 37,8 C g x Ce Fe x (00 37,8) = g x 1 cal x (37,8 0) g i C De donde se obtiene aproximadamente: Ce Fe = 0,11 cal g i C Resuelve: Se colocan 00 g de hierro a 10 C en un recipiente que contiene 500 g de agua a 0 C. Siendo el calor específico del hierro igual a 0,114 cal/g C y considerando despreciable el calor absorbido por el recipiente. Cuál es la temperatura de equilibrio térmico? 108 La presión y el calor