Propagación del calor por convección

Transcripción

1 Coloca cada una de las palabras en su lugar adecuado: aislantes conductividad madera metal metales térmica Las distintas sustancias, los distintos materiales, no tienen la misma térmica. Así, por ejemplo, los son buenos conductores del calor, mientras que otros materiales como la madera o el corcho son buenos térmicos, por tener una conductividad muy baja. Por eso nos podemos quemar si, como vemos en la imagen, calentamos el extremo de una varilla de, pero no ocurre lo mismo si la varilla es de. por convección Información Aire caliente Observa la figura de la derecha. Habrás notado que Aire frío cuando hay fuego, el aire caliente y los humos suben hacia arriba. La razón es la siguiente: cuando el aire se calienta, se dilata, es decir, aumenta de volumen. Esto hace que el aire caliente sea menos denso que el aire frío que le rodea. Como consecuencia, el aire caliente sube por encima del aire frío y asciende, mientras que el aire frío, que es más denso, ocupa el lugar más bajo. Una cosa similar pasa cuando calentamos agua en una cazuela. La llama calienta la parte inferior de la cazuela y al agua que está en contacto con el fondo. Esto hace que el agua caliente del fondo se dilate y que tenga algo menos de densidad que el resto del agua. Como consecuencia, el agua caliente sube hacia arriba y el agua fría, más densa, ocupa el lugar más bajo. El aire y el agua son malos conductores del calor, pero pueden transferir calor de un lugar a otro moviendo sus partículas menos densas hacia arriba. Este proceso se denomina convección. Las corrientes de aire y de agua que se producen en este proceso se denominan corrientes de convección. Cuando encendemos la chimenea o conectamos un radiador, la habitación se calienta mediante las corrientes de convección. página 1

2 Actividad 13. La propagación del calor por convección es una buena manera de calentar nuestras casas. Un esquema sencillo de cómo actúa un radiador lo tienes en la imagen de la derecha. a) Haz un dibujo en que reproduzcas cómo se produce en calentamiento por convección en la cocina o una de las habitaciones de tu casa. b) Por qué aconsejan poner los radiadores debajo de las ventanas? Están así colocados en tu casa? Actividad 14. Información La propagación del calor por convección no sólo es responsable del calentamiento de los hogares o el causante de que el agua caliente ascienda al calentar una cazuela. También es responsable de muchos fenómenos atmosféricos que condicionan el clima, hace que las aves asciendan en su vuelo o que un globo o un parapente puedan volar. La convección es el traslado de energía calor de un fluido. Este tipo de calefacción es la más comuna en una cocina cuando vemos el liquido hierve. Meteorología y convección El Tierra-Atmósfera Equilibrio de Energía El aire en la atmósfera sirve de fluido. La radiación del sol golpea el terreno, así que se calienta las rocas. Cuando la temperatura del suelo sube calienta el aire de las zonas bajas de la atmósfera, que comienza a ascender, formando una burbuja de aire que está más cálido del resto de aire cercano. Esta burbuja de aire asciende a la atmósfera. Como la masa del aire cálido sube, el aire cercano que está menos cálido y más denso ocupa el vacío dejado por el aire ascendente. Este proceso es el fundamento del viento. Estos movimientos de masas de aire caliente son los responsables de la formación de las pequeñas nubes o de las grandes borrascas que en la troposfera cubren grandes página 2

3 secciones de Tierra. Las corrientes de convección son responsables de los procesos meteorológicos que tienen lugar en la Tierra. Actividad 15. En un recipiente de cristalización introducimos agua a temperatura ambiente. Disponemos de dos pequeños frascos con agua coloreada. Uno de ellos, con colorante rojo a 60ºC y el otro, con colorante azul a 5ºC. Depositamos ambos frascos en el fondo del cristalizador. a) Qué observas?. Anótalo en el cuaderno de clase b) Cómo se mueven en el agua las corrientes de convección? c) Anota en el cuaderno los resultados obtenidos y haz una interpretación de las observaciones Actividad 16. Seguidamente en un vaso de precipitados coloca un buen número de pequeñas bolitas de porespán, Calienta el vaso por la parte inferior hasta que alcance 80ºC d) Qué observas?. Anótalo en el cuaderno de clase e) Cómo se mueven en el agua las corrientes de convección? f) Anota en el cuaderno los resultados obtenidos y haz una interpretación de las observaciones Actividad 17. Para casa y en el cuaderno Si el aire es un mal conductor del calor, por qué entonces utilizamos ropas de abrigo para evitar la transferencia de calor de nuestro cuerpo al exterior? Actividad 18. Para casa y en el cuaderno Por qué la pared que hay sobre el radiador siempre termina sucia? Actividad 19. Para casa y en el cuaderno Por qué los bomberos se tiran al suelo antes de entrar en una habitación en la que hay fuego? página 3

4 Actividad 20. Para casa y en el cuaderno Imagina que vuelas en un ala delta: a) Por qué crees que las corrientes de convección térmicas son importantes para el ala delta? b) Cómo se pueden utilizar estas corrientes para ganar altura? c) Cómo se puede aterrizar cuando estás volando en un ala delta? d) Cómo te pueden ayudar los pájaros a saber dónde están las corrientes de convección? e) Por qué las corrientes de convección ascienden generalmente por la parte sur de las montañas y no por la parte norte? Corrientes de convección Corrientes de convección por radiación Información Cuando nos encontramos próximos al fuego o a una bombilla, notamos que nos da calor. La energía que nos llega del foco de calor se ha propagado lateralmente desde el fuego o desde la bombilla hasta nosotros. Este calor no se propaga hacia arriba por convección, porque la convección transporta el aire caliente hacia arriba, ni tampoco por conducción, porque el aire no es un buen conductor. Este calor se ha propagado por radiación. Las partes calientes de una llama, de una bombilla o de cualquier objeto caliente emiten calor en forma de radiación que se propaga en todas las direcciones. Cuanto mayor es la temperatura de un objeto, más grande es el calor que transmite por radiación. El Sol libera energía en forma de rayos luminosos y rayos ultravioleta, que son los que nos ponen morenos cuando nos ponemos al Sol (radiación ultravioleta) y rayos de calor (radiación térmica) Únicamente una fracción de estos rayos solares llegan a la Tierra. El resto se pierde en el espacio exterior. Cuando la radiación del Sol llega a la Tierra, un parte es absorbida por la propia Tierra y otra parte página 4

5 es reflejada al exterior. La radiación térmica absorbida es la que calienta la Tierra. Detalle de la absorción y la reflexión de la radiación solar en la Tierra Los animales, las plantas, las personas y la Tierra se calientan por la radiación solar. Actividad 21. Nadia y Marta están tostando una rebanadas de pan sobre el fuego y les sorprende que se tuesten tan deprisa. Nadia dice que es debido a la radiación y Marta que también es debido a la conducción y la convección. Qué piensas tú? Actividad 22. Comenta las afirmaciones siguientes con tus compañeros. Crees que es verdadero o falso o parcialmente verdadero. página 5

6 a) la radiación térmica puede reflejarse mediante espejos de igual manera que la luz. b) La radiación térmica puede propagarse a través del vacío, pero la conducción y la convección no pueden propagarse en el vacío. c) El calor siempre viaja en línea recta Actividad 23. Por qué la Temperatura de la Tierra disminuye durante la noche? Actividad 24. Por qué se lleva ropa clara en verano? Actividad 25. Por que el terno donde realizamos las experiencias de calor y temperatura está constituido por un recipiente de cristal en el que se ha hecho el vacío y además este cristal es de espejo? Actividad 26. Ilumina con un foco direccional un vaso de precipitados que contiene 250 cm 3 de agua. Introduce un termómetro en el momento en que enciendes el foco. Anota la temperatura inicial. a) Qué observas?. Anótalo en el cuaderno de clase b) Cómo varía la temperatura del agua? c) Anota en el cuaderno los resultados obtenidos y haz una interpretación de las observaciones. Qué ocurriría si colocas el termómetro en una campana en la que hemos hecho el vacío Actividad 27. Un poco de repasa página 6

7 Coloca cada una de las palabras en su lugar adecuado: atmósfera estrella materia radiación térmica vacío No hace falta aire ni otra para que una se propague. Por eso nos llega energía del Sol: no hay aire, sino, entre nuestro planeta y la más cercana a nosotros (fuera de la hay vacío). Conducción, convección y radiación Aislamiento térmico de las casas En invierno gastamos mucho dinero en calentar el aire de nuestras casas. Si cerrásemos la calefacción, la temperatura de la casa iría descendiendo poco a poco u el ambiente sería poco confortable. La temperatura disminuye porque se transfiere energía en forma de calor desde el aire caliente de la casa al aire frío del exterior. La temperatura del interior de una casa depende de la rapidez con que la calefacción suministra energía y la velocidad con que esta se transfiere al exterior. Cuando estas dos velocidades son iguales, la temperatura del interior de la casa permanece constante. La situación es equivalente a la que se produce si quisiésemos mantener el nivel de agua del lavabo de nuestra casa. Si queremos tener siempre el mismo nivel de agua debemos abrir el grifo de tal manera que nos suministre tanta agua como la que se va por el desagüe. Si queremos ahorrar energía y no pagar una factura de calefacción muy alta, nos interesa reducir al máximo las pérdidas de calor al exterior, es decir, aislar térmicamente nuestra casa. La figura siguiente nos muestra los agujeros de una casa a través de los cuales se pierde calor, es decir, se transmite calor del interior, con más temperatura, al exterior, que se encuentra a menor temperatura. página 7

8 este es el termograma de una casa, o una vista IR de una casa. Este termograma muestra las variaciones en la cantidad de calor que escapa de una vivienda. Las mayores pérdidas de calor se pueden apreciar en rojo. Azul indica áreas en las que poco o ningún calor escapa del edificio Actividad 28. Recoge información de diarios, revistas, tiendas especializadas, Internet, etc sobre la manera de mejorar el aislamiento térmico de una casa. Haz un mural que muestre estas maneras de ahorrar energía. Actividad 29. A. Haz un esquema de la planta y alzado de tu casa, indicando su orientación (Norte, Sur, Este y Oeste) e indica que paredes dan al exterior o a otras habitaciones contiguas. Indica, igualmente, las ventanas con vidrio y las puestas. a) Por qué las paredes exteriores pierden más calor? b) Qué tipo de aislamiento térmico poseen? c) Influye la perdida de calor si hay ventanas de cristal? B. Sobre el plano de tu casa haz una valoración de pérdidas de calor por cada punto que túconsideres relevante. C. Escribe un informe sobre las cosas que tu crees que podrían mejorar el aislamiento térmico de tu casa. página 8

9 Actividad 30. Qué otra razón (a parte de ahorrar dinero) hay para ahorrar energía? Actividad 31. Qué tejido abriga más? Disponemos de tres muestras de tejido (puede ser algodón, lana o acrílico ) y queremos saber que tejido es más adecuado para que nos sirva de abrigo. a) piensa que tipos de pruebas y medidas nos harían decidir pro el mejor tejido para que nos sirviera de abrigo un día de mucho frío. b) Podemos utilizar el siguiente material: una lata vacía, abierta por la parte de arriba, una tijeras, gomas elásticas, una probeta, una regla, un calentador de gas o eléctrico, trípode y rejilla, un vaso de precipitados y poliestireno expandido (porespán). c) Diseña el plan a seguir y si tienes que consultar a tu profesor. d) Lleva a término tu experimento y redacta un informe que describa cómo lo has llevado a cabo y los resultados que has obtenido. página 9