11
El calor y la
temperatura
En el siglo xvii aún no se había inventado el termómetro. La temperatura se regulaba utilizando diferentes fuentes de calor. Algunas fuentes de calor que se utilizaban y sus características eran:
– Ignis seu balnei Maris. Calor producido por baño María. – Ignis seu balnei cinerum. Calor producido por cenizas. – Ignis nudus. Calor producido por fuego directo.
– Ignis reverberatorius. Calor producido en un horno cerrado.
Busca en el diccionario la palabra latina «Ignis» y escribe su significado.
• Las diferencias entre calor y temperatura.
• Los distintos efectos del calor. • Las diferentes escalas
termométricas.
• Las formas de propagación del calor. • Sobre los materiales y su capacidad
de conducir el calor.
En esta unidad aprenderás
FALTA FOTO Ex087261
Conceptos de calor y temperatura
1
¿Qué es el calor?
El calor es la energía interna que se transmite de un cuerpo
caliente a otro más frío cuando están en contacto y con
diferente temperatura.
El calor es energía térmica que pasa de un cuerpo a otro, es decir,
los cuerpos ganan o pierden calor. Por ejemplo: si introducimos un
trozo de hierro a 80 ºC (caliente) en un cazo con agua a 15 ºC (agua
fría), el hierro se enfriará y el agua se calentará. El calor habrá
pasa-do del hierro, que estaba a más temperatura, al agua, que estaba a
menos temperatura.
Al cabo de cierto tiempo, los dos cuerpos (el hierro y el agua) cogen
la misma temperatura y se alcanza el
equilibrio térmico
.
Para que dos cuerpos estén en equilibrio térmico, el cuerpo caliente
transmite calor al cuerpo más frío.
Medida del calor
La unidad internacional que se utiliza para medir el calor es el
julio
(J), aunque también se utilizan las calorías (cal).
1 J
5
0,24 cal (1 julio equivale a 0,24 calorías)
1 cal
5
4, 18 J (1 caloría equivale a 4,18 julios)
¿Qué es la temperatura?
Todas las sustancias están formadas por partículas (átomos y
molé-culas) que están en continuo movimiento. Este movimiento se llama
agitación térmica
. Cuanto más alta es la temperatura, más
rápida-mente se mueven las partículas.
Si un cuerpo se encuentra a mayor temperatura que otro, indica que
sus partículas se mueven más deprisa. Debido a esta agitación, cada
partícula posee energía cinética.
La energía que desprenden todas las partículas al moverse se llama
energía interna
. Al aumentar la temperatura de un cuerpo, aumenta
su energía interna.
La temperatura es la forma de medir la energía interna
de un cuerpo.
Lo que queremos decir realmente cuando decimos que algo está
ca-liente o que está frío es que su temperatura es alta o baja.
Cuando decimos que un objeto «está caliente», no significa que tiene mucho calor, sino que su temperatura es elevada.
Cuando nos sirven una bebida caliente, según pasa el tiempo se va enfriando. Existe una transferencia de calor, que cesa cuando la bebida alcanza la misma temperatura que el ambiente.
En el agua hirviendo, es decir, a alta temperatura, las moléculas se mueven rápidamente.
146
1. Contesta a las siguientes cuestiones:
a) ¿Qué es el calor?
b) ¿Qué es la temperatura?
c) ¿Qué quiere decir que los cuerpos ganan o pierden calor?
d) Para que dos cuerpos estén en equilibrio, ¿qué debe transmitir el cuerpo caliente al cuerpo más frío?
2. Rodea la opción correcta:
Dos cuerpos están en equilibrio térmico cuando:
a) Están a la misma temperatura.
b) Contienen la misma cantidad de calorías.
c) Contienen la misma cantidad de partículas.
3. Contesta:
a) ¿Qué unidad internacional se utiliza para medir el calor?
b) ¿Cuál es su símbolo?
c) ¿Qué otra unidad se utiliza para medir el calor?
d) ¿Cuál es su símbolo?
e) Una caloría es igual a: • 4,18 julios.
• 418 julios. • 1 kilocaloría. • 24 julios.
4. Subraya las frases que hacen referencia al calor: • Es una forma de energía.
• Puede transformarse en otros tipos de energía. • Es la energía que pasa de unos cuerpos a otros. • El cuerpo más frío pasa calor al más caliente.
Actividades
5. Contesta:
a) ¿De qué están formadas todas las sustancias?
b) Rodea la opción correcta:
Elmovimiento de las partículas que forman un cuerpo se llama:
• Temperatura. • Agitación térmica. • Calorías.
c) Escribe una frase con la palabra temperatura.
d) Escribe una frase con la expresión agitación térmica:
6. Indica si las siguientes frases son verdaderas (V) o falsas (F) y si es falsa escríbela correctamente:
a) Las partículas de un cuerpo están en continuo movimiento.
b) Cuánto más alta es la temperatura más lentamente se mueven.
c) Si un cuerpo se encuentra a mayor temperatura, sus partículas se mueven más deprisa.
d) Al aumentar la temperatura de un cuerpo, aumenta su energía interna.
e) Cuando un objeto está caliente, significa que su temperatura es elevada.
f) Cuando nos sirven una bebida caliente, según pasa el tiempo se va calentando.
g) La energía que desprenden las partículas al moverse se llama equilibrio térmico.
h) Debido al movimiento, las partículas tienen energía cinética.
147
Los efectos del calor sobre
los cuerpos
2
Cuando se da calor a un cuerpo aumenta el movimiento de sus
partículas, es decir, la energía cinética de cada una, y, por lo tanto,
aumenta la energía interna y su temperatura.
Dilatación y contracción
Cuando un cuerpo se calienta, las partículas que lo forman se
mue-ven más deprisa, necesitan más espacio para desplazarse y por lo
tanto, el tamaño aumenta; se produce una
dilatación
.
Si el cuerpo pierde calor, sucede lo contrario: sus partículas se
mueven menos, se enfría y disminuye su tamaño; se produce una
contracción
.
La dilatación se produce cuando un cuerpo se calienta y
aumenta su tamaño.
Todos los cuerpos, ya sean sólidos, líquidos o gaseosos, varían su
tamaño cuando intercambian calor con otro cuerpo. La dilatación es
la causa de grandes cambios en los cuerpos.
Cambios de estado
La materia se puede presentar en tres estados según el movimiento
de sus partículas:
•
En estado sólido.
Las partículas están ordenadas, muy juntas,
unidas, y no se desplazan (el hielo, el hierro, la madera, etc.).
•
En estado líquido.
Las partículas están muy cerca unas de otras,
pero se mueven con libertad y de forma desordenada (el agua,
el aceite, etc.).
•
En estado gaseoso.
Las partículas están muy separadas y se
mue-ven deprisa ocupando mucho más espacio (el aire, el gas de un
globo, etc.).
Los cambios de estado de la materia son:
•
Fusión.
Es el paso de estado sólido a líquido
cuan-do aumenta de temperatura. (La cera de una vela).
•
Vaporización.
Es el cambio de estado líquido a
ga-seoso cuando se calienta. (Cuando hierve el agua).
•
Condensación.
Es el paso de estado gaseoso a
lí-quido cuando choca con una superficie más fría.
(En el cuarto de baño, el vapor del agua caliente
de la ducha, al chocar con el espejo, se condensa).
•
Solidificación.
Es el cambio de estado líquido a
só-lido cuando se enfría. (El hielo).
La temperatura a la que se funde o derrite una sustancia recibe el nombre de punto de fusión, y la temperatura a la que una sustancia ebulle o hierve recibe el nombre de
punto de ebullición.
¿SABÍAS QUE…?
Fusión Solidificación
Cambios de estado
Vaporización Condensación
Líquido
Sólido
Gas
148
7. Completa el siguiente texto con las palabras: Energía interna- energía cinética- calor-temperatura- partículas- aumenta
Cuando se da a un cuerpo, el
movimiento de sus , es decir, la
de cada una, y por lo tanto,
aumenta la y su .
8. Define los siguientes conceptos: • Dilatación:
• Contracción:
• Punto de fusión:
• Punto de ebullición:
9. Subraya de azul las afirmaciones que sean verdaderas y de rojo las falsas:
• La dilatación se produce cuando un cuerpo se enfría. • La dilatación se produce cuando un cuerpo se
calienta.
• Cuando un cuerpo se dilata aumenta su tamaño. • Todos los cuerpos varían su tamaño cuando
intercambian calor con otro cuerpo.
• La contracción es la causa de grandes cambios en los cuerpos.
• La dilatación es la causa de grandes cambios en los cuerpos.
• La dilatación del mercurio en los termómetros permiten medir la temperatura.
• Un globo aumenta de tamaño cuando se calienta porque el aire de su interior se dilata mucho.
Actividades
10. Escribe el cambio de estado que se está produciendo:
11. Completa la siguiente tabla:
Estado inicial Cambio Estado final
Sólido Líquido
Gaseoso Líquido
Vaporización
Líquido Sólido
12. Completa el esquema de los cambios de estado:
Líquido
Sólido Gas
149
Comparación entre las escalas Fahrenheit (ºF), Celsius (ºC) y Kelvin (K) del punto de fusión y de ebullición del agua.
La medida de la temperatura
3
Existen varias
escalas termométricas
que sirven para medir la
tempe-ratura. Estas escalas son:
Celsius (ºC), Fahrenheit (ºF) y Kelvin (K).
Escala Celsius (ºC)
La escala Celsius es la más usada en el mundo. Mide la temperatura en
grados Celsius (ºC).
En esta escala, el hielo se funde a 0 ºC y el agua
hierve a 100 ºC. Entre estas dos medidas hay 100 partes iguales que
valen 1 grado cada una; se trata de una
escala centígrada.
La temperatura menor de cero grados se señala con números
negati-vos y se llama temperatura bajo cero.
Escala Fahrenheit (ºF)
La escala Fahrenheit mide la temperatura en
grados Fahrenheit (ºF)
.
En esta escala, el hielo se funde a 32 ºF y el agua hierve a 212 ºF. Entre
estas dos medidas hay 180 partes iguales. No es una escala centígrada.
Escala Kelvin (K)
La escala Kelvin mide la temperatura en grados Kelvin (K) y es la más
utilizada por los científicos.
En esta escala, el hielo se funde a 273 K y el agua hierve a 373 K.
En-tre estas dos medidas hay 100 partes iguales que vale 1 K cada una,
por lo tanto, se trata de una escala centígrada.
La unidad de temperatura en el Sistema Internacional es el Kelvin (K).
Para pasar de grados Kelvin a grados Celsius, hay que restar 273 a la
temperatura en Kelvin:
Temperatura Celsius
5
Temperatura Kelvin
2
273
Para cambiar de grados Celsius a grados Kelvin, hay que sumar 273
a la temperatura en grados Celsius:
Temperatura Kelvin
5
Temperatura Celsius
1
273
El termómetro
4
Para medir la temperatura de los cuerpos utilizamos el
termómetro
.
Un termómetro está formado por un tubo de vidrio muy fino por el
que se mueve un líquido, que puede ser alcohol o mercurio, y una
escala graduada.
Cuando se pone el termómetro en contacto con un cuerpo, el
líqui-do se dilata al aumentar la temperatura y sube por dentro del tubo
marcando la temperatura que nosotros leemos. Cuando la
tempera-tura disminuye ocurre lo contrario, el líquido se contrae y baja.
La mayor parte de los termómetros clínicos son electrónicos y muestran la temperatura en una pantalla.
º F º C K 212
32 0 273 100 373
Escala graduada. La temperatura que indica este termómetro es de 25 ºC.
150
13. Escribe el nombre de las tres escalas termométricas que sirven para medir la temperatura:
a) b) c)
14. Contesta: ¿Cuál es la temperatura de fusión y de ebullición del agua en las siguientes escalas?
• Escala Celsius – Fusión: – Ebullición:
• Escala Fahrenheit – Fusión:
– Ebullición:
• Escala Kelvin – Fusión: – Ebullición:
15. Completa el siguiente texto:
– Para cambiar de grados Kelvin a grados Celsius, hay
que a los Kelvin.
– Para cambiar de grados Celsius a grados Kelvin hay
que a los Celsius.
16. Realiza los siguientes cálculos:
• Calcula la temperatura en Kelvin de:
a) Un vaso de agua a 15 ºC:
b) Una taza de chocolate a 40 ºC:
c) Un café con leche a 38 ºC:
d) Un día de invierno en New York a –5 ºC:
17. Rodea las escalas termométricas que sean centígradas y explica por qué:
Escala Celsius - Escala Fahrenheit - Escala Kelvin Porque
18. Contesta: ¿Cuál es la unidad de temperatura en el Sistema Internacional?
19. Transforma las siguientes temperaturas Kelvin a la escala Celsius:
a) 560 K: _______ b) 420 K: _________
c) 323 K: ________ d) 208 K: _________
20. Subraya:
El termómetro se utiliza para medir:
a) El calor b) La energía
c) La temperatura d) La dilatación
21. Indica las partes de las que está formado un termómetro:
22. Une mediante flechas los siguientes elementos.
Consulta a tu profesor, si es necesario:
15 °C • • Punto de ebullición del agua. 36,5 °C • • Temperatura de una persona.
0 °C • • Temperatura media del planeta.
100 °C • • Punto de fusión del hielo.
23. Rodea con un círculo las medidas que se refieran a la temperatura:
Kelvin - caloría - Celsius - julios - Fahrenheit
24. Lee el siguiente texto y contesta: «Desde 2009, en España ya no se fabrican termómetros que contengan mercurio. Su fabricación ha sido prohibida, ya que el mercurio es un metal tóxico y puede ser peligroso para la salud de las personas y para la contaminación del medio ambiente».
a) Explica con tus palabras el mensaje del texto anterior:
Actividades
151
La propagación del calor
5
El calor puede pasar de un cuerpo a otro o ir de un punto a otro
den-tro de un mismo cuerpo. Lo puede hacer de tres formas diferentes:
por
conducción
, por
convección
o por
radiación
.
Conducción
La conducción es la forma en que el calor se transmite
de un punto a otro de un objeto sólido.
Por ejemplo: si calentamos la punta de una barra de metal, poco a
poco el calor pasa a través de todas las partículas hasta que se
calien-ta complecalien-tamente toda la barra. El calor viaja por conducción de la
parte más caliente de la barra a la más fría.
Convección
La convección es la forma en que el calor se transmite
de un punto a otro en los líquidos y los gases.
Por ejemplo: al calentar un líquido, la parte del fondo está más cerca
del fuego, se calienta más y sube, mientras que la parte más fría del
líquido baja. Ese movimiento producido por diferencia de
tempera-tura hace que el calor se transmita a todo el líquido. Así se forma una
corriente llamada
corriente de convección
.
Radiación
La radiación es la forma en que el calor se transmite por medio
de ondas.
Por ejemplo: el calor que recibimos del Sol se transmite por
radia-ción, viaja por ondas a través del vacío del espacio antes de llegar a
la Tierra.
Partículas del sólido
El calor se propaga hacia el resto de las partículas del sólido.
Partículas del gas
Partículas del líquido
Corrientes de convección
Si un cuerpo está muy caliente emite radiación. Al acercar la mano a la barra de hierro al rojo vivo sin llegar a tocarla, notaremos el calor por la radiación.
Un invernadero es una construcción de cristal o plástico en la que la radiación del Sol atraviesa paredes transparentes; así entra la luz del Sol que calienta el suelo y el aire interior. Las paredes de cristal impiden que el aire caliente escape, manteniéndose una temperatura interior alta. En el invernadero se cultivan plantas durante todo el año.
¿SABÍAS QUE…?
152
25. Completa el siguiente cuadro:
Forma de propagación
del calor Características
El calor se propaga a través de los sólidos.
Radiación
El calor se transmite a través de ondas.
26. Subraya cuál de las siguientes NO es una forma de transmisión del calor:
Conducción- Sublevación- Convección
27. Lee y rodea la respuesta correcta:
Cuando nos quemamos al coger la cuchara de metal que estaba en un cazo puesto al fuego, ¿de qué tipo de transmisión de calor estamos hablando?
Conducción- Convección- Radiación
28. Escribe cuál es la forma de transmisión de calor:
Actividades
29. Lee y contesta:
• La radiación es una forma de transmisión de calor que:
a) Necesita contacto con la materia.
b) Solo ocurre a través de ondas.
c) Ocurre en los líquidos.
• La conducción es una forma de propagación del calor que:
a) Pasa de un punto a otro en un objeto sólido.
b) Pasa de un punto a otro en un líquido.
c) Pasa de un punto a otro en un gas.
30. Completa el siguiente esquema de la convección.
31. Explica en el siguiente esquema qué ocurre con el calor de la luz solar dentro de un invernadero:
Las paredes impiden
Los rayos del Sol atraviesan
32. Une mediante flechas los siguientes elementos:
Convección • • Ondas
Radiación • • Líquido o gas
Conducción • • Sólidos
153
Pelo Epidermis
Corpúsculo de Ruffini
Corpúsculo de Krause
Conductores y aislantes térmicos
6
Dependiendo de la facilidad o dificultad que tengan los cuerpos para
transmitir calor, los podemos clasificar en
conductores térmicos
(transmiten calor) o
aislantes térmicos
(no transmiten bien el calor).
Conductores térmicos
Son materiales que transmiten bien el calor. Los metales son buenos
conductores del calor, por ejemplo: el oro, la plata, el hierro, etc.
Aislantes térmicos
Son materiales que no transmiten bien el calor ya que contienen
aire en su interior. Por ejemplo: la madera, el plástico, el corcho o el
cristal son aislantes térmicos.
Los tejidos de nuestro cuerpo también son buenos aislantes. Por eso,
el interior de nuestro organismo puede mantenerse caliente a una
temperatura de 37 ºC incluso en un ambiente frío.
La piel como órgano
de percepción de calor
7
La piel contiene en su interior varios
termorreceptores
encargados de
notar los cambios de temperatura. Hay dos tipos de termorreceptores:
•
Corpúsculos de Ruffini.
Son los encargados de notar la
sensa-ción de calor en nuestro cuerpo. Están en la zona profunda de la
piel. Tenemos muchos en la cara.
•
Corpúsculos de Krause.
Son los encargados de notar la
sensa-ción de frío en nuestro cuerpo. Los corpúsculos de Krause son
más abundantes que los de Ruffini, por eso, las personas somos
más sensibles al frío que al calor. Hay muchos en la espalda, una
de las partes más sensibles al frío.
Las ventanas de doble cristal llevan una cámara de aire que aísla bien y no deja perder el calor.
Los termorreceptores de nuestra piel notan si la temperatura de un objeto es más caliente o fría que la de nuestro propio cuerpo.
Estructura de la piel.
¿SABÍAS QUE…?
Pensamos que un jersey de lana o una manta «nos dan calor» y nos protegen del frío. Sin embargo, lo que de verdad ocurre es que el jersey o la manta mantienen una capa de aire entre nuestro cuerpo y la prenda, que nos aísla del frío del exterior, evitando que nuestro cuerpo pierda calor.
154
33. Define los siguientes términos. • Conductores térmicos:
• Aislantes térmicos:
34. Clasifica en conductores térmicos o aislantes térmicos: Lingote de oro- barra de hierro- trozo de madera- bolsa de plástico - placa de plata- botella de vidrio.
Conductores Aislantes
35. Subraya la respuesta correcta: Los aislantes:
a) Son atravesados fácilmente por el calor.
b) No permiten que el calor atraviese con facilidad.
36. Piensa y contesta:
a) ¿Por qué decimos que los tejidos de nuestro cuerpo son buenos aislantes?
b) ¿Por qué para no quemarnos usamos un utensilio de madera?
c) ¿Por qué en algunos países fríos se construyen casas de madera?
d) ¿Por qué las ventanas de doble cristal mantienen bien el calor del interior de las casas?
Actividades
37. Dibuja dos objetos que estén hechos con materiales que sean buenos conductores del calor y dos objetos que estén hechos con materiales aislantes.
Conductores Aislantes
38. Completa el siguiente esquema de la estructura de la piel:
39. Contesta:
a) ¿Qué receptores son los encargados en la piel de notar los cambios de temperatura?
b) Di el nombre de los dos tipos que hay: 1.
2.
c) ¿Por qué las personas somos más sensibles al frío que al calor?
d) ¿Por qué se derriten los helados si no los comemos pronto?
155
Resumen
EL CALOR
• El calor es
• La unidad internacional que se utiliza para medir el calor es ______________ • Los efectos del calor son:
– _________________ : Cuando un cuerpo se calienta y aumenta su tamaño. – ________________: Cuando un cuerpo pierde calor y disminuye su tamaño.
Los cambios del estado de la materia son:
• Fusión: cambio de _____________________ a
• _________________________________________: cambio de líquido a gaseoso.
• __________________: cambio de __________________ a .
• __________________: cambio de ______________________ a .
El calor puede pasar de un cuerpo a otro de tres formas:
1. ________________ : 2. Convección: 3. ________________ :
Los cuerpos que transmiten bien el calor se llaman: ________________________ Los cuerpos que no transmiten bien el calor se llaman: _____________________
LA TEMPERATURA
La temperatura es
Existen tres escalas termométricas:
1. __________________. Mide la temperatura en grados
2. __________________. Mide la temperatura en grados
3. __________________. Mide la temperatura en
Para medir la temperatura de los cuerpos utilizamos el _____________________
Los termorreceptores encargados de notar los cambios de temperatura en la piel son:
1. ______________________ : 2. ______________________ :
156
