Actividades calor y temperatura (2º ESO)

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(1)

Conceptos de energía térmica

Relaciona cada concepto con su definición.

Energía térmica Agitación térmica

Temperatura

Calor

Energía cinética media de un conjunto de partículas.

Movimiento aleatorio de las partículas de un cuerpo que tienen energía cinética.

Forma que existe para medir la energía térmica de un cuerpo o sustancia.

Energía que se transfiere desde un cuerpo a más temperatura a un cuerpo a menos temperatura, cuando ambos se ponen en contacto.

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2º ESO

Ciencias de la Naturaleza

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Actividad de comprensión. Respuesta múltiple

Efectos del calor

El calor comunicado a un cuerpo puede tener tres tipos de efectos. Indica

qué dos opciones no son correctas.

Variación de la temperatura. A Mantenimiento de la temperatura. B Cambio de estado. C Dilatación o contracción. D Convección. E

(3)

Los cambios de estado 2

Elige la opción correcta en cada caso.

El cambio de estado de sólido a líquido se denomina: fusión condensación

A

El cambio de estado de sólido a gas se denomina: sublimación sublimación inversa

B

El cambio de estado de líquido a gas se denomina: condensación vaporización

C

El cambio de estado de líquido a sólido se denomina: solidificación sublimación

D

El cambio de estado de gas a sólido se denomina: condensación sublimación inversa

E

El cambio de estado de gas a líquido se denomina: vaporización condensación

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Actividad de comprensión. Elige la opción correcta

Unidades de calor

Indica la equivalencia correcta en cada caso.

1 julio equivale a: a) 0,48 calorías 1 b) 0,12 calorías c) 0,24 calorías d) 0,60 calorías 5 julios equivalen a: a) 1,2 calorías 2 b) 1,4 calorías c) 0,95 calorías d) 2,1 calorías 10 julios equivalen a: a) 2,5 calorías 3 b) 24 calorías c) 4,18 calorías d) 2,4 calorías 1 caloría equivale a: a) 0,24 julios 4 b) 0,418 julios c) 41,8 julios d) 4,18 julios c) 2,08 julios d) 12 julios 5 calorías equivalen a: a) 1,2 julios b) 20,8 julios 5 c) 0,417 julios d) 417 julios 10 calorías equivalen a: a) 41,7 julios b) 4,17 julios 6

(5)

pedirse de los termómetros

de mercurio

Ya son más de 300 los hospita-les y sanatorios de la Argen-tina que sustituyeron el instru-mental médico con mercurio –en especial los termóme-tros–, o que van camino a ha-cerlo. Sin embargo, a pesar de la alta toxicidad de esta sus-tancia y de que entraña riesgos para el medio ambiente, los termómetros de mercurio con-tinúan vendiéndose en las far-macias.

A temperatura y presión am-bientes, el mercurio –un metal pesado– es un líquido blanco plateado que se evapora con rapidez. Es tóxico para el sis-tema nervioso central:

pro-voca irritabilidad, temblores, alteración de la vista y la audi-ción y problemas de memoria. En los bebés, la exposición puede causar una disminución del coeficiente intelectual y re-tardo en el desarrollo mental, así como problemas motores. También puede afectar la piel, los riñones, el corazón y los pulmones.

En 2006, el Parlamento Eu-ropeo estableció un crono-grama para restringir el uso de instrumentos de medición que contienen mercurio, aun-que ya algunos países habían tomado iniciativas similares. Por esa fecha, en Argentina,

algunos hospitales –en espe-cial pediátricos– ya estaban suplantando los termómetros con mercurio, a instancias de la ONG Salud Sin Daño. En febrero de 2009, el Minis-terio de Salud de la Nación dictó la resolución 139/09 que instruye a todos los hos-pitales y centros de salud para comprar termómetros y ten-siómetros libres de mercurio, y convocó a especialistas de las áreas de odontología, tec-nología médica y salud am-biental para iniciar el proceso de eliminación de este tóxico. […]

Fuente:

Diario Clarín (Argentina) http://www.clarin.com/sociedad/Argentina-empieza-despedirse-termometros-mercurio_0_462553833.html

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Actividad de comprensión. Clasificación de contenidos

Termómetros de mercurio y alcohol

Relaciona cada característica con el tipo de termómetro.

Desde 2009 está prohibida su compra y venta.

Normalmente lleva algún tipo de tinte para facilitar la lectura.

El elemento químico que utiliza es nocivo para la salud y el medio ambiente.

Es muy útil para temperaturas cercanas a la temperatura ambiente.

Es útil a temperaturas muy bajas. Utiliza el etanol.

Termómetro de mercurio

Termómetro de alcohol

(7)

Escala Celsius

Indica si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas.

Se toman dos puntos de referencia a presión atmosférica normal: el punto de congelación y evaporación del agua.

1

El espacio entre el punto de congelación y evaporación del agua se divide en cien partes y a cada una se le llama grado celsius.

2

Se asigna los valores 100 para el punto de congelación y 0 para el punto de evaporación del agua.

3

Es una escala arbitraria.

4

Es la unidad de temperatura según el Sistema Internacional de unidades.

5

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Actividad de comprensión. Respuesta múltiple

Escala Fahrenheit

Indica qué dos opciones no son correctas.

Se estableció en 1800. A El 0 ºC corresponde a 32 ºF. B El 100 ºC corresponde a 210 ºF. C

Establecida por Daniel Gabriel Fahrenheit.

D

Establecida a partir de mezclas de agua con otras sustancias.

(9)

La temperatura

Completa el siguiente texto sobre la temperatura.

La _________________ es una magnitud que puede medirse a escala

________________, Fahrenheit y Kelvin mediante unos instrumentos de medida llamados ________________, teniendo los más comunes un funcionamiento basado en la ________________ de distintas sustancias ________________ empleadas para medir los ________________ de temperatura. Existen diferentes tipos de termóme-tros, entre los que destacan el de mercurio y ________________; ambos constan de un tubo de ________________ sellado en cuyo interior se encuentra el líquido, que puede dilatarse ________________ con la temperatura.

termómetros cambios temperatura Celsius uniformemente alcohol dilatación líquidas vidrio

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Actividad de comprensión. Elige la respuesta correcta

Escalas de temperatura

Indica en cada caso la equivalencia correcta.

30 ºC equivalen a: a) 300 K 1 b) 303 K c) 85 ºF d) 87 ºF 285 K equivalen a: a) 12 ºF 2 b) 558 ºC c) 300 ºC d) 12 ºC 100 ºF equivalen a: a) 38,7 ºC 3 b) 373 ºC c) 37,8 ºC d) -173 ºC 15 ºC equivalen a: a) 59 ºF 4 b) 288 K c) -258 K d) 60 ºF

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Conducción

Ordena y construye un texto lógico.

consiguen agitar térmicamente a las partículas vecinas,

A

Al calentar un sólido

B

Estas partículas, a su vez,

C

transfiriendo así el calor por todo el sólido.

D

se está transmitiendo energía cinética a las partículas en contacto con el foco térmico.

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Actividad de comprensión. Clasificación de elementos

Materiales conductores y aislantes

Indica si los siguientes materiales son conductores o aislantes.

Material Porcelana Cobre Vidrio Plástico Oro Madera Aluminio Conductor Aislante

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Propagación del calor mediante convección

Ordena y construye un texto lógico.

que se encuentran a menor temperatura.

A

Al aumentar su temperatura,

B

son las partículas de abajo las que sufren el efecto directo del foco térmico.

C

Así, cuando las partículas que han bajado se calientan, suben,

D

Cuando calientas un líquido por la parte inferior,

E

tienden a subir, dejando espacio a las partículas superiores

F

produciéndose la corriente de convección.

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Información complementaria

Funcionamiento de la calefacción

¿Cómo calientan los radiadores la casa?

La calefacción caldea la casa mediante una caldera, que calienta agua que circula por tuberías que conectan radiadores adecuadamente repartidos. Estos dispositivos son inter-cambiadores de calor concebidos para elevar la temperatura de una estancia. Una bomba de circulación impulsa el agua caliente procedente de la caldera hacia estos aparatos. Cuando se inventaron los radiadores se suponía que el calor se intercambiaba por radia-ción (propagaradia-ción de energía en forma de ondas electromagnéticas o partículas subatómi-cas), de ahí la palabra. Pero este fenómeno, a grandes rasgos, solamente es cierto en los casos en los que la temperatura superficial supera los 70 ºC. Hoy, bien es verdad que la mayor parte del tiempo el calor se intercambia por convección, ya que debido a la generali-zación de los sistemas de regulación los radiadores no suelen alcanzar tanta temperatura. La convección es una transferencia de calor que se caracteriza porque se produce a través de un fluido (aire o agua) que transporta el calor entre zonas con diferentes tempe-raturas. Así, el aire de una habitación, al calentarse, aumenta de volumen de modo que disminuye su densidad y asciende, desplazando el fluido que se encuentra en la parte superior y que está a menor temperatura. Convección en sí es el transporte de calor por medio de las corrientes ascendente y descendente del fluido.

Disipadores de calor

Aunque a veces se utilicen como sinónimos, un radiador y una estufa se diferencian en que en el primero no existe producción de energía, mientras que en la segunda sí. El radiador únicamente disipa el calor que le llega de las tuberías por las que circula agua previamente calentada en una caldera, tal y como se ha dicho, que no tiene por qué estar situada próxima al lugar.

La cantidad de calor disipado varía según la diferencia de temperaturas existente entre la superficie del radiador y el ambiente a su alrededor. También es diferente según el tamaño de la propia superficie en contacto con ese ambiente. Si la superficie de inter-cambio es grande y existe gran diferencia de temperatura el interinter-cambio será mayor. Los radiadores precisan pequeñas labores de mantenimiento que básicamente consisten en un purgado periódico. Mediante esta tarea se vacía el aire que haya podido entrar en la red de tubos y que podría impedir o dificultar la entrada de agua caliente a los elemen-tos que conforman el circuito. Cuando el aire se elimina, el nivel de agua sube y el radia-dor vuelve a funcionar perfectamente. […]

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Formas de propagación del calor 1

Relaciona cada característica con la forma de propagación del calor que le

corresponde.

Fenómeno mediante el cual se transfiere calor en los fluidos debido a las corrientes que se produ-cen dentro de ellos.

Fenómeno mediante el cual los cuerpos calientes transfieren calor sin la necesidad de un medio material.

Gracias a ella podemos entender la formación de las nubes, la aparición de los vientos y las

corrientes marinas.

Fenómeno mediante el cual se transfiere calor de un punto a otro de los sólidos.

Gracias a esta forma de transmisión del calor, se distinguen materiales conductores y aislantes.

Conducción

Convección

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Actividad de comprensión. Clasificación de elementos

Formas de propagación del calor 2

Relaciona cada ejemplo con la forma de propagación del calor que le

corres-ponde.

Conducción Convección Radiación Formación de una nube

Lámpara de infrarrojos Corrientes marinas

Calentamiento de un metal

Calentamiento del agua de una tetera situada en un hornillo

Aparición de los vientos

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Calor específico

Ordena de menor a mayor valor de calor específico las siguientes sustancias.

< < < <

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Actividad de comprensión. Relación de contenidos

Fórmula de calor cedido o absorbido

Relaciona mediante flechas cada magnitud con su significado.

Q C m Ti Tf

Calor específico del cuerpo o del sistema. Temperatura final del cuerpo o del sistema. Cantidad de calor cedido o absorbido. Masa del cuerpo o del sistema.

(19)

Cálculo de calor absorbido o cedido

Completa la siguiente tabla utilizando la fórmula del calor cedido o absorbido

por un cuerpo o sistema.

Q m C Ti Tf

J 150 g Aluminio: 900 J/kg ºC 70 ºC 20 ºC

-3870 J 200 g Cobre: 387 J/kg ºC ºC 30 ºC

-1890 J g Mercurio: 140 J/kg ºC 90 ºC 45 ºC J 500 g Madera: 1700 J/kg ºC 50 ºC 100 ºC

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Curso Grupo Materia

Actividad de comprensión. Verdadero o falso

Conceptos básicos sobre el calor y la temperatura

Indica si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas.

La energía térmica es la energía cinética media de un conjunto de partículas.

1

Durante un cambio de estado se produce alteración de la temperatura.

6

El frío es una sensación que percibimos a través de la piel por la pérdida de calor.

7

La unidad de medida del calor en el Sistema Internacional es el julio.

8

Los termómetros de mercurio están sustituyendo poco a poco a los termómetros de alcohol.

9

La unidad de medida de la temperatura en el Sistema Internacional es el grado Celsius.

10

La conducción es la forma de transmisión de calor en los sólidos.

11

La temperatura no es energía.

2

El calor y la temperatura son dos magnitudes distintas.

3

La temperatura es energía en tránsito.

4

El calor es energía en tránsito.

5

(21)

fluidos.

La radiación es la forma de transmisión de calor sin necesidad de un medio material.

13

El equilibrio térmico es la situación física en la cual dos sustancias o sistemas se encuentran en contacto y no se produce transferencia calorífica entre ellos.

14

La madera tiene mayor calor específico que el agua.

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Competencias básicas 2: propósitos

Cómo hacer cosas con las palabras

Mapa conceptual

2º ESO

Ciencias de la Naturaleza

Esquema de la unidad

AGITACIÓN TÉRMICA AGITACIÓN

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Prueba tipo test

1. La energía térmica:

Es la energía potencial media de un conjunto de partículas.

A

Está presente en todos los cuerpos (sólidos líquidos y gaseosos), puesto que sus partículas están en continuo movimiento.

B

Es mayor en estado líquido que en estado gaseoso.

C

Es menor en estado líquido que en estado sólido.

D

2. La diferencia entre temperatura y calor se basa en que:

El calor es la forma que tenemos de medir la energía térmica de un cuerpo o sustancia y la temperatura es la energía que se transfiere desde un cuerpo a más temperatura a un cuerpo a menos temperatura, cuando ambos se ponen en contacto.

A

La temperatura es la forma que tenemos de medir la energía térmica de un cuerpo o sustancia y el calor es la energía cinética media de un conjunto de partículas.

B

El calor es la forma que tenemos de medir la energía térmica de un cuerpo o sustancia y la temperatura es la energía cinética media de un conjunto de partículas.

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Actividad final de la unidad

Prueba tipo test

3. La unidad de medida del calor es:

En el Sistema Internacional la caloría, pero es muy usual utilizar el julio. La equivalencia es 1 julio = 0,24 calorías.

A

En el Sistema Internacional el julio, pero es muy usual utilizar la caloría. La equivalencia es 1 julio = 0,24 calorías.

B

En el Sistema Internacional el julio, pero es muy usual utilizar la caloría. La equivalencia es 1 caloría = 0,24 julios.

C

En el Sistema Internacional la caloría, pero es muy usual utilizar el julio. La equivalencia es 1 caloría = 0,24 julios.

D

5. La temperatura:

Se mide con el termómetro y su unidad en el Sistema Internacional es el K.

A

Se mide con el termómetro y su unidad en el Sistema Internacional es el ºC.

B

Se mide con el termómetro y su unidad en el Sistema Internacional es el ºF.

C

Ninguna de las opciones anteriores es correcta.

D

4. Los cuerpos:

Cuando absorben calor disminuyen su temperatura, es decir, su energía térmica.

A

Tienen calor y frío.

B

Tienen mayor energía térmica cuando están en estado sólido.

C

No tienen calor, sino energía térmica.

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Radiación. B Conducción. C Calor específico. D

8. La formación de las nubes, la aparición de los vientos y las corrientes marinas se

deben a la:

Conducción.

A

7. Los materiales conductores del calor:

Transmiten de forma rápida la energía térmica de un punto a otro, mientras que los aislantes del calor transmiten de forma lenta la energía térmica de un punto a otro.

A

Transmiten de forma rápida la energía térmica de un punto a otro, mientras que los aislantes del calor no transmiten la energía térmica de un punto a otro.

B

Transmiten de forma lenta la energía térmica de un punto a otro, mien-tras que los aislantes del calor transmiten de forma rápida la energía térmica de un punto a otro.

C

Ninguna de las opciones anteriores son correctas.

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Actividad final de la unidad

Prueba tipo test

9. La radiación es:

10. El equilibrio térmico es:

Una situación química en la que dos sustancias o sistemas se encuentran en contacto y no se produce transferencia calorífica entre ellos, debido a que están a la misma temperatura.

A

La cantidad de calor que hay que suministrar a una unidad de masa para elevar su temperatura en una unidad.

B

La temperatura media a la que llegan dos sustancias o sistemas a distinta temperatura que entran en contacto.

C

Una situación física en la cual dos sustancias o sistemas se encuentran en contacto y no se produce transferencia calorífica entre ellos, debido a que están a la misma temperatura.

D

El fenómeno mediante el cual se transfiere calor en los fluidos debido a las corrientes que se producen dentro de ellos.

A

El fenómeno mediante el cual los cuerpos calientes transfieren calor sin la necesidad de un medio material.

B

El fenómeno mediante el cual se transfiere calor en los líquidos debido a las corrientes que se producen dentro de ellos.

C

El fenómeno mediante el cual los cuerpos clientes transfieren calor con la necesidad de un medio material.

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Equivalente mecánico del calor

James Prescott Joule (1818-1889) fue un físico inglés que pasó a la historia por varios moti-vos científicos, entre ellos, el calcular el equivalente mecánico del calor, es decir, la cantidad de calor correspondiente a una unidad de E potencial o E cinética. En su honor, la unidad de ener-gía en el Sistema Internacional es el Julio. En época de Joule se sabía que la enerener-gía mecánica se degradaba en calor, pero no había forma de realizar esta medida experimentalmente. Joule ideó un sencillo experimento que suele denominarse experimento de Joule.

Se cuelga una pesa de una polea y se deja caer lentamente desde cierta altura. Como viste en el tema anterior, la pesa tiene energía potencial debido a esa altura. Mientras cae la pesa a

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Competencias básicas 2: propósitos

Cómo hacer cosas con las palabras

Competencias básicas

2º ESO

Ciencias de la Naturaleza

Equivalente mecánico del calor

Cuestiones propuestas

5 ¿Cuál es el mayor inconveniente que encuentras en este experimento?

9 Transforma a calorías el resultado de la cuestión 6.

1 Amplía tu información sobre la biografía científica de Joule.

2 ¿Qué diferencia encuentras entre los conceptos de energía y calor? 3 Explica qué significa la expresión “equivalente mecánico del calor”.

4 Cita al menos tres casos en los que la energía cinética se convierte en calor.

6 Calcula la energía potencial de la pesa en el experimento con los siguientes datos: m = 50 kg, h = 1 m.

7 Ahora, teniendo en cuenta la expresión que se cita en el texto, calcula la temperatura final a la que llegaría el agua si tenemos 100 g de esta. El calor Q de la expresión coincide con la ener-gía perdida por la pesa.

8 ¿Por qué el experimento será tanto más exacto cuanta más masa tenga la pesa y menos masa tenga el agua?

10 ¿Crees que perder energía mecánica en forma de calor es inútil? ¿Puede servir para algo? La mayor dificultad con la que se encontró Joule es que la subida de temperatura es suma-mente pequeña. Puede calcularse despejando la temperatura final de la expresión para calcular el calor:

De este modo Q es el calor transferido al agua, que coincide con la energía potencial (Ep =

mgh) que tenía la pesa al principio del experimento. Tf y Ti son las temperaturas final e inicial

del agua, respectivamente y m es la cantidad de agua. C es el calor específico.

Q m · c Tf = ––––– + Ti

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Competencias básicas 2: propósitos

2 Cómo hacer cosas con las palabras

Fecha

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El termómetro de las estrellas

Cualquier aficionado a la astronomía ha oído hablar en algún momento sobre el color de las estrellas. Aunque muchos de nosotros vemos todas las estrellas iguales cuando miramos al cielo, si miramos con más detenimiento allá arriba, podemos apreciar las diferencias de colores entre unas y otras estrellas. Estos colores vienen provocados, entre otros factores, como los efectos atmosféricos, por la propia naturaleza de las estrellas. Las estrellas más grandes consu-men más combustible en sus reacciones internas y alcanzan temperaturas más elevadas en su interior. De este modo, alcanzan temperaturas más elevadas también en las capas exteriores y por ello emiten radiaciones mucho más energéticas al exterior. Las radiaciones más energéticas son azules, y las menos energéticas dan color rojo. Por esto podemos establecer una relación entre la luminosidad (cantidad de luz emitida por la estrella), temperatura en la superficie, y el color de las estrellas. La escala de clasificación estelar que se basa en el color y la temperatura de las estrellas (en grados K) se conoce con el nombre de OBAFGKM.

Adaptado. http://www.arturosoria.com/fisica/art/estela.asp Temperatura mayor O Estrellas azules 30 000 K M y L Estrellas rojas 3 000 K - 1 600 K B 15 000 K A 9 000 K F 7 000 K G 5 500 K K 4 000 K Temperatura menor

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9 ¿Qué tipo de estrella es la más luminosa? ¿Por qué?

¿Por qué emiten luz las estrellas? ¿Qué mecanismo de transmisión de calor permite que nos llegue esta energía a la Tierra?

3 Según el texto, ¿qué estrellas serán más luminosas? ¿Hay algún otro factor que haga que una estrella pueda verse muy brillante?

4 ¿Qué es la escala OBAFGKM? ¿Qué utilidad tiene? Razona adecuadamente tu respuesta.

6 Teniendo en cuenta el color del Sol, ¿a qué temperatura crees que está su superficie? Razona la respuesta adecuadamente.

5 Muchos astrónomos utilizan la regla nemotécnica de construir frases con las letras de la escala OBAFGKM, como por ejemplo “Otro Bólido Amarillo Fue Ganando KilóMetros”. Propón tu propia frase para recordar la escala de temperaturas de las estrellas.

7 Elabora una tabla de clasificación estelar con las temperaturas expresadas en grados centí-grados.

8 ¿A qué temperatura en grados Fahrenheit se encuentra la superficie de las estrellas de tipo F?

10 ¿Te aparece adecuado que se inviertan grandes cantidades de dinero en la construcción de estaciones espaciales con telescopios que estudian los cuerpos celestes? Justifica tu respuesta.

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Competencias básicas 2: propósitos

Cómo hacer cosas con las palabras

Competencias básicas

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