Trabajo práctico: Intercambios de energía térmica

Integración Areal

Trabajo práctico:

Intercambios de energía térmica

Profesor: 

Alumnos: 

Materia:Fisico-Química II

3er año ESB

Tema: Intercambio de energía térmica.

Objetivos de la clase:

Que los alumnos puedan comprender y diferenciar los conceptos de calor y temperatura y sus respectivas unidades de medición.

Que puedan entender y explicar los diferentes procesos de intercambio de energía térmica.

Que logren relacionar los contenidos y aplicarlos en casos concretos física, química y biológicamente.

Contenidos: Calor. Temperatura. Energía Térmica. Transferencia de energía térmica. Cinética molecular. Autoregulación de temperatura en el cuerpo humano.

Recursos: Tiza, pizarrón, Internet

Conceptos preliminares.

Temperatura: Es la medida del promedio de la energía cinética interna de un cuerpo. No depende de la masa.

Energía interna: es toda la energía que pertenece a un sistema en reposo. (energía nuclear, química, de deformación, térmica).

Energía térmica: es la parte de la energía interna que cambia cuando cambia la temperatura del sistema.

Calor: Es la forma en la cual se transfiere la energía térmica.

INTRODUCCIÓN:

Cuando entre dos objetos existe una diferencia de temperatura, ocurre una transferencia de energía entre ellos, esta energía que es transferida la vamos a definir como calor y su unidad en el sistema internacional es el Joule. Cabe aclarar que la temperatura de un cuerpo no depende de su masa. Para ello hablaremos de la energía térmica que posee un objeto, ésta si se relaciona con la diferencia de temperatura y la cantidad de masa del cuerpo.

Cinética de la materia:

El modelo cinético de la materia fue desarrollado para explicar la naturaleza de la materia y su comportamiento. Esta teoría se aplicó en un principio a los gases, pero puede aplicarse a los otros estados de la materia (líquido y sólido).

 Los sólidos se caracterizan por tener forma y volumen constantes. Esto se debe a que las partículas que los forman están unidas por unas fuerzas de atracción grandes de modo que ocupan posiciones casi fijas.

En el estado sólido las partículas solamente pueden moverse vibrando u oscilando alrededor de posiciones fijas, pero no pueden moverse trasladándose libremente a lo largo del sólido.

Las partículas en el estado sólido propiamente dicho, se disponen de forma ordenada, con una regularidad espacial geométrica, que da lugar a diversas estructuras cristalinas.

Al aumentar la temperatura aumenta la vibración de las partículas.

Los líquidos, al igual que los sólidos, tienen volumen constante. En los líquidos las partículas están unidas por unas fuerzas de atracción menores que en los sólidos, por esta razón las partículas de un líquido pueden trasladarse con libertad. El número de partículas por unidad de volumen es muy alto, por ello son muy frecuentes las colisiones y fricciones entre ellas.

Así se explica que los líquidos no tengan forma fija y adopten la forma del recipiente que los contiene. También se explican propiedades como la fluidez o la viscosidad.

En los líquidos el movimiento es desordenado, pero existen asociaciones de varias partículas que, como si fueran una, se mueven al unísono. Al aumentar la temperatura aumenta la movilidad de las partículas (su energía).

Los gases, igual que los líquidos, no tienen forma fija pero, a diferencia de éstos, su volumen tampoco es fijo. También son fluidos, como los líquidos.

En los gases, las fuerzas que mantienen unidas las partículas son muy pequeñas. En un gas el número de partículas por unidad de volumen es también muy pequeño.

Las partículas se mueven de forma desordenada, con choques entre ellas y con las paredes del recipiente que los contiene. Esto explica las propiedades de expansibilidad y compresibilidad que presentan los gases: sus partículas se mueven libremente, de modo que ocupan todo el espacio disponible. La compresibilidad tiene un límite, si se reduce mucho el volumen en que se encuentra confinado un gas, éste sufrirá un cambio en su estado.

Al aumentar la temperatura las partículas se mueven más deprisa y chocan con más energía contra las paredes del recipiente, por lo que aumenta la presión.

Para que una sustancia como el agua cambie de estado le entregamos energía o se la quitamos. Por lo tanto, los estados en los que se presenta la materia dependen de su temperatura.

Cuando le entregamos energía una sustancia sólida se produce la fusión y posteriormente la vaporización. Si le quitamos energía a una sustancia gaseosa se producen los procesos contrarios: condensación y solidificación.

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Miremos el siguiente video:

https://www.youtube.com/watch?v=iJT2KrgqP1o

Tipos de Transferencia de Energía Térmica.

1. Conducción.

El proceso de transferencia de energía mas sencillo de describir de manera cuantitativa es la conducción. Aquí la transferencia de energía térmica se puede interpretar como un intercambio de energía entre sus moléculas, donde las particulas menos energéticas ganan energía al chocar con otras más energéticas. Si sujetaramos una barra con la mano y el otro extremo lo colocamos sobre una hornalla verificaremos que comienza a calentarse. Esto se debe que los átomos y electrones que estaban vibrando en una posición fija comienzan a vibrar con mayor amplitud debido al aporte de energía térmica. La tasa de conducción de la energía va a depender del tipo de sustancia y sus propiedades, por ejemplo. En general los metales son buenos conductores de la energía térmica ya que contienen números grandes de electrones libres y estos pueden moverse libremente por todo el material. Siempre  es necesario una diferencia de temperatura para que se produzca una transferencia (no sólo en la conducción, sino en todos los tipos de transferencia).

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