PRESENTACIÓN EQUILIBRIO TÉRMICO

EQUILIBRIO TÉRMICO

CALOR LATENTE, CALOR EPECÍFICO, CAPACIDAD CALORÍFICA.

Empezar

1. Objetivo

7. Lección en Quizizz

ÍNDICE

2. Reglas de la Clase

8. Mentefacto Conceptual

3. Pregunta de Calor y temperatura.

9. Ejemplos

4. Discusión

10. Simulación

5. Experimento

11. Ejercitación

6. Trabajo en equipos

OBJETIVO

Activar y reforzar el conocimiento previo sobre la transferencia de calor y los efectos que esta tiene sobre la temperatura de los cuerpos, mediante ejemplos sencillos y cotidianos, con el fin de preparar a los estudiantes para comprender el proceso de equilibrio térmico y sus implicaciones en situaciones cotidianas.

PREGUNTAS

CALOR Y TEMPERATURA

Explorar

Explorar

Explorar

Explorar

¿Son lo mismo calor y temperatura? ¿Por qué si o por qué no?

discución

¿Qué sucede cuando calienta una sopa o enfrías una bebida?

- El calor se transfiere desde la fuente de calor (una hornilla o microondas) hacia la sopa a través de conducción y convección.- En la sopa, se forman corrientes de convección, donde las moléculas cercanas al fondo (más calientes) se elevan y las más frías descienden, distribuyendo el calor de manera uniforme. - Si hay un objeto metálico, como una cuchara, sumergida en la sopa, se calentará rápidamente debido a que los metales son buenos conductores de calor.

MATERIALES EXPERIMETNO

- 2 vasos transparentes de vidrio.- Termómetro digital o de mercurio. - Jarra o recipiente medidor. - Papel y lápiz para anotar predicciones.

"¿Qué sucede con la temperatura cuando mezclamos agua caliente y fría?"

CONTEXTO

"Usen su intuición y conocimientos previos para predecir cuál será la temperatura final cuando mezclemos igual cantidad de agua caliente y fría."

Cada grupo debe anotar su predicción en una hoja de trabajo.

Predicción

Cada grupo dos vasos, uno con agua caliente y otro con agua fría.

Un termómetro para que midan y anoten las temperaturas iniciales de cada vaso.

Vertir cantidades iguales de agua caliente y fría en un vaso nuevo.

Medir y anotar la temperatura final de la mezcla inmediatamente después de mezclar

Realización del experimento

Compare las predicciones iniciales de los integrantes del grupo con los resultados reales del experimento.

¿Qué tan cerca estuvieron de la temperatura real? ¿Por qué creen que se dieron las diferencias entre las predicciones y los resultados?"

Discusión y análisis del desequilibrio cognitivo

"Al finalizar este experimento, hemos entendido que el equilibrio térmico ocurre cuando dos objetos igualan sus temperaturas. Esto está estrechamente relacionado con la conservación de la energía, ya que la energía térmica se distribuye de un objeto a otro hasta que se balancea, sin perderse en el proceso. El calor siempre fluye de lo más caliente a lo más frío, y la capacidad de un material para retener o transferir calor juega un papel importante en cómo y cuándo ocurre este fenómeno."

REFLEXIÓN

OBJETIVO

Que los estudiantes comprendan y apliquen los conceptos de calor latente, capacidad calorífica, calor específico, calor absorbido y equilibrio térmico mediante la resolución de un problema práctico, en combinación con la entrega de información clave.

"Estás organizando una excursión en la montaña y planea llevar suficiente nieve y agua para sobrevivir. Tiene una estufa portátil y un recipiente metálico. Debe calcular cuánta energía necesita para derretir 1 kg de nieve (a 0°C) y calentarla hasta que el agua alcance 50°C. Además, debe considerar cómo la capacidad calorífica del recipiente metálico afecta el resultado."

Datos iniciales

CALOR LATENTE DE FUSIÓN DEL AGUA

Capacidad calorífica del recipiente metálico:

334 J/g

500 J/°C.

Calor específico del agua:

Masa del recipiente metálico:

4.18 J/g°C.

0.5 kg

CALOR LATENTE

Proceso de fusión de un sólido a líquido o de liquido a gas.

Q=m⋅Lf donde 𝐿𝑓 es el calor latente de fusión.

Calor Específico

Indica cuánta energía se requiere para cambiar la temperatura de una unidad de masa de una sustancia en un grado Celsius (°C) o Kelvin (K)

Q=m⋅c⋅ΔT, donde 𝑐 es el calor específico.

Equilibrio Térmico

Cuando dos cuerpos en contacto intercambian calor hasta que alcanzan la misma temperatura.

¿Por qué es diferente la energía necesaria para derretir hielo que para calentar agua? ¿Cómo afecta el recipiente al cálculo total de energía?

Resolución Colaborativa del Problema

Calcular la energía para derretir la nieve (calor latente de fusión).

Calcular la energía para calentar el agua de 0°C a 50°C (calor específico).

Considerar la energía adicional para calentar el recipiente metálico (capacidad calorífica).

Sumar todas las energías para obtener el resultado total.

TERMODINÁMICA

Es energía que se transfiere cuando una sustancia cambia de estado (como de sólido a líquido o de líquido a gas), sin que cambie su temperatura.

CALOR LATENTE

Calor de Reacción

Se produce solo durante los cambios de estado de una sustancia, como la fusión o la vaporización.

Trabajo Termodinámico

(Se puede clasificar de acuerdo al tipo de cambio de fase)

Q=m⋅LQ = cantidad de calor (en joules, 𝐽) m= masa de la sustancia (en kilogramos, kg o gramos, g) L = calor latente específico (en J/kg o J/g)

Calor Sensible

Calor Latente de Vaporización.

Calor Latente de Fusión

Calor necesario para cambiar una sustancia de estado sólido a líquido (fusión) o de líquido a sólido (solidificación) Lf

Calor necesario para cambiar una sustancia de estado líquido a gas (vaporización) o de gas a líquido (condensación) Lv

TERMODINÁMICA

Se refiere a la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de 1 g de sustancia en 1 °C

CAPACIDAD CALORÍFICA

Calor Latente

Trabajo Termodinámico

Q=Cc⋅ΔT Q = cantidad de calor (en joules, 𝐽) Cc= Capacidad calorífica (en J/°C o J/K) ΔT = Cambio de temperatura (en grados Celsius, °C o Kelvin, K)

(Se puede clasificar según la masa de la sustanciae)

Entropía

Capacidad Calorífica Específica

Capacidad Calorífica Total

Es la cantidad de calor necesaria para aumentar la temperatura de un objeto completo. Depende de la masa del objeto y su capacidad calorífica específica.

Es la cantidad de calor necesaria para aumentar la temperatura de 1 kg de una sustancia en 1 °C.

TERMODINÁMICA

La cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de 1 kg (o 1 g) de una sustancia en 1 °C (o 1 K)

CALOR ESPECIFICO

Calor Latente

Varía significativamente entre diferentes materiales y depende de la composición química de la sustancia.

Trabajo Termodinámico

(Se puede clasificar según la condiciones del proceso)

Q=m⋅ce⋅ΔT Q = cantidad de calor (en joules, 𝐽) m= masa de la sustancia (en kilogramos, kg o gramos, g) ce = Calor específico (en J/kg°C o J/g°C) ΔT = Cambio de temperatura (en grados Celsius, °C, o Kelvin,bK)

Entropía

Calor Específico a Volumen Constante

Calor Específico a Presión Constante

Es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de una sustancia a presión constante.

Es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de una sustancia a volumen constante.

EJEMPLOS DE APLICACIÓN

Aplicar modelos matemáticos para analizar y resolver situaciones físicas, permitiendo comprender los principios fundamentales y su relación con fenómenos reales, a través de la interpretación de resultados en diversos contextos."

EJEMPLO 1 (CALOR ESPECÍFICO)

¿Qué cantidad de calor se debe aplicar a una lámina de plata de 15 kg para que eleve su temperatura de 22 °C a 90 °C?

FORMULA:

DATOS:

Q = m*Ce* ▲T

Q=?

m= 15 kg = 15 000 g

Q = 15 000 g*0.056 cal/g °C* (90 °C - 22 °C)

T0 = 22 °C

Q = 57 120 cal

Tf = 90 °C

CeAg = 0.056 cal/g °C

EJEMPLO 2 (CALOR ESPECÍFICO)

Quinientos gramos de balines de hierro se encuentran a una temperatura de 20 °C. ¿Cuál será su temperatura final si se le suministran 8 000 calorías?

FORMULA:

DATOS:

Q = m*Ce* ▲T

Q= 8000 cal

despejando Tf

m= 500 g

T0 = 20 °C

Tf = ?

CeFe = 0.113 cal/g °C

Tf = 161.59 °C

EJEMPLO 3 (CALOR ESPECÍFICO)

Determine el calor específico de una lámina metálica de 100 g que requiere 868 calorias para elevar su temperatura de 50 °C a 90 °C.

FORMULA:

DATOS:

Q= 868 cal

m= 100 g

T0 = 50 °C

Tf = 90 °C

Ce = ?

Ce = 0.217 cal/g °C

EJEMPLO 4 (cALOR LATENTE)

¿Qué cantidad de calor se requiere para fundir 100 g de plomo cuando su temperatura de fusión es de 328 °C?

FORMULA:

DATOS:

Q= m*Lf

Q= ?

m= 100 g

Q = 100g*5.9cal/g

Lf = 5.9 cal/g

Q= 590 cal

1. Se calcula el calor necesario para elevar la temperatura de -20 °C hasta 0 °C

EJEMPLO 5 (cALOR LATENTE)

¿Cuánto calor es necesario proporcionar a 100g de hielo a -20 °C para vaporizarlo por completo?

Q= m*Ce *▲T

Q = 100g*(0.5cal/g°C)*20 °C

Q1= 1000 cal

DATOS:

2. Se calcula el calor necesario para fundir todo el hielo.

QT= ?

Q= m*Lf-agua

m= 100 g

Q = 100g*(80cal/g)

Lf-agua = 5.9 cal/g °C

Q2= 8000 cal

3. Se calcula el calor necesario para elevar la temperatura del agua 0 °C hasta 100 °C.

Q= m*Ce ▲T

Q = Q = 100g*(1cal/g°C)*100 °C

Q3= 10 000 cal

4. Se calcula el calor necesario para vaporizar completamente el agua.

EJEMPLO 5 (cALOR LATENTE)

¿Cuánto calor es necesario proporcionar a 100g de hielo a -20 °C para vaporizarlo por completo?

Q= m*Lv

Q = 100g*(540 cal/g)

Q4= 54 000 cal

DATOS:

5. El calor total requerido es:

QT= ?

QT= Q1+Q2+Q3+Q4

m= 100 g

QT = 1000 cal + 8000 cal + 10 000 cal + 54 000 cal

Lf-agua = 5.9 cal/g °C

QT= 73 000 cal

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