Vocabulario
Define la energía térmica
La energía térmica es la energía cinética y potencial total de todas las partículas en una sustancia.
¿Qué nos dice la temperatura sobre cómo se mueven las partículas?
La temperatura mide la energía cinética media de las partículas.
Nombra las tres formas en que se transfieren la energía térmica.
Conducción, convección y radiación
Enumera tres factores que afectan a cuánta energía térmica se necesita para cambiar la temperatura de un objeto.
Tipo de materia (material), estado de la materia (sólido/líquido/gas) y cantidad de materia (masa).
¿Qué significa "optimizar" una solución de diseño en ingeniería?
Optimizar significa probar y revisar un diseño para que se adapte mejor a las necesidades del proyecto, equilibrando rendimiento, coste, peso y otras limitaciones.
¿Qué es el "calor específico"? Indica las unidades usadas.
El calor específico es la cantidad de energía térmica necesaria para elevar la temperatura de 1 kilogramo de un material en 1 kelvin; unidades: Julios por kilogramo Kelvin (J/kg· K).
Por qué una bañera con agua tibia tiene más energía térmica que una taza de café caliente, aunque el café esté más caliente?
La bañera tiene muchas más partículas, entonces la suma (total) de energía cinética es mayor aunque la energía cinética media por partícula (temperatura) sea menor.
Da dos ejemplos cotidianos de conducción.
Respuestas posibles:
- Una cuchara de metal calentándose en la sopa (el calor pasa de la sopa a la cuchara por contacto directo).
- El hielo se derrite en tu mano (la energía pasa de tu mano al hielo por contacto directo).
Cuando dos objetos de masa igual reciben la misma cantidad de energía térmica, el que tiene el valor más bajo de __________ experimentará un cambio de temperatura mayor.
el calor específico
Nombra dos opciones de diseño que usarías para mantener un frío más frío durante horas.
Usa una carcasa exterior dura de plástico (conductor pobre) y espuma interior aislante que atrapa el aire; Incluye una tapa hermética para reducir la convección.
¿Cuál es la diferencia entre un conductor y un aislante?
Un conductor permite que la energía térmica fluya fácilmente (por ejemplo, metales); un aislante ralentiza el flujo de energía térmica (por ejemplo, lana o fibra de vidrio).
Nombra las tres escalas de temperatura y da un punto ebullición o congelación para cada una
Celsius: el agua se congela a 0°C y hierve a 100°C.
Fahrenheit: el agua se congela a 32°F y hierve a 212°F.
Kelvin: el agua se congela a 273 K y hierve a 373 K.
Describe cómo se forman las corrientes de convección en un fluido.
El fluido cálido es menos denso y sube, mientras que el fluido más frío y más denso baja; este subir y bajar crea una circulación llamada corrientes de convección.
Explica por qué los líquidos suelen necesitar más energía para cambiar de temperatura en comparación con los sólidos.
En los sólidos, las partículas están fijas y solo vibran. Toda la energía va a hacerlas vibrar más rápido.
En los líquidos, las partículas se mueven libremente, entonces la energía tiene que hacer dos cosas: ayudarlas a moverse Y hacerlas ir más rápido.
Piénsalo así: calentar un sólido es como hacer que la gente baile en sus asientos, pero calentar un líquido es como hacer que la gente se levante, se mueva por el cuarto Y bailen al mismo tiempo.
Explica por qué el aluminio se usa comúnmente en radiadores de carros.
El aluminio tiene una alta conductividad térmica, entonces transfiere el calor lejos del motor de forma eficiente; Además, es relativamente ligero y rentable.
Explica qué mide la "conductividad térmica".
La conductividad térmica mide qué tan bien un material transfiere la energía térmica.
Explica cómo adicionar energía térmica puede cambiar el estado de la materia
Adicionar energía térmica aumenta el movimiento de las partículas. Si se adiciona suficiente energía, las partículas pueden quebrar los enlaces entre ellas, haciendo que un sólido se funda en líquido o que un líquido se convierta en gas.
Explica por qué la radiación puede transferir energía térmica a través del espacio vacío y da dos ejemplos cotidianos.
La radiación es energía transportada por ondas electromagnéticas y no necesita materia para viajar, entonces puede transferirse a través del vacío; ejemplos: el Sol calentando la Tierra, las bobinas de una tostadora calentando el pan, calentando tus manos al lado de una hoguera
Comparar calores específicos:
hielo (2.108 J/kg· K),
agua líquida (4.182 J/kg· K),
vapor de agua (1.996 J/kg· K).
¿Cuál requiere más energía para subir la temperatura y por qué?
El agua líquida requiere más energía para subir la temperatura porque tiene un calor específico más alto.
Describe una aplicación de seguridad donde los aislantes son cruciales (muy importantes) y cuál es la propiedad más importante del aislante.
El equipo de protección para trabajadores de la acería y para los bomberos utiliza aislantes para minimizar la transferencia de calor; La propiedad más importante es una conductividad térmica muy baja combinada con la capacidad de soportar altas temperaturas.
Explica la diferencia entre cómo usamos la palabra "calor" en la vida diaria y cómo la usan los científicos.
En la vida diaria decimos que algo "tiene calor" cuando está caliente, pero los científicos usan "calor" solo para hablar de cuando la energía se mueve de algo caliente a algo frío, como cuando una taza caliente calienta tus manos.
El tanque de buceo A tiene aire a la misma temperatura que el tanque B, pero el doble de partículas.
¿Cómo se comparan la energía térmica y la temperatura entre A y B?
El tanque A tiene el doble de energía térmica porque tiene el doble de partículas con la misma energía cinética media; La temperatura es la misma en ambos tanques.
Una sartén metálica está sobre un fuego caliente.
Describe paso a paso cómo la conducción mueve la energía térmica del fuego al sartén, luego al mango de la sartén,
y por qué el mango podría mantenerse más frío durante un tiempo.
El fuego calienta la sartén, haciendo que las moléculas metálicas vibren más rápido. Estas moléculas vibrantes chocan con moléculas cercanas, transfiriendo energía como una reacción en cadena que se extiende hacia arriba a través de la sartén y hacia el mango.
El mango permanece más fría porque está más lejos de la fuente de calor, así que tarda más en llegar la energía hasta allí. Además, el mango pierde calor hacia el aire que la rodea, lo que ayuda a mantenerlo más fresco.
Hay una muestra de 1 kg de aluminio (≈897 J/kg· K) y una muestra de 1 kg de madera de arce (≈1.600 J/kg· K).
Cada una recibe la misma cantidad de energía térmica.
¿Cuál mostrará un aumento de temperatura mayor? Explica.
Una muestra de 1 kg de aluminio mostrará un aumento de temperatura mayor en comparación con una muestra de 1 kg de madera de arce porque tiene el menor calor específico, entonces necesita menos energía por kilogramo para aumentar su temperatura en 1 K.
Diseña una nevera sencilla para mantener el helado congelado durante más tiempo durante un picnic de verano.
Enumera tres opciones de materiales o elementos de diseño.
1) Paredes gruesas de espuma para bloquear la conducción de calor del aire exterior.
2) Revestimiento de aluminio reflectante para rebotar la radiación térmica lejos del contenido.
3) Tapa ajustada con sello de goma para evitar que el aire caliente entre por convección.