Exercicis: Efectes de la calor sobre la matèria

Què és la dilatació? Explica-la amb les teves paraules i posa un exemple quotidià en què es noti, que no sigui el del termòmetre.

Quan fa calor, el líquid vermell d'un termòmetre puja pel tubet; quan fa fred, baixa. Observa la figura.

1. a) Què li passa al volum del líquid quan s'escalfa?
2. b) Com es diu aquest efecte de la calor?

Entre els carrils de la via del tren hi ha petits espais buits cada certs metres. Observa la figura.

1. a) Per a què serveixen aquests espais buits?
2. b) Què els passaria als carrils un dia de molta calor si la via no tingués aquests espais buits?

El tap metàl·lic d'un pot d'olives no hi ha manera d'obrir-lo. L'àvia de l'Unai el posa uns segons sota l'aixeta d'aigua calenta i després s'obre sense problema. Sabent que el metall es dilata més que el vidre, explica el truc de l'àvia.

En escalfar gel es converteix en aigua líquida i, si continuem escalfant, en vapor.

1. a) Com es diu el pas de sòlid a líquid?
2. b) I el pas de líquid a gas?
3. c) Com es diuen els dos canvis contraris, els que tenen lloc en refredar?

Després de la pluja, els tolls del parc desapareixen tan bon punt surt el Sol.

1. a) Quin canvi d'estat experimenta l'aigua dels tolls?
2. b) D'on treu l'aigua la calor que necessita per a aquest canvi?

La corda de l'estenedor del pati està més tensa i recta a l'hivern, mentre que a l'estiu penja formant una corba. Observa la figura.

Explica-ho amb la dilatació.

En apagar una espelma, la cera fosa que queda al costat del ble es torna dura en pocs minuts.

1. a) Com es diu el canvi d'estat que experimenta la cera?
2. b) En aquest canvi, la cera absorbeix o cedeix calor?

Un glaçó surt del congelador a $-10\ ^\circ\text{C}$ i el deixem sobre un plat a la cuina.

1. a) Fins a quina temperatura puja el gel abans de començar a fondre's?
2. b) Com es diu el canvi d'estat que experimenta després?
3. c) En aquest canvi, l'aigua absorbeix o cedeix calor?

A les muntanyes, l'aigua de la pluja s'escola per les esquerdes de les roques. A la nit es congela i, a poc a poc, les esquerdes es fan més grans fins que la roca s'acaba trencant. Observa la figura.

Sabent que l'aigua augmenta de volum en congelar-se, explica com aconsegueix trencar la roca.

L'aigua es congela a $0\ ^\circ\text{C}$ i bull a $100\ ^\circ\text{C}$. Digues en quin estat es troba l'aigua en cada cas i justifica-ho. La figura situa els tres casos en una escala de temperatura:

1. a) L'aigua de la pista de gel, que està a $-3\ ^\circ\text{C}$.
2. b) L'aigua d'un got, que està a $25\ ^\circ\text{C}$.
3. c) L'aigua que surt d'una olla, que està a $110\ ^\circ\text{C}$.

Si tires aigua bullent de cop en un got de vidre gruixut, es pot esquerdar; en un got de vidre prim és menys probable. Tenint en compte que la cara interior del vidre s'escalfa i es dilata abans que la cara exterior, explica per què es trenca amb més facilitat el got gruixut.

En coure pasta, la part de sota de la tapa de l'olla s'omple de gotetes d'aigua. Observa la figura.

1. a) Què li passa al vapor quan toca la tapa, que està més freda?
2. b) Com es diu aquest canvi d'estat?
3. c) En convertir-se en gotes, el vapor absorbeix o cedeix calor?

En un termòmetre d'alcohol, la columna puja $10\ \text{cm}$ quan la temperatura passa de $0\ ^\circ\text{C}$ a $50\ ^\circ\text{C}$. Observa la figura.

1. a) Quants centímetres puja la columna per cada grau?
2. b) Quant pujarà la columna si la temperatura passa de $10\ ^\circ\text{C}$ a $35\ ^\circ\text{C}$?

A casa de la Noa, la porta de fusta de la terrassa frega amb el marc i costa de tancar a l'agost, però al gener tanca bé.

1. a) Explica-ho amb la dilatació.
2. b) En quina època de l'any estarà la porta una mica més «arronsada»?

En sortir de la dutxa, el Nico té fred encara que el bany estigui calent.

1. a) Quin canvi d'estat experimenta l'aigua que queda sobre la seva pell?
2. b) D'on treu aquesta aigua la calor que necessita per al canvi?
3. c) Fes servir les respostes anteriors per explicar per què convé eixugar-se amb la tovallola de seguida.

Lligues un globus mig inflat i el deixes vora la finestra, on li toca el sol: al cap d'una estona està més inflat. Observa la figura.

1. a) Què li passa a l'aire de dins del globus en escalfar-se?
2. b) Prediu què passarà si poses aquest globus una estona a la nevera.
3. c) Pensant en el globus, en l'alcohol del termòmetre i en un regle metàl·lic, ordena de major a menor quant es dilaten amb la calor un gas, un líquid i un sòlid.

Un pont metàl·lic s'allarga $1\ \text{cm}$ per cada grau que puja la seva temperatura. Observa l'esquema del pont.

1. a) Entre una nit d'hivern a $0\ ^\circ\text{C}$ i una tarda d'estiu a $35\ ^\circ\text{C}$, quants graus puja la temperatura del pont?
2. b) Quants centímetres s'allarga el pont entre aquests dos dies?
3. c) Les juntes de dilatació del pont, estaran més obertes a l'hivern o a l'estiu? Raona la resposta.

Una femella d'acer s'ha gripat al seu cargol i el mecànic li aplica calor amb un bufador per afluixar-la.

1. a) Què li passa a la femella en escalfar-se?
2. b) Per què això ajuda a afluixar-la?
3. c) Quin problema hi hauria si el cargol s'escalfés tant com la femella?

Escalfem a poc a poc gel que està a $-10\ ^\circ\text{C}$ fins a convertir-lo en vapor a $110\ ^\circ\text{C}$, mesurant la temperatura tota l'estona. El muntatge és el de la figura.

1. a) Fes una llista amb els cinc trams del procés, indicant què hi ha a cada tram (gel, aigua, vapor o mescla) i què fa la temperatura.
2. b) En quins dos trams la temperatura no puja encara que continuem aportant calor? A quines temperatures tenen lloc?
3. c) En què s'està gastant la calor durant aquests dos trams?

L'aigua del mar s'evapora amb la calor del Sol; el vapor puja, es refreda a les capes altes de l'atmosfera i forma els núvols; al final, cau la pluja.

1. a) Anomena el canvi d'estat que experimenta l'aigua del mar en convertir-se en vapor.
2. b) Anomena el canvi d'estat que té lloc quan es formen les gotetes del núvol.
3. c) En cadascun d'aquests dos canvis, l'aigua absorbeix o cedeix calor? Qui la hi dona o la hi treu?

En una base científica de l'Antàrtida el termòmetre marca $-50\ ^\circ\text{C}$. El mercuri es congela a $-39\ ^\circ\text{C}$ i l'alcohol a $-114\ ^\circ\text{C}$. La figura resumeix les dades en una escala de temperatura.

1. a) Quin termòmetre serveix allà, el de mercuri o el d'alcohol?
2. b) Què li passa al líquid de l'altre termòmetre, que el deixa inservible?
3. c) Com es diu el canvi d'estat que experimenta aquest líquid?

L'aigua és una substància estranya: en congelar-se augmenta de volum, així que el gel és menys dens que l'aigua líquida.

1. a) Explica per què els glaçons suren al got.
2. b) En un llac a l'hivern, es congela primer la superfície o el fons? Justifica-ho.
3. c) Quin avantatge té això per als peixos que viuen al llac?

Posem una glaçonera plena d'aigua al congelador i mesurem la seva temperatura cada cinc minuts: $20\ ^\circ\text{C}$, $12\ ^\circ\text{C}$, $5\ ^\circ\text{C}$, $0\ ^\circ\text{C}$… i durant una bona estona continua marcant $0\ ^\circ\text{C}$ mentre es forma el gel. La gràfica recull les mesures.

1. a) El teu germà diu que l'aigua hauria de passar de $0\ ^\circ\text{C}$ a $-5\ ^\circ\text{C}$ sense parar. Qui té raó, ell o tu? Per què?
2. b) Mentre s'està formant el gel, l'aigua continua perdent calor o no?
3. c) En què es gasta aquesta calor que l'aigua perd durant el canvi d'estat?

Repte del tema. Com evitar que una beguda calenta perdi energia ràpidament? Converteix-te en auditor energètic i dissenya un aïllant tèrmic casolà analitzant la transferència de calor.

1. Fase 1. Mesura base: Aboca $150\text{ ml}$ d'aigua calenta (a uns $50\text{ }^\circ\text{C}$) en un got. Mesura la temperatura cada $4\text{ min}$ durant $16\text{ min}$ amb un termòmetre casolà (anota la seva incertesa, per exemple $\pm 0,5\text{ }^\circ\text{C}$). Consulta al web de l'AEMET la temperatura actual de la teva localitat com a referència ambiental.

2. Fase 2. Prototipatge i prova: Tria un material quotidià (paper d'alumini, llana o cartó) per folrar el got. Repeteix l'experiència partint de la mateixa temperatura inicial i registrant les mesures en els mateixos intervals.

3. Fase 3. Informe i conclusions: Presenta una taula de dades i elabora una gràfica de temperatura ($T$) enfront de temps ($t$) que compari ambdues corbes. Justifica quin material frena millor el refredament raonant a partir de l'equilibri tèrmic i la propagació de la calor.

Es valorarà:

• Rigor en la presa de dades, indicant la incertesa i integrant la taula i la gràfica comparativa.

• Distinció conceptual correcta entre calor, temperatura i equilibri tèrmic en les conclusions.

• Justificació raonada de l'eficàcia del prototip davant les pèrdues d'energia.