Exercicis: Transmissió de la calor: conducció, convecció i radiació

Deixes una cullera metàl·lica dins de la sopa calenta i, al cap d'una estona, el mànec també està calent encara que no toca el líquid, com es mostra a la figura.

Com s'anomena el mecanisme pel qual la calor ha viatjat al llarg de la cullera? Explica'l breument.

El Sol escalfa la Terra malgrat que entre tots dos hi ha uns $150$ milions de quilòmetres d'espai buit, com es mostra a la figura.

Quin mecanisme de transmissió de la calor fa possible que ens arribi la seva energia? Per què no poden ser els altres dos?

En encendre el radiador, l'aire de l'habitació es va escalfant a poc a poc, començant per l'aire situat al costat del radiador, que puja cap al sostre, com es mostra a la figura.

Quin mecanisme reparteix la calor per l'aire de l'habitació? Descriu-lo.

Classifica aquests materials en bons conductors de la calor o aïllants tèrmics, i justifica la teva tria:

1. a) Una paella d'alumini.
2. b) El mànec de fusta de la paella.
3. c) Un jersei de llana.
4. d) Una cullera d'acer.
5. e) Un tap de suro.

Per què les cassoles i les paelles porten el mànec de fusta o de plàstic en comptes de ser d'una sola peça de metall? Explica-ho amb el que saps sobre la conducció de la calor.

A la platja, al migdia, es nota una brisa que bufa del mar cap a la sorra: l'aire situat sobre la sorra calenta puja i l'aire més fresc del mar ve a ocupar el seu lloc, com es mostra a la figura.

Quin mecanisme de transmissió de la calor està actuant? Explica'l.

Un dia fred però assolellat d'hivern et poses al sol i notes calor a la cara, encara que l'aire continua fred. Per quin mecanisme t'arriba aquesta calor? Necessita aire per viatjar?

Completa les frases amb el nom del mecanisme que falta:

1. a) En la $\dots$ la calor es transmet per contacte directe, sense que la matèria es desplaci.
2. b) En la $\dots$ la calor viatja amb el moviment d'un fluid, com l'aire o l'aigua.
3. c) En la $\dots$ la calor viatja sense necessitat de matèria, com passa amb l'energia del Sol.

Quan enfornes una pizza intervenen els tres mecanismes de transmissió de la calor. Identifica'ls:

1. a) La resistència elèctrica incandescent escalfa la pizza sense tocar-la.
2. b) L'aire calent circula per l'interior del forn.
3. c) La safata metàl·lica escalfa la base de la massa.

Toques la pota metàl·lica del teu escriptori i després la superfície de fusta, i el metall et sembla més fred, encara que tots dos porten hores a la mateixa habitació.

1. a) Estan realment a diferent temperatura?
2. b) Explica la diferència de sensació utilitzant la conducció de la calor.

Assegut davant d'una llar de foc encesa notes la calor a la cara, mentre el fum i l'aire calent se'n van pel tiratge, com es mostra a la figura.

1. a) Quin mecanisme t'està escalfant a tu?
2. b) Quin mecanisme fa pujar l'aire calent per la xemeneia?

Justifica totes dues respostes.

Amb una torradora en marxa fas tres proves:

1. a) Poses la mà al damunt, sense tocar-la, i notes que puja aire calent.
2. b) La poses al costat, sense tocar-la, i també notes calor.
3. c) La toques amb un dit i et cremes.

Identifica el mecanisme de transmissió de la calor que actua en cada cas.

Els anoracs de plomissol abriguen perquè les plomes atrapen molt d'aire entre elles.

1. a) És l'aire quiet i atrapat bon o mal conductor de la calor?
2. b) Explica per què aquest aire atrapat fa que el nostre cos perdi menys calor.

Una paella té la base d'alumini i el mànec d'un plàstic especial, molt mal conductor de la calor, com es mostra a la figura.

Justifica l'elecció de cada material pensant en què vols que faci la calor a cada part de la paella.

De dia, a la platja, la brisa bufa del mar cap a terra; de nit sol bufar a l'inrevés. Sabent que la sorra s'escalfa i es refreda molt més ràpid que l'aigua del mar, explica les dues situacions utilitzant els corrents de convecció.

Emboliques una llauna de refresc freda en un drap de llana gruixut i deixes una altra llauna igual sense embolicar sobre el marbre.

1. a) Prediu quina de les dues s'escalfarà abans.
2. b) Explica el paper de la llana com a aïllant tèrmic: dóna calor al refresc o impedeix que li arribi?

Poses un glaçó de gel subjectat amb una reixeta al fons d'un tub d'assaig ple d'aigua i escalfes la part superior del tub amb un bec de gas fins que l'aigua de dalt bull. El gel del fons amb prou feines es fon, com s'aprecia a la figura.

1. a) Què demostra l'experiment sobre l'aigua com a conductora de la calor?
2. b) Per què la convecció no porta la calor cap avall, fins al gel?

Una nau espacial s'escalfa pel Sol i s'ha de desfer de l'excés de calor, però està envoltada de buit, com es mostra a la figura.

1. a) Explica per què no pot refredar-se per conducció ni per convecció.
2. b) Quin mecanisme li queda per perdre calor?
3. c) Els panells de refredament de les naus són grans, negres i plans: raona per què aquestes característiques afavoreixen aquest mecanisme.

Escalfes aigua en un cassó d'acer sobre una cuina de gas, com es mostra a la figura. Descriu el viatge de la calor des de la flama fins a l'aigua, identificant el mecanisme que actua en cada tram:

1. a) De la flama i els gasos calents al fons del cassó.
2. b) A través del metall del cassó.
3. c) Des del fons del cassó fins a tota l'aigua.

Serveixes xocolata calenta en dues tasses: una d'acer fi i una altra de porcellana gruixuda.

1. a) Quina de les dues et crema més els dits en agafar-la?
2. b) En quina es refreda abans la xocolata?
3. c) Justifica totes dues prediccions utilitzant la conducció de la calor i el gruix i tipus de material de cada tassa.

Al bany, descalç, la rajola et sembla molt més freda que la catifa, encara que totes dues estan a la temperatura de la casa.

1. a) Explica aquesta diferència de sensació.
2. b) Prediu què sentiries si el bany tingués el terra calent (terra radiant), a una temperatura més alta que la del teu peu: quin material et semblaria llavors més calent en trepitjar-lo?
3. c) Raona la resposta pensant en qui cedeix calor a qui i a quina velocitat ho fa.

A l'hivern, amb la calefacció encesa, algú obre de bat a bat la finestra per renovar l'aire.

1. a) Explica per quin mecanisme es perd la calor de l'habitació en obrir la finestra.
2. b) Què suposa menys pèrdua de calor: obrir de bat a bat durant cinc minuts o deixar la finestra entreoberta tot el matí? Justifica-ho.
3. c) Proposa una manera de ventilar l'habitació perdent menys calor i explica per què funciona.

Els serveis d'emergència emboliquen els accidentats amb una manta isotèrmica, una làmina fina i platejada.

1. a) Què li passa a la radiació que emet el cos quan arriba a la cara platejada de la manta?
2. b) L'aire que queda entre el cos i la manta amb prou feines pot moure's: com ajuda això a reduir les pèrdues per convecció?
3. c) La manta no «dona calor», i tanmateix la persona es refreda molt més a poc a poc. Explica-ho.

Un radiador funciona millor instal·lat a la part baixa de la paret que prop del sostre. Observa la figura, que compara les dues instal·lacions:

1. a) Explica per què utilitzant els corrents de convecció.
2. b) Què li passaria a l'aire calent si el radiador estigués tocant al sostre? S'escalfaria bé l'habitació?
3. c) La posició amb prou feines influeix en la calor que el radiador transmet per radiació: sabries dir per què?