Efectos del calor sobre la materia

¿Qué es la dilatación? Explícala con tus palabras y pon un ejemplo cotidiano en el que se note, que no sea el del termómetro.

Cuando hace calor, el líquido rojo de un termómetro sube por el tubito; cuando hace frío, baja. Observa la figura.

1. a) ¿Qué le ocurre al volumen del líquido cuando se calienta?
2. b) ¿Cómo se llama ese efecto del calor?

Entre los rieles de la vía del tren hay pequeños espacios cada ciertos metros. Observa la figura.

1. a) ¿Para qué sirven esos espacios?
2. b) ¿Qué les pasaría a los rieles un día de mucho calor si la vía no tuviera esos espacios?

La tapa metálica de un frasco de aceitunas no hay manera de abrirla. La abuela de Julián la pone unos segundos bajo el grifo de agua caliente y luego la abre sin problema. Sabiendo que el metal se dilata más que el vidrio, explica el truco de la abuela.

El cable del tendedero del patio está más tenso y recto en invierno, mientras que en verano cuelga formando una curva. Observa la figura.

Explícalo con la dilatación.

Si echas agua hirviendo de golpe en un vaso de vidrio grueso, puede rajarse; en un vaso de vidrio delgado es menos probable. Teniendo en cuenta que la cara interior del vidrio se calienta y se dilata antes que la cara exterior, explica por qué se rompe con más facilidad el vaso grueso.

En un termómetro de alcohol, la columna sube $10\ \text{cm}$ cuando la temperatura pasa de $0\ ^\circ\text{C}$ a $50\ ^\circ\text{C}$. Observa la figura.

1. a) ¿Cuántos centímetros sube la columna por cada grado?
2. b) ¿Cuánto subirá la columna si la temperatura pasa de $10\ ^\circ\text{C}$ a $35\ ^\circ\text{C}$?

En la casa de Noa, la puerta de madera de la terraza roza con el marco y cuesta cerrarla en agosto, pero en enero cierra bien.

1. a) Explícalo con la dilatación.
2. b) ¿En qué época del año estará la puerta un poco más «encogida»?

Atas un globo a medio inflar y lo dejas junto a la ventana, donde le da el sol: al rato está más hinchado. Observa la figura.

1. a) ¿Qué le ocurre al aire de dentro del globo al calentarse?
2. b) Predice qué pasará si metes ese globo un rato en la nevera.
3. c) Pensando en el globo, en el alcohol del termómetro y en una regla metálica, ordena de mayor a menor cuánto se dilatan con el calor un gas, un líquido y un sólido.

Un puente metálico se alarga $1\ \text{cm}$ por cada grado que sube su temperatura. Observa el esquema del puente.

1. a) Entre una noche de invierno a $0\ ^\circ\text{C}$ y una tarde de verano a $35\ ^\circ\text{C}$, ¿cuántos grados sube la temperatura del puente?
2. b) ¿Cuántos centímetros se alarga el puente entre esos dos días?
3. c) Las juntas de dilatación del puente, ¿estarán más abiertas en invierno o en verano? Razona la respuesta.

Una tuerca de acero está pegada en su tornillo y el mecánico le aplica calor con un soplete para aflojarla.

1. a) ¿Qué le pasa a la tuerca al calentarse?
2. b) ¿Por qué eso ayuda a aflojarla?
3. c) ¿Qué problema habría si el tornillo se calentara tanto como la tuerca?

Al calentar hielo se convierte en agua líquida y, si seguimos calentando, en vapor.

1. a) ¿Cómo se llama el paso de sólido a líquido?
2. b) ¿Y el paso de líquido a gas?
3. c) ¿Cómo se llaman los dos cambios contrarios, los que ocurren al enfriar?

Después de la lluvia, los charcos del parque desaparecen en cuanto sale el Sol.

1. a) ¿Qué cambio de estado sufre el agua de los charcos?
2. b) ¿De dónde saca el agua el calor que necesita para ese cambio?

Al apagar una vela, la cera derretida que queda junto a la mecha se vuelve dura en pocos minutos.

1. a) ¿Cómo se llama el cambio de estado que sufre la cera?
2. b) En ese cambio, ¿la cera absorbe o cede calor?

Al cocinar pasta, la parte de abajo de la tapa de la olla se llena de gotitas de agua. Observa la figura.

1. a) ¿Qué le pasa al vapor cuando toca la tapa, que está más fría?
2. b) ¿Cómo se llama ese cambio de estado?
3. c) Al convertirse en gotas, ¿el vapor absorbe o cede calor?

Al salir de la ducha, Nico tiene frío aunque el baño esté caliente.

1. a) ¿Qué cambio de estado sufre el agua que queda sobre su piel?
2. b) ¿De dónde saca esa agua el calor que necesita para el cambio?
3. c) Usa las respuestas anteriores para explicar por qué conviene secarse con la toalla enseguida.

El agua del mar se evapora con el calor del Sol; el vapor sube, se enfría en las capas altas de la atmósfera y forma las nubes; al final, cae la lluvia.

1. a) Nombra el cambio de estado que sufre el agua del mar al convertirse en vapor.
2. b) Nombra el cambio de estado que ocurre al formarse las gotitas de la nube.
3. c) En cada uno de esos dos cambios, ¿el agua absorbe o cede calor? ¿Quién se lo da o se lo quita?

Un cubito de hielo sale del congelador a $-10\ ^\circ\text{C}$ y lo dejamos sobre un plato en la cocina.

1. a) ¿Hasta qué temperatura sube el hielo antes de empezar a fundirse?
2. b) ¿Cómo se llama el cambio de estado que sufre después?
3. c) En ese cambio, ¿el agua absorbe o cede calor?

El agua se congela a $0\ ^\circ\text{C}$ y hierve a $100\ ^\circ\text{C}$. Di en qué estado está el agua en cada caso y justifícalo. La figura sitúa los tres casos en una escala de temperatura:

1. a) El agua de la pista de hielo, que está a $-3\ ^\circ\text{C}$.
2. b) El agua de un vaso, que está a $25\ ^\circ\text{C}$.
3. c) El vapor de agua que sale de una olla, que está a $110\ ^\circ\text{C}$.

Calentamos despacio hielo que está a $-10\ ^\circ\text{C}$ hasta convertirlo en vapor a $110\ ^\circ\text{C}$, midiendo la temperatura todo el tiempo. El montaje es el de la figura.

1. a) Haz una lista con los cinco tramos del proceso, indicando qué hay en cada tramo (hielo, agua, vapor o mezcla) y qué hace la temperatura.
2. b) ¿En qué dos tramos la temperatura no sube aunque sigamos dando calor? ¿A qué temperaturas ocurren?
3. c) ¿En qué se está gastando el calor durante esos dos tramos?

En una base científica de la Antártida el termómetro marca $-50\ ^\circ\text{C}$. El mercurio se congela a $-39\ ^\circ\text{C}$ y el alcohol a $-114\ ^\circ\text{C}$. La figura resume los datos en una escala de temperatura.

1. a) ¿Qué termómetro sirve allí, el de mercurio o el de alcohol?
2. b) ¿Qué le pasa al líquido del otro termómetro, que lo deja inservible?
3. c) ¿Cómo se llama el cambio de estado que sufre ese líquido?

Metemos una bandeja de cubos de hielo llena de agua en el congelador y medimos su temperatura cada cinco minutos: $20\ ^\circ\text{C}$, $12\ ^\circ\text{C}$, $5\ ^\circ\text{C}$, $0\ ^\circ\text{C}$… y durante un buen rato sigue marcando $0\ ^\circ\text{C}$ mientras se forma el hielo. La gráfica recoge las medidas.

1. a) Tu hermano dice que el agua tendría que pasar de $0\ ^\circ\text{C}$ a $-5\ ^\circ\text{C}$ sin parar. ¿Quién tiene razón, él o tú? ¿Por qué?
2. b) Mientras se está formando el hielo, ¿el agua sigue perdiendo calor o no?
3. c) ¿En qué se gasta ese calor que el agua pierde durante el cambio de estado?

Reto del tema. ¿Cómo evitar que una bebida caliente pierda energía rápidamente? Conviértete en auditor energético y diseña un aislante térmico casero analizando la transferencia de calor.

1. Fase 1. Medida base: Vierte $150\text{ ml}$ de agua caliente (a unos $50\text{ }^\circ\text{C}$) en un vaso. Mide la temperatura cada $4\text{ min}$ durante $16\text{ min}$ con un termómetro casero (anota su incertidumbre, por ejemplo $\pm 0,5\text{ }^\circ\text{C}$). Consulta en la web del IDEAM la temperatura actual de tu localidad como referencia ambiental.

2. Fase 2. Prototipado y prueba: Elige un material cotidiano (papel aluminio, lana o cartón) para forrar el vaso. Repite la experiencia partiendo de la misma temperatura inicial y registrando las medidas en los mismos intervalos.

3. Fase 3. Informe y conclusiones: Presenta una tabla de datos y elabora una gráfica de temperatura ($T$) frente a tiempo ($t$) que compare ambas curvas. Justifica qué material frena mejor el enfriamiento razonando a partir del equilibrio térmico y la propagación del calor.

Se valorará:

• Rigor en la toma de datos, indicando la incertidumbre e integrando la tabla y la gráfica comparativa.

• Distinción conceptual correcta entre calor, temperatura y equilibrio térmico en las conclusiones.

• Justificación razonada de la eficacia del prototipo frente a las pérdidas de energía.

En las montañas, el agua de la lluvia se cuela en las grietas de las rocas. Por la noche se congela y, poco a poco, las grietas se hacen más grandes hasta que la roca acaba rompiéndose. Observa la figura.

Sabiendo que el agua aumenta de volumen al congelarse, explica cómo consigue romper la roca.

El agua es una sustancia rara: al congelarse aumenta de volumen, así que el hielo es menos denso que el agua líquida.

1. a) Explica por qué los cubitos flotan en el vaso.
2. b) En un lago en invierno, ¿se congela primero la superficie o el fondo? Justifícalo.
3. c) ¿Qué ventaja tiene eso para los peces que viven en el lago?