Efectos del calor y aplicaciones cotidianas

Entre los rieles de la vía del tren se dejan unos pequeños espacios cada cierta distancia, y lo mismo ocurre entre los tramos de muchos puentes, como se muestra en la figura.

¿Qué efecto del calor están previniendo esas juntas? ¿Qué podría pasar si no existieran?

Explique con sus palabras qué es la dilatación y ponga un ejemplo cotidiano en el que se note, distinto del termómetro.

El tapón metálico de un frasco de mermelada no hay forma de abrirlo. Usted lo pone unos segundos bajo el chorro de agua caliente y, al probar de nuevo, abre con facilidad. Explique qué ha ocurrido, teniendo en cuenta que el metal se dilata más que el vidrio.

Un puente de concreto de $300\ \text{m}$ puede alargarse varios centímetros en verano.

1. a) ¿Por qué se alarga?
2. b) ¿Qué ocurriría en los extremos del puente si se construyera sin juntas de dilatación?
3. c) Las juntas, ¿estarán más abiertas o más cerradas en invierno? Razone su respuesta.

En las vías modernas de los trenes de alta velocidad los rieles van soldados formando tramos continuos de kilómetros, sin juntas, a pesar de la dilatación.

1. a) ¿Qué problema resolvían las juntas clásicas entre rieles?
2. b) ¿Por qué cree usted que un tren de alta velocidad prefiere rieles continuos?
3. c) Razone cómo se puede fijar el riel a las traviesas para que aguante la dilatación: al instalarlo, ¿conviene dejarlo más tenso en verano o en invierno? Justifíquelo.

Una lámina bimetálica está formada por dos metales distintos unidos entre sí; al calentarla, uno se dilata más que el otro y la lámina se curva.

1. a) ¿Hacia qué lado se curva: hacia el metal que más se dilata o hacia el que menos? Justifíquelo.
2. b) Los termostatos de las planchas y de la calefacción usan este efecto para conectar y desconectar el aparato. Explique cómo funciona la idea.

Al calentar hielo, primero se convierte en agua líquida y, si seguimos calentando, en vapor. Observe el esquema de la figura:

1. a) ¿Cómo se llaman esos dos cambios de estado?
2. b) ¿Cómo se llaman los cambios contrarios, los que ocurren al enfriar?
3. c) En cada uno de los cuatro cambios, indique si el agua absorbe o cede energía.

Usted tiende la ropa mojada y, al cabo de unas horas, está seca.

1. a) ¿Qué cambio de estado ha sufrido el agua de la ropa?
2. b) ¿De dónde ha sacado la energía necesaria para ese cambio?

Cuando hace mucho calor sudamos y, al evaporarse el sudor, notamos alivio.

1. a) ¿Qué cambio de estado sufre el sudor?
2. b) Ese cambio necesita energía: ¿de dónde la toma?
3. c) Use lo anterior para explicar por qué un ventilador nos refresca aunque no enfríe el aire.

En una olla de presión el vapor no puede escapar y la presión interior aumenta, de modo que el agua hierve por encima de los $100\ ^\circ\text{C}$.

1. a) Explique por qué la comida se cocina más rápido que en una olla normal.
2. b) ¿Qué relación hay entre la presión y la temperatura de ebullición del agua?

Usted pone dos cubitos de hielo en un vaso de refresco que está a temperatura ambiente.

1. a) ¿Qué cambio de estado sufren los cubitos?
2. b) ¿De dónde sacan la energía necesaria para ese cambio?
3. c) Explique, con las respuestas anteriores, por qué se enfría la bebida.

Una quemadura con vapor de agua a $100\ ^\circ\text{C}$ es más grave que una quemadura con agua hirviendo a $100\ ^\circ\text{C}$.

1. a) ¿Qué cambio de estado sufre el vapor al tocar la piel?
2. b) Teniendo en cuenta que ese cambio de estado desprende energía, explique por qué el vapor quema más aunque esté a la misma temperatura que el agua hirviendo.

En la cima de un pico de $3000\ \text{m}$, donde la presión atmosférica es bastante menor que a nivel del mar, el agua hierve a unos $90\ ^\circ\text{C}$.

1. a) Explique qué relación hay entre la presión y la temperatura de ebullición del agua.
2. b) ¿Por qué cuesta más cocinar bien un huevo en la montaña que en la playa, aunque el agua esté hirviendo en los dos sitios?
3. c) ¿Qué pasaría si usara una olla de presión en la montaña? Justifíquelo.

Un termómetro clásico tiene un bulbo con un líquido (antes mercurio, hoy alcohol coloreado) que sube por un tubo muy fino cuando hace calor, como se muestra en la figura.

¿En qué efecto del calor se basa su funcionamiento? Explíquelo.

¿Por qué nos abriga una chumpa de fleece o un suéter de lana? ¿La prenda «da calor» al cuerpo o hace otra cosa? Explíquelo.

Un termo mantiene el café caliente durante horas, pero también sirve para llevar agua fría en verano. Explique qué hace el termo con el calor en cada caso: ¿calienta, enfría o impide que el calor pase?

Las ventanas de doble vidrio llevan una capa de aire encerrada entre los dos vidrios, como se muestra en la figura.

Sabiendo que el aire quieto es mal conductor del calor, explique qué se consigue con esa capa en invierno.

Un termo está formado por un recipiente de doble pared con vacío entre ellas, superficies plateadas y un tapón hermético, como se muestra en la figura.

Explique qué mecanismo de transmisión del calor bloquea cada una de esas tres características.

En las casas con piso radiante, unos tubos de agua caliente recorren el piso y calientan la vivienda de forma muy agradable.

1. a) ¿Por qué mecanismo se reparte el calor desde el piso al resto de la habitación?
2. b) ¿Por qué resulta más confortable calentar desde el piso que con un radiador pequeño muy caliente en una esquina?

El líquido de un termómetro se dilata muy poco y, sin embargo, la columna sube mucho por el tubo. Sabiendo que el tubo es un capilar muy fino, explique cómo se consigue que una pequeña dilatación del volumen se convierta en una subida grande y fácil de leer.

Un iglú está hecho de bloques de nieve compactada, llena de pequeñas bolsas de aire, y en su interior la temperatura se mantiene cerca de $0\ ^\circ\text{C}$ aunque fuera haga $-20\ ^\circ\text{C}$, como se muestra en la figura.

1. a) ¿Por qué la nieve compactada es un buen aislante a pesar de estar fría?
2. b) ¿Qué mecanismos de pérdida de calor reduce la forma cerrada del iglú?
3. c) Si dentro la temperatura sube por encima de $0\ ^\circ\text{C}$, ¿no se derrite el iglú? Razone las tres respuestas.

Una vivienda tiene ventanas de doble vidrio, persianas exteriores y cortinas gruesas.

1. a) Explique qué aporta cada uno de los tres elementos para frenar las pérdidas de calor en invierno.
2. b) En verano, ¿qué combinación de persianas y cortinas usaría de día y de noche para mantener la casa fresca? Justifique sus decisiones pensando en los tres mecanismos de transmisión del calor.

Un globo aerostático sube cuando un quemador calienta el aire de su interior, como se muestra en la figura.

1. a) Al calentarse, ¿el aire se dilata o se contrae?
2. b) ¿Cómo cambia su densidad respecto al aire de fuera?
3. c) Explique por qué sube el globo y qué debe hacer el piloto para descender, relacionándolo todo con los efectos del calor.