Ejercicios: Efectos del calor sobre la materia

¿Qué es la dilatación? Explicala con tus palabras y poné 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. Observá 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 huecos cada ciertos metros. Observá la figura.

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

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

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 de la plaza 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?

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

Explicalo con la dilatación.

Al apagar una vela, la cera derretida que queda junto al pabilo 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?

Un cubito sale del freezer 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?

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. Fijate en la figura.

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

El agua se congela a $0\ ^\circ\text{C}$ y hierve a $100\ ^\circ\text{C}$. Decí en qué estado está el agua en cada caso y justificalo. 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 agua que sale de una olla, que está a $110\ ^\circ\text{C}$.

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

Al cocinar pasta, la parte de abajo de la tapa de la olla se llena de gotitas de agua. Observá 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?

En un termómetro de alcohol, la columna sube $10\ \text{cm}$ cuando la temperatura pasa de $0\ ^\circ\text{C}$ a $50\ ^\circ\text{C}$. Fijate en 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 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) Explicalo con la dilatación.
2. b) ¿En qué época del año estará la puerta un poco más «encogida»?

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) Usá las respuestas anteriores para explicar por qué conviene secarse con la toalla enseguida.

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

1. a) ¿Qué le ocurre al aire de dentro del globo al calentarse?
2. b) Predecí qué pasará si metés ese globo un rato en la heladera.
3. c) Pensando en el globo, en el alcohol del termómetro y en una regla metálica, ordená 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. Observá 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? Razoná la respuesta.

Una tuerca de acero está trabada en su tornillo y el mecánico le da 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?

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) Hacé 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?

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) Nombrá el cambio de estado que sufre el agua del mar al convertirse en vapor.
2. b) Nombrá 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?

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?

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

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

Metemos una bandeja de cubitos llena de agua en el freezer 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. El gráfico 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 vos? ¿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? Convertite en auditor energético y diseñá un aislante térmico casero analizando la transferencia de calor.

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

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

3. Fase 3. Informe y conclusiones: Presentá una tabla de datos y elaborá un gráfico de temperatura ($T$) frente a tiempo ($t$) que compare ambas curvas. Justificá 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 el gráfico comparativo.

• 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.