Tercera Ley Semana 7 de Newton Temperatura

Semana 6

¡Empecemos! Esta semana comenzaremos un nuevo tema del cual seguramente has oído hablar y que, como a todos, te afecta: la temperatura. En nuestro lenguaje siempre encontraremos situaciones que nos llevan a pensar en la descripción de la temperatura de distintas cosas: “a mí me gusta la sopa caliente”, “en ese salón hay mucho frío” y “no hay nada más refrescante que un buen vaso de agua fría”, son algunos ejemplos. Siempre hablamos de lo que está frío o lo que está caliente, pero ¿realmente existe una definición de lo frío y lo caliente?, ¿qué instrumento se utiliza para determinar ese estado en un cuerpo?, ¿cómo ocurren los cambios de temperatura? Responderemos algunas de estas interrogantes durante esta semana.

¿Qué sabes de...? Prepara el vaso A con agua caliente, el vaso B con agua fría y un tercer vaso C con agua templada que obtendrás al mezclar la misma cantidad de agua caliente y de agua fría. Tratemos de medir la temperatura del agua contenida en los recipientes introduciendo el dedo índice de la mano izquierda en el vaso con agua caliente y el dedo índice de la mano derecha en el vaso con agua fría. A continuación, introduce ambos dedos en el recipiente con agua templada. Registra la sensación percibida en cada dedo. 1. ¿Qué explicación das a estas sensaciones? 2. Compártelas con el resto de los participantes, ¿difieren? ¿por qué? 3. ¿El sentido del tacto es un criterio fiable para distinguir cuerpos calientes y fríos?

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El reto es... ¿Cuál es la temperatura máxima que el ser humano puede soportar? El cuerpo humano puede soportar más calor de lo que pensamos. En los países del sur puede soportar temperaturas mucho mayores, que incluso en las latitudes medias consideramos inaguantables. En Australia Central, por ejemplo, en verano, no es raro que el termómetro marque 46 °C a la sombra (se ha llegado a observar temperaturas de hasta 55 °C). Durante la travesía del Mar Rojo y en el Golfo Pérsico, en los camarotes de los barcos la temperatura llega a más de 50 °C a pesar de la ventilación. Las temperaturas más altas que se observan en la superficie de la Tierra no pasan de 57 °C. Esta temperatura corresponde al llamado Valle de la Muerte, en California. Se han hecho experimentos para determinar cuál es la temperatura máxima que puede soportar el organismo humano. Resulta que en una atmósfera de aire seco y calentándolo paulatinamente, nuestro organismo es capaz de resistir, no sólo la temperatura del agua hirviendo (100 °C), sino a veces hasta la de 160 °C, como lo demostraron los físicos ingleses Blagden y Centry, los cuales estuvieron horas enteras dentro de un horno de panadería calentado. “En el aire de un local en que el hombre puede permanecer sin detrimento para su salud, se puede cocer un huevo o freír un bistec”, escribía Tyndall con motivo de este experimento. ¿Cómo se puede explicar esta resistencia? Por el hecho de que nuestro organismo no adquiere la temperatura del medio en que se encuentra, sino que conserva aproximadamente la suya normal. El organismo lucha contra el calentamiento segregando mucho sudor, cuya evaporación absorbe una parte considerable del calor de la capa de aire que está en contacto directo con la piel y, disminuyendo, de esta forma, su temperatura. Pero son condiciones necesarias, para el éxito del experimento, las siguientes: primero, que el cuerpo no esté en contacto directo con la fuente de calor y, segundo, que el aire esté seco. Por esto, es más fácil soportar 37 °C de calor en el Asia Central (Soviética) que 24 °C en Leningrado, porque en este último el aire es húmedo, mientras que en el Asia Central no llueve casi nunca. Ahora bien, ¿qué pasaría si nos encontráramos en un sitio donde la temperatura no la expresan en grados centígrados? ¿Conoces alguna otra unidad de medida de la temperatura?, ¿cuál? ¿Cuál sería una temperatura “agradable”?, ¿cuál sería hostil? 180

Transforma cada una de las temperaturas mencionadas en el texto a dos unidades diferentes.

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Vamos al grano Desde el punto de vista microscópico, el modelo de partículas propone que la materia está formada en su interior por átomos y moléculas, que están en constante movimiento, es decir, cada una tiene cierta energía cinética; el promedio de la energía cinética de todas esas partículas se manifiesta macroscópicamente en todo el cuerpo, en un estado que llamamos temperatura. Golpea una moneda con un martillo y verás que se calienta. Esto ocurre porque el golpe hace que los átomos en el metal se muevan con mayor rapidez.

La temperatura de la materia se expresa con un número que corresponde a lo caliente o frío que está algo, según determinada escala. Al instrumento que se utiliza para medir la temperatura se le llama termómetro y puede estar calibrado en diferentes escalas. Casi todos los materiales se dilatan o expanden cuando se elevan sus temperaturas y se contraen cuando éstas bajan. Así, la mayoría de los termómetros tradicionales miden la temperatura debido a la expansión o contracción de un líquido, que suele ser mercurio o alcohol teñido, en un tubo de vidrio con escala. Resulta interesante el hecho de que lo que en realidad muestra un termómetro es su propia temperatura. Cuando este instrumento está en contacto térmico con algo cuya temperatura se desea conocer, entre los dos se intercambiará energía hasta que sus temperaturas sean iguales y se establezca el equilibrio térmico. Es por esto que, cuando mezclaste agua fría con agua caliente, ambas temperaturas se equilibraron a un estado “tibio”. Esto sucederá en todos los casos donde exista alguna diferencia de temperatura entre dos o más objetos o sustancias que se combinan. Equilibrio térmico: es el estado de dos o más objetos o sustancias en contacto térmico, cuando han alcanzado una temperatura común.

Escalas para la medición de temperatura o unidades de temperatura 1. Escala Celsius (ºC): se asigna el número 0 a la temperatura de congelación del agua y el número 100 a su temperatura de ebullición (a la presión atmosférica normal). El espacio entre las dos marcas se divide en 100 partes iguales llamadas grados centígrados o grados Celsius en honor al astrónomo sueco Anders Celsius (1701-1744).

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2. Escala Fahrenheit (ºF): se asigna el número 32 a la temperatura de congelación del agua y el número 212 a su temperatura de ebullición. Recibe el nombre en honor al físico alemán Gabriel Daniel Fahrenheit (1686-1736). Esta escala es utilizada principalmente en Estados Unidos. 3. Escala Kelvin (K): en honor del físico inglés Lord William T. Kelvin (18241907). Esta escala no se calibra en función de puntos de congelación ni de ebullición del agua, sino en términos de la energía misma. El número 0 se asigna a la mínima temperatura posible, el cero absoluto, en la cual una sustancia no tiene ninguna energía cinética que ceder. Las unidades de la escala Kelvin tienen el mismo tamaño que los grados de la escala Celsius, pero no tiene números negativos.

Conversión de unidades de temperatura Mediante la tabla 3 podrás convertir las unidades de temperatura de una escala a otra utilizando las ecuaciones pertinentemente. Hazlo con las temperaturas que se mencionan en el texto e inténtalo con otras que te parezcan interesantes. Tabla 3 Kelvin Kelvin Grados Celsius (centígrados) Grados Fahrenheit

K=K ºC = K - 273,15 ºF = 9 K/5 - 459,69

Grados Celsius (centígrados)

Grados Fahrenheit

K = ºC + 273,15 K= (ºF+459,69)5 9 ºC = ºC ºC= (ºF-32)5 9 ºF = 9ºC/5 + 32

ºF = ºF

Para saber más… ¡Experimenta con simuladores! 1. En el simulador “Formas de energía y cambios” (disponible en http:// li.co.ve/val), varía la temperatura de los bloques de hierro y de ladrillo, así como del agua en el vaso. Observa cómo ganan o pierden energía, a medida que aumenta o disminuye su temperatura, respectivamente. 2. También podrás observar que, al combinar dos objetos con diferentes temperaturas, se presenta un intercambio de energía hasta que se logra un equilibrio térmico. 182

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Aplica tus saberes Utilizando las ecuaciones para convertir unidades de temperatura podrás hallar la solución a las preguntas del reto mediante cálculos sencillos. Intenta descubrir otras temperaturas interesantes y genera los resultados en las tres escalas que se te mostraron. Por ejemplo: 1. ¿Cuál es el rango “normal” de la temperatura corporal? 2. ¿Cuál es el rango “normal” de la temperatura de un automóvil? ¿Has visto relojes de temperatura que marcan dos escalas simultáneamente? 3. Por lo general, en las cocciones en horno se trabaja a 180 ºC, ¿a qué temperatura equivale esto en ºF y K? Además, los saberes adquiridos te permitirán responder las siguientes preguntas: 1. ¿Por qué cuando una enfermera toma la temperatura de un paciente le coloca el termómetro y espera un rato antes de mirar el instrumento?, ¿la temperatura de cuál objeto está leyendo? 2. ¿Es igual de fácil medir la temperatura de un vaso con agua que la de una gota de agua?

Comprobemos y demostremos que… 1. Discute en grupo las situaciones que se presentaron esta semana. 2. Llena la tabla 4. Tabla 4 Indicador Leí el material previo a la sesión en el CCA. Realicé los ejercicios solicitados. Expresé dudas o inquietudes respecto a la temática desarrollada. Participé en la implementación de todas las actividades.

Si

A veces

No

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