8.º gradoRuta de edumaterial
Qué vas a aprender
- Reconstruir ΔU en procesos no cíclicos, identificar trabajo sobre/por sistema y evaluar inventario de intercambios.
- Formular conclusiones condicionadas y proponer un contraste pertinente a partir de los registros del caso.
Antes de empezar
- Leer tablas, diferencias, razones y unidades de los registros de esta lección.
- Distinguir una observación, una predicción y una explicación; consultar el modelo antes de transferir.
La energía interna depende de qué cruza el sistema
Una máquina que completa un ciclo vuelve al mismo estado, pero muchos procesos cotidianos no son cíclicos. Calentar un recipiente o comprimir un sistema puede dejar energía interna distinta de la inicial. No se impone cambio cero por el mero hecho de llamar máquina al dispositivo.
Primero se delimita el sistema. El calor es transferencia debida a diferencia de temperatura; el trabajo es transferencia mediante una acción mecánica u otra modalidad declarada. El sistema puede recibir y entregar ambas durante un intervalo. En esta lección se lleva un inventario de entradas y salidas en julios.
Usamos la convención: cambio de energía interna = calor recibido − calor cedido + trabajo sobre el sistema − trabajo por el sistema. Un trabajo de 30 J no tiene signo por el nombre de la magnitud: importa quién lo realiza sobre quién. La consigna declara esas direcciones antes de operar.
Una temperatura mayor no permite calcular por sí sola cuántos julios entraron. La masa, el material, el estado y los intercambios pueden importar. En nuestros balances los valores energéticos ya están medidos o dados por el modelo; no se necesita una fórmula de calorimetría para inventarlos.
Conservar energía es una condición necesaria, pero no demuestra que cualquier máquina propuesta sea posible. Una resta correcta tampoco certifica la segunda ley, el rendimiento o la seguridad del aparato. Aquí se evalúa primero la coherencia del inventario y se distingue esa prueba de otras.
Si el balance y la variación medida no coinciden, conserva los dos registros y busca transferencia omitida, intervalo distinto o error de medida. No se explica la discrepancia diciendo que la energía desapareció. Estos son casos simulados, sin instrucciones para construir o manipular equipos calientes o presurizados.
- Cambio de energía interna
- Variación de la energía del sistema entre dos estados. En el modelo sin otras transferencias, aumenta con calor recibido y trabajo hecho sobre él; disminuye con calor cedido y trabajo realizado por él.
De la evidencia a una explicación
- Define sistema y estados inicial/final del mismo intervalo.
- Marca entradas y salidas de calor y trabajo según dirección.
- Calcula el cambio y separa energía final de cambio.
- Contrasta con la medición y explicita transferencias o supuestos faltantes.
Datos del modelo resuelto
| Intercambio del modelo | Dirección | Energía (J) |
|---|---|---|
| Calor | Hacia el sistema | 90 |
| Trabajo mecánico | Realizado por el sistema | 35 |
| Calor | Desde el sistema | 15 |
Un modelo resuelto
El sistema de la tabla tenía 100 J de energía interna; no hay otros intercambios y el proceso no completa un ciclo. Predice cambio y energía final.
- Entran 90 J y salen 35+15 = 50 J.
- El cambio es 90−50 = +40 J.
- La energía final es 100+40 = 140 J; no se impone cambio cero.
Cambio de +40 J; energía interna final de 140 J. Es un balance bajo los intercambios declarados.
Revisa esta inferencia
Toda máquina tiene cambio de energía interna cero.
Esa condición corresponde a un ciclo completo, no a todo intervalo.
Un proceso que termina en otro estado puede acumular o entregar energía interna.
Pon a prueba el razonamientoPrueba otro caso
Un sistema simulado recibe 120 J de calor y realiza 50 J de trabajo sobre el exterior. El proceso no es cíclico y no hay transferencias de materia ni otros intercambios. También cede 30 J de calor y tenía 200 J de energía interna. Obtén cambio con signo y valor final en J enteros; evalúa la predicción «queda en 200 J».
Un sistema recibe 60 J de trabajo hecho sobre él. No hay entradas de calor ni intercambio de materia; el intervalo inicia con 150 J internos. No realiza trabajo sobre el exterior ni hay otros intercambios aparte de los indicados. El sistema cede 80 J de calor durante ese intervalo. Calcula cambio con signo y energía final en J enteros y explica por qué trabajo recibido no obliga a un aumento neto.
Solución accesible sin interacción
Respuesta: Cambio +40 J; energía final 240 J, porque el estado del sistema es distinto. — Entraron 120 J y salieron 80 J.
El cambio es 120−50−30 = +40 J; la energía final es 240 J. No es cíclico, así que mantener 200 no está justificado.
Respuesta: Cambio −20 J y final 130 J. — Recibir trabajo añade energía, pero la salida de calor del mismo intervalo lo supera; el saldo es negativo.
Cambio: +60−80 = −20 J; final: 130 J. La salida de calor supera la entrada de trabajo, así que el neto baja aunque reciba trabajo.
Un modelo anuncia energía interna final de 180 J desde 120 J iniciales. Recibe 80 J de calor y realiza 20 J de trabajo; no registra calor cedido ni afirma que sea cero. Evalúa si la predicción está acreditada y reformúlala con su condición. Diseña una medición que pueda refutar esa condición.
Solución accesible sin interacción
- Reconocer que la cifra presupone cero calor cedido.
- Conservar la predicción condicional y proponer contraste de esa salida.
Respuesta: Se aceptan formulaciones equivalentes, distinto orden de razonamiento y notaciones numéricas equivalentes que conserven unidades, alcance y todos los criterios. El modelo es orientativo; la revisión es por autoevaluación o docente, sin igualdad literal ni nota automática. Modelo: 180 J resulta si el calor cedido es cero y no hay otros intercambios: 120+80−20. Sin medir ni declarar esa ausencia, es predicción condicional; medir calor transferido al exterior en el intervalo puede refutarla.
180 J resulta si el calor cedido es cero y no hay otros intercambios: 120+80−20. Sin medir ni declarar esa ausencia, es predicción condicional; medir calor transferido al exterior en el intervalo puede refutarla.
- Variación de la energía del sistema entre dos estados. En el modelo sin otras transferencias, aumenta con calor recibido y trabajo hecho sobre él; disminuye con calor cedido y trabajo realizado por él.
- Esa condición corresponde a un ciclo completo, no a todo intervalo.
- Una conclusión conserva el lugar, intervalo, condiciones y precisión del caso que la sostiene.
Compruébalo ahora
Un informe anota que el sistema pasó de 100 a 130 J de energía interna. En el mismo intervalo recibió 70 J de calor y realizó trabajo sobre el exterior. No cedió calor, no recibió trabajo, no intercambió materia y no hubo otras transferencias. Reconstruye el trabajo realizado en J enteros y comprueba el balance con los dos estados.
Ver solución explicada
- Distinguir el cambio de energía de los estados inicial y final.
- Reconstruir el trabajo saliente y comprobarlo usando todos los intercambios declarados.
Respuesta: Se aceptan formulaciones equivalentes y notaciones que conserven unidades, condiciones y alcance. Modelo: El cambio es 130−100=+30 J. Como solo entraron 70 J de calor y salió trabajo, 30=70−W: el sistema realizó 40 J. La comprobación es 100+70−40=130 J.
El cambio es 130−100=+30 J. Como solo entraron 70 J de calor y salió trabajo, 30=70−W: el sistema realizó 40 J. La comprobación es 100+70−40=130 J.
Dos sistemas reciben 100 J de calor y hacen 20 J de trabajo cada uno. A termina con mayor temperatura que B, pero sus masas y materiales difieren. Sin otros intercambios, compara sus cambios de energía interna y decide si la temperatura final prueba que A recibió más energía.
Ver solución explicada
- Calcular cambios iguales de +80 J.
- Distinguir temperatura y energía con masa/material diferentes.
Respuesta: Se aceptan formulaciones equivalentes, distinto orden de razonamiento y notaciones numéricas equivalentes que conserven unidades, alcance y todos los criterios. El modelo es orientativo; la revisión es por autoevaluación o docente, sin igualdad literal ni nota automática. Modelo: Ambos cambian +80 J según el inventario. Temperaturas finales diferentes no prueban calor recibido distinto; masas y materiales no coinciden y el aporte medido es igual.
Ambos cambian +80 J según el inventario. Temperaturas finales diferentes no prueban calor recibido distinto; masas y materiales no coinciden y el aporte medido es igual.
El inventario predice +25 J de cambio, pero la medición da +10 J. Los intervalos coinciden y se supone que las lecturas son exactas; falta registrar un único intercambio de calor y no hay transferencia de materia. Decide si el intercambio omitido debe entrar o salir, cuánto vale en J enteros y qué medirías para contrastarlo.
Ver solución explicada
- Reconstruir calor cedido de 15 J, con dirección correcta.
- Proponer medición de transferencia del mismo intervalo.
Respuesta: Se aceptan formulaciones equivalentes, distinto orden de razonamiento y notaciones numéricas equivalentes que conserven unidades, alcance y todos los criterios. El modelo es orientativo; la revisión es por autoevaluación o docente, sin igualdad literal ni nota automática. Modelo: Debe salir calor de 15 J: 25−15=10. Medir la transferencia al entorno durante el mismo intervalo contrasta la hipótesis; no se declara ya observada.
Debe salir calor de 15 J: 25−15=10. Medir la transferencia al entorno durante el mismo intervalo contrasta la hipótesis; no se declara ya observada.
Un dispositivo completa un ciclo y recibe 300 J de calor. Entrega 80 J de trabajo y cede 220 J de calor; los tres valores corresponden al mismo ciclo. Otro informe usa solo sus primeros 10 s, en los que el estado aún cambia. Explica cuál intervalo permite imponer cambio cero y qué datos faltan para el segundo.
Ver solución explicada
- Vincular cambio cero al ciclo completo y comprobar el balance.
- Pedir datos propios de los 10 s y rechazar reparto uniforme supuesto.
Respuesta: Se aceptan formulaciones equivalentes, distinto orden de razonamiento y notaciones numéricas equivalentes que conserven unidades, alcance y todos los criterios. El modelo es orientativo; la revisión es por autoevaluación o docente, sin igualdad literal ni nota automática. Modelo: El ciclo completo permite ΔU=0 y 300−80−220=0. Los primeros 10 s no permiten imponerlo; se necesitan intercambios y estados de ese intervalo, no repartir por tiempo sin evidencia.
El ciclo completo permite ΔU=0 y 300−80−220=0. Los primeros 10 s no permiten imponerlo; se necesitan intercambios y estados de ese intervalo, no repartir por tiempo sin evidencia.
Alineación curricular y fuentes
- Ciencias Naturales V.1 (2016), grado 8.º, DBA 1, página impresa 27. Selección parcial; el diseño de investigación y las tareas son una síntesis editorial. · Derechos Básicos de Aprendizaje: Ciencias Naturales, V.1
- EBC (2006), banda 8.º–9.º, páginas impresas 138–139. Adscripción al grado 8.º editorial, apoyada en el DBA del mismo grado; no cobertura completa de la banda. · Estándares Básicos de Competencias en Lenguaje, Matemáticas, Ciencias y Ciudadanas: Guía sobre lo que los estudiantes deben saber y saber hacer con lo que aprenden