2.º de secundariaRuta de edumaterial
Qué vas a aprender
- Predecir transferencia de energía bajo condiciones declaradas.
- Interpretar equilibrio térmico y límites de un modelo de partículas.
Antes de empezar
- Leer temperaturas con unidades.
La idea central
Temperatura y calor no son sinónimos. La temperatura caracteriza el estado térmico; el calor es energía transferida por una diferencia de temperatura. En contacto térmico, la transferencia espontánea neta va del cuerpo de mayor temperatura al de menor temperatura. Un objeto no contiene «calor» como si fuera una sustancia guardada.
Si dos cuerpos solo intercambian energía entre sí, no tienen fuentes externas ni cambios de fase, sus temperaturas tienden a acercarse hasta el equilibrio térmico. Equilibrio significa igualdad de temperaturas, no partículas inmóviles. En un sólido, las partículas pueden moverse alrededor de posiciones; el modelo no las presenta congeladas.
La temperatura final no se obtiene promediando cualquier par de lecturas: también importan cantidades y propiedades de los materiales. Una fuente encendida o una pérdida al ambiente cambia el modelo. Al representar un gas que se expande, aumentan las separaciones o el espacio disponible, no el tamaño de cada partícula.
- Equilibrio térmico
- Condición de igualdad de temperaturas sin transferencia neta de calor debida a una diferencia entre los cuerpos.
Cómo analizar y comprobar
- Compara temperaturas iniciales y comprueba si hay contacto térmico.
- Lee fuentes, entorno y cambios de fase antes de aplicar el modelo.
- Predice sentido de transferencia y distingue una tendencia de una temperatura final calculada.
Ejemplo resuelto
En un modelo aislado, dos bloques a 60 °C y 20 °C entran en contacto. No hay fuente ni cambio de fase y no se conocen sus capacidades térmicas. ¿Qué se puede predecir sin fijar la temperatura final?
- El bloque a 60 °C tiene la mayor temperatura.
- La energía se transfiere netamente de ese bloque al de 20 °C.
- Las temperaturas se acercan; faltan propiedades para calcular el valor final.
Se acercan al equilibrio. No está justificado afirmar que terminarán a 40 °C solo por promediar las lecturas.
Un error para investigar
Equilibrio térmico significa que las partículas dejan de moverse.
Las partículas mantienen movimiento; desaparece la diferencia de temperatura entre los cuerpos.
La igualdad de una magnitud macroscópica no exige inmovilidad microscópica.
- Declarar condiciones es parte de la predicción.
- Una tendencia correcta no proporciona por sí sola una cifra final.
Compruébalo ahora
Dos cuerpos a 15 °C y 35 °C se ponen en contacto térmico en un modelo aislado sin cambios de fase. Sus propiedades no se indican. Explica el sentido de transferencia y si puede asegurarse una temperatura final de 25 °C.
Ver solución explicada
Respuesta: Criterios: responder todas las partes solicitadas conservando los hechos, condiciones y unidades del modelo siguiente; se aceptan redacciones equivalentes. Modelo: La transferencia neta va del cuerpo a 35 °C al de 15 °C. No puede asegurarse 25 °C sin conocer cantidades y propiedades térmicas.
El sentido depende de la diferencia inicial; la temperatura final depende además del balance energético.
Dos bloques en contacto tienen temperaturas que no se acercan porque uno recibe energía de un calentador. Un alumno dice que esto refuta el modelo aislado. ¿Qué condición cambió y por qué el resultado no prueba esa refutación?
Ver solución explicada
Respuesta: Criterios: responder todas las partes solicitadas conservando los hechos, condiciones y unidades del modelo siguiente; se aceptan redacciones equivalentes. Modelo: Se añadió una fuente externa. El caso no cumple el supuesto de intercambio solo entre los dos bloques, por lo que no refuta esa predicción.
Una prueba de un modelo debe respetar las condiciones bajo las cuales se formuló.
Un dibujo muestra un gas con las mismas partículas antes y después de expandirse en un recipiente mayor. El autor duplicó el diámetro de cada partícula para explicar el nuevo volumen. Corrige el dibujo y la explicación.
Ver solución explicada
Respuesta: Criterios: responder todas las partes solicitadas conservando los hechos, condiciones y unidades del modelo siguiente; se aceptan redacciones equivalentes. Modelo: Mantendría el tamaño y el número de partículas y mostraría mayor separación en el espacio disponible.
La expansión del gas no exige crecimiento de cada partícula del modelo.
Dos sólidos alcanzaron igual temperatura. Laura dibuja sus partículas sin movimiento y afirma que el equilibrio lo exige. Explica dos cambios necesarios en su descripción.
Ver solución explicada
Respuesta: Criterios: responder todas las partes solicitadas conservando los hechos, condiciones y unidades del modelo siguiente; se aceptan redacciones equivalentes. Modelo: Las partículas siguen moviéndose alrededor de posiciones. El equilibrio significa temperaturas iguales, sin transferencia neta por diferencia de temperatura.
El modelo distingue organización del sólido, movimiento microscópico y condición térmica global.
Alineación curricular y fuentes
- Segundo, Física, estados de agregación, temperatura y equilibrio térmico, p. impresa 66. Sin cambios de fase. · Programa de Estudio para la Educación Secundaria: Programa Sintético de la Fase 6