SEMANA 12

APLICACIONES DE LAS FORMAS DE CALOR: CONDUCCIÓN, CONVECCIÓN, RADIACIÓN.

Conducción.

Transferencia de calor que sólo se da en los materiales sólidos. Si se calienta un extremo de una varilla metálica, de forma que aumente su temperatura, el calor se transmite hasta el extremo más frío por conducción.

Convección.

Se caracteriza por medio de un fluido que transporta el calor entre zonas con diferentes temperaturas. La convección se produce únicamente por medio de materiales fluidos. Lo que se llama convección en sí, es el transporte de calor por medio del movimiento del fluido.

Radiación.

El fenómeno de la radiación consiste en la propagación de energía en forma de ondas electromagnéticas o partículas subatómicas a través del vacío o de un medio material.

 CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA

 

La ley de la conservación de la energía afirma que la cantidad total de energía en cualquier sistema físico aislado (sin interacción con ningún otro sistema) permanece invariable con el tiempo, aunque dicha energía puede transformarse en otra forma de energía. En resumen, la ley de la conservación de la energía afirma que la energía no puede crearse ni destruirse, sólo se puede cambiar de una forma a otra,1 por ejemplo, cuando la energía eléctrica se transforma en energía calorífica en un calefactor.

En entermodinpamica, constituye en el primer principio de termodinámica (la primera ley de la termodinámica).

Semana 12 SESIÓN 34	Aplicaciones de las formas de calor.
contenido temático	Transferencia de calor, medición de temperaturas.

 

Aprendizajes esperados del grupo	Conceptuales:  ·         Conocerán las formas de transferencia de calor: conducción, convección, radiación. Procedimentales: ·       Medición de temperaturas ·       Manejo de material de laboratorio ·       Medición y relación de variables ·       Elaboración de acetatos y manejo del proyector. ·       Presentación en equipo        Actitudinales ·          Confianza, cooperación, responsabilidad respeto y tolerancia.
Materiales generales	Laboratorio: -          Parrilla eléctrica, placas de cobre, plomo, aluminio, vaso de precipitados 250 ml, radiómetro, lámpara. De proyección: -          Pizarrón, gis, borrador -          Proyector de acetatos De computo: -          PC, y proyector tipo cañón, -          Programas: procesador de palabras, presentador. Didáctico: -          Presentación  escrita en documento electrónico.
Desarrollo del proceso	FASE DE APERTURA El Profesor de acuerdo a su Planeación de clase, pregunta lo siguiente:  ¿Cuáles son las formas de transferencia de calor entre los materiales?   Pregunta ¿En qué consiste la radiación térmica? ¿Cuándo se presenta  la transmisión de energía térmica? ¿Cuáles son la forma de transmisión de la energía térmica? ¿En qué consiste la conducción térmica? ¿En qué consiste la convección térmica? ¿Cuáles materiales son buenos o malos transmisores de energía térmica? Equipo 2 6 5 3 4 1 Respuesta Es la emitida por un cuerpo por su temperatura La radiación térmica tiene básicamente tres propiedades: *Radiación absorbida. La cantidad de radiación que incide en un cuerpo y queda retenida en él, como energía interna, se denomina radiación absorbida.Aquellos cuerpos que absorben toda la energía incidente de la radiación térmica, se denominan cuerpos negros. *Radiación reflejada. Es la radiación reflejada por un cuerpo gris. *Radiación transmitida. La fracción de la energía radiante incidente que atraviesa un cuerpo se llama radiación transmitida En física, la transferencia de calor es el paso de energía térmica desde un cuerpo de mayor temperatura a otro de menor temperatura. Cuando un cuerpo, por ejemplo, un objeto sólido o un fluido, está a una temperaturadiferente de la de su entorno u otro cuerpo, la transferencia de energía térmica, también conocida como transferencia de calor o intercambio de calor, ocurre de tal manera que el cuerpo y su entorno alcancen equilibrio térmico. La transferencia de calor siempre ocurre desde un cuerpo más caliente a uno más frío, como resultado de la Segunda ley de la termodinámica. Cuando existe una diferencia de temperatura entre dos objetos en proximidad uno del otro, la transferencia de calor no puede ser detenida; solo puede hacerse más lenta. Existen tres formas de transmisión de energía térmica: Conducción Convección Radiación Es un mecanismo de transferencia de energía térmica entre dos sistemas, basados en el conducto directo de sus partículas, sin flujo neto de materia y que tiende a igualar la temperatura dentro de un cuerpo y entre diferentes cuerpos por medio de ondas. Se caracteriza porque se produce por medio de un fluido (líquido o gas) que transporta el calor entre zonas con diferentes temperaturas. Lo que se llama en convección en sí, es el transporte de calor por medio de movimiento del fluido. Los metales son buenos y los plásticos malos.    Después discuten y sintetizan el contenido  de las respuestas.                                                            FASE DE DESARROLLO      Crookes (http://cdpdp.blogspot.com/2008/04/radiometro.html? Procedimiento:     1.-Colocar  en la placa de metal una  muestra de para fina, colocar la placa de metal sobre la tela de alambre con asbesto y calentar lentamente medir el tiempo de cambio de estado de la parafina.       Tiempo   de fusión de la parafina Equipo cobre aluminio Bronce Hierro 1 37s 6s 41s 24s 2 62s 53s 70s 71s 3 50s 28s 49s 47s 4 30s 31s 29s 1min. 5 1.16min 47s 1.20min 48s 6 31s 35s 40s 55s    -2.-Colocar 100 ml de agua en el matraz erlenmeyer, adicionar una muestra de aserrín, colocar el matraz erlenmeyer sobre la malla de alambre y calentar tomar la temperatura cada minuto hasta evaporación (graficar tiempo-temperatura), observar lo que ocurre con el aserrín.      3.-Colocar el radiómetro sobre la mesa y enfocar la luz de la lámpara a la parte oscura del radiómetro, medir el número de vueltas por minuto. Tabular y graficar los datos.                                                                                                                                                                                                                                                          a)      Conducción Se dispone de un conjunto de varillas de distintos materiales: madera, aluminio, hierro, madera, plástico entre otros. Las cuales al ser colocadas, con un extremo en una vasija con agua caliente, conducen el calor hasta el otro extremo en dependencia de su conductividad térmica. b)    Convección Se tiene un pequeño frasco que contiene agua caliente con colorante y el cual tiene un orificio en su tapa. Al colocar éste frasco dentro de un envase más grande de vidrio que contiene agua a la temperatura ambiente, se puede observar como ascienden las corrientes de convección del agua con colorante. c)Radiación Se tiene un frasco de vidrio que posee en su interior un molinete giratorio (Radiómetro). Sus aspas han sido pintadas por un lado negras y por el otro plateadas. Al iluminar dicho dispositivo con una lámpara, se observa que empieza a girar debido a la radiación desigual de los lados de sus aspas. FASE DE CIERRE   Al final de las presentaciones se lleva a cabo una discusión extensa, en la clase, de lo  que se aprendió. Para generar una conclusión grupal relativa a las formas de transferencia de la energía.                     Revisa el trabajo a cada alumno y lo registra en la lista de MOODLE. Actividad Extra clase: Los alumnos: Ø  Elaboraran su informe,  para registrar sus resultados en su Blog. Ø  Indagaran los temas siguientes de acuerdo al cronograma, y los depositaran en su Blog personal en la cual contendrá su información, Ø  Los integrantes de cada equipo, se comunicaran la información indagada y la procesaran en Googledocs,   Analizaran y sintetizaran los resultados, para presentarla al Profesor en la siguiente sesión.
evaluación	El profesor revisara el Informe de la actividad depositado en el Blog personal.     Contenido: -           Resumen de la indagación bibliográfica. -          Informe de las actividades en el Aula-laboratorio.

Semana 12 Jueves SESIÓN 35	Ley de la conservación de la energía.
contenido temático	Ley de la conservación de la energía.

Aprendizajes esperados del grupo	Conceptuales: ·         Definirán la Ley de la conservación de la energía. Procedimentales: ·         Ejemplifica las transformaciones de la energía Actitudinales ·          Confianza, cooperación, responsabilidad respeto y tolerancia.
Materiales generales	De laboratorio: -          Parrilla eléctrica, dos vasos de precipitados de 250 ml, termómetro. De proyección: -          Pizarrón, gis, borrador -          Proyector de acetatos De computo: -          PC, y proyector tipo cañón -          Programas: Excel, Word, Power Point. Didáctico: -          Resumen escrito, en Word,  acetatos o Power Point
Desarrollo del proceso	FASE DE APERTURA El Profesor de acuerdo a su Planeación de clase, solicita a cada equipo responda a la pregunta:    ¿Qué es más fácil de calentar en una misma cantidad de grados, 1 kg de agua líquida, 1 kg de hielo o 1 kg de vapor de agua? ¿En qué consiste la conservación de la energía? ¿Cómo se puede transformar la energía del Sol? ¿Qué es un colector de energía solar de placa plana? ¿Qué es un colector concentrador de energía solar? ¿En qué consiste un horno solar? ¿En que consiste una casa inteligente? Equipo 4 3 6  1 2 Respuesta La ley de la conservación de la energía afirma que la cantidad total de la energía en cualquier sistema físico aislado, permanece invariante con el tiempo, aunque dicha energía puede transformarse en otra forma de energía ,”Afirma que la energía no se puede crear ni destruir, sólo puede cambiar de una a otra” Es el tipo de colector usado y difundido :El colector solar de placa plana. Básicamente consiste en una caja hermética aislada, preparada para proyectar y para soportar las inclemencias del tiempo, puede estar fabricada con distintos materiales, aluminio, acero inoxidable, etc. La cubierta transparente suele ser habitualmente de vidrio, y esto favorece el principio llamado «efecto invernadero», permitiendo el paso de los rayos luminosos solares hasta la placa absorbente. Esta placa está formada por una lámina metálica que en algunos modelos puede ser de material plástico u otros (Chromagen realiza un tratamiento con aletas de cobre soldadas ultrasónicamente o una sola aleta de aluminio soldada por láser a conductos de cobre ). colector solar,capaz de concentrar la energía solar en un área reducida aumentando la intensidad energética. Similar a una lupa enfocando su luz en un punto, los concentradores reflejan la luz solar por medio de un arreglo de espejos alineados hacia un objetivo capaz de captar dicha energía para su aprovechamiento. Este horno solar funciona con una única fuente de energía libre, el sol, por efecto de concentración y efecto de invernadero acumulados. Funciona en cualquier lugar, en la playa, en el patio, en la veranda de su apartamento. El proceso de cochura lleva dos veces más tiempo que con un cocinero tradicional a gas o eléctrico, pero como no pueden quemar es posible tener otras ocupaciones durante la cochura. Después discuten y sintetizan el contenido                                                             FASE DE DESARROLLO Actividad con el simulador: En el experimento de Joule se determina el equivalente mecánico del calor, es decir, la relación entre la unidad de energía joule (julio) y la unidad de calor caloría. Mediante esta experiencia simulada, se pretende poner de manifiesto la gran cantidad de energía que es necesario transformar en calor para elevar apreciablemente la temperatura de un volumen pequeño de agua. http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/otros/joule/joule.htm Equipo Masa       m Altura cm Temperatura Inicial    20 Oc    Final Q =Mgh/m(tf-ti) 1 100g 40 20.5° 20 2 100g 50 20.6° 30 3 100g 60 20.7 42 4 100g 70 20.8 56 5 100g 80 20.9° 80.8 6 100 100 21.2 120  Conclusiones. a)      Calienta en la parrilla dos vasos de precipitados con distinta cantidad de agua durante el mismo tiempo. Mide la temperatura del agua de cada recipiente. b)      Pon a calentar ahora, también durante el mismo tiempo, un vaso de precipitados con agua y otro con un trozo de hierro (ambas sustancias deben tener la misma masa). Mide la temperatura de las dos sustancias.  En estos ejemplos, la parrilla encendida es el cuerpo caliente, y las diferentes sustancias que se calientan son los cuerpos fríos. La cantidad de energía calorífica suministrada por la parrilla dependerá del tiempo durante el que se hayan estado calentando los cuerpos. Si el tiempo es el mismo, podemos concluir que: La variación de temperatura depende de la masa del cuerpo La variación de temperatura depende de la sustancia La cantidad de calor  transferida es proporcional a la variación de la temperatura. Equipo Volumen  de agua ml Temperatura inicial del agua Temperatura final del agua Temperatura inicial del agua con metal Temperatura final del agua con metal 1 100 18° 24° 18° 30° 2 100 19° 30° 16° 34° 3 4 100 18° 61° 18° 72° 5 100 19° 35° 17° 39° 6 100 19 41 18 37 Conclusiones: Estos hechos experimentales pueden expresarse cuantitativamente así:   Dónde: Q es la energía calorífica suministrada, que se expresa en julios; m la masa, expresada en kilogramos; t2 y t1 son las temperaturas final e inicial, respectivamente, expresadas en °C o K  c, la capacidad calorífica específica, que depende de la naturaleza del cuerpo. Equipos Masa kg Cp Kjoule/Kg.oK ti oC Ti oK tf  oC Tf oK Q= m Cp ( Tf – Ti) Kjoule 1-6 a 1 2-5 a 1 3-4 a 1 1-6 b 0,385 2-5 b 0,385 3-4 b 0,385 Conclusiones: Caso a= Caso a= Caso b= Después discuten y sintetizan el contenido en equipo y grupalmente.                                                            FASE DE CIERRE   Al final de las presentaciones se lleva a cabo una discusión extensa, en la clase, de lo  que se aprendió. Para generar una conclusión grupal relativa a la importancia de la Ley de la conservación de la energía. Revisa el trabajo a cada alumno y lo registra en la lista de MOODLE. Actividad Extra clase: Los alumnos: Ø  Elaboraran su informe,  para registrar sus resultados en su Blog. Ø  Indagaran los temas siguientes de acuerdo al cronograma, y los depositaran en su Blog personal en la cual contendrá su información, Ø  Los integrantes de cada equipo, se comunicaran la información indagada y la procesaran en Googledocs,   Analizaran y sintetizaran los resultados, para presentarla al Profesor en la siguiente sesión.
evaluación	El profesor revisara el Informe de la actividad depositado en el Blog personal.     Contenido: -           Resumen de la indagación bibliográfica. -           Informe de las actividades en el Aula-laboratorio.