BLOQUE TEMÁTICO:
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Bloque III. Un modelo para describir la
estructura de la materia
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TEMA:
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La estructura de la materia a partir del modelo cinético de
partículas
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SUBTEMAS:
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• Calor, transferencia de calor y procesos térmicos: dilatación y
formas de propagación.
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APRENDIZAJES ESPERADOS
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• Describe la temperatura a partir del modelo cinético de partículas
con el fin de explicar fenómenos y procesos térmicos que identifica en el entorno, así como a diferenciarla del calor.
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LA PROPAGACIÓN O TRANSFERENCIA DEL CALOR
Cuando se produce una transferencia de calor, se intercambia energía en forma de calor entre distintos cuerpos, o entre diferentes partes de un mismo cuerpo que están a distinta temperatura.
Debemos saber que el calor es la energía total del movimiento molecular en un cuerpo, mientras que la temperatura es la medida de dicha energía.
El calor se puede transferir mediante convección, radiación o conducción.
Aunque estos tres procesos pueden ocurrir al mismo tiempo, puede suceder que uno de los mecanismos predomine sobre los otros dos.
Por ejemplo, el calor se trasmite a través de la pared de una casa fundamentalmente por conducción, el agua de una cacerola situada sobre un quemador de gas se calienta en gran medida por convección, y la Tierra recibe calor del Sol casi exclusivamente por radiación.
Conducción térmica
La conducción es una transferencia de calor entre los cuerpos sólidos.
Si una persona sostiene uno de los extremos de una barra metálica, y pone en contacto el otro extremo con la llama de una vela, de forma que aumente su temperatura, el calor se trasmitirá hasta el extremo más frío por conducción.
Los átomos o moléculas del extremo calentado por la llama, adquieren una mayor energía de agitación, la cual se trasmite de un átomo a otro, sin que estas partículas sufran ningún cambio de posición, aumentando entonces, la temperatura de esta región. Este proceso continúa a lo largo de la barra y después de cierto tiempo, la persona que sostiene el otro extremo percibirá una elevación de temperatura en ese lugar.
Existen conductores térmicos, como los metales, que son buenos conductores del calor, mientras que existen sustancias como corcho, aire, madera, hielo, lana, papel, etc., que son malos conductores térmicos (aislantes).
Convección térmica
La convección se aplica a la propagación de calor de un lugar a otro por movimiento de materia a través de un medio líquido o gaseoso. Son ejemplos de ello la estufa de aire caliente y el sistema de calefacción por agua caliente.
Cuando un recipiente con agua se calienta, la capa de agua que está en el fondo recibe mayor calor (por el calor que se ha trasmitido por conducción a través de la cacerola); esto provoca que el volumen aumente y, por lo tanto, disminuya su densidad, provocando que esta capa de agua caliente se desplace hacia la parte superior del recipiente y parte del agua más fría baje hacia el fondo.
El proceso prosigue, con una circulación continua de masas de agua más caliente hacia arriba, y de masas de agua más fría hacia abajo, movimientos que se denominan corrientes de convección. Así, el calor que se trasmite por conducción a las capas inferiores, se va distribuyendo por convección a toda la masa del líquido.
Ahora bien, si la sustancia caliente es obligada a moverse mediante un ventilador o bomba, el proceso se llama convección forzada, pero si la sustancia se mueve por diferencia de densidades, entonces al proceso se le llama convección natural o libre.
La convección también determina el movimiento de las grandes masas de aire sobre la superficie terrestre, la acción de los vientos, la formación de nubes, las corrientes oceánicas y la transferencia de calor desde el interior del Sol hasta su superficie.
Radiación térmica
La radiación es una emisión continua de energía desde la superficie de todos los cuerpos. Esta energía se denomina radiante y es transportada por ondas electromagnéticas. Las radio-ondas, las ondas de luz visible, los infrarrojos y los rayos ultravioletas son ondas que transportan energía radiante.
Los procesos de convección y de conducción sólo pueden ocurrir cuando hay un medio material a través del cual se pueda transferir el calor, mientras que la radiación puede ocurrir en el vacío.
Si se tiene un cuerpo caliente en el interior de una campana de vidrio sin aire, y se coloca un termómetro en el exterior de la campana, se observará una elevación de la temperatura, lo cual indica que existe una trasmisión de calor a través del vacío que hay entre el cuerpo caliente y el exterior.
La Tierra recibe calor del Sol a pesar por medio de la radiación a pesar del vacío que existe entre estos cuerpos celestes.
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