Definicion
Consiste en el traspaso de energía calórica de un medio a otro. Esto ocurre cuando dos sistemas que se encuentran a distintas temperaturas se ponen en contacto, permitiendo el flujo de la energía del punto de mayor temperatura al de menor, hasta alcanzar un equilibrio térmico, en el que se igualan las temperaturas.
Esto ocurre en el experimento entre dos vasos de agua (uno caliente y otro frío) colocados dentro de una caja aislada. Gracias al aislamiento, el calor se transfiere principalmente entre los vasos, sin mucha influencia del ambiente exterior, permitiendo observar cómo ambos llegan a la misma temperatura final.
Fenomeno observado
En este laboratorio observamos el fenómeno de transferencia de calor en dos experimentos distintos. En el experimento 1, colocamos dos vasos con agua a diferentes temperaturas (uno frío y otro caliente) dentro de una caja aislada. El vaso con agua caliente empezó a perder calor mientras que el vaso con agua fría lo fue ganando, hasta que ambos alcanzaron la misma temperatura, logrando así el equilibrio térmico. En el experimento 2, colocamos un solo vaso con agua caliente en la caja aislante y medimos la temperatura tanto del agua como del ambiente, hasta que ambos se nivelaron en temperatura.
Características
- Transferencia de Calor: En ambos experimentos, el calor se transfiere desde un objeto con mayor temperatura (el agua caliente) hacia uno con menor temperatura (agua fría en el primer experimento y el aire dentro de la caja en el segundo), hasta que se alcanza el equilibrio.
- Sistema Aislado: La caja actúa como un sistema cerrado, reduciendo la influencia del ambiente exterior. Esto permite observar cómo se transfiere el calor entre los elementos dentro de la caja sin perder calor al exterior.
- Cambio Gradual de Temperatura: En ambos casos, las temperaturas cambian gradualmente. En el primer experimento, el agua caliente se enfría mientras el agua fría se calienta; en el segundo, el agua caliente se enfría mientras el aire de la caja se calienta, ambos hasta llegar a la misma temperatura.
- Equilibrio Térmico Final: En ambos experimentos, el equilibrio térmico se alcanza cuando las temperaturas de los elementos dentro de la caja (vasos en el primer experimento, vaso y aire en el segundo) se igualan, marcando el punto en que la transferencia de calor se detiene.
Formulas
FORMULA DE TRANSFERENCIA DE CALOR EN UN SISTEMA CERRADO:
∆u=Q-W
FORMULA DE CALOR TRANSFERIDO
Q=m*Cv*∆T
FÓRMULA PARA HALLAR LA MASA
m=ρ/V
FORMULA PARA HALLA EL VOLUMEN INTERNO
Vol.Caja=B*H*P-Vol.Agua
Materiales
- Icopor
- Madera
- Termómetro
- Agua
- 2 vasos
- Celular (cronometro)
Procedimiento
Pasos para realizar el laboratorio
Experimento 1:
- Introducimos dos recipientes de cartón, uno con agua fría y el otro con agua caliente, en la caja de poliestireno.
- Utilizamos un termómetro en cada vaso para registrar la temperatura de inicio y documentar los datos.
- Cubrimos la caja con la tapa de poliestireno para reducir al mínimo la transferencia de calor al entorno.
- Tras un intervalo de 2 minutos establecido previamente, anotábamos las temperaturas de ambos vasos.
- Realizamos las mediciones hasta que las temperaturas en ambos vasos se establezcan o se reduzcan de manera significativa.
Experimento 2:
- Introducimos un recipiente de cartón en la caja de poliestireno con un vaso de agua caliente de 70°C.
- Se colocó un termómetro en el vaso para registrar la temperatura inicial y documentar los datos.
- La caja se cubrió con la tapa de poliestireno para minimizar la transferencia de calor al ambiente.
- Después de un intervalo previamente establecido de 2 minutos, se anotaron las temperaturas.
- Las mediciones se realizaron hasta que la temperatura del agua en el vaso se equilibrara con el aire interno de la caja.
Conclusiones
A través de estos experimentos, hemos comprobado de manera práctica cómo se lleva a cabo la transferencia de calor entre sistemas con temperaturas diferentes. Este fenómeno sigue principios fundamentales de la termodinámica y resulta esencial para comprender cómo interactúan los cuerpos en un sistema aislado.
- Principio de equilibrio térmico: Ambos experimentos ilustran que, cuando dos sistemas a diferentes temperaturas se encuentran en contacto dentro de un entorno aislado, el calor fluye desde el más caliente hacia el más frío, hasta alcanzar el equilibrio térmico. Este es un proceso gradual y predecible.
- Importancia del aislamiento: El uso de una caja aislante fue clave para limitar la influencia del entorno externo. Esto permitió observar con mayor precisión cómo la transferencia de calor ocurre únicamente entre los elementos dentro del sistema.
- Aplicaciones prácticas: Este principio de transferencia de calor tiene aplicaciones tanto científicas como cotidianas. Desde la construcción de termos hasta los sistemas de refrigeración, la comprensión de este proceso es esencial en diversas áreas.
- Predicción del comportamiento energético: Gracias a las fórmulas aplicadas, logramos cuantificar y prever cómo se distribuye el calor entre los sistemas. Esto refuerza el uso práctico de las matemáticas para interpretar fenómenos físicos.
