39

Ficha

La temperatura y el equilibrio térmico 7

Aprendizaje fundamental imprescindible: Interpreta la temperatura y el equilibrio térmico con base en el modelo

cinético de partículas.

1. Registra tres objetos de tu entorno que puedan clasificarse con temperatura elevada y tres con temperatura baja.

2. Con respecto al punto anterior, ¿qué diferencia podría haber entre las partículas de los cuerpos de menor y mayor temperatura?

3. Si piensas en el movimiento de las partículas del hielo y del agua líquida, ¿cuáles crees que se muevan a mayor velocidad? ¿Por qué?

4. ¿Por qué la comida caliente no se puede mantener a esa temperatura por horas o por días? ¿Cómo podríamos lograr que un cuerpo mantenga siempre la misma temperatura?

R. M. Temperatura alta: Un horno encendido, una plancha caliente y una

sartén sobre la lumbre

Temperatura baja: El congelador de un refrigerador, un cubo de hielo, granizo

R. M. Las partículas de los objetos que se encuentran a una mayor

temperatura se mueven más rápido, mientras que a menor temperatura su

movimiento es más lento.

R. M. En el agua líquida las partículas se mueven más rápido, por esta razón

las fuerzas de cohesión son más débiles y tienen más libertad de moverse. En

el hielo, las partículas se mueven muy poco porque están muy juntas.

R. M. La comida cede energía al ambiente, es decir, pierde calor. Para

mantener su temperatura le debemos suministrar calor constantemente.

40

Fic

ha

7

El modelo cinético de partículas explica la tem-peratura de un cuerpo a partir de la velocidad de movimiento de sus partículas y, por tanto, de su energía cinética promedio. Las partículas de un cuerpo con mayor temperatura se mueven más rá-pidamente que las de otro con menor temperatura.

La temperatura de un material, objeto o cuerpo se relaciona con la rapidez de sus partículas. Es una cantidad escalar y, en realidad, es la medición de la energía cinética promedio de las partículas que componen un material.

Cuando se calienta un globo aumenta su volumen y si, por el contrario, se enfría, su volumen dismi-nuye.

De lo anterior se puede explicar que se caliente o se enfríe, el aire (gas) contenido en el globo es el mismo, no aumenta su masa y por ello podemos concluir que, de acuerdo con el modelo de partí-culas, el número de partículas no aumenta ni dis-minuye.

En este caso lo que aumentó al proporcionarle calor fue el movimiento de las partículas, lo cual provocó que estas se movieran con una mayor ve-locidad, debido a que las fuerzas entre partículas se debilitan ocasionando que estas se muevan con mayor libertad.

El caso contrario es cuando se enfría, la energía cinética de las partículas disminuye, al igual que su movimiento, por lo que la fuerza de atracción entre partículas disminuye también, provocando que se contraigan y que finalmente tenga una dis-minución de volumen.

El movimiento de las partículas y la temperatura

1. En la siguiente imagen se muestran las tres fases del agua en nuestra vida cotidiana. Identifica el estado de agregación de la materia y coloca sobre cada escalón el número a la fase del agua que corresponda según su temperatura.

Mayor temperatura

Aumento de temperatura

Aumento de velocidad de las molécula

Menor temperatura

1 2 3

3

2

1

41

Fic

ha

7

En algún momento probablemente has juntado dos objetos o materiales con temperaturas dife-rentes y has observado que estas cambian.

Así, cuando distintos objetos o materiales se en-cuentran a diferentes temperaturas y tienen con-tacto entre ellos, llegarán a una misma tempera-tura después de un lapso determinado de tiempo. Dicha temperatura también depende de la masa de los materiales u objetos, no es lo mismo usar 100 mL de agua a 40 °C que 500 mL.

Cuando una persona está corriendo su tempera-tura se eleva, por lo que empieza un proceso de sudoración para bajar dicha temperatura. El agua que se consume también ayuda a regularla y man-tener en equilibrio la temperatura corporal.

La temperatura de equilibrio térmico depende de tres cosas: del tipo de material (porque el aire no se calienta de la misma manera que el agua, por ejemplo), de la temperatura de los objetos o mate-riales y de la cantidad que se tenga de cada uno de ellos.

En el estado final, cuando ya se ha estabilizado y se alcanza la temperatura final, se le conoce como equilibrio térmico y se obtiene después de la transferencia de calor del material (u objeto) de mayor temperatura al de menor temperatura.

El termómetro es un ejemplo de un dispositivo que utiliza el equilibrio térmico.

El mercurio alcanza un equilibrio térmico, por lo que se mantiene constante durante un lapso de tiempo.

Equilibrio térmico con base en el modelo cinético de partículas

1. Menciona por qué es importante mantener un equilibrio térmico corporal.

2. Explica cuándo se alcanza el equilibrio térmico.

3. ¿Por qué cuando una persona tiene frío se frota las manos o comienza moverse?

Mercurio

Escala Fahrenheit

Escala Celsius

R. M. Es necesario mantener el equilibrio térmico para que todos los órganos

funcionen correctamente; por ejemplo, ante un golpe de calor la persona

podría sufrir delirio y la pérdida de conciencia, ya que el centro del cerebro

encargado de controlar las glándulas sudoríparas deja de funcionar.

R. M. Porque las partículas en el cuerpo comienzan a moverse produciendo

energía cinética y a mayor movimiento subirá más la temperatura.

R. M. Cuando la temperatura es la misma.

42

Fic

ha

7

Para profundizar en este aprendizaje, puedes consultar:

Ciencias 2. Física. Espacios Creativos,Editorial Santillana, páginas 164 a 171

Ciencias 2. Física. Fortaleza Académica,Editorial Santillana, páginas 120 a 125

4. ¿Qué relación tiene el derretimiento de los polos provocado por el cambio climático con el equilibrio térmico?

5. Observa la siguiente imagen. Se tienen tres tazas: en una hay agua caliente, en otra agua fría y en la tercera se vertirá el contenido de ambas al mismo tiempo; con base en ello, explica el proceso por el cuál el agua alcanzará el equilibrio térmico en la tercera taza.

6. Al juntar dos bloques de metal donde uno tiene una temperatura de 30 °C y el otro de 40 °C, ¿se encontrarán en equilibrio térmico en ese momento?

R. M. Un ejemplo de equilibrio térmico en la Naturaleza

se observa en los glaciares que han permanecido en los

mares y polos. El peligro del calentamiento global tiene

mucho que ver con un aumento de la temperatura de los

mares que, al sobrepasar el equilibrio térmico, provocan

que los glaciares se derritan. Con esto se destruye el

hábitat de muchos animales y provoca grandes cambios

climatológicos.

R. M. Al poner en contacto las bebidas caliente y fría, el

movimiento de las partículas de una de ellas se transmite,

mediante choques, a las partículas de la otra hasta igualar

las velocidades de ambas.

Las partículas de la bebida con más temperatura son más

rápidas, pues poseen más energía, y en cada impacto

ceden parte de su energía a las partículas más lentas con

las que entran en contacto.

Las partículas de la bebida que está a mayor temperatura se frenan

ligeramente; al mismo tiempo obligan a acelerarse a las partículas más

lentas de la bebida que está a menor temperatura.

Cuando se igualan sus velocidades, se dice que se alcanzó el equilibrio

térmico y, por tanto, ambos líquidos se encuentran a la misma temperatura.

R. M. No, pues es necesario que pase un tiempo para que la energía cinética

de las partículas del metal de mayor temperatura se transfiera al de menor

temperatura.