¿Como se transmite el calor? Para descubrirlo, nada mejor que realizar algunos experimentos de transferencia de calor como el que te proponemos. Nuestra propuesta es ideal para padres que quieran darle una clase práctica de física a sus hijos. Además, es muy divertido y fácil de realizar. ¿Te animas a llevarlo a cabo?
Una explicación sencilla de la transmisión de la temperatura
Hay 3 formas en que se transmite el calor, aunque nos enfocaremos principalmente en la conducción térmica.
¿Qué es la conducción térmica?
El fenómeno lo encontrarás con el nombre de termodinámica. Esta última palabra se divide en termo (calor) y dinámica (movimiento). El agua está formada por millones de moléculas en cada gota. Si el agua está fría, las moléculas se mueven con muy poca velocidad porque les falta energía.
Cuando el agua se calienta, la energía de las moléculas aumenta y se mueven con más rapidez. Al mezclar el agua fría con la caliente, las moléculas que van a mayor velocidad se frenan al chocarse con las más lentas. Poco a poco, la velocidad de todas las moléculas se iguala. Es decir, las moléculas del agua caliente aceleran a las del agua fría y ambas equilibran su velocidad.
Otro aspecto importante en lo que respecta a la temperatura es el aire, también compuesto por moléculas. Así, si ponemos una taza de agua caliente al lado de una de agua fría, las moléculas de la primera pasan al aire y de este al agua fría. En unos minutos, el agua caliente estará tibia y el agua fría también al igualarse la temperatura gracias al aire que rodea las tazas. Tras conocer cómo se propaga el calor, repasamos una de las leyes de la termodinámica.
¿Qué es la convección térmica?
En el caso anterior vemos que los materiales simplemente actúan como transmisores del calor. Pero no creas que siempre es así, fíjate que si tienes una olla caliente y la mueves, entonces el calor se mueve con la olla. El principio de convección térmica funciona de manera similar en gases y líquidos. Lo que ocurre acá es que la parte del fluido que está más caliente disminuye su densidad y eso genera que se desplace a la parte superior.
¿Por qué se desplaza? Es por el mismo principio por el que el agua hace flotar un pedazo de madera. En los fluidos cualquier objeto que tenga una densidad menor flotará, mientras que la densidad mayor se hundirá. Y en el caso de la temperatura es un ejemplo que es usado para elevar los globos aerostáticos, cuando se calienta el aire lo hace subir empujando el globo al cielo.
¿En qué consiste la radiación térmica?
¿Te has preguntado por qué logramos sentir calor del sol si en el espacio no hay materia que transmita el calor? La respuesta es que existe una manera de transmitirse sin materia. Y es que toda la materia que tenga calor emite ondas electromagnéticas, como la luz. Éstas se transmiten incluso en el vacío. Una vez estas ondas llegan al receptor se vuelven calor nuevamente. Así es que el sol nos manda el calor del verano con el que podemos disfrutar un día en la playa o en la piscina.
¿Qué es la ley cero de la termodinámica?
Su enunciado indica que, si hay equilibrio térmico entre un cuerpo A y un cuerpo B y este último tiene también equilibrio térmico con un cuerpo C, A y C también están en equilibrio térmico. La ley se aplica para confirmar que el equilibrio térmico se transmite de un cuerpo a otro.
Por ejemplo, si metemos una botella de agua en el frigorífico y la ponemos junto a una de zumo y a otra de té helado que llevan varios días refrigerándose, pasados unos minutos las tres botellas tendrán la misma temperatura.
Nuestro primer experimento de termodinámica
Es uno de los más sencillos que pueden hacerse en casa y permite que los niños se impliquen en su preparación. Para realizarlo necesitas los siguientes materiales:
- 1. Cubos de hielo. Antes de congelarlos debes añadir al agua o un colorante vegetal o unas gotas de tinta.
- 2. Tres vasos de vidrio transparente.
- 3. Un cronómetro como el del teléfono móvil.
- 4. Un termómetro.
Metodología
Tras dejar tres horas el agua en el congelador para obtener los cubitos de hielo, seguimos los siguientes pasos:
- Pon agua a una temperatura de entre 7º y 10º en uno de los vasos. Es la temperatura habitual de un frigorífico.
- En el segundo vaso, debes añadir agua tibia a una temperatura de entre 22º y 25º.
- Añade al tercer vaso agua a 100º. Es a esta temperatura cuando comienza a hervir y a cambiar de fase líquida a gaseosa.
- Debes poner un cubito de hielo en cada vaso. Es imprescindible comprobar qué sucede en cada vaso y cómo se comporta el colorante utilizado.
- Los datos deben tomarse cuando el hielo se derrita totalmente. Hay que ir midiendo el tiempo e ir tomando nota de lo que sucede en cada uno de los vasos.
¿Qué resultados debemos obtener con este experimento?
En el vaso que estaba a 10º se experimentará una subida de temperatura de medio grado en 24 minutos. El color se distribuye lentamente, aumenta la turbidez del agua y termina por estabilizarse.
En el vaso que estaba a 25º la temperatura aumentó 10º en cuatro minutos. El colorante fluye más rápidamente. Finalmente, el vaso que estaba a 100º provocó que el hielo se derritiera en un minuto.
Así, el hielo, el agua y el aire quedan en equilibrio termodinámico como podrás comprobar al ver el reparto del colorante en cada recipiente. El calor iba del cuerpo más caliente al cuerpo más frío (el hielo) confirmando así el ya comentado principio cero de la termodinámicas.
Efecto de la variación de la temperatura en el sulfato de cobre
En esta ocasión, descubriremos cómo regresa el calor. Los materiales necesarios para este experimento son:
- 1. Cristales de sulfato de cobre.
- 2. Un tubo de ensayo.
- 3. Agua.
- 4. Una fuente de calor.
- 5. Un cuentagotas.
- 6. Una pinza.
Metodología
Bajo la supervisión constante de un adulto, deben darse los siguientes pasos para conseguir el objetivo previsto:
- Añade al fondo del tubo de ensayo un poco de sulfato de cobre.
- Coge con las pinzas el tubo y calienta la base.
- Observa cómo el sulfato pasa de su original color azul a uno blanco mientras emite vapor de agua.
- Espera unos minutos a que se enfríe el tubo. Emplea el cuentagotas y vierte unas gotas de agua fría en el interior. Comprobarás cómo el sulfato recupera su color azul y el tubo comienza a calentarse.
¿Qué demuestra este experimento? Que el sulfato de cobre está compuesto de moléculas de agua que por la acción del calor se evaporan. Ello provoca que pierdan el color azul. Si añadimos agua, esta se adhiere a las moléculas de los cristales gracias a la reacción química contraria a la primera que se produjo. En este segundo caso, el sulfato despide la misma cantidad de calor que absorbió cuando se calentó por primera vez.
Así se confirma que el calor va, viene y se transmite de la manera expuesta en la ley 0 de la termodinámica. Para este segundo experimento es imprescindible usar las medidas de seguridad antes mencionadas y mantener cierta distancia con los más pequeños para evitar que puedan quemarse con el tubo de ensayo que emplees.
Como has comprobado, puedes hacer en tu casa cualquiera de estos dos experimentos y otros similares. Aprovecha el tiempo libre de tus hijos para convertirlo en uno en el que aprenderán de manera práctica como se transmite el calor. A buen seguro, les resultará mucho más fácil y divertido que leer la misma información en un libro de texto. Prepara ya tu laboratorio, elige el experimento que quieres llevar a cabo y conviértete ya en el profesor de física y química favorito de tus hijos.
