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3° Secundaria (14-15 años)

Energía térmica y equilibrio térmico

Thermal Energy and Thermal Equilibrium

La temperatura mide cuán activamente se mueven las partículas que forman una sustancia. Si el agua caliente y la fría se tocan, el calor va de alta a baja temperatura hasta que igualan en equilibrio térmico. El calor Q se halla con Q = mcΔt (masa por calor específico por cambio de temperatura), y en el equilibrio el calor perdido es igual al ganado. En esta página cambia la temperatura y el tiempo para ver el movimiento de las partículas y el camino al equilibrio.

Temperatura y movimiento de partículas
🔥 Intuición — más calor, más agitación
①La materia está hecha de partículas (moléculas)
②Siempre se están moviendo
③A más T, más rápido se mueven
④T = grado de agitación de las partículas
50°C
Transferencia y equilibrio térmico
↔️ El calor va de caliente a frío
①Si juntas agua caliente con fría
②El calor pasa de la caliente a la fría
③Tras un tiempo igualan T
④Eso es el 'equilibrio térmico'
0
Energía térmica y calor
🌡️ ¿Qué es el calor Q?
①Cantidad de calor que absorbe o cede un cuerpo
②Unidades: cal o J
③1 cal = calor para subir 1 g de agua 1 °C
④1 cal ≈ 4,2 J
Fórmula del calor
Q = m · c · Δt
calor = masa × calor específico × variación de T
Resumen
Calor
Q = mcΔt
Q (cal) = m (g) × c (cal/g·°C) × Δt (°C)
Condición de equilibrio
Qcedido = Qabsorbido
el calor cedido por uno = el absorbido por otro
Conversión
1 cal ≈ 4,2 J
relación entre caloría y julio
🎯 Puntos clave
①T = agitación de partículas
②El calor va de alta a baja T
③Equilibrio: T iguales
④Q = mcΔt (a más c, menos ΔT)
⑤El agua tiene c = 1 cal/g·°C (grande)
Ejemplos y evaluación de unidad
Ejemplo 1
¿Cuánto calor, en calorías, se necesita para subir 100 g de agua de 20°C a 30°C? (calor específico del agua = 1 cal/g·°C)
1
Calor Q = masa (m) × calor específico (c) × variación de temperatura (Δt).
2
Q = 100 g × 1 cal/g·°C × (30 − 20)°C = 100 × 1 × 10 = 1000 cal.
▸ 1000 cal (100 × 1 × 10)
Cuanto mayor es el calor específico, más calor hace falta para subir la temperatura lo mismo.
Ejemplo 2
Cuando se mantienen en contacto agua caliente y agua fría, al cabo de un rato ambas alcanzan la misma temperatura. ¿En qué dirección se mueve el calor y cómo se llama el estado que se alcanza?
1
El calor siempre se mueve del objeto más caliente al más frío.
2
El estado en el que los dos objetos alcanzan la misma temperatura y el calor ya no fluye se llama equilibrio térmico.
▸ El calor se mueve de caliente a frío / el estado de igual temperatura = equilibrio térmico
En el equilibrio térmico el calor cedido es igual al calor absorbido (Q cedido = Q absorbido).
Evaluación de unidad
¿Cuál afirmación sobre la energía térmica y el equilibrio térmico es correcta?
①El calor se mueve por sí solo de frío a caliente
②Cuanto mayor es la temperatura, más lento se mueven las partículas
③En el equilibrio térmico los dos objetos tienen la misma temperatura
④La unidad de calor es el °C
⑤Cuanto mayor es el calor específico, más rápido cambia la temperatura
▸ ③ En el equilibrio térmico los dos objetos tienen la misma temperatura
1
El calor se mueve de caliente a frío (① falso), y cuanto mayor es la temperatura, más rápido se mueven las partículas (② falso).
2
La unidad de calor es la caloría o el julio (④ falso), y cuanto mayor es el calor específico, más despacio cambia la temperatura (⑤ falso); en el equilibrio térmico los dos objetos tienen la misma temperatura (③ correcto).
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