Semana 11 Martes

Semana11 martes SESIÓN 31	Unidad 3. Energía: fenómenos térmicos, tecnología y sociedad
contenido temático	1 Energía: su transferencia y conservación. • Ecuación calorimétrica (Q = mce Δt).

}

Conceptuales • Calcula la transferencia de energía entre sistemas debido a la diferencia de temperaturas. N3. Procedimentales ·         Describe los cambios de temperatura producidos por intercambio de energía ·         Manejo de material de laboratorio ·         Medición y relación de variables. ·         Presentación en equipo Actitudinales ·          Puntualidad, respeto, responsabilidad, tolerancia, solidaridad y actitud crítica.

De Laboratorio: -          Calorímetro, termómetro, parrilla eléctrica, placas de aluminio, cobre y hierro. De computo: -          PC conexión a internet. De proyección: -          Pizarrón, gis, borrador -          Proyector de acetatos o tipo cañón. Didáctico: -          Presentación  escrita en Word de la información indagada del programa del curso, en acetatos o Presentador.

FASE DE APERTURA El Profesor de acuerdo a su Planeación de clase presenta las siguientes preguntas: Preguntas ¿Cómo se mide la energía transferida entre cuerpos o sistemas? ¿Cómo se define el calor sensible y calor latente de un material? ¿Se puede medir la energía “contenida o cedido” en los alimentos? ¿Qué es la energía interna de la materia? ¿Cómo se puede emplear la energía interna de la materia para producir trabajo? ¿Cuál es la ecuación calorimétrica? Equipo 1 4 5 2 6 3 Respuesta Se mide con la ecuación calorífica Q= mce    t. El calor sensible es aquel que recibe un cuerpo o un objeto y hace que aumente su temperatura sin afectar su estructura molecular y por lo tanto, su estado. El calor latente es la energía requerida por una cantidad de sustancia para cambiar de fase, de solido a líquido (calor de fusión) o de líquido a gaseoso (Calor de vaporización) La energía contenida en los alimentos es expresada en kilojulios (kJ) y una kcal equivale a 4.184 kJ. La utilización diaria de energía se divide básicamente en tres partes: La primera es el índice metabólico de reposo y es la energía básica que necesita el organismo para las actividades elementales de todos los días, como mantener su temperatura, respirar, circular nuestra sangre, digerir, etc. La segunda es la necesaria para la actividad física que desarrollemos, sea deporte, trabajo o estar en la casa; y es conocida como factor de actividad. Y la tercera se aplica en los casos en que existan enfermedades, cirugías o periodos de recuperación de algunaoperación. La energía interna se define como la energía asociada con el movimiento aleatorio y desordenado de las moléculas. Está en una escala separada de la energía macroscópica ordenada, que se asocia con los objetos en movimiento. Se refiere a la microscópica invisible de la escala atómica y molecular. Por ejemplo, un vaso de agua a temperatura ambiente sobre una mesa, no tiene energía aparente, ya sea potencial o cinética El trabajo se puede producir por una transferencia de energía, es decir, un paso de energía de un sitio a otro, no es algo que se tiene o se almacena. El trabajo se localiza en la frontera del sistema, es una entrada o salida por las paredes del sistema, y no se refiere al interior de éste. Q=m*c*       T     Q=Cantidad de calor     M=Masa del cuerpo     C= Calor específico     T=Variación de temperatura                       MEDIDA DEL CALOR LATENTE DE VAPORIZACIÓN DEL AGUA Calcular la cantidad de calor requerida para elevar una masa de agua desde la temperatura ambiente (20oC ) hasta su punto de ebullición al nivel del mar. Equipo Masa de agua g ti   oC tf  oC Cantidad de calor calorías Q = m Cce (tf-ti) Ceagua= 1 cal/goC 1 100 20 100 8,000 2 200 20 100 16,000 3 300 20 100 24,000 4 400 20 100 32,000 5 500 20 100 40,000 6 600 20 100 48,000 En el cambio de estado líquido-vapor que se pone de manifiesto en la ebullición del agua, la energía del foco calorífico que se transfiere a las moléculas de agua hace que estas adquieran una gran energía cinética. Este aumento de energía hace que algunas moléculas sean capaces de vencer las fuerzas intermoleculares de la superfície del líquido que tienden a retenerlas y pasen a la fase vapor. La temperatura a que se produce este fenómeno recibe el nombre de temperatura de ebullición y se mantiene invariable aunque se aporte más energía al líquido. Si se continúa calentando, toda la energía adicional irá a evaporar más moléculas hasta que todas ellas hayan pasado a la fase gaseosa y solo entonces, empezará a calentarse el vapor resultante. Cuando la presión es de 1 atm (760 mm Hg), la temperatura de ebullición es de 100 oC, siendo menor cuanto menor es la presión atmosférica. Para transformar m gramos de agua a 100 oC en m gramos de vapor también a 100 o C se precisa una cantidad de energía en forma de calor QV. El calor de vaporización LV, es la cantidad de calor necesaria para que se evapore 1 g de agua. Por lo tanto puede determinarse como L V = QV /m El valor de LV establecido experimentalmente es 540 cal / g, ó 2.26 ·106 J / kg. Procedimiento experimental Los materiales que se utilizan en esta práctica deben disponerse como en la figura adjunta. Se comienza midiendo en la probeta con exactitud un volumen de agua V1=100 ml, que se echan en el Erlenmeyer. A continuación se coloca el termómetro de manera que el bulbo quede situado dentro del agua y se enciende el mechero Bunsen. Es importante no modificar la llama del mechero durante toda la experiencia. Cuando el agua alcanza 30 oC, se mide el tiempo de tarda en alcanzar los 70 oC, dato que se utilizará después para determinar la potencia calorífica, P, del mechero. Además del tiempo total, se anotarán los tiempos parciales a 40 oC, 50 oC y 60 oC, con el fin de construir la curva de calentamiento del mechero. En el momento en que el agua tiende a hervir, se mantiene así durante 10 minutos y se apaga el mechero. Transcurridos unos minutos y con cuidado, se afloja la nuez que sujeta la pinza y utilizando ésta como asa del Erlenmeyer se echa el agua caliente en la probeta, midiendo el volumen V, a partir del cual podemos conocer la parte que se evaporó, V2 (V2 = V1 – V). Suponiendo que la densidad del agua es 1 g/cm3 , tendremos así también la masa de agua evaporada, m2. Cálculos  El calor invertido en calentar el agua es: Q = m1Ce∆T (3) donde Ce es la capacidad calorífica del agua, Ce = 1.0 cal/g oC. Por lo tanto, la potencia calorífica del mechero, P, se puede calcular como P= Q/ ∆t     o    P= m1 Ce ∆t/ ∆t (4) Donde ∆t es el tiempo que se tarda en calentar el agua desde 30ºC a 70º C, expresado en segundos, y ∆T es el incremento de temperatura entre esos dos valores, es decir, 40º C. Sus unidades son cal/s. Con ese valor de P, se obtiene LV mediante la expresión: LV = 600P/m2  (Cal/g) Donde 600 es el número de segundos correspondientes a los 10 minutos que hemos calentado después de que el agua haya entrado en ebullición. Comparar el resultado obtenido con el experimental dado anteriormente y comentar cuáles son las posibles fuentes de error que expliquen las posibles discrepancias • Los alumnos efectúan alguna de las siguientes actividades experimentales, de acuerdo con el tiempo disponible. - Medición del calor específico de un metal a partir de la ecuación calorimétrica (uso del calorímetro). - Control de variables sobre el calor latente de fusión o vaporización de una sustancia. - Medición calorimétrica de la potencia de un foco. - Medición del “contenido energético” de los alimentos. - El calor de combustión de algún combustible como gasolina o alcohol. Se efectúa una discusión grupal donde se analizan los resultados y se comparan con lo predicho por la teoría. Los estudiantes elaboran un reporte escrito de los experimentos. • Resolución de ejercicios simples con la aplicación de la ecuación calorimétrica en mezclas de líquidos. Los alumnos discuten en equipo y escriben sus respuestas en documento electrónico, para contrastarlas con los demás equipos. FASE DE DESARROLLO -  Actividad experimental para determinar el calor especifico de tres metales La cantidad de calor recibido o cedido por un cuerpo se calcula mediante la siguiente fórmula Q=m·c·(Tf-Ti) Donde m es la masa, c es el calor específico, Ti es la temperatura inicial y Tf la temperatura final Si Ti>Tf el cuerpo cede calor Q<0 Si Ti<Tf el cuerpo recibe calor Q>0 La experiencia se realiza en un calorímetro consistente en un vaso (Dewar) o en su defecto, convenientemente aislado. El vaso se cierra con una tapa hecha de material aislante, con dos orificios por los que salen un termómetro y el agitador. Supongamos que el calorímetro está a la temperatura inicial T0, y sea mv es la masa del vaso del calorímetro y cv su calor específico. mt la masa de la parte sumergida del termómetro y ct su calor específico ma la masa de la parte sumergida del agitador y ca su calor específico M la masa de agua que contiene el vaso, su calor específico es la unidad Por otra parte: Sean m y c las masa y el calor específico del cuerpo problema a la temperatura inicial T. En el equilibrio a la temperatura Te se tendrá la siguiente relación. (M+mv·cv+mt·ct+ma·ca)(Te-T0)+m·c(Te-T)=0 La capacidad calorífica del calorímetro es k=mv·cv+mt·ct+ma·ca se le denomina equivalente en agua del calorímetro, y se expresa en gramos de agua. Por tanto, representa la cantidad de agua que tiene la misma capacidad calorífica que el vaso del calorímetro, parte sumergida del agitador y del termómetro y es una constante para cada calorímetro. El calor específico desconocido será por tanto: En esta fórmula tenemos una cantidad desconocida k, que debemos determinar experimentalmente. -          Los alumnos desarrollan las actividades de acuerdo a las indicaciones del Profesor FASE DE CIERRE        Al final de las presentaciones se lleva a cabo una discusión extensa, en la clase, de lo  que se aprendió. Para generar una conclusión grupal relativa a la aplicación del modelo de partículas para explicar los cambios de energía.                     Revisa el trabajo a cada alumno y lo registra en la lista de MOODLE. Actividad Extra clase: Los alumnos: Ø  Elaboraran su informe,  para registrar sus resultados en su Blog. Ø  Indagaran los temas siguientes de acuerdo al cronograma, y los depositaran en su Blog personal en la cual contendrá su información, Ø  Los integrantes de cada equipo, se comunicaran la información indagada y la procesaran en Googledocs,   Analizaran y sintetizaran los resultados, para presentarla al Profesor en la siguiente sesión.

El profesor revisara el Informe de la actividad depositado en el Blog personal.     Contenido: -           Resumen de la indagación bibliográfica. -          Informe de las actividades en el Aula-laboratorio.