B.1 · Transferencias de energía térmica

Este folleto cubre temas seleccionados del SL para el curso evaluado por primera vez en 2025; no constituye el programa completo.

Requisitos previos: leer las cantidades y unidades indicadas, y aplicar aritmética y las condiciones del modelo siguientes.

Los ejemplos son originales y ficticios: no son mediciones reales ni investigaciones estudiantiles reales.

¿Qué explicaría esta observación?

• Dos masas iguales reciben la misma energía pero muestran diferentes aumentos de temperatura. Las propiedades del material determinan cómo cambia la temperatura con la transferencia de energía.

Construya el modelo

• La capacidad calorífica específica es la energía necesaria para elevar la temperatura de una unidad de masa en un grado.
• El calor latente específico relaciona la energía con el cambio de estado sin variación de temperatura para el proceso idealizado.
• capacidad calorífica específica: Energía por unidad de masa por aumento de temperatura.
• calor latente: Energía asociada a un cambio de estado.

Elija evidencias que puedan probarlo

• La temperatura se relaciona con el movimiento de partículas en un modelo; la energía interna incluye contribuciones cinéticas y potenciales.
• Durante un cambio de estado, la energía puede modificar las disposiciones de las partículas en lugar de alterar la temperatura.

En el laboratorio: Mide la masa, la entrada eléctrica y el cambio de temperatura de un bloque aislado. Asegúrate de que el sensor de temperatura tenga buen contacto, permite tiempo para la equilibración y considera la energía transferida al entorno.

Trabaje desde cantidades conocidas

• Datos conocidos: un bloque de 0.50 kg gana 2,000 J y aumenta su temperatura en 10 °C.
• Usa E = mcΔT.
• Al despejar se obtiene c = E/(mΔT). c = 2,000/(0.50×10) = 400 J por kilogramo por grado.
• La pérdida de calor haría que el valor inferido a partir de la entrada eléctrica fuera demasiado grande.

Tu turno: Una muestra de 2 kg con c=500 J por kilogramo por grado se calienta 3 °C. Encuentra la ganancia de energía.

Verifique la conclusión y sus límites

• Un tramo horizontal en una curva de calentamiento puede indicar un cambio de fase, no la ausencia de transferencia de energía.
• No sustituyas la temperatura por una diferencia de temperatura en E = mcΔT.

No es cierto: Una meseta de temperatura siempre significa cero transferencia de energía. Una meseta en una curva de calentamiento marca un cambio de fase, donde la energía se utiliza para alterar la disposición de las partículas como calor latente. La transferencia de energía continúa; solo la temperatura se detiene momentáneamente.

Clave:

• La capacidad calorífica específica es la energía necesaria para elevar la temperatura de una unidad de masa en un grado.
• La temperatura se relaciona con el movimiento de partículas en un modelo; la energía interna incluye contribuciones cinéticas y potenciales.
• Presta atención: Un tramo horizontal en una curva de calentamiento puede indicar un cambio de fase, no la ausencia de transferencia de energía.

Escribir a partir de un aumento de energía de 4000 J

• Una muestra de 0.40 kg con capacidad calorífica específica de 2000 J por kilogramo por grado se calienta 5 grados.
• Encuentra la ganancia de energía. Una meseta de temperatura aún puede transferir energía.

Escribir a partir de una temperatura final de 30 grados

• Un bloque de 2.0 kg a 20 °C gana 8,000 J; su calor específico es 400 J por kilogramo por grado.
• El ascenso de temperatura es 8,000 ÷ (2.0 × 400) = 10 °C, por lo que la temperatura final es 30 °C.

Escribir a partir de una lectura de meseta

• Una sustancia en fusión recibe energía constante mientras su temperatura permanece fija.
• La energía rompe enlaces, no aumenta la energía cinética promedio de las partículas; una meseta representa energía almacenada, nunca energía desperdiciada.