Libro de Saberes y Pensamiento Cientifico 2

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Calor, temperatura y energía: el experimento de Joule

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Respuesta rápida

Calor: energía en tránsito. Temperatura: energía cinética promedio. $1\,\text{cal} = 4.15\,\text{J}$ . $1\,\text{kcal} = 1000\,\text{cal}$ . Aislantes: vidrio, unicel.

📚 theory fisica ⭐⭐ Dificultad 2/5 ⏱ 6 min lectura

Solución — Página 175

Colección Sk´asolil. Saberes y pensamiento científico. Libro de Educación Telesecundaria Grado 2° Ciclo Escolar 2025 - 2026

Ejercicio 1

Análisis de la página

La página es de carácter teórico y no presenta ejercicios con enunciados numerados. A continuación se explican y resuelven los conceptos y cálculos implícitos en el texto.

Ejercicio 1

Escalas termométricas

Se mencionan tres escalas: Celsius, Fahrenheit y Kelvin. Sus puntos de referencia son:

Celsius: $0^\circ\text{C}$ (fusión del hielo) y $100^\circ\text{C}$ (ebullición del agua a nivel del mar).
Fahrenheit: $32^\circ\text{F}$ y $212^\circ\text{F}$ .
Kelvin: $273.15\,\text{K}$ y $373.15\,\text{K}$ .

La relación entre Celsius y Kelvin es:

$T(\text{K}) = T(^\circ\text{C}) + 273.15$

Ejercicio 2

El experimento de Joule

James Prescott Joule (1818-1889) demostró que el trabajo mecánico puede transformarse en calor. En su dispositivo, las pesas al caer hacen girar una rueda de paletas que agita el agua, aumentando su temperatura.

La energía potencial gravitatoria de las pesas se convierte en energía térmica del agua:

$E_p = m \cdot g \cdot h$

$Q = m_{\text{agua}} \cdot c \cdot \Delta T$

Donde $c = 1\,\text{cal}/(\text{g}\cdot^\circ\text{C})$ es el calor específico del agua.

Ejercicio 3

Equivalencia entre caloría y joule

Joule concluyó que se requieren $4.15\,\text{J}$ (valor aproximado; el valor moderno es $4.184\,\text{J}$ ) para elevar $1^\circ\text{C}$ la temperatura de $1\,\text{g}$ de agua a nivel del mar.

$1\,\text{cal} = 4.15\,\text{J} \approx 4.184\,\text{J}$

Ejercicio 4

Unidades de energía en los alimentos

En los empaques se usa el kilojoule (kJ) o la kilocaloría (kcal):

$1\,\text{kcal} = 1000\,\text{cal} = 4184\,\text{J} = 4.184\,\text{kJ}$

Ejercicio 5

Calor y temperatura

El calor es energía en tránsito que fluye del cuerpo de mayor temperatura al de menor temperatura. La temperatura es una medida de la energía cinética promedio de las partículas. Los materiales conductores (metales) permiten el paso del calor; los aislantes (vidrio, unicel, poliestireno expandido) lo impiden.

Respuesta

La página define el calor como energía en movimiento, la caloría como la energía para elevar $1^\circ\text{C}$ a $1\,\text{g}$ de agua, y establece que $1\,\text{cal} = 4.15\,\text{J}$ .

Contenido de la página

Otras escalas para medir la temperatura son las del alemán Gabriel Daniel Fahrenheit (1686-1736) y la del irlandés William Thomson Kelvin (1824-1907), quienes propusieron distintos puntos de referencia.

El físico inglés James Prescott Joule (1818-1889) llevó a cabo entre los años 1840 y 1850 una serie de experimentos que le permitieron establecer la relación entre energía térmica y energía cinética. Con ellos pudo comprobar que una variación específica en la temperatura es producto de determinada cantidad de energía cinética añadida al sistema.

En el interior del dispositivo (que se muestra en la imagen), Joule colocó una rueda de paletas unidas a unas pesas. Cuando las pesas caen por efecto de la gravedad, hacen girar la rueda que agita el agua. La agitación provoca un aumento en la temperatura del agua.

El joule (J), o julio, es la unidad con la que se mide el calor. Luego de muchos experimentos, Joule concluyó que se requieren 4.15 J para generar la cantidad de calor necesaria para aumentar 1 °C la temperatura de 1 g de agua a nivel del mar, valor que conocemos como caloría.

En los empaques de alimentos es común encontrar información acerca de su contenido energético. Para los alimentos, este registro está en kilojoules (kJ) o en kilocalorías (kcal), que equivalen a 1000 cal.

Existe una relación entre el calor y la temperatura, porque el calor es energía en movimiento que se transfiere de un cuerpo con mayor temperatura a otro con menor temperatura. Conocer distintos materiales conductores y aislantes nos permite entender por qué la cubierta de un invernadero generalmente está fabricada con vidrio o algún otro aislante, o por qué al construir una vivienda se emplea poliestireno expandido, también llamado unicel, un material que impide que las viviendas transfieran su calor al exterior cuando hace frío.

Ejemplos resueltos

Si un alimento aporta 250 kcal, ¿cuántos joules representa?

Convertir kcal a cal: $250\,\text{kcal} \times 1000 = 250000\,\text{cal}$ .
Convertir cal a J: $250000\,\text{cal} \times 4.15\,\text{J/cal} = 1037500\,\text{J}$ .

Respuesta: $250\,\text{kcal} = 1.04 \times 10^6\,\text{J}$ .

Tabla

Escala	Punto de fusión	Punto de ebullición
Celsius	0 °C	100 °C
Fahrenheit	32 °F	212 °F
Kelvin	273.15 K	373.15 K

Diagrama

graph TD
  A[Energía potencial de las pesas] --> B[Caída de las pesas]
  B --> C[Giro de la rueda de paletas]
  C --> D[Agitación del agua]
  D --> E[Aumento de temperatura del agua]
  E --> F[Energía térmica]

Fórmulas y ecuaciones

$1\$ , $\text{cal}$ = $4.15\$ , $\text{J}$

$1\$ , $\text{kcal}$ = $1000\$ , $\text{cal}$

$1\$ , $\text{cal}$ = $4.15\$ , $\text{J}$

$1\$ , $\text{kcal}$ = $1000\$ , $\text{cal}$

T( $\text{K}$ ) = $T(^\circ$ $\text{C}$ ) + 273.15

Q = m $\cdot$ c $\cdot$ $\Delta$ T

Glosario (6)

Calor: Energía en tránsito que se transfiere de un cuerpo de mayor temperatura a otro de menor temperatura.
Temperatura: Magnitud que mide la energía cinética promedio de las partículas de un cuerpo.
Caloría: Cantidad de calor necesaria para elevar 1 °C la temperatura de 1 g de agua a nivel del mar.
Joule: Unidad del Sistema Internacional para medir energía y calor.
Aislante térmico: Material que impide o dificulta la transferencia de calor.
Conductor térmico: Material que permite el paso del calor con facilidad.

Preguntas para practicar

¿Por qué el calor es energía en movimiento?

Porque el calor no es algo que un cuerpo 'tenga' en reposo, sino energía que se transfiere de un cuerpo a otro debido a una diferencia de temperatura. El flujo cesa cuando ambos cuerpos alcanzan el equilibrio térmico.

¿Por qué se usa unicel en la construcción de viviendas?

El unicel (poliestireno expandido) es un aislante térmico que atrapa aire en su interior, dificultando la transferencia de calor. Así impide que el calor interno se escape cuando hace frío y que el calor externo entre cuando hace calor.

Temas y conceptos clave

Escalas termométricasExperimento de JouleCalor y temperaturaUnidades de energíaConductores y aislantesCalorTemperaturaCaloríaJouleEnergía cinéticaEnergía térmicaAislante térmico

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Figuras de la página (2)

Dispositivo de Joule: rueda de paletas dentro de un recipiente con agua, conectada mediante poleas a dos pesas (Pesa 1 y Pesa 2). Incluye un termómetro y una regla métrica. — Figura 1 image

Etiqueta de información nutrimental de un producto alimenticio que muestra contenido energético, proteínas, grasas, carbohidratos, fibra, sodio, vitaminas y calcio. — Figura 2 image

Preguntas que la gente también hace

¿Cuál es la diferencia entre calor y temperatura?

Consulta la solución completa arriba o explora el libro entero para temas relacionados.

¿Cómo demostró Joule la equivalencia entre trabajo y calor?

Consulta la solución completa arriba o explora el libro entero para temas relacionados.

¿Cuántos joules tiene una caloría?

Consulta la solución completa arriba o explora el libro entero para temas relacionados.

¿Qué materiales son aislantes del calor?

Consulta la solución completa arriba o explora el libro entero para temas relacionados.

📌 Antes de leer esto

• Concepto de energía
• Unidades de masa y temperatura
• Escalas Celsius y Kelvin

Siguiente tema sugerido

Transferencia de calor: conducción, convección y radiación

📝 Transcripción de la página (texto seleccionable) 1945 caracteres

El fisico inglés James Prescott Joule (1818-1889) llevó a cabo entre los anos 1840 y 1850 una serie de experimentos que le permitieron establecer la relación entre energía térmica y energia cinética. Con ellos pudo comprobar que una variación específica en la temperatura es producto de determinada cantidad de energía cinética anadida al sistema.

El joule (J), o julio, es la unidad con la que se mide el calor. Luego de muchos experimentos,Joule concluyó que se requieren 4.15 J para generar la cantidad de calor necesaria para aumentar 1 *C la temperatura de 1 g de agua a nivel del mar, valor que conocemos como caloria.

Existe una relación entre el calor y la temperatura, porque el calor es energia en movimiento que se transfere de un cuerpo con mayor temperatura a otro con menor temperatura. Conocer distintos materiales conductores y aislantes nos permite entender por qué la cubierta de un invernadero generalmente está fabricada con vidrio o algún otro aislante, o por qué al construir una vivienda se emplea poliestireno expandido, también llamado unicel, un material que impide que las viviendas transfieran su calor al exterior cuando hace frio.

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