Resumen

Siempre en casa cuando cocinan me he preguntado, cuándo colocamos una cacerola o sartén directamente al fuego en la estufa ¿qué  es lo que provoca que los alimentos puedan tener cocción?, también me he preguntado ¿Cómo afecta directamente el calor a los objetos y por qué se pueden presentar cambios físicos o no de los mismos?, es por ello que desarrollo esta investigación con el propósito de entender  y ayudar a comprender más sobre el calor y sus efectos directamente.

Pregunta de Investigación

Planteamiento del Problema

Para el desarrollo de esta investigación considere los siguientes cuestionamientos que he tenido:

Es común observar cuando mamá cocina ver como sale humo de la comida cuando está en la estufa, cuando mete cubos de agua al refrigerador estos cambian de estado liquido a estado sólido y en nosotros cuando hacemos ejercicio o estamos expuestos al sol escurre agua de nuestro rostro al que llamamos sudor.

Antecedentes

La energía puede presentarse de muy diferentes formas y pude cambiar de una a otra. Muchos tipos de energía pueden convertirse en calor. La energía electromagnética (luz), la electrostática (o eléctrica), la mecánica, la química, la nuclear, el sonido y la térmica, pueden calentar una sustancia haciendo que se incremente la velocidad de sus moléculas. Si ponemos energía en un sistema éste se calienta, si quitamos energía se enfría. Por ejemplo, si estamos fríos podríamos ponernos a saltar para entrar en calor.

• Historia del calor

La primera referencia formal sobre la importancia del fuego se encuentra en Heráclito (540 a. C.-475 a. C.), quien sostenía que el fuego era el origen primordial de la materia.

Para Anaxímedes lo caliente y lo frío son estados comunes de la materia. Consideraba que lo comprimido y condensado era frío, y que lo raro y “laxo” era caliente, por tanto, según él, la ‘‘rarefacción’’ daba cuenta del proceso mediante el cual se calentaban las cosas, hasta quedar convertidas en vapor.

Aristóteles (384 a. C.-322 a. C.), agregó dos pares de cualidades fundamentales: caliente y frío, seco y húmedo. La razón por la cual un cuerpo tenía cierta temperatura, venía dada por las cantidades que en él se encontraban estas dos cualidades fundamentales.

Galeno (129-199) propuso una escala cualitativa que costaba de cuatro estados de calor y cuatro de frío, el punto neutro se obtenía agregando cuatro partes de agua hirviendo y cuatro partes de hielo.²​

Estas ideas se mantuvieron durante más de 23 siglos. Es curioso observar, que en este período ya se apreciaba que algunos de los fenómenos físicos, como la dilatación de sólidos y líquidos, y la expansión térmica del aire y el vapor, dependían del calor, pero no se prestaba atención a las temperaturas porque no eran parte de las cualidades referidas en la física aristotélica.

Las ideas de Aristóteles comienzan a ser cuestionadas a mediados del siglo XVI, cuando se propone la existencia de una quintaesencia de la materia, la existencia de un agente universal responsable de todas las reacciones químicas. Robert Boyle (1627-1691), negó al fuego todo carácter corpóreo y consideró que debía existir cierta unidad de la materia, lo que implicaba que debería estar compuesta por corpúsculos.

Mientras, en el siglo XVII y los primeros años del XVIII, se originaron discusiones sobre la estructura de la materia y ocurrió otro acontecimiento importante en la historia del calor, Georg Stahl (1660-1734) enuncia la teoría del flogisto. Este no debe ser confundido con el fuego material, el que se manifiesta en la llama y en el calor cuando se producen combustiones, sino que es un elemento inaccesible que poseen todos los cuerpos combustibles.

En el transcurso del siglo XVII se oponen dos teorías sobre el calor, la del flogisto, y la que defendían los seguidores de los atomistas griegos, quienes admitían la corporeidad del fuego, considerando que éste se constituía por partículas pequeñas, ligeras y sutiles, que tenían a su vez una enorme movilidad para penetrar en la materia en sus diferentes estados, capaces de operar simplemente con su presencia en forma de fluido imponderable, el calórico. Entre 1775 y 1787 Lavoisier elaboró una teoría de los gases, en las que introducía el principio del calórico. En este periodo surgía el concepto de temperatura y empezaron a construirse termómetros, para medir la frialdad de las cosas. Joseph Black (1728-1799) utilizó estos termómetros para estudiar el calor, observando cómo las diferentes sustancias que se encontraban a desiguales temperaturas tendían a llegar a un equilibrio cuando se les ponía en contacto.³​

En 1798 Benjamín Thompson, conde de Rumford, observó en Baviera, que al perforar cañones, la cantidad de calor que se obtenía dependía del estado del taladro y llegó a la conclusión de que el calor no era un fluido, sino una forma de movimiento. Dedujo la posibilidad de generar por rozamiento una cantidad ilimitada de calor, ya que el calor generado era aproximadamente proporcional al trabajo realizado, hecho que no era fácilmente argumentable con la teoría del calórico. En 1812 Humphry Davy confirmó la presunción anterior. Esta idea culmina con los trabajos del médico y físico Julio R. von Mayer en 1842 y posterior y definitivamente en 1850 con James Prescott Joule, que establecen que el calor y el trabajo no son más que manifestaciones de la energía térmica, la cual puede ser convertida en un porcentaje en trabajo, mientras que el trabajo puede ser totalmente convertido en calor.⁴​

Finalmente se comprobó que el calor no podía ser entendido como una sustancia material, sino que es una forma de energía. Las medidas del equivalente mecánico del calor señalaron el fin de la teoría del calórico. De todo esto surge la termodinámica y de ella la máquina térmica. En la misma época en que se inició la termodinámica, estaba desarrollándose la teoría molecular de la materia, que permite formarse una idea coherente del calor y de los fenómenos que intervienen. La teoría cinética de los gases explicaba muchos de los fenómenos que por medio de la teoría del calórico no podían ser explicados.

Calor

El calor es una cantidad de energía y es una expresión del movimiento de las moléculas que componen un cuerpo.

Objetivo

Conocer los cambios físicos y las consecuencias de aplicar calor a diferentes objetos del mismo material, pero en diferentes circunstancias.

Justificación

Me he dado cuenta  en casa, cuando cocinan en la estufa el material en el cual están elaboradas las ollas y sartenes permiten la cocción de los alimentos, sin embargo el calor directamente que se ejerce en ellos no provoca un cambio físico, por lo cual me interesa conocer cuál es la razón.

Hipótesis

Si el calor que se aplica directamente sobre la materia entonces  logra un cambio físico en ella, permitiendo la transferencia de energía y manteniendo la temperatura.

Método (materiales y procedimiento)

Material

• 3 globos
• Agua
• Arena
• Aire
• 3 velas
• 1 cordón
• Palo de madera
• 3 vasos de cristal

Procedimiento

1. Rellenar e inflar un globo con agua.
2. Rellenar e inflar el segundo globo con arena.
3. inflar el tercer globo con aire.
4. Poner boca abajo los tres vasos de cristal alineados y encima de cada uno de ellos cada una de las velas
5. A la misma distancia de las velas colocar los globos en el palo de madera atándolos de tal forma que queden colgados.
6. Con las velas encendidas colocar los globos colgados del palo de madera.

Galería Método

Resultados

1. Resultado El globo de plástico al estar lleno de agua no explota debido a que el agua absorbe mucha energía, que es necesario para el cambio de estado,  produciendo que no suba la temperatura, manteniendo así el globo refrigerado.

Galería Resultados

Discusión

Aunque el calor y la temperatura están relacionadas, no son lo mismo. Cuando una sustancia, la temperatura de dicha sustancia aumenta y, por tanto, más calor significa generalmente una mayor temperatura. De hecho, muchas personas saben que la temperatura aumenta cuando un cuerpo está más caliente, por ejemplo, cuando tenemos fiebre. No obstante, ambas terminologías presentan algunas diferencias que tienen que ver con nuestra percepción.

Conclusiones

Logre identificar que la vela es una fuente de calor y añade energía a cualquier objeto que tiene cerca, en este caso al acercar el fuego al globo este no puede resistir la temperatura lo que permite que el globo estalle, al globo que contiene agua, el calor se transfiere al agua, el cual necesita mucho tiempo para calentarse, por lo tanto el globo nunca se caliente lo suficiente para explotar, si hay suficiente agua en el globo el calor puede ser eficientemente transferido al agua, el agua necesita una gran energía para calentarse por lo que permanece relativamente frío durante un largo tiempo enfriando al globo.

Bibliografía

http://legacy.spitzer.caltech.edu/espanol/edu/thermal/heat_sp_06sep01.htmlhttp://www.profesorenlinea.cl/fisica/MateriaCambiosFisicos.htmhttps://es.wikipedia.org/wiki/Calorhttps://definicion.de/calor/

Summary

Always at home when cooking, I wonder, when we place a saucepan or frying pan to the fire in the stove what makes the food may have cooking?, I have also asked how it directly affects the heat to the objects and by that physical changes may occur or not of the same?, that is why development this research with the purpose of understanding and helping to understand more about the heat and the effects directly.

Research Question

Problem approach

For the development of this research, consider the following questions that I have had:
It is common to observe when mom kitchen see how smoke comes out of the food when it is on the stove, when buckets of water to the refrigerator these change from liquid to solid state and in us when we exercise or we are exposed to the sun drips water on our face that we call sweat.

Background

The energy can be presented in very different ways and I was able to change from one to the other. Many types of energy can be converted into heat. The electromagnetic energy (light), the electrostatic discharge (or electric), the mechanical, chemical, nuclear, thermal and sound, can heat a substance causing it to increase the speed of its molecules. If we put energy into a system overheats, if we remove energy cools down. For example, if we are cold we could to jump to enter into heat.
Heat  History Of
The first formal reference about the importance of fire is found in Heraclitus (540 a. C.-475. C.), who argued that the fire was the primary source of matter.
For Anaximedes the warm and the cold are common states of matter. He believed that the pills and condensate was cold, and the rare and “lax” was hot, therefore, according to him, the ”rarefaction” gave account of the process by which warmed things, to be converted into steam.
Aristotle (384 a. C.-322. C.), added two pairs of fundamental qualities: hot and cold, wet and dry. The reason why a body had a certain temperature, was given by the amounts were these two fundamental qualities.
Galen (129-199) proposed a qualitative scale that cost of four states of heat and four of cold, neutral was obtained by adding four parts of boiling water and four parts of ice.2
These ideas were kept for more than 23 centuries. It is curious to observe, that in this period already showed that some of the physical phenomena, such as dilation of solids and liquids, and the thermal expansion of the air and vapor, dependent on the heat, but no attention was paid to the temperatures because they were not part of the qualities referred to in the Aristotelian physics.
The ideas of Aristotle begin to be questioned in the mid 16th century, when it proposes the existence of a quintessence of the matter, the existence of a universal agent responsible for all chemical reactions. Robert Boyle (1627-1691), denied the fire all corporeal nature and considered that there should be a certain unit of matter, which implied that it should be composed of corpuscles.
Meanwhile, in the 17th century and the early years of the 18th century, began discussions on the structure of matter and came up with another important event in the history of the heat, Georg Stahl (1660-1734) sets out the phlogiston theory. This is not to be confused with the fire material, which manifests itself in the flame and the heat when combustion, but it is an element inaccessible that possess all the bodies fuel.
In the course of the 17th century two theories about the heat, the phlogiston, and defending the followers of the Greek atomists, who admitted the corporeality of fire, considering that this is constituted by small particles, light and subtle, they had to turn a huge mobility to penetrate the matter in its different states, able to operate with just his presence in the form of fluid imponderable, the calorie intake. Between 1775 and 1787 Lavoisier developed a theory of gases, in which introduced the principle of calorie intake. In this period arose the concept of temperature and began to be built thermometer, to measure the coldness of the things. Joseph Black (1728-1799) used these thermometers to study the heat, watching as the different substances that were uneven temperatures tended to reach a balance when they are put in touch.3
In 1798 Benjamin Thompson, Count Rumford, observed in Bavaria, that when drilling royalties, the amount of heat that is obtained depended on the state of the drill and came to the conclusion that the heat was not a fluid, but a form of movement. He deduced the possibility of generating by rubbing an unlimited amount of heat, the heat generated was approximately proportional to the work done, a fact that was not easily arguable with the theory of caloric intake. In 1812 Humphry Davy confirmed the previous presumption. This idea culminates with the work of the medical and physical Julio R. von Mayer in 1842 and later, and definitively in 1850 with James Prescott Joule, which establish that the heat and work are not more than manifestac

Objective

To know the physical changes and the consequences of applying heat to different objects of the same material but in different circumstances.

Justification

To know the physical changes and the consequences of applying heat to different objects of the same material but in different circumstances.

Hypothesis

If the heat is applied directly on the matter then achieves a physical change in her, allowing the transfer of energy and maintaining the temperature.

Method (materials and procedure)

3 Material or balloons
or water
or sand
or Air

1 or 3 candles or cord
or stick of wood
or glass vessels 3
Procedure
1. Fill and inflate a balloon with water.
2. Fill the second balloon and inflate with sand.
3. inflate the third balloon with air.
4. Upside down the three crystal glasses aligned and above each one of them each one of the candles
5. At the same distance from the candles put the balloons in the wooden stick tying them in such a way that they are hung.
6. With the candles placed the balloons hung from the wooden stick.

Method Gallery

Results

The plastic balloon to be full of water does not explode because the water absorbs a lot of energy, which is necessary for change of state, producing that does not raise the temperature, thus maintaining the globe cooled.

Results Gallery

Discussion

Although the heat and temperature are related, they are not the same. When a substance, the temperature of the substance increases and, therefore, more heat usually means a higher temperature. In fact, many people know that the temperature increases when a body is warmer, for example, when we have a fever. However, there are some differences both terminologies that have to do with our perception.

Conclusions

To identify that sailing is a source of heat and adds energy to any object that is close, in this case to bring the fire to the balloon cannot withstand the temperature which allows the balloon to burst, the balloon that contains water, the heat is transferred to the water, which takes a long time to heat up, therefore the balloon was never hot enough to explode, if there is enough water in the balloon the heat can be efficiently transferred to the water, the water needs a great energy to stay warm by what remains relatively cold for a long time by cooling the balloon.

Bibliography

http://legacy.spitzer.caltech.edu/espanol/edu/thermal/heat_sp_06sep01.htmlhttp://www.profesorenlinea.cl/fisica/MateriaCambiosFisicos.htmhttps://es.wikipedia.org/wiki/Calorhttps://definicion.de/calor/