PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA
CN.F.5.2.9. Reconocer que un sistema con energía térmica tiene la capacidad de realizar trabajo mecánico deduciendo que, cuando el trabajo termina, cambia la energía interna del sistema, a partir de la experimentación (máquinas térmicas).
- Vida cotidiana: Si cocinas, hierves agua o usas una olla a presión, la primera ley de la termodinámica te ayuda a explicar cómo el calor que recibe un sistema se transforma en cambio de temperatura o en trabajo.
- Contexto social / académico: En motores, refrigeración o sistemas industriales, la primera ley permite analizar cómo la energía que entra o sale de un sistema se conserva y se transforma durante un proceso.
Organícense en grupos de 4 estudiantes para participar en una carrera de postas, para esta actividad necesitaras:
- 1 termómetro de pistola (por curso)
Antes de iniciar, cada integrante deberá medirse la temperatura corporal y registrarla.
Luego, realicen la carrera por relevos hasta completar el circuito determinado por el educador.
Al terminar, vuelvan a medirse la temperatura y comparen los valores obtenidos antes y después de la actividad.
El grupo que complete primero la carrera ganará 20 Krugs.
Después de la competencia, conversen en equipo y respondan estas preguntas:
- ¿Qué cambios notaron en su temperatura corporal después de correr?
- ¿Qué tipo de energía creen que utilizó su cuerpo durante la carrera?
- ¿En qué otras formas de energía se transformó esa energía mientras corrían?
- ¿Por qué apareció sudor o sensación de calor después del esfuerzo físico?
15 minutos para desarrollar la etapa
Durante los próximos 10 minutos, observa los videos sobre primera ley de la termodinámica, anota las ideas que más te impresionan
Durante los próximos 10 minutos, presta atención a la explicación de tu educador sobre las primera ley de la termodinámica. Aprovecha este momento para aclarar dudas, profundizar en las ideas que leíste y escucha con atención y participa si tienes preguntas o comentarios.
En 5 minutos elabora un formulario que incluyan las fórmulas necesarias para determinar la variación de la energía interna.
Guarda este formulario en una carpeta ya que a lo largo de este ciclo escolar lo utilizaremos para diversas actividades.
En el siguiente experimento observarás cómo la energía térmica puede transferirse hacia un sistema y producir cambios visibles en su comportamiento, sin que la energía se cree ni se destruya, para esto necesitaras:
- Una botella de plástico
- Un globo
- Un recipiente con agua caliente
Primero colocas el globo en la boca de la botella, sin inflarlo.
Luego introduces la botella en un recipiente con agua caliente.
Después de unos momentos, observarás que el globo empieza a inflarse.
¿Qué ocurre en este experimento?
El agua caliente transfiere energía térmica a la botella y al aire que está dentro.
Ese aire, al calentarse, aumenta su energía interna y tiende a expandirse.
Como no puede quedarse comprimido dentro de la botella, empuja hacia afuera e infla el globo.
En tu dispositivo explica como este experimento se relaciona con la primera ley de la termodinámica.
Dirígete a un espacio abierto o al laboratorio.
Para realizar este experimento necesitarás:
- alcohol
- una lata
- una esponja
- un contenedor con agua
- una lata de atún
- un encendedor
- algodón
- un plato desechable.
Primero, llena el contenedor con agua y resérvalo.
Luego, prepara una pequeña fuente de calor colocando dentro de la lata de atún un poco de algodón o un trozo de esponja y añade una pequeña cantidad de alcohol.
Después, coloca un poco de agua dentro de la lata y realiza dos pequeños orificios cerca de la parte superior, en lados opuestos, inclinados en la misma dirección.
Ubica la lata de manera que pueda sostenerse y moverse con facilidad sobre el agua del contenedor.
Enciende con cuidado el alcohol de la lata de atún y acerca la lata al calor para que el agua de su interior comience a calentarse.
Observa qué ocurre cuando el agua se transforma en vapor y empieza a salir por los orificios.
Puedes guiarte en el siguiente tutorial.
En grupos de 4 personas, construiremos un motor Stirling casero, para lo que necesitaras:
- Un codo 3/4
- Un cd
- 2 latas
- Taipe
- Banda de aluminio
- 1 hilo de pescar
- 1 globo
- 30 cm de alambre de hierro grueso
- Vela pequeña
Sigue los pasos del tutorial propuesto:
Durante la práctica, presta atención a cómo el sistema recibe calor y cómo esa energía se transforma en movimiento.
.Al finalizar, redacta una breve explicación sobre lo observado y explica cómo este experimento se relaciona con la primera ley de la termodinámica.
Organícense en grupos de 3 estudiantes.
Cada grupo recibirá un caso por parte del educador relacionado con un proceso termodinámico y deberá debatir si se trata de un proceso adiabático, isocórico, isobárico o isotérmico.
A partir de este caso, discutan en grupo y determinen:
- Qué tipo de proceso termodinámico representa;
- Qué características del caso les permiten llegar a esa conclusión;
- Por qué no corresponde a los otros tipos de proceso.
Al finalizar, cada grupo expondrá su postura y justificará su respuesta ante la clase.
230 minutos para desarrollar la etapa
Con base en el motor Stirling que construyeron en la anterior etapa, graba un video de máximo 3 minutos en la que analices cómo esta máquina térmica transforma la energía térmica en trabajo mecánico.
En tu explicación debes responder de forma clara:
- ¿Qué ocurrió con el aire o gas del sistema cuando recibió calor?
- ¿Cómo ese cambio dentro del motor produjo movimiento?
- ¿Qué tipo de trabajo mecánico realizó el motor?
- ¿Qué sucedió con la energía interna del sistema mientras el motor funcionaba?
Puedes apoyar tu respuesta con un esquema, dibujo o señalando las partes del motor.
IMPORTANTE:
No se evaluará solo que describas lo que viste, sino tu capacidad para explicar correctamente la transformación de energía térmica en trabajo mecánico y relacionarla con el cambio de energía interna del sistema.
10 minutos para desarrollar la etapa
NEE – Agregar el tipo de adaptaciones curriculares
Principio II: Pautas 6.1 – 6.3 – 6.4
Principio III: Pautas 7.1 – 8.1 – 9.1
ALUMNO 1: Constante monitoreo. Dar tiempo adicional para el desarrollo de la actividad y se reduce el número de ejercicios o se modifican los ejercicios con un nivel de dificultad reducido, de acuerdo con sus necesidades académicas.
ALUMNO 2: Constante monitoreo, Dar tiempo adicional para el desarrollo de la actividad y se reduce el número de ejercicios o se modifican los ejercicios con un nivel de dificultad reducido, de acuerdo con sus necesidades académicas.
ALUMNO 3: Constante monitoreo. Corroborar que el contenido entregado en clase haya sido comprendido por la estudiante mediante retroalimentación.