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Experimento - Medios didácticos para experimentar/El calor de evaporación/El calor de evaporación (Instrucción para los profesores) (editar)

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La reducción de la temperatura al producirse la evaporación también se puede interpretar de otra forma, a saber, la reducción de la velocidad media de las partículas. La tabla que figura a continuación contrasta observaciones macroscópicas con las explicaciones a nivel de partículas.
 
La reducción de la temperatura al producirse la evaporación también se puede interpretar de otra forma, a saber, la reducción de la velocidad media de las partículas. La tabla que figura a continuación contrasta observaciones macroscópicas con las explicaciones a nivel de partículas.
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{| class="wikitable" style="width:80%; margin:1em auto 1em auto; background:#ffffff;"
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|-
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|style="text-align:center";|'''macroscópico'''
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|style="text-align:center";|'''en el modelo de partículas'''
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|-
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|Un líquido tiene una temperatura determinada.
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|La temperatura es un parámetro para la velocidad media de las partículas. (Dicho con mayor precisión: La temperatura es proporcional al valor promedio del cuadrado de la velocidad).
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|-
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|Una parte del líquido se evapora.
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|Las partículas individuales pueden tener velocidades considerablemente superiores a otras. Las partículas más rápidas poseen suficiente energía como para abandonar la unión líquida.
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|-
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|El líquido se enfría.
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|Cuando las partículas más rápidas abandonan la unión líquida quedan sólo las más lentas y con ello bajan la velocidad media de las partículas.
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|}
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La evaporación del agua depende también de la humedad atmosférica. Si la humedad atmosférica es elevada la evaporación será menor. Se puede aumentar la evaporación si se sopla la superficie del agua. De esta forma, el aire ya de por sí enriquecido con moléculas de agua es sustituido por aire más seco que puede absorber más humedad.
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La cantidad de energía necesaria para la evaporación depende, además, del líquido. El alcohol se evapora más fácilmente que el agua. Por ello el efecto de enfriamiento de trapos empapados en alcohol (p. ej., las “toallitas húmedas”) es mayor que el de trapos empapados en agua. La tendencia mayor del alcohol a evaporarse tiene que ver con el punto de ebullición inferior del alcohol. Esto a nivel de partículas es equivalente a unas fuerzas adhesivas menores entre las moléculas del líquido.
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=====Experimento parcial 1: ¿Por qué se siente frío al tener la ropa mojada?=====
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Este experimento se basa en una experiencia de la vida cotidiana, es decir, que cuando uno tiene la ropa mojada (p. ej., cuando tiene el bañador mojado) se siente mucho más frío que si está seco. Este fenómeno se enmarca deliberadamente en un experimento en el que se humedece la mano con agua. En el siguiente paso con un pedazo de cartón o un material similar se abanica el aire sobre la piel mojada.
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'''La transferencia de conocimientos'''
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El fenómeno del “frío de evaporación” se puede observar en numerosas aplicaciones cotidianas.
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*El cuerpo humano aprovecha el efecto de enfriamiento por medio de la evaporación al transpirar.
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*Los perros logran evaporar agua al jadear.
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*Los recipientes refrigeradores de arcilla funcionan según el mismo principio. Antes de la utilización se mojan refrigeradores con agua. En algunos países africanos se utilizan jarras de arcilla mojadas para refrigerar en ellas los alimentos y que se conserven durante más tiempo.
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*Los trapos húmedos que se cuelgan en una habitación pueden ayudar en pleno verano a refrigerar el ambiente.
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*Las casas de barro en regiones desérticas son sistemas naturales de climatización sin necesidad de tener energía eléctrica. Por la noche la humedad se condensa en las paredes y cede calor a la casa. Durante el día la humedad vuelve a evaporarse y se quita calor a las paredes.
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El aprovechar el efecto de enfriamiento en bebidas alcohólicas se encuentra en las toallitas húmedas, en pomadas medicinales y aerosoles o desodorantes.
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=====Experimento parcial 2: ¿Cómo se enfría un disco de algodón mojado?=====
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En este experimento se muestra el fenómeno del “frío de evaporación” de forma objetiva y mensurable. Ahora se puede investigar sistemáticamente cuán grande es el efecto de enfriamiento en determinadas condiciones. La influencia del aire y del líquido se puede precisar mediante mediciones. En la variante más sencilla, el experimento sólo se realiza con agua.
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Adicionalmente es posible examinar en el experimento también lo que sucede con líquidos que contienen alcohol.
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Las siguientes gráficas muestran los resultados de una medición digital de un disco de algodón mojado en agua y otro en alcohol etílico, así como de dos discos de algodón mojados en agua, de los que uno quedó expuesto a un chorro de aire frío de un secador de pelo. Las mediciones se realizaron en cada caso durante 10 minutos.
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<gallery  mode=packed heights=195px  caption="Fig. 5 La conexión del cable de medición al multímetro digital" >
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Archivo:Fig 1 Las curvas muestran el enfriamiento de dos discos.jpg|Fig 1. Las curvas muestran el enfriamiento de dos discos de algodón durante un lapso de 10 minutos; en rojo: el disco mojado en agua, en negro: el disco de algodón mojado en alcohol etílico.
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Archivo:Fig 2 Las curvas muestran el enfriamiento de dos discos.jpg|Fig 2. Las curvas muestran el enfriamiento de dos discos de algodón durante un lapso de 10 minutos; en rojo: un disco en el que no se hizo nada, en negro: disco sometido al chorro de aire frío del secador.
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</gallery>
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Las mediciones no tienen que ser realizadas de forma digital, como se muestra en el ejemplo, sino que pueden efectuarse también con un reloj de pulsera o un cronómetro. Los diagramas sirven para estimar los efectos.
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*La temperatura baja en un lapso de 10 minutos. Después de 10 minutos no se puede observar casi ningún cambio.
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*La diferencia de temperatura en los experimentos con el disco de algodón mojado en agua es de aprox. 9 ºC.
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*Con alcohol etílico, la diferencia de temperatura es considerablemente mayor, alcanzando aprox. los 14 ºC. Se produce ya en una fase temprana.
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*Al exponer el disco de algodón al aire del secador la temperatura no se puede reducir más hacia abajo. En cambio, la menor temperatura se alcanza antes (aquí ya después de 2 minutos en vez de 9 minutos).
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*Al soplar se refuerza el proceso de equilibrio térmico con el entorno. Por ello, después de 10 minutos la temperatura que se mide en el disco de algodón expuesto al aire del secador es superior que en el disco de algodón en el que no se hizo nada.
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=====La transferencia de conocimientos=====
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En las neveras de compresor, la refrigeración también se produce en el interior mediante la evaporación del líquido refrigerante. Una bomba se encarga de que el líquido refrigerante se vuelva a comprimir fuera del espacio refrigerado. La energía que se quita en la evaporación al espacio refrigerado vuelve a liberarse al entorno en el proceso de condensación. El mismo principio tiene lugar a la inversa en la aplicación de la bomba de calor.
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====Variantes de ejecución====
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La refrigeración mediante el movimiento del aire puede realizarse de diferentes maneras (con el chorro de aire del secador, con un abanico, soplando con la boca o moviendo el termómetro). Los alumnos y alumnas pensar en otras formas de reforzar el efecto de enfriamiento y ponerlas sus ideas a prueba.
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===Informaciones adicionales sobre el experimento===
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El profesor nigeriano Mohammed Bah Abba recibió numerosos premios por inventar una “nevera” según el principio del “frío de evaporación”. De esa forma se puede reducir el camino realizado a diario a los mercados.
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Para preparar y/o profundizar este experimento encontrará información complementaria en el Portal de Medios de la Siemens Stiftung: https://medienportal.siemens-stiftung.org
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===Observaciones sobre la realización del experimento===
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====Lugar en el que se realiza el experimento====
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El experimento puede realizarse bajo vigilancia y siguiendo las instrucciones del profesor o de la profesora por los alumnos y alumnas en cualquier aula.
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====Tiempo necesario====
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{|class="wikitable" style="width:80%; margin:1em auto 1em auto; background:#ffffff;"
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|- valign="top"
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|
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|style="text-align:center;"|'''preparación y realización'''
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|style="text-align:center;"|'''evaluación, preguntas'''
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|- valign="top"
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|Experimento parcial 1
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|style="text-align:center;" colspan="2"|10 a 15 minutos
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|- valign="top"
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|Experimento parcial 2
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|35 minutos*
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|15 minutos
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|}
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*Para reducir el tiempo necesario es posible compartir el trabajo de las tres variantes de experimentación.
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====Advertencias de seguridad====
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Los experimentos sólo pueden ser realizados bajo la vigilancia del profesor o de la profesora. Hay que advertir a los alumnos y alumnas que los materiales suministrados sólo se deben utilizar siguiendo las instrucciones correspondientes.
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En este experimento no hay peligros especiales.
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En el experimento parcial 1 hay que procurar que no se use alcohol bebible y que se indique a los alumnos y alumnas que no se puede beber.
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====Aparatos y materiales====
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'''A adquirir o preparar previamente:'''
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*agua
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*trapos
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*una pequeña botella de alcohol no bebible, p. ej., alcohol etílico o propanol
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*si hace falta, toallitas húmedas (en vez de alcohol).
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*cronómetros o relojes con segundero
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*cartón, cuadernos o algo similar para usarlos como abanicos
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'''Incluido en el suministro:'''
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Los aparatos y materiales entregados son suficientes para que ochos grupos de alumnos realicen el experimento en paralelo.
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Para un grupo de alumnos se requieren los siguientes materiales de la caja:
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{|class="wikitable" style="width:80%; margin:1em auto 1em auto; background:#ffffff;"
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|- valign="top"
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|style="text-align:center;"|'''material'''
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|style="text-align:center;"|'''cantidad'''
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|- valign="top"
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|termómetro digital*
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|style="text-align:center;"|1x
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|- valign="top"
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|disco de algodón, paquete
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|style="text-align:center;"|1x para toda la clase
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|}
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*Antes de utilizarlo la primera vez hay que quitarle la capa protectora de plástico. Para prender el termómetro oprimir el botón “on/off”. Después de realizar el experimento volver a apagar el termómetro presionando nuevamente el botón “on/off”. Al presionar el botón “°C/°F” se puede cambiar la escala de temperatura de grados centígrados a Fahrenheit.
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[[Archivo:Fig 3 Aparatos y materiales incluidos en el suministro para un grupo de alumnos.jpg|195px|center|thumbnail|Fig. 3: Aparatos y materiales incluidos en el suministro para un grupo de alumnos.]]
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====Poner orden, eliminar residuos, reciclar====
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Todos los aparatos y casi todos los materiales suministrados en la caja se pueden reutilizar. Por ello debería asegurarse de que al concluir cada experimento coloquen todo nuevamente en la caja correspondiente. Así estará seguro de que Ud. y sus compañeros de trabajo encuentren todo rápidamente cuando lo quieran volver a utilizar.
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Los aparatos que se hayan ensuciado al realizar los experimentos, como, p. ej., vasos, recipientes, cucharas, tubos de ensayo, deberían ser limpiados antes de colocarlos en las cajas. Lo más fácil es que los alumnos y alumnas se ocupen de hacerlo al finalizar el experimento.
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Además, asegúrese de que los aparatos estén listos para ser utilizados en la próxima ocasión.
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Por ejemplo, hay que poner a cargar las pilas usadas. (También es recomendable cuando no se han usado las pilas desde hace tiempo).
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Los materiales no reciclables como, p. ej., las barritas de medición del valor pH o el papel de filtro, deben ser tirados a la basura correcta.
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Los residuos resultantes de este experimento se pueden tirar a la basura normal o por el desagüe.
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==Comentarios adicionales==
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<small>©Siemens Stiftung 2016, Contenido licenciado bajo CC BY-SA 4.0 internacional</small>
Carlos Mulul
nuke, Administradores
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