Arde
24 dic, 2011
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PRESENTACIÓN: El papel arde a una temperatura de 232,8 ºC (451 ºF) y en contacto con agua no comenzará su combustión hasta que esta última no se haya evaporado, lo que ocurre a 100ºC a la presión atmosférica estándar.
- Teaching Thermodynamics Using a Vacuum Container for Food, Yasuo Ogawara, Phys. Teach. 58, 186 (2020)
- Melting metal on a playing card, Thomas B. Greenslade Jr., Phys. Teach. 54, 227 (2016)
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Este experimento sirve para explicar que se puede calentar agua en un recipiente de papel, siempre y cuando sea capaz de aguantar el peso del agua.
El papel traspasa muy rapidamente el calor al agua, por lo tanto mientras quede una gota de agua en el recipiente el vaso no arderá porque no se alcanzará la temperatura de 233ºC.
Un gran experimento que nos permite observar cómo la gran capacidad calorífica del agua no permite que el papel se queme hasta que el agua se evapore. Esta alta capacidad calorífica del agua está implicada en distintos procesos que se producen en nuestro planeta, como puede ser la termorregulación. Es una prueba maravillosa que estoy segura que le encantara a los estudiantes, una manera de que se interesen en las características químicas del agua y en la necesidad de encontrar una explicación a este curioso proceso. Además es barato, fácil de realizar y muy ilustrativo.
El agua tiene un alto calor específico, es decir, necesita absorber mucha energía para lograr aumentar su temperatura. Por ello, en la experiencia que se muestra, el agua absorbe el calor con facilidad, manteniendo la temperatura lo suficientemente baja como para que el papel no arda. El mismo fenómeno podemos observar con un globo, llenándolo con agua y exponiéndolo al calor de una vela. El globo no explota, como podemos comprobar en casa (mejor en la bañera) o en el siguiente enlace. Diréis que es propio de norteamericanos, pero los de este vídeo se las apañan muy bien para hervir agua en un vaso de plástico “a la brasa”.
De seguido introducirase o experimento caseiro dun globo que non explota ao achegarlle unha fonte de calor como pode ser a chama dun chisqueiro ou dunha vela. Este é un experimento moi sinxelo que serve para explicar a absorción da enerxía.
Como se pode ver, o globo non explota debido a que a auga mantén refrixerado o plástico pero, ao acadar a temperatura de 100 grados centígrados, a auga segue absorbendo a enerxía que utiliza para intercambio de estados, polo que impide que explote o globo.
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Para demostrar que realmente es el agua lo que está impidiendo que el vaso de papel arda, podríamos prenderle fuego a la parte superior del mismo. El vaso arderá justo hasta el nivel del agua, momento en el que se extinguirá el fuego.
Eso es lo que hacen en este vídeo (min. 2:45). En el vídeo puede observarse, además, el experimento con el globo que se menciona en los otros comentarios.
El agua, es el componente inorgánico más abundante de los seres vivos y, debido a su elevado calor específico, constituye una reserva térmica corporal y asegura la protección frente a grandes variaciones térmicas. Debido al alto calor específico si se ingresa energía en forma de calor en un sistema acuoso, gran parte de esta energía se invierte en romper los enlaces de hidrógeno de la estructura molecular del agua y no en acelerar moléculas individuales como en el caso del aire. El calor específico del agua se debe a la capacidad de formar puentes de hidrógeno entre sus moléculas. Dichos enlaces estabilizan y aumentan la fuerza de cohesión, manteniendo muy unidas las moléculas, lo que hace necesaria mucha energía para poder romperlos, ya que para elevar la temperatura del agua se tienen que romper enlaces y liberar moléculas de agua.
Este concepto es difícil de explicar en el aula, por lo tanto realizar experimentos como el que se observa en el vídeo, puede ser de ayuda para entender esta propiedad del agua. Otro experimento en el que se observa el calor específico del agua es el siguiente.
Este experimento asombra a todo o mundo, e pode ser moi útil recordalo nalgunha situación na que non se teña a man algo de metal ou cerámica para poder cociñar. Creo que este experimento é moi sinxelo de realizar nun instituto e pode axudar a comprender o calor específico de maneira máis entretida. A única cousa que se debe ter en conta e que o vaso no que se quente a auga soporte o peso da auga, polo que o mellor sería ter un vaso de papel de refrescos ou dos de sopa instantánea. Este experimento poderían probalo os alumnos con outros líquidos, como o aceite ou alcohol.
A calor específica da auga é a responsable de que as temperaturas nunha cidade costeira sexan moito máis mornas ca nunha do interior situadas ambas as dúas a mesma latitude e altitude. Temos un exemplo ben próximo: Vigo e Ourense. Ambas as dúas cidades están a unha latitude e altitude semellantes. Poderíaselles amosar aos alumnos datos climatolóxicos das dúas cidades e que intentasen explicar cal é a causa das diferenzas observadas, salvando outras circunstancias xeográficas que tamén inflúen nos seus climas.
En este experimento, el calor es transferido al agua. El agua necesita una gran cantidad de energía para calentarse (alto calor específico), por lo que el vaso permanece relativamente frío durante un largo tiempo, enfriándose. En este experimento, se pone por lo tanto de manifiesto el primer principio de la termodinámica que relaciona el trabajo y el calor transferido intercambiado en un sistema a través de la energía interna. Dicha energía ni se crea ni se destruye, sólo se transforma. En termodinámica la energía interna de un sistema (U) es una variable de estado, que representa la suma de todas las energías de las partículas microscópicas que componen el sistema. Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el julio (J).
Conociendo esto, en un aula de secundaria podríamos plantear la siguiente cuestión: ¿es posible hervir agua en un recipiente de papel? A esto, los alumnos deberían responder algo similar a los siguiente: Sí, y tanto mejor cuanto más fino sea el papel, siempre y cuando sea capaz de sostener el peso del agua. El calor que recibe el papel se conduce a través suyo y pasa al agua muy rápidamente. Mientras quede una gota de agua, no se quemará el papel. El agua hierve, a presión normal (1 atm), a 100 °C. A esa temperatura, el papel no arde, ya que necesita una temperatura superior, en concreto, el papel arde a 232,7 °C (451 F).
Y aquí está la explicación de por qué la «leña verde o húmeda» tarda en arder, y es que el agua que contiene, ejerce una especie de «efecto protector» sobre la madera, y mientras esta no se evapora la leña no prende. Y por eso mismo los bomberos durante fallas en Valencia (tuve la oportunidad de presenciarlo), o ante cualquier incendio, a veces mojan las fachadas de los edificios próximos a la fuente de calor. También explica el por qué del uso del agua para la extinción de incendios, pues además de sus ventajas por ser abundante y barata, gracias a su calor específico e incombustilidad logra enfriar el combustible por debajo de su punto de combustión, y a la vez al empaparlo también actúa aislándolo total o parcialmente (según cantidad de agua empleada y tamaño del foco de incendio) del oxígeno que necesita para arder. Un experimento muy interesante, la mayor dificultad que presenta es que implica ensayos previos por parte del docente (si se trata de una demostración para alumnos) para asegurarse de emplear un papel adecuado.
Tal y como comenta Andrea, el agua tiene un elevado calor específico y hay varios experimentos que se pueden realizar para demostrarlo. Esto explicaría porqué el agua funciona como un termostato regulando las temperaturas como por ejemplo nuestra temperatura corporal y la del planeta. Aquí dejo un interesante enlace de la UAM sobre la regulación de la temperatura corporal:
Una propiedad de las sustancias es que al proporcionarles calor, éstas aumentan su temperatura hasta alcanzar la temperatura del cambio de estado (temperatura de fusión, temperatura de ebullición, …), permaneciendo en esa temperatura hasta que toda la sustancia haya cambiado de estado. Éste es el motivo por el que el vaso de papel, que arde a más de 200°C, no puede arder mientras tenga agua en su interior, ya que mientras tenga agua líquida no podrá superar los 100°C (en caso de agua pura) correspondientes a la temperatura de ebullición del agua.
Este experimento es muy interesante y atractivo para realizar con los estudiantes de la ESO y bachillerato. Realizando este experimento el alumnado pueden comprobar que el agua tiene un elevado calor específico en comparación con otras sustancias. Sería interesante realizar este experimento utilizando agua mezclada con otros compuestos para observar que cuando el agua no es “pura” su calor específico se altera. Cabe destacar que los puentes de hidrógeno que se establecen entre las moléculas de agua son los responsables del elevado calor específico del agua. Cuando el agua absorbe calor se produce la rotura de los puentes de hidrogeno, mientras que cuando se forman los puentes de hidrógeno el agua libera calor. Por lo tanto, el agua tiene la capacidad de almacenar una gran cantidad de calor sin que se produzcan cambios importantes en su temperatura. Este experimento puede además ser utilizado para explicarle a los estudiantes porqué las regiones costeras tienen un clima más templado y moderado que las regiones del interior, que se caracterizan por un clima más extremo. En este sentido, grandes volúmenes de agua (el mar) almacenan una gran cantidad de calor durante en día y el verano, aumentando muy poco su temperatura. Sin embargo, durante la noche o el invierno el agua libera el calor que tiene almacenado, provocando el calentamiento del aire. Por tanto, este comportamiento del agua explica las diferentes climatologías entre la costa y el interior. El agua modula el clima.
Este experimento me parece bastante impresionante, ya que, yo por lo menos, no me imaginaba que el agua pudiera impedir que un vaso de papel ardiera al contacto con una llama. Me parece un experimento muy barato, fácil de realizar en clase con alumnos, y muy ilustrativo para explicar conceptos como calor específico, evaporación, combustión, temperatura de ebullición, etc.
En este enlace se muestra un experimento parecido…
Este experimento también puede servir para mostrar la diferencia entre calor específico y capacidad calorífica. Para ello habría que utilizar dos vasos iguales y a uno se le añade más agua que al otro. Los dos tienen agua, por lo que el calor específico del líquido que contienen los dos vasos es el mismo. En cambio, el vaso que contiene más agua tarda más tiempo en arder ya que su capacidad calorífica es mayor.
Como ya se ha comentado, este efecto se debe a la gran capacidad calorífica del agua que impide que el papel llegue a su temperatura de combustión. La alta capacidad calorífica del agua está implicada en diversos procesos de termorregulación, tanto en los seres vivos cómo en el planeta. En este vídeo se explica la importancia de la capacidad calorífica del agua de los océanos en el calentamiento global
Este experimento ilustra principios de transferencia de calor y calor específico.
Aquí os dejo una transcripción del vídeo (y traducción debajo) por si alguien tiene dificultades entendiendo el acento, que este en concreto es bastante fuerte:
«Here we have a paper cup with a very thin base being boiled for about half an hour in a Bunsen burner. As you can see the base is a bit charred but the whole of the cup is still intact, it´s not burning. If we look inside the cup we can see the formation of bubbles. OK, it’s about to boil, ready. Temperature is about 90, 90+ degree Celsius, so you can see that the bubbles are forming. The water is being heated up to a very high temperature, but the paper cup is still – er, with exception of the charred areas – is not burned. Why is that so?»
Tenemos aquí un vaso de papel de base muy fina que lleva hirviendo desde hace media hora sobre un mechero Bunsen. Como podéis observar, la base está un poco calcinada pero en general el vaso está intacto, sin arder. Si miramos dentro del vaso, podemos ver burbujas formándose. Está a punto de hervir. La temperatura es sobre 90, algo más de 90 grados Celsius, por lo que podéis ver que las burbujas se van formando. El agua se está calentando hasta una temperatura muy alta, pero el vaso de papel (a excepción de las zonas calcinadas) no se ha quemado. ¿A qué se debe esto?
A resposta á pregunta que se plantexa no vídeo respóstase entendendo o concepto de capacidade calorífica da auga que se esplica no enlace seleccionado. Debido á súa elevada capacidade calorífica, a auga pode minimizar os cambios na temperatura, feito moi importante nos procesos de termorregulación dos animais de sangue quente: aves e mamíferos.
El elevado valor de capacidad calorífica del agua es consecuencia de su estructura molecular, ya que parte de la energía suministrada es utilizada para romper los enlaces por puente de hidrógeno. La energía consumida en este sentido es lo que se conoce como calor latente, mientras que el calor sensible sería la energía que se emplea en aumentar la temperatura. De forma que a medida que el agua se calienta, su temperatura se eleva más lentamente de los que cabría esperar. De este modo, la anormal y elevada capacidad calorífica del agua previene de variaciones extremas de la temperatura de los océanos y explica por qué el clima en las localidades costeras exhibe unas variaciones de temperatura menos extremas que las localidades situadas en el interior de los continentes. Durante el verano, grandes masas de agua absorben el calor solar, ayudando a mantener las temperaturas atmosféricas relativamente bajas y frescas; mientras que, durante el invierno, el calor latente almacenado en los océanos y los lagos es liberado, calentando la línea de costa adyacente.
En el siguiente vídeo se realiza una experiencia similar a la del vaso de papel pero utilizando uno de plástico de usar y tirar. La cantidad de calor que aporta la llama es absorbida por el agua, que como tiene un alto poder calorífico, hace que el plástico no se funda como cuando el vaso está vacío.
Tal como se comentó, la elevada capacidad calorífica del agua es la causa por la que el vaso no arde. Sería interesante poder ver este proceso a través de una cámara térmica, y poder observar qué pasa con la temperatura del vaso y del agua.
Este mismo fenómeno es el que me provocó una situación graciosa durante un trabajo que realicé. Necesitaba disolver unas muestras en una mezcla ácida, con base acuosa, a 370 grados. Los recipientes eran de teflón, que se fundía a poco más de 300 grados. Alguién me comentó cuando se lo conté que no era posible, que estaba equivocado y debían ser 270 grados. Tuve que explicarle que mientras no se evaporase toda la mezcla, no había problema! 🙂
El mismo principio trabajan los chicos de este vídeo, mencionando cómo es posible usar una botella llena de agua para apagar una hoguera sin que el plástico llegue a derretirse. Lo que noto en falta es una mínima explicación.
El motivo es tan sencillo como que el calor específico del agua es muy elevado, lo cual significa que absorbe mucho calor para subir su temperatura (debido a que la agitación de las moléculas de agua debe romper los puntes de hidrógeno que se forman constantemente) o cambiar de estado, lo cual requiere todavía más calor (como en cualquier material). La situación es que si la botella está cerrada, conforme comienza a evaporarse aumenta la presión dentro de la botella, lo que a su vez sube su temperatura de ebullición, permitiendo a la botella absorber todavía más calor.
En el vídeo lo hacen de forma controlada, si fuese en una hoguera de verdad la temperatura podría superar la capacidad de una sola botella, pero podría ser un buen sistema para apagar chimeneas, por ejemplo.
Experimento sorprendente que seguro que le encanta a los alumnos. Es una buena forma de demostrar la capacidad calorífica del agua y hacer que se interesen por la cantidad de características químicas del agua que dependen en gran parte de las uniones de puentes de hidrógeno.
Un experimento sencillo para demostrar la alta capacidad calorífica del agua. De cara a una clase con alumnos de secundaria, se podría empezar planteándoles la siguiente cuestión: “¿Qué le pasa a un vaso de papel si lo colocamos directamente sobre un hornillo?”, a lo cual, probablemente, todos responderían que el vaso vaya a arder. Tras eso, se plantearía una nueva pregunta “¿Qué pasaría si ese mismo vaso está lleno de agua?”, donde se esperaría que la mayoría de los alumnos respondiese que, en ese caso, el vaso no ardería. Tras hacer las demostraciones pertinentes, se les pediría que buscasen la explicación de por qué ocurre esto, que podría ser la siguiente:
El agua líquida tiene una alta capacidad calorífica, que está relacionada con la gran cantidad de enlaces de hidrógeno que se forman entre sus moléculas. Cuando calentamos agua líquida, gran parte del calor se usa para romper estos puentes de hidrógeno y por tanto se requiere una gran cantidad de calor para incrementar la temperatura del agua. Además, el agua también tiene una gran capacidad de conducir el calor, por lo tanto, el calor que pasa del hornillo al vaso, es rápidamente transferido al agua del interior del vaso, haciendo que este no llegue a arder mientras tenga agua en su interior.
Para comprobar la distinta capacidad calorífica entre el agua y otras sustancias se podrían llenar varios vasos con otros contenidos, tales como arena o tierra y hacer el mismo experimento. Con este ejemplo, además, se podría ayudar a comprender por qué las ciudades costeras (donde el agua absorbe y retiene parte del calor) tienen temperaturas más suaves que las ciudades de interior (la tierra tiene menor capacidad calorífica).
Aunque este experimento se puede aplicar en las clases de Física con los estudiantes de secundaria, también se podría llevar a cabo en las clases de Biología para introducir las propiedades del agua (Acción disolvente, Conducción eléctrica, Fuerza de cohesión entre sus moléculas, Elevada fuerza de adhesión, Capilaridad, Tensión Superficial y Gran calor específico) siendo la última de ellas la que guarda mayor relación con este experimento. En este enlace se puede leer más información acerca de las propiedades físicas y químicas del agua, aspectos de gran relevancia a la hora de explicar diversos fenómenos biológicos.
Este experimento me ha sorprendido bastante, puesto que desconocía este fenómeno. Está claro que la enseñanza de la ciencia a través de experimentos resulta mucho más didáctica que la metodología de «chapar» seguida en mi época….
Otro experimento relacionado con la capacidad calorífica del agua sería el titulado “Why do real leaves feel colder than fake leaves?”, explicado en el siguiente artículo. En él se comprueba la capacidad calorífica del agua realizando termografías a hojas frescas y secas tras posar los dedos en ellas. Se comprueba que el contenido acuoso de las diferentes hojas influye en la capacidad de almacenar energía térmica (las hojas frescas almacenan durante más tiempo el calor).
Experimento muy interesante y, además, sorprendente. Recuerdo hacerlo cuando acudía a clases de secundaria y fue toda una sorpresa para mí. Con ejemplos y actividades como estas la tarea de recordar y comprender los conceptos se simplifica mucho para los alumnos. Sin duda alguna lo usaré.
Sorprendente! A simple vista parece que el vaso de papel va a comenzar a arder en cualquier momento, el agua que contiene se va a derramar sobre el fuego y todo acaba en un desastre de práctica. Pero no!
Esto es debido a que el agua hierve a 100ºC y el papel arde a más de 200ºC. La capacidad calorífica del agua es mayor que la del papel, por lo que el líquido absorbe antes el calor. Al calentarse el agua, retira el calor del fondo por convección, lo que impide que el papel alcance una temperatura demasiado alta. La temperatura del agua nunca superará los 100ºC, por lo que todo exceso de calor al llegar a esa temperatura se invertirá en producir vapor.
Esto mismo puede realizarse con hojas grandes de vegetales como la col. Sin embargo, no funciona con vasos de plástico porque son aislantes e impiden que el calor pase al agua; el plástico se quemará antes.
Totalmente de acuerdo con los comentarios de ÁngelP y Matías, el vídeo es muy interesante y sorprendente. Gracias Matías por la explicación.
Buscando vídeos relacionados con la capacidad calorífica del agua, encontré el siguiente ejemplo. En él se puede observar cómo conseguir que un globo no explote en contacto con una llama.
Aunque estoy de acuerdo con el uso de este experimento para explicar el concepto de capacidad calorífica, creo que tambien cabría un enfoque mas termodinámico en el que se podrían explicar los conceptos de equilibrio líquido-vapor y entalpía de vaporización. Aunque el agua retira el calor vaso de papel, es el proceso de evaporación (con la energía que ello implica) el que mantiene la temperatura constante a 100C. Sería distinto si este experimento se pudiese realizar fácilmente a una presión mas elevada, o con un una temperatura de evaporacion más elevada que la de la de combustión del vaso. Con respecto al concepto de equilibrio termodinámico, tambien sería interesante analizar el comporatamiento de un vaso con hielo y agua, y medir la temperatura a lo largo del tiempo.
A auga debidoa súa elevada calor específica é capaz de absorver unha gran cantidade de calor, sen apenas sufrir variacións na súa temperatura. Gracias a esta propiedade, os organismos homeotermos son capaces de manter a súa temepratura corporal constante independentemente da temperatura externa. Tamén esta propiedade da auga é a responsable da regulación da temperatura no planeta Terra. Outro dato curioso é que a temperatura a cal se produce a ebullición da auga depende directamente da presión atmosférica, polo tanto non tarda o mesmo en entrar en ebullición a auga encima do Everest, que a nivel do mar. No seguinte enlace, deixo unha práctica de laboratorio que explica como calcular o calorespecífico da auga, mediante o uso dun calorímetro.
Experimento que sorprende ya que de primeras se piensa que el vaso de cartón arderá. Sencillo e ilustra a la perfección los conceptos de capacidad calorífica y transferencia de calor. El agua en general y el agua oceánica en particular tiene unas propiedades únicas que la distinguen de otros fluidos. Dentro de las propiedades físicas, su elevado calor específico confiera a los océanos el papel de moderadores de la temperatura del planeta ya que el aire, la tierra y las formaciones rocosas se calientan muchísimo más rápido y de forma mucho más fácil que el agua, lo mismo que para enfriarse.
Relacionado con isto, os últimos días, por mor da nevarada en gran parte da península, houbo unha minipolémica en Twitter acerca de se “a neve non era neve”. O que se produce neste vídeo é algo moi parecido ao efecto Leidenfrost xunto coa deposición dos fumes da chama do chisqueiro. Este tipo de noticias pode servir para ensinar ao alumnado e que non sexan eles os que cometan errores similares.
Fai pouco mirei en YouTube un vídeo que trata dunha experiencia moi similar na que se compara o achegamento de un globo de aire a unha fonte de lume (rompe) e un globo no que hai auga no seu interior por moito que se acerque non rompe. Polo tanto trátase dun experimeto parecido pero quizais desde o meu punto de vista máis visual.
Ojalá haber hecho este tipo de experiencias durante mi época en el colegio. Algo muy sencillo pero muy visual y efectivo para hablar de la capacidad calorífica del agua. Una práctica similar es acercar una llama a un papel que esté justamente en contacto con una moneda. La moneda se calentará, pero el papel no arderá, como ocurre aquí.
Este efecto es muy interesante, con un experimento que puede dejar a más de uno boquiabierto. Relacionarlo con otros temarios es muy sencillo también, pudiendo preguntar que ocurriría si calentases aceite en vez de agua u otros líquidos.
Las técnicas termogravimétricas son muy utilizadas en las técnicas de caracterización de materiales. Se basa en las temperaturas en las que ocurren ciertas reacciones químicas que nos indican. De esta manera, se analiza la evolución del peso de una muestra del material a determinar según se aumenta la temperatura. Con el porcentaje de material que se evapora a 100ºC se puede determinar el contenuido en agua de la muestra y a 900ºC el contenido de carbonato cálcico, entre otros muchas reacciones.
Este experimento sirve para ilustrar el fenómeno del calor latente: el cambio de fase (en este caso, de agua líquida a vapor de agua) se produce a temperatura constante. Añadido esto a las grandes cualidades del agua como refrigerante, impiden que el papel se queme. Dicho esto, a veces olvidamos que el agua tiene unas interesantísimas propiedades físicas, siendo su enorme valor de entalpía de vaporización una de ellas.
Hay muchos experimentos de este tipo sobre la capacidad calorífica del agua. El más famoso es la demostración del globo que se muestra en este vídeo. Esta propiedad del agua tiene mucha importancia en los sistemas biológicos y a nivel climático. Gracias a esta propiedad los organismos vivos mantienen una temperatura muy constante al realizar diversas funciones, como el metabolismo, permitiendo una función termorreguladora. Además, también se favorece la vida de los organismos en los sistemas acuáticos ya que la temperatura no varía tan bruscamente. En relación a su percepción, este hecho podemos experimentarlo en nuestra vida cotidiana, pues las variaciones de temperatura en las zonas costeras son más suaves que en las regiones del interior, como podemos comprobar comparando las rías gallegas con zonas de Ourense.
Interesante experimento para comprender la gran capacidad calorífica del agua. Por su capacidad calorífica, el agua absorberá la energía antes que el vaso, lo que hace que el agua se caliente primero y el vaso no arda hasta que el agua se haya evaporado. En este enlace se hacen varios experimentos similares.
El calor específico de una sustancia se refiere a la cantidad de calor necesaria para aumentar en un grado Celsius la temperatura de una unidad de masa de esa sustancia (García y Manteca, 2013, pp. 95). Partiendo de esta definición, recordé el concepto de calor de reacción (qT). Este se conoce como la cantidad de calor intercambiado entre un sistema y sus alrededores cuando tiene lugar una reacción química en el seno del sistema, a temperatura constante (Petrucci et al, 2011, pp. 248). En consecuencia, una práctica interesante para el aula, tras comprender el concepto de calor específico, sería realizar una calorimetría de diferentes reacciones y determinar la entalpía de cada una (Chemistry Channel, 2018). Esto permitiría trabajar con los términos exotérmico y endotérmico.
Refs.: García, F. y Manteca, F. (2013). Física y Química, 1º Bachillerato a distancia. Centro de publicaciones (Ministerio de Educación, Cultura y Deporte); Petrucci, R.H., Herring, F.G., Madura, J.D. y Bissonnette, C. (2011). Química General. Pearson.
El agua tiene un alto calor específico. Una sustancia de alto calor específico necesita absorber mucha energía para aumentar su temperatura, por ello el baso no se quema hasta que no se evapora todo el agua. Yo os traigo un experimento que trata la misma temática, pero en un globo lleno de agua que no explota. Espero que os guste, es el globo que no explota.
El vídeo podría ser un poco más largo, hasta ver el efecto final donde realmente arde el vaso.
Considero que este experimento es muy impactante y una forma muy efectiva de explicar el calor específico, una propiedad física que resulta fundamental en el caso del agua. El agua es el principal responsable de la termorregulación del organismo, siendo capaz de mantener la temperatura corporal constante, independientemente del entorno y de la actividad metabólica. Esto es debido a su elevado calor específico (1 kcal/kg °C), consecuencia de la gran capacidad para almacenar energía en los puentes de hidrógeno. Aunque acepte o ceda una gran cantidad de calor, su temperatura se modifica muy poco, gracias a su elevada capacidad para almacenar calor, siendo un excelente amortiguador y regulador de los cambios térmicos.
Este vídeo muestra de una manera muy práctica las diferentes capacidades caloríficas del papel y del agua. Otra manera de ilustrarlo sería utilizar dos trozos de leña, uno húmedo y otro totalmente seco. El segundo ardería en mucho menos tiempo ya que el calor específico de la leña es inferior al del agua.
Tras ver o vídeo quedeime realmente impactada, posto que aínda que coñecía a terminoloxía da calor específica da auga nunca me parara a pensar no resultado que amosou este experimento ao non queimarse o papel. Con isto, fago fincapé na importancia de levar os conceptos á práctica, xa que en moitas ocasións non nos damos conta de todo o que realmente sabemos e coñecemos por non traballar máis de cerca con experiencias como estas.
Como apuntan otros comentarios, este fenómeno se debe a la elevada capacidad calorífica del agua, que absorbe el calor del papel evitando que este se queme. La primera persona de la que hay constancia de que habló de “capacidad calorífica” fue Joseph Black, quien también desarrolló la balanza analítica en 1750. Antes de esta denominación, que llegó con la termodinámica moderna, se pensaba que el calor era un fluido invisible, conocido como “calórico”.
Este experimento demuestra cómo se puede utilizar agua para evitar que arda otro material (papel). Encontramos un caso similar y más típico que el vaso de agua al fuego en lo que sucede al intentar encender una hoguera con madera mojada.
Otra manera de mostrar a los alumnos la elevada capacidad calorífica del agua es mediante un enfriador de aire mediante la utilización de hielo. En este tipo de objetos, un ventilador sopla aire ambiente sobre una cierta cantidad de cubitos de hielo. El hielo absorbería una gran cantidad de calor del aire hasta fundirse por completo, gracias a su elevada entalpía o calor latente de fusión. En el siguiente enlace se puede observar un vídeo explicativo. Un fenómeno atmosférico interesante en el que actúa la entalpía o calor latente del agua es el aumento de temperaturas típico que se puede observar cuando llueve. Este fenómeno se debe al cambio de fase que se produce cuando el vapor de agua presente en las nubes pasa a estado líquido. Debido a la entalpía de condensación, se produce una liberación de calor al ambiente y consecuentemente un aumento de las temperaturas.
A auga ten un elevado calor específico, isto quere dicir que para aumentar a súa temperatura ten que absorver unha elevada cantidade de enerxía. Isto pódese explicar visualizar colocando un globo cheo de auga pegado, por exemplo, a unha vela. A auga absorberá a calor e impedirá que o globo estoupe, como se mostra no seguinte video.
Todos los materiales tienen una temperatura de ignición, pero esa temperatura no es tan fácil de conseguir si ese calor puede ser transmitido a otros materiales.
Sería interesante relacionar a temperatura a que comeza a arder co concepto químico máis concreto que sería a enerxía de activación, que nestas condicións pode correlacionarse.
Gustaríame que o vídeo fose un pouco máis longo e se explicase un pouco máis en profundidade. De todos os xeitos, pareceume moi interesante, moitas gracias por este contido.
Creo que en este caso, el experimento queda algo corto para conseguir dar una buena explicación. Tal vez sea por la duración del vídeo y su explicación, que podría ser algo más extensa, o quizá se podría orientar de otra manera para explicarlo de una forma más clara.
Comparto un experimento similar de YouTube en el cual hay que llenar 2/3 de agua en un vaso plástico, y a continuación prender fuego al vaso plástico. Este dejará de arder en cuanto la llama de fuego contacte con el agua.
En este enlace se muestra un experimento relacionado con este tema, consiste en prenderle fuego a un billete sin quemarlo empleando agua y alcohol (en la misma proporción), y sal. Haciendo esa mezcla el agua se evapora a medida que el alcohol se quema, y gracias al gran poder de enfriamiento que tiene el agua al evaporarse, el billete no alcanza la temperatura suficiente para quemarse. Es un experimento muy curioso y visual que llama mucho la atención.
En este video se puede comprobar como el recipiente de papel resiste la alta temperatura debido a que el agua absorbe el calor. Otro experimento donde se puede comprobar esto es con un globo de agua y una fuente de calor como la de un mechero.
En este video se puede comprobar como el recipiente de papel resiste la alta temperatura debido a que el agua absorbe el calor. Otro experimento donde se puede observar esto es con un globo de agua y una fuente de calor como la de un mechero, donde veremos que el globo no se rompe, resistiendo así la elevada temperatura.
En relación a este experimento me parece interesante comentar que existe una película de François Truffaut titulada Fahrenheit 451, que es la temperatura a la que se quema el papel. La película se basa en la novela de ciencia-ficción de Ray Bradbury publicada en 1953.
Como curiosidad, la energía de la que nace el calor es también movimiento dentro de los cuerpos. En un vaso de agua caliente las moléculas vibran más. Por eso, por ejemplo, el azúcar o cualquier otro soluble, se disuelven mejor: una temperatura más alta sería como «una cucharilla molecular».
Es un experimento interesante a modo de introducción de distintos contenidos como pueden ser la combustión, las propiedades del agua y de otros materiales, la energía, etc. Sin embargo, como bien ya se apunta en otros comentarios, este experimento por sí solo no sería suficiente para explicar ninguno de estos conceptos de manera completa, aunque si sería muy útil para captar la atención inicial del alumnado.
Estoy de acuerdo con otros comentarios acerca de la utilidad de este experimento para introducir ciertos conceptos relacionados con las propiedades de las sustancias, la energía, etc, al mismo tiempo que capta la atención del alumnado con una experiencia de resultado probablemente inesperado para ellos, encontrándose con que sus hipótesis iniciales eran erróneas.
Es una buena explicación para acompañar a los alumnos a la eficiencia energética en la calefacción de nuestras casas o a la hora de hacer unas brasas para una barbacoa. Seguramente muchos de ellos tienen una chimenea o cocina de hierro, hacen fuego y apenas calienta debido a que la leña esta húmeda. Dependiendo de esta humedad de la madera el poder calorífico de la misma se pierde evaporando el agua que contiene la misma, así apenas calienta. Para calentar vuestra casa usar madera seca, será más eficiente energéticamente.
Muy relacionado con el concepto de calor específico encontramos el de capacidad térmica o calorífica. El primero no depende de la naturaleza de la sustancia y existen valores fijos para cada una de ellas. Sin embargo, la capacidad térmica sí que depende de la naturaleza de la sustancia, ya que según esto, la se absorberá más o menos calor.
A continuación les dejo el enlace a una página con una práctica a través de la que se pueden trabajar ambos conceptos.
Parece claro que mientras el agua no se evapore en su totalidad, la temperatura no va a superar los 100ºC, y por lo tanto el vaso se queda en equilibrio con el agua a esta temperatura. Hasta que el agua absorba todo el calor específico y se consuma , el vaso no aumentará de temperatura hasta combustionar. Un experimento muy visual que nos habla de calor, temperatura, equilibrio, cambio de fase …
Creo que este experimento é moi sinxelo de realizar nun centro e pode axudar a comprender o calor específico de maneira máis entretida. A única cousa que se debe ter en conta e que o vaso no que se quente a auga soporte o peso da auga, polo que o mellor sería ter un vaso de papel de refrescos ou dos de sopa instantánea. Como dixen, sinxelo e interesante.
Experimento muy relacionado con el alto calor específico que tiene el agua. El agua tiene una capacidad calorífica específica muy alta, por lo que para aumentar su temperatura necesita absorber mucho calor por unidad de masa. Esto es consecuencia de los puentes de hidrógeno, un tipo de interacción de carácter molecular y que resulta tan fuerte que obliga a que sea necesaria mucha energía para hacer vibrar las moléculas y que aumenten de temperatura.
Entiendo que tenemos que hablar del concepto de la temperatura de ignición del papel y cómo esta se ve afectada por la presencia de agua. El papel arde a una temperatura específica (Fahrenheit 451=232.78 grados Celsius), pero cuando está en contacto con agua, no se encenderá hasta que el agua se haya evaporado. Esto se debe a que el agua absorbe y disipa el calor, elevando la temperatura necesaria para que el papel alcance su punto de ignición. La transición del agua de líquido a vapor a 100ºC actúa como un mecanismo de enfriamiento, retrasando el inicio de la combustión del papel hasta que el agua se haya evaporado por completo.
Ahora soy capaz de relacionar el por qué rociaban con agua los alrededores de la zona de fuegos artificiales.
Este experimento es muy interesante para mostrar cómo la temperatura se mantiene constante durante los cambios de estado, además de como han señalado muchos de los anteriores comentarios, poner de relieve la elevada capacidad calorífica del agua.
La capacidad calorífica del agua es un concepto muy interesante, sobre todo para aquellos que tenemos el mar cerca, explicar este concepto con un experimento tan visual como este facilita mucho su comprensión. Además, con este experimento se puede explicar que muchas especies son capaces de vivir o podemos evitar incendios en verano gracias a esto y el impacto será, seguramente, superior.
Este experimento aínda que me parece abraiante non o vexo moi apropiado para realizar nun aula pode resultar perigoso manexar recipientes con auga fervendo e a combustión final do vaso tamén podería ser perigosa. De todos os xeitos é moi útil para entender situacións cotiás da nosa vida, ocórreseme que cando se tala a leña para as cociñas e a poñemos en montóns a secar e precisamente porque esa leña arde moito mellor e a húmida ou mollada produce moito máis fume e non arde facilmente, igual que acontece coa parte do vaso que está con auga.
Este é dun deses experimentos que non terminas de crer ata que non o probas ti mesmo. Tamén funciona cunha bolsa de plástico, teño visto vídeos de xente que incluso cociña dentro dunha bolsa e pensaba que eran falsos ata agora.
La información presentada es consistente con los principios fundamentales de la combustión y el punto de ebullición del agua a la presión atmosférica estándar. Sería beneficioso si el video pudiera profundizar aún más en las implicaciones prácticas de estos conceptos, como su relevancia en situaciones cotidianas o en aplicaciones industriales específicas. Además, la inclusión de ejemplos prácticos podría ayudar a mejorar la comprensión y la aplicabilidad de la información proporcionada. En general, es un buen punto de partida, pero podría beneficiarse de una mayor contextualización y ejemplos concretos para enriquecer su valor educativo.
Este experimento demuestra de forma sencilla la gran capacidad de absorción del calor que tiene el agua, ya que no permite que el papel suba a la temperatura a la cual arde(233 ºC). Este concepto tienes muchas aplicaciones prácticas, incluso tenerlo en cuenta nos resultará útil en situaciones de supervivencia como muestra el seguiente video del conocido Carlos Vico, especializado en supervivencia extrema.
Debido al alto calor específico que tiene el agua, necesita absorber mucha energía para lograr aumentar su temperatura, por ello absorbe el calor con facilidad, manteniendo la temperatura lo suficientemente baja como para que el papel no arda. Un experimento igual hecho con una carta lo ha presentado una compañera en clase este curso.
Esta propiedad de la evaporación del agua es crucial en la regulación de temperatura en seres vivos. Por ejemplo, cuando sudamos, el agua en nuestra piel absorbe calor de nuestro cuerpo y se evapora, lo que ayuda a enfriar nuestra temperatura corporal. Dejo el enlace de un blog que explica el proceso corporal.
En este experimento se representa la labor que ejerce el agua evitando que arda el papel debido a su elevada capacidad calorífica, y es que esto puede ser de utilidad en materiales resistentes al fuego en situaciones de incendios. Además, no solo podemos concluir eso del experimento, sino que podemos aprovechar para recalcar cómo algunas propiedades de los materiales como la capacidad calorífica pueden un impacto muy grande en situaciones cotidianas.