Las bajas temperaturas II
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Autor: Hernán Ferrari Responsable
disciplinar: Silvia Blaustein Área
disciplinar: Física Temática: Fases
de la materia en función de la temperatura y la presión.
Nivel: Secundario, ciclo básico Secuencia
didáctica elaborada por Educ.ar |
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Propósitos generales
Promover el uso de los equipos portátiles en el proceso de enseñanza y aprendizaje.
Promover el trabajo en red y colaborativo, la discusión y el intercambio entre pares, la realización en conjunto de la propuesta, la autonomía de los alumnos y el rol del docente como orientador y facilitador del trabajo.
Estimular la búsqueda y selección crítica de información proveniente de diferentes soportes, la evaluación y validación, el procesamiento, la jerarquización, la crítica y la interpretación.
Introducción a las actividades
A las bajas temperaturas se las suele llamar temperaturas criogénicas. En general, se encuentran por debajo de la temperatura de ebullición del aire líquido (cerca de 190 ºC por debajo del cero). Sin embargo, de acuerdo con las recomendaciones aprobadas por la XIII Conferencia del Instituto Internacional del Frío (1971), debe denominarse así a las temperaturas inferiores a los -150 ºC.
Para alcanzar y mantener bajas temperaturas en un recipiente dado se utilizan gases licuados con diferentes temperaturas de ebullición. Para ello se utiliza un vaso de Dewar con gas licuado que se evapora a la presión atmosférica y se mantiene a la temperatura de ebullición constante del agente refrigerante. En la práctica, se utilizan los siguientes agentes refrigerantes: aire (temperatura de ebullición –TE– aproximadamente -189 ºC); nitrógeno (TE igual a -196 ºC); neón (TE -246 ºC); hidrógeno (TE 253 ºC) y helio (TE -269 K).
Objetivos de las actividades
Que los alumnos estudien el comportamiento de la materia en función de
la temperatura y la presión a la que se encuentra.
Actividad 1: Dewar y los líquidos criogénicos
Miren el siguiente video sobre bajas temperaturas y luego respondan el cuestionario. Para hacerlo, pueden utilizar el procesador de textos disponible en sus equipos portátiles.
Cuestionario:
a) ¿Cuál fue el cambio en el desarrollo de Linde que permitió licuar el aire que respiramos utilizando intercambiadores y expansiones Joule-Thompson?
b) Luego de poder licuar nitrógeno y oxígeno, ¿qué gas falta licuar con una temperatura de licuefacción menor a -190 ºC a los que estos dos elementos ya son líquidos?
c) ¿Qué profesor de la Universidad de Leyden fue el primero en licuar helio, luego de la licuefacción del hidrógeno por parte de Dewar? ¿Cuál es la temperatura de licuefacción del helio?
d) ¿Qué tipo de recipientes desarrolló Dewar para mantener los líquidos criogénicos a temperaturas menores a los -200 ºC?
e) ¿Qué sucede con la resistencia eléctrica del cobre al enfriar este material a la temperatura del nitrógeno líquido?
f) ¿Qué sucede con las propiedades de las flores y la pelota de fútbol americano al enfriarlas a -200 ºC?
Actividad 2: Propiedades de materiales a bajas temperaturas
1. Miren el siguiente video sobre los cambios en la propiedad de los materiales a bajas temperaturas y luego respondan el cuestionario.
Cuestionario
a) ¿Qué gas licuado se utiliza en el video para enfriar distintos materiales? ¿Cuál es la temperatura de ebullición de este líquido a presión atmosférica?
b) ¿Qué sucede al enfriar una flor con nitrógeno líquido? ¿Qué sucede con el agua en las células de la flor al bajar la temperatura a -196 ºC?
c) ¿Qué ocurre al enfriar una banana con nitrógeno líquido?
d) Al enfriar una manguera de látex, ¿qué sucede con las propiedades elásticas de este material y qué ocurre cuando se vuelve a calentar a temperatura ambiente?
e) ¿Qué sucede al enfriar un globo lleno de helio, un gas menos denso que el aire? ¿Cómo varía el volumen del globo al enfriar el gas?
f) Como la cantidad de materia dentro del globo es constante, ¿qué sucede con la densidad del helio al enfriarlo a -196 ºC?
g) ¿A qué temperatura se licua el aire que respiramos a presión atmosférica? ¿En qué estado se encuentra el aire dentro del globo al enfriarse a -196 ºC? ¿Cómo cambia el volumen del aire al pasar de gas a líquido?