¿Por qué se derrite el hielo y se enfría el café? Termodinámica 1 | ORBITECH

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¡Imagina esto! Tomas un <<tinto>> caliente en Bogotá a 10 °C, le añades un hielo y en segundos el hielo se convierte en agua... pero ¿por qué? Y luego, si dejas ese mismo café en la mesa de la cafetería de tu colegio, al final se enfría. ¿Qué magia de la física está pasando aquí? No es magia, ¡es <<termodinámica>>! En este quiz vamos a resolver estos misterios usando ejemplos de tu vida diaria: desde el <<paisaje cafetero>> hasta el transporte en <<doble cero>> entre Medellín y Cali. Prepárate, porque después de esto verás el mundo con otros ojos... ¡y hasta podrás impresionar a tus amigos en la próxima salida al <<Mercado de Paloquemao>>!

1. Si pones un cubo de hielo en tu <<tinto>> caliente en una cafetería de Bogotá, ¿qué le pasa al hielo y por qué?

easy1 ptTransferencia de calor

Indice : Piensa en hacia dónde va el calor.

A. El hielo se enfría aún más porque el café está muy caliente.
B. El hielo absorbe calor del café y se derrite, enfriando el café.
C. El hielo y el café se calientan por igual hasta llegar a la misma temperatura.
D. El hielo se evapora directamente sin pasar por líquido.

Respuesta

Respuesta : B — El calor siempre fluye de los cuerpos más calientes a los más fríos. El café caliente transfiere energía térmica al hielo, que al alcanzar su punto de fusión (0 °C) se derrite.

Por qué no A : El hielo no puede enfriarse más porque ya está a 0 °C, su temperatura de fusión.

Por qué no C : El hielo no se evapora directamente; primero debe derretirse y luego el agua puede evaporarse si la temperatura es suficiente.

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2. Cuando dejas un vaso de <<champús>> en la mesa de tu casa en Cali y se enfría, ¿qué tipo de transferencia de calor es la principal responsable?

medium2 ptsMecanismos de transferencia

Indice : Piensa en cómo el calor abandona el líquido.

A. Conducción, porque el calor se transfiere a través del vidrio del vaso.
B. Convección, porque el aire caliente sube y el frío baja alrededor del vaso.
C. Radiación, porque el vaso emite calor como luz infrarroja.
D. Evaporación, porque el líquido se convierte en vapor.

Respuesta

Respuesta : B — La convección es el principal mecanismo: el aire más caliente cerca del vaso asciende, mientras que el aire más frío desciende, creando corrientes que enfrían el líquido.

Por qué no A : La conducción ocurre, pero es mínima comparada con la convección en este caso.

Por qué no C : La radiación también ocurre, pero es menos significativa que la convección para enfriar un líquido en reposo.

Por qué no D : La evaporación enfría, pero no es el mecanismo principal en un vaso tapado o con poca superficie expuesta.

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3. En la <<Ciénaga Grande de Santa Marta>>, el agua está a 30 °C mientras que el aire a la sombra está a 25 °C. Si tocas el agua, ¿qué sientes y por qué?

hard3 ptsCapacidad calorífica

Indice : El agua tiene mayor capacidad calorífica que el aire.

A. Sientes el agua más fría que el aire porque el agua está a menor temperatura.
B. Sientes el agua más caliente que el aire porque el agua retiene más calor.
C. Sientes la misma temperatura porque están en equilibrio térmico.
D. Sientes el agua más caliente porque el sol calienta directamente el agua.

Respuesta

Respuesta : B — El agua tiene una capacidad calorífica mucho mayor que el aire, por lo que a pesar de tener la misma temperatura superficial, el agua transfiere más energía térmica a tu mano, haciendo que la percibas más caliente.

Por qué no A : El agua está a mayor temperatura que el aire en este caso (30 °C vs 25 °C), pero la razón principal es su alta capacidad calorífica.

Por qué no C : No están en equilibrio térmico con tu mano; por eso sientes una diferencia.

Por qué no D : El sol no está directamente calentando el agua en el momento de tocarla (asumiendo sombra).

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4. Si compras un helado de <<coco>> en Cartagena y lo sacas del congelador a -18 °C, ¿por qué se derrite rápidamente en la calle a 32 °C?

easy1 ptCambios de fase

Indice : Piensa en la diferencia de temperatura y el entorno.

A. Porque el aire caliente transfiere calor al helado hasta que alcanza los 0 °C y se derrite.
B. Porque el helado absorbe humedad del aire y se disuelve.
C. Porque la presión atmosférica en Cartagena es menor y derrite el hielo.
D. Porque el sol emite radiación infrarroja que rompe las moléculas del helado.

Respuesta

Respuesta : A — El aire a 32 °C transfiere energía térmica al helado, elevando su temperatura hasta el punto de fusión (0 °C) donde comienza a derretirse.

Por qué no B : La humedad puede acelerar el derretimiento, pero no es la causa principal.

Por qué no C : La presión atmosférica en Cartagena es similar a la de otras ciudades a nivel del mar; no afecta significativamente la fusión del hielo.

Por qué no D : La radiación infrarroja calienta, pero el mecanismo principal es la transferencia de calor por convección y conducción.

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5. En el <<Páramo de Sumapaz>>, la temperatura es de 5 °C. Si dejas una botella de agua a esa temperatura, ¿qué le pasará al líquido si la sacas y la expones al sol?

medium2 ptsEquilibrio térmico

Indice : El sol eleva la temperatura del recipiente y el líquido.

A. El agua se congelará porque la temperatura ambiente es baja.
B. El agua se calentará lentamente hasta alcanzar la temperatura ambiente del páramo.
C. El agua se evaporará inmediatamente sin pasar por ebullición.
D. El agua permanecerá líquida a 5 °C hasta que se derrita el hielo dentro de la botella.

Respuesta

Respuesta : B — La energía del sol calienta la botella y el agua, elevando su temperatura hasta igualar la del ambiente circundante (5 °C en este caso).

Por qué no A : El agua no se congelará; solo se enfriará más si la temperatura baja.

Por qué no C : La evaporación ocurre, pero no es inmediata ni completa sin suficiente energía.

Por qué no D : Si hay hielo dentro, el agua líquida está en equilibrio con el hielo a 0 °C, no a 5 °C.

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6. Para preparar un <<sancocho>> en tu casa en Medellín, hierves agua a 100 °C. Si añades sal, ¿qué le pasa al punto de ebullición del agua?

medium2 ptsPropiedades coligativas

Indice : La sal disuelta afecta las propiedades del agua líquida.

A. El punto de ebullición aumenta porque la sal eleva la temperatura de ebullición.
B. El punto de ebullición disminuye porque la sal enfría el agua.
C. El punto de ebullición no cambia, solo el sabor.
D. El agua deja de hervir porque la sal absorbe el calor.

Respuesta

Respuesta : A — La adición de sal (o cualquier soluto) eleva el punto de ebullición del agua, un fenómeno conocido como <<ebullición a mayor temperatura>>.

Por qué no B : La sal no enfría el agua; de hecho, puede requerir más energía para hervir.

Por qué no C : El punto de ebullición sí cambia con la adición de solutos.

Por qué no D : La sal no absorbe el calor; simplemente modifica las propiedades del solvente.

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7. Si en Barranquilla compras un <<pandebono>> recién horneado a 150 °C y lo dejas en la mesa, ¿qué mecanismo de transferencia de calor lo enfriará más rápido?

hard3 ptsMecanismos combinados

Indice : Piensa en el contacto con el aire y la superficie.

A. Solo la convección, porque el aire caliente sube rápidamente.
B. Conducción hacia la mesa y convección hacia el aire.
C. Solo la radiación, porque el pandebono emite calor como luz.
D. Evaporación del agua en su interior.

Respuesta

Respuesta : B — El pandebono pierde calor por conducción hacia la mesa (contacto directo) y por convección hacia el aire circundante (corrientes de aire).

Por qué no A : La convección sola no es suficiente; la conducción también es importante.

Por qué no C : La radiación ocurre, pero es menos significativa que los otros dos mecanismos en este caso.

Por qué no D : La evaporación enfría, pero no es el principal mecanismo para un alimento sólido.

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8. En la <<Ciudad Perdida>>, ¿qué le pasaría a un termo de café si lo abres y lo dejas al aire libre a 22 °C?

medium2 ptsAislamiento térmico

Indice : Los termos están diseñados para minimizar transferencias de calor.

A. El café se enfría muy rápido porque el termo no aísla bien en la selva.
B. El café se mantiene caliente por horas porque el termo evita la convección y radiación.
C. El café hierve inmediatamente por la humedad ambiental.
D. El café se congela porque la temperatura ambiental es baja.

Respuesta

Respuesta : B — Un termo de calidad minimiza la transferencia de calor por conducción, convección y radiación, manteniendo el café caliente por más tiempo incluso en ambientes húmedos.

Por qué no A : Los buenos termos están diseñados para aislar bien, incluso en la selva.

Por qué no C : La humedad no hace hervir el café; se necesita más energía (calor) para hervir.

Por qué no D : A 22 °C no hay condiciones para que el café se congele.

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9. Si en Bogotá dejas un vaso de <<aguapanela>> con hielo en la ventana de tu casa, ¿qué pasará con el hielo después de 30 minutos?

easy1 ptTransferencia en sólidos

Indice : El vidrio de la ventana conduce calor, pero también hay convección.

A. El hielo se derretirá completamente porque el sol calienta el vaso.
B. El hielo se derretirá parcialmente porque el calor entra por conducción y convección.
C. El hielo no se derretirá porque el vidrio es un buen aislante.
D. El hielo se evaporará directamente sin pasar por líquido.

Respuesta

Respuesta : B — Aunque el vidrio es un aislante moderado, el calor del ambiente (especialmente si le da el sol) se transfiere al vaso por conducción y convección, derritiendo el hielo parcialmente.

Por qué no A : El sol puede acelerar el proceso, pero el mecanismo principal es la transferencia de calor ambiental.

Por qué no C : El vidrio no es un aislante perfecto; conduce algo de calor.

Por qué no D : La sublimación (evaporación directa) ocurre, pero es mínima comparada con la fusión.

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10. Cuando sudas después de jugar fútbol en el estadio de <<El Campín>> en Bogotá (2 640 msnm), ¿qué mecanismo de transferencia de calor te enfría?

medium2 ptsTermorregulación

Indice : Piensa en cómo el sudor se evapora.

A. La convección, porque el aire frío de la altura te enfría.
B. La evaporación, porque el sudor absorbe calor de tu piel al convertirse en vapor.
C. La conducción, porque el pasto del estadio está frío.
D. La radiación, porque emites calor como luz infrarroja.

Respuesta

Respuesta : B — La evaporación del sudor absorbe energía térmica de tu piel, enfriándote. Este es el principal mecanismo de regulación térmica durante el ejercicio.

Por qué no A : La convección ayuda, pero no es el principal mecanismo en este caso.

Por qué no C : El contacto con el pasto no es significativo para enfriarte.

Por qué no D : La radiación ocurre, pero es menos efectiva que la evaporación para enfriar el cuerpo.

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11. Si en Santa Marta compras un <<patacón>> frito a 180 °C y lo dejas en un plato, ¿qué le pasará a su temperatura en los primeros 5 minutos?

easy1 ptEnfriamiento de alimentos

Indice : El patacón pierde calor rápidamente al ambiente.

A. La temperatura bajará rápidamente a la temperatura ambiente (30 °C) por convección.
B. La temperatura bajará lentamente porque el plátano retiene mucho calor.
C. La temperatura aumentará porque el aceite residual sigue cocinando el patacón.
D. La temperatura se mantendrá constante porque el patacón es un sólido.

Respuesta

Respuesta : A — Los alimentos calientes pierden calor rápidamente al ambiente circundante por convección y radiación, enfriándose hasta acercarse a la temperatura ambiente.

Por qué no B : El plátano no retiene el calor por mucho tiempo; los alimentos se enfrían relativamente rápido.

Por qué no C : El aceite residual no es suficiente para seguir cocinando el patacón a esa temperatura.

Por qué no D : La temperatura no se mantiene constante; siempre hay transferencia de calor hasta el equilibrio.

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12. En la <<Catedral de Sal>> de Zipaquirá, ¿qué le pasaría a un cubo de hielo si lo colocas en la superficie a 14 °C?

medium2 ptsPunto de fusión

Indice : Piensa en la temperatura de fusión del hielo y el entorno.

A. El hielo se derretirá porque la temperatura ambiente es mayor que 0 °C.
B. El hielo se mantendrá sólido porque la presión atmosférica es menor en la montaña.
C. El hielo se evaporará directamente sin derretirse.
D. El hielo se congelará aún más porque el aire es seco.

Respuesta

Respuesta : A — A 14 °C y presión atmosférica estándar, el hielo se derrite porque su punto de fusión es 0 °C. La presión en Zipaquirá (2 650 msnm) es ligeramente menor, pero no suficiente para cambiar significativamente el punto de fusión.

Por qué no B : La presión atmosférica a esa altitud reduce el punto de ebullición del agua, pero no afecta significativamente el punto de fusión del hielo.

Por qué no C : La sublimación ocurre, pero es mínima comparada con la fusión a esta temperatura.

Por qué no D : El aire seco no congela el hielo; solo acelera la evaporación.

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13. Si en el <<Caño Cristales>> (temperatura del agua 22 °C) sumerges una lata de <<Colombiana>> fría (5 °C), ¿qué le pasará a la lata después de 10 minutos?

medium2 ptsEquilibrio térmico en líquidos

Indice : El agua del río transfiere calor a la lata.

A. La lata se calentará hasta 22 °C porque el agua transfiere calor a la lata.
B. La lata se enfriará aún más porque el agua está más fría que el ambiente.
C. La lata no cambiará de temperatura porque el aluminio es un aislante.
D. La lata se cubrirá de hielo porque el agua está fría.

Respuesta

Respuesta : A — El agua del río a 22 °C transfiere energía térmica a la lata fría, calentándola hasta que alcanza el equilibrio térmico (alrededor de 22 °C).

Por qué no B : El agua está a mayor temperatura que la lata (5 °C), por lo que transfiere calor a la lata, no al revés.

Por qué no C : El aluminio es un buen conductor, no un aislante.

Por qué no D : El agua no está lo suficientemente fría para congelar la lata; solo la calentará.

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14. Para preparar <<chicha>> en casa, hierves maíz a 100 °C. Si usas una olla de cobre en lugar de aluminio, ¿qué ventaja térmica tiene el cobre?

hard3 ptsConductividad térmica

Indice : Piensa en la conductividad térmica de los metales.

A. El cobre calienta más rápido porque tiene mayor conductividad térmica.
B. El cobre mantiene el calor por más tiempo porque es más denso.
C. El cobre no cambia la temperatura de ebullición del agua.
D. El cobre evita que el agua hierva porque es un mal conductor.

Respuesta

Respuesta : A — El cobre tiene una conductividad térmica mucho mayor que el aluminio (385 W/m·K vs 205 W/m·K), por lo que transfiere el calor más rápido y eficientemente a los alimentos.

Por qué no B : La densidad no es relevante para la rapidez de calentamiento; la conductividad sí.

Por qué no C : La conductividad del material no afecta el punto de ebullición del agua.

Por qué no D : El cobre es un excelente conductor; no evita la ebullición.

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15. Si en Medellín compras un <<arequipe>> caliente en un puesto ambulante y lo dejas en una bolsa plástica, ¿qué le pasará al arequipe después de 20 minutos?

easy1 ptAislamiento en materiales

Indice : El plástico es un aislante moderado.

A. El arequipe se mantendrá caliente porque el plástico aísla bien.
B. El arequipe se enfriará lentamente porque el plástico reduce la convección y radiación.
C. El arequipe hervirá porque el plástico atrapa el calor.
D. El arequipe se congelará porque la bolsa es fría.

Respuesta

Respuesta : B — El plástico reduce la transferencia de calor por convección y radiación, por lo que el arequipe se enfriará más lentamente que si estuviera expuesto directamente al aire.

Por qué no A : El plástico no aísla perfectamente; el arequipe se enfriará, aunque más lento.

Por qué no C : El plástico no genera calor; solo retarda la pérdida.

Por qué no D : La bolsa plástica no está fría; está a temperatura ambiente.

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16. Cuando hierves agua en una olla en tu casa en Cali para hacer <<chocolate santafereño>>, ¿qué le pasa a la temperatura del agua cuando empieza a hervir?

medium2 ptsCambios de fase y calor latente

Indice : Piensa en lo que ocurre durante la ebullición.

A. La temperatura sigue aumentando hasta que toda el agua se evapora.
B. La temperatura se mantiene constante en 100 °C hasta que se evapora toda el agua.
C. La temperatura baja porque el vapor se lleva el calor.
D. La temperatura oscila entre 90 °C y 110 °C.

Respuesta

Respuesta : B — Durante la ebullición, la temperatura del agua líquida se mantiene constante en su punto de ebullición (100 °C a nivel del mar) hasta que todo el líquido se convierte en vapor.

Por qué no A : La temperatura no aumenta durante la ebullición; el calor añadido se usa para el cambio de fase.

Por qué no C : El vapor no

Por qué no D : se lleva el calor

Q = m \cdot L_{v}

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17. Si en Bogotá dejas un <<bandeja paisa>> completo (con frijoles, arroz, huevo, chicharrón y plátano) en un plato al aire libre, ¿qué alimento se enfriará más rápido?

hard3 ptsCapacidad calorífica en alimentos

Indice : Piensa en la masa, superficie y contenido de agua de cada alimento.

A. El chicharrón, porque es graso y retiene poco calor.
B. El plátano maduro, porque es dulce y tiene mucha agua.
C. El huevo frito, porque es sólido y denso.
D. Todos se enfriarán a la misma velocidad.

Respuesta

Respuesta : A — El chicharrón, al ser graso y tener poca agua, tiene una capacidad calorífica menor que los otros componentes, por lo que se enfría más rápido.

Por qué no B : El plátano tiene mucha agua, lo que aumenta su capacidad calorífica y retarda su enfriamiento.

Por qué no C : El huevo frito tiene una capacidad calorífica moderada; no es el que se enfría más rápido.

Por qué no D : Los alimentos tienen diferentes propiedades térmicas, por lo que no se enfrían a la misma velocidad.

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18. En la <<Sabana de Bogotá>>, si dejas un vaso de <<chicha>> con hielo en el balcón de tu apartamento a 15 °C, ¿qué mecanismo hará que el hielo se derrita MÁS LENTO?

medium2 ptsAislamiento y transferencia

Indice : Piensa en cómo minimizar la transferencia de calor.

A. Tapar el vaso con una tapa de plástico.
B. Poner el vaso al sol directo.
C. Dejar el vaso sin tapa en un lugar ventilado.
D. Usar un vaso de metal en lugar de vidrio.

Respuesta

Respuesta : A — Tapar el vaso con una tapa de plástico reduce la convección y evita que el aire caliente entre en contacto directo con el hielo, ralentizando la transferencia de calor.

Por qué no B : El sol directo aumentaría la transferencia de calor por radiación y convección.

Por qué no C : La ventilación acelera la convección, aumentando la transferencia de calor.

Por qué no D : El metal es un buen conductor; aumentaría la transferencia de calor por conducción.

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19. Si en Cartagena compras un helado de <<lulo>> y lo llevas en una bolsa térmica a Bogotá, ¿qué le pasará al helado después de 4 horas de viaje en bus?

easy1 ptAislamiento térmico en transporte

Indice : Una bolsa térmica reduce la transferencia de calor.

A. El helado se derretirá completamente porque el viaje es largo.
B. El helado se mantendrá frío porque la bolsa térmica aísla bien.
C. El helado se congelará porque la temperatura en Bogotá es baja.
D. El helado cambiará de sabor por la altitud.

Respuesta

Respuesta : B — Una bolsa térmica de calidad minimiza la transferencia de calor por conducción, convección y radiación, manteniendo el helado frío durante varias horas.

Por qué no A : Una buena bolsa térmica puede mantener el helado congelado por 4-6 horas en condiciones normales.

Por qué no C : A 7 °C en Bogotá (promedio), el helado no se congelará; solo se derretirá más lento.

Por qué no D : La altitud no cambia el sabor; solo afecta la presión y temperatura de ebullición.

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20. Cuando preparas <<sopa de mondongo>> en una olla a presión en tu casa en Medellín, ¿qué le pasa al punto de ebullición del agua dentro de la olla?

medium2 ptsPresión y punto de ebullición

Indice : La olla a presión aumenta la presión interna.

A. El punto de ebullición aumenta porque la presión es mayor.
B. El punto de ebullición disminuye porque la olla está sellada.
C. El punto de ebullición no cambia, solo el sabor del mondongo.
D. El agua hierve a menor temperatura porque el vapor escapa más rápido.

Respuesta

Respuesta : A — En una olla a presión, la presión interna es mayor que la atmosférica, lo que eleva el punto de ebullición del agua (generalmente a 120 °C), permitiendo cocinar los alimentos más rápido.

Por qué no B : La olla sellada aumenta la presión, no la disminuye.

Por qué no C : El punto de ebullición sí cambia con la presión.

Por qué no D : El vapor escapa controladamente por la válvula, manteniendo la presión alta.

T_{e b} \propto P

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1. Si pones un cubo de hielo en tu <<tinto>> caliente en una cafetería de Bogotá, ¿qué le pasa al hielo y por qué?

2. Cuando dejas un vaso de <<champús>> en la mesa de tu casa en Cali y se enfría, ¿qué tipo de transferencia de calor es la principal responsable?

3. En la <<Ciénaga Grande de Santa Marta>>, el agua está a 30 °C mientras que el aire a la sombra está a 25 °C. Si tocas el agua, ¿qué sientes y por qué?

4. Si compras un helado de <<coco>> en Cartagena y lo sacas del congelador a -18 °C, ¿por qué se derrite rápidamente en la calle a 32 °C?

5. En el <<Páramo de Sumapaz>>, la temperatura es de 5 °C. Si dejas una botella de agua a esa temperatura, ¿qué le pasará al líquido si la sacas y la expones al sol?

6. Para preparar un <<sancocho>> en tu casa en Medellín, hierves agua a 100 °C. Si añades sal, ¿qué le pasa al punto de ebullición del agua?

7. Si en Barranquilla compras un <<pandebono>> recién horneado a 150 °C y lo dejas en la mesa, ¿qué mecanismo de transferencia de calor lo enfriará más rápido?

8. En la <<Ciudad Perdida>>, ¿qué le pasaría a un termo de café si lo abres y lo dejas al aire libre a 22 °C?

9. Si en Bogotá dejas un vaso de <<aguapanela>> con hielo en la ventana de tu casa, ¿qué pasará con el hielo después de 30 minutos?

10. Cuando sudas después de jugar fútbol en el estadio de <<El Campín>> en Bogotá (2 640 msnm), ¿qué mecanismo de transferencia de calor te enfría?

11. Si en Santa Marta compras un <<patacón>> frito a 180 °C y lo dejas en un plato, ¿qué le pasará a su temperatura en los primeros 5 minutos?

12. En la <<Catedral de Sal>> de Zipaquirá, ¿qué le pasaría a un cubo de hielo si lo colocas en la superficie a 14 °C?

13. Si en el <<Caño Cristales>> (temperatura del agua 22 °C) sumerges una lata de <<Colombiana>> fría (5 °C), ¿qué le pasará a la lata después de 10 minutos?

14. Para preparar <<chicha>> en casa, hierves maíz a 100 °C. Si usas una olla de cobre en lugar de aluminio, ¿qué ventaja térmica tiene el cobre?

15. Si en Medellín compras un <<arequipe>> caliente en un puesto ambulante y lo dejas en una bolsa plástica, ¿qué le pasará al arequipe después de 20 minutos?

16. Cuando hierves agua en una olla en tu casa en Cali para hacer <<chocolate santafereño>>, ¿qué le pasa a la temperatura del agua cuando empieza a hervir?

17. Si en Bogotá dejas un <<bandeja paisa>> completo (con frijoles, arroz, huevo, chicharrón y plátano) en un plato al aire libre, ¿qué alimento se enfriará más rápido?

18. En la <<Sabana de Bogotá>>, si dejas un vaso de <<chicha>> con hielo en el balcón de tu apartamento a 15 °C, ¿qué mecanismo hará que el hielo se derrita MÁS LENTO?

19. Si en Cartagena compras un helado de <<lulo>> y lo llevas en una bolsa térmica a Bogotá, ¿qué le pasará al helado después de 4 horas de viaje en bus?

20. Cuando preparas <<sopa de mondongo>> en una olla a presión en tu casa en Medellín, ¿qué le pasa al punto de ebullición del agua dentro de la olla?

Fuentes