Simulacro Saber 11 - Ciencias Naturales - Energia Termica

Introducción a la Energía Térmica

La energía térmica es un concepto fundamental en la física que describe la forma en que el calor se transfiere, se almacena y transforma en distintos procesos.
Entender sus principios resulta clave para explicar fenómenos cotidianos como la cocción de alimentos, la climatización de espacios o el funcionamiento de máquinas térmicas.
Además, conocer con claridad cómo ocurre la transferencia de calor y qué factores influyen en su propagación es un contenido esencial en las evaluaciones de la educación media.
Muchos estudiantes revisan estos conceptos para asegurar un buen desempeño en Saber 11.
Por eso, vale la pena profundizar en cada aspecto de la energía térmica, ya que sus principios teóricos tienen aplicaciones en la vida diaria y en el desarrollo tecnológico.

Definición y conceptos clave

Para empezar, podemos definir la energía térmica como la energía interna de un sistema relacionada con el movimiento y la agitación de sus moléculas.
Cuando se habla de calor, nos referimos a la transferencia de esta energía térmica desde un cuerpo de mayor temperatura a otro de menor temperatura.
Existen varios términos que debemos manejar:
• Temperatura: Magnitud que indica el estado de agitación térmica de las partículas.
A mayor temperatura, mayor velocidad de las moléculas.
• Calor: Proceso de transferencia de energía entre sistemas con diferente temperatura.
Se mide en joules (J) en el Sistema Internacional.
• Capacidad calorífica: Cantidad de energía requerida para elevar en un grado la temperatura de una cierta cantidad de sustancia.
Explica por qué el agua requiere más tiempo para calentarse que otras sustancias.
• Energía interna: Para los gases ideales, depende solo de la temperatura del sistema.
En sólidos o líquidos, puede incluir también la energía debida a enlaces y fuerzas intermoleculares.
La comprensión de estos términos es esencial en el ICFES Saber 11, pues los ejercicios suelen comparar la temperatura, la transferencia de calor y la forma en que distintos materiales la absorben o la liberan.

Mecanismos de transferencia de calor

Existen tres formas principales de transferir energía térmica:
Conducción
Ocurre principalmente en sólidos.
Se basa en la colisión de partículas que transfieren energía.
Por ejemplo, si acercas un extremo de una varilla metálica al fuego, el extremo opuesto se calienta tras un tiempo por la transmisión de energía.

Convección
Sucede en líquidos y gases cuando las partículas más calientes se desplazan, generando corrientes internas que distribuyen el calor.
Al hervir agua, puede observarse cómo el fluido en el fondo, al calentarse, asciende y lleva energía térmica a zonas más frías.

Radiación
Se transmite mediante ondas electromagnéticas, incluso en el vacío.
El calor del Sol que llega a la Tierra es un ejemplo claro de transferencia de calor por radiación.
La variedad de preguntas en el Examen Saber 11 sobre energía térmica suele incluir ejemplos de estos mecanismos, pidiendo identificar cuál es predominante en un determinado fenómeno.
Para la Preparación Saber 11, es importante ejercitarse con situaciones que muestren con claridad la diferencia entre conducción, convección y radiación.

Propiedades específicas de la materia

Cada material reacciona de manera distinta al recibir o ceder calor.
Ejemplos notables son:
• Metales: Poseen alta conductividad térmica, lo que explica por qué un trozo de metal “roba” el calor de la mano y se siente más frío que la madera, aun estando ambos a la misma temperatura.
• Madera y plásticos: Son aislantes y, por tanto, más lentos al transferir calor.
• Alta capacidad calorífica del agua: Requiere mucha energía para elevar su temperatura, lo que la hace un excelente agente de refrigeración y un moderador de climas.
La compresión de estos comportamientos te sirve para contestar cuestionarios teóricos y ejercicios prácticos, además de interpretar procesos cotidianos como el uso de agua en sistemas de refrigeración de autos o el calentamiento de alimentos en hornos de microondas.

Cambios de fase y capacidad calorífica

Cuando una sustancia cambia de sólido a líquido o de líquido a gas, se requiere o se libera energía térmica.
Durante esos cambios de fase, la temperatura permanece constante mientras la sustancia absorbe o libera calor para modificar su estado físico.
Por ejemplo, al calentar hielo hasta derretirlo, veremos que la temperatura se mantiene en 0 °C hasta que todo el hielo pase a estado líquido.
Este fenómeno se comprende mejor a través de los siguientes conceptos:
• Calor latente de fusión: Energía requerida para fundir un sólido.
• Calor latente de vaporización: Energía que necesita un líquido para convertirse en gas.
Gracias a estas ideas, podemos explicar también por qué al hervir agua la temperatura no aumenta de 100 °C mientras dure la ebullición a nivel del mar.
Tales procesos suelen ilustrarse con gráficas de calentamiento en las cuales se aprecia que la línea de temperatura se mantiene estable en el cambio de fase.

Principios básicos de la termodinámica

Para predecir la dirección de los intercambios de calor y sus efectos en la energía interna, se suelen aplicar las leyes de la termodinámica:
Primer principio de la termodinámica: La energía no se crea ni se destruye, solo se transforma.
Si un sistema recibe calor, este puede usarse para aumentar la energía interna o para realizar trabajo sobre el entorno.
Segundo principio de la termodinámica: El calor fluye espontáneamente del cuerpo más caliente al más frío.
Además, la entropía (medida del desorden molecular) de un sistema aislado tiende a aumentar.
Tercer principio de la termodinámica: Establece que es imposible alcanzar el cero absoluto de temperatura, ya que implicaría ausencia total de energía en las moléculas.
Estos principios fundamentan el análisis de máquinas térmicas, refrigeradores y procesos como compresión y expansión de gases.
Suelen aparecer ejemplos de estos en la preparación teórica de evaluaciones académicas donde se cotejan cambios de presión, volumen y temperatura.

Leyes de los gases

La conducta de los gases ante variaciones de presión, temperatura y volumen se resume en tres leyes principales:
• Ley de Boyle: A temperatura constante, la presión y el volumen de un gas se relacionan inversamente: P V = constante.
• Ley de Charles: A presión constante, el volumen es directamente proporcional a la temperatura: V ⁄ T = constante.
• Ley de Gay-Lussac: A volumen constante, la presión es directamente proporcional a la temperatura: P ⁄ T = constante.
Entender estas leyes ayuda a explicar por qué un neumático se infla más en días calurosos o por qué las latas de aerosol indican que no deben exponerse al calor.
Resulta frecuente encontrar preguntas sobre la aplicación de estas leyes en exámenes que evalúan los fundamentos de la física.

Aplicaciones cotidianas de la energía térmica

• Cocción de alimentos: Utiliza la conducción y convección.
Por ejemplo, al hervir pasta, el agua caliente transfiere calor mediante movimientos convectivos.
• Refrigeración y aire acondicionado: Emplean fluidos refrigerantes con capacidad de absorber o liberar calor por cambios de fase.
• Automóviles: El motor de combustión interna transforma la energía química del combustible en energía térmica y luego en movimiento mecánico.
• Efecto invernadero: El vidrio de un invernadero (o la atmósfera terrestre) deja pasar la radiación solar y, a la vez, retiene el calor irradiado, permitiendo que el interior se mantenga a una temperatura más alta.
Cada una de estas aplicaciones aparece en diferentes contextos de la práctica diaria y son ejemplos recurrentes en el uso de la energía térmica que pueden abordarse en clases de física.

Recomendaciones de estudio

La energía térmica ha sido un tema clásico en distintas evaluaciones a lo largo de los años.
Para quienes deben afrontar el Examen Saber 11, resulta provechoso:
• Relacionar los conceptos teóricos de calor, temperatura y energía interna con fenómenos de la vida real (como hervir agua o usar refrigeradores).
• Familiarizarse con la resolución de problemas que involucren capacidad calorífica, cambios de fase y leyes de los gases.
• Resolver ejercicios que combinen la termodinámica con la mecánica básica, como la comprensión de frenos que se calientan por fricción.
• Practicar la aplicación de las leyes de la termodinámica en sistemas cerrados y abiertos, considerando el trabajo, el calor y la energía interna.

Conclusión

La energía térmica se manifiesta en múltiples situaciones cotidianas y su estudio permite entender desde procesos biológicos hasta el funcionamiento de grandes sistemas energéticos.
Prepararse en esta materia es esencial para los estudiantes de educación media, pues asegura bases sólidas en la interpretación de fenómenos físicos.
Para profundizar y afianzar estos conocimientos, la clave está en resolver gran variedad de ejercicios y comparar resultados con situaciones reales.
Quienes se forman con miras a aplicar en ICFES Saber 11 tienen la oportunidad de desarrollar una visión amplia de cómo la transferencia de calor y los principios termodinámicos explican gran parte de las transformaciones energéticas que nos rodean.
El dominio de estos principios será sumamente útil, tanto en la academia como en la vida práctica.
Dedicar tiempo a entender la energía térmica, sus leyes y sus manifestaciones es invertir en una comprensión científica que trasciende el aula y se proyecta a la cotidianidad.
Con una buena Preparación Saber 11 en este tema, habrá un paso seguro hacia un rendimiento sobresaliente en la evaluación de física.