Lesson 3.3Temperature Change and Equilibrium

Thermal EnergyLesson Guides

Lesson 3.3

© The Regents of the University of California

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Simulating the Demo

Follow the instructions to simulate the demonstration. When you have finished both trials, answer

the questions below.

System X: 100 mL cold water, 100 mL hot water

1. In the Thermal Energy Simulation, add a medium sample (Sample A) to represent the water in Container X. Cool this sample to 4.5ºC.

2. Add a medium sample (Sample B) to represent the water in Cup X. Warm this sample to 38.6ºC.

3. Record the Starting Thermal Energy of both samples in the table below.

4. Add the Starting Thermal Energy of both samples together to calculate the Starting Thermal Energy of the system.

5. Pull the samples into contact. When energy stops transferring, fill out the rest of the table.

System X Sample A Sample B System

Starting temperature (°C) 4.5 38.6

Starting thermal energy (kJ)

Ending temperature (°C)

Ending thermal energy (kJ)

System Y: 100 mL cold water, 300 mL hot water

1. Add a medium sample (Sample A) to represent the water in Container Y. Cool this sample to 4.5ºC.

2. Add a large sample (Sample B) to represent the water in Cup Y. Warm this sample to 38.6ºC.

3. Record the Starting Thermal Energy of both samples in the table below.

4. Add the Starting Thermal Energy of both samples together to calculate the Starting Thermal Energy of the system.

5. Pull the samples into contact. When energy stops transferring, fill out the rest of the table on the next page.

Thermal Energy—Lesson 3.3—Activity 2

© 2018 The Regents of the University of California. All rights reserved. Permission granted to photocopy for classroom use.

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Simulating the Demo (continued)

System Y Sample A Sample B System

Starting temperature (°C) 4.5 38.6

Starting thermal energy (kJ)

Ending temperature (°C)

Ending thermal energy (kJ)

In both systems, how did the starting thermal energy compare to the ending thermal energy of the system?

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Which system reached a higher equilibrium temperature? (circle one)  System X   System Y

Why do you think this system reached equilibrium at a higher temperature?

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Thermal Energy—Lesson 3.3—Activity 2

© 2018 The Regents of the University of California. All rights reserved. Permission granted to photocopy for classroom use.

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Homework: Reading “Dumpling Dilemma: Oil or Water?”

As you read the article “Dumpling Dilemma: Oil or Water?,” annotate it with your own ideas and questions. When you have finished, answer the question below.

What are two reasons why dumplings cook faster in oil than in water?

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What is something new you learned about temperature and thermal energy from reading this article?

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Active Reading Guidelines

1. Think carefully about what you read. Pay attention to your own understanding.

2. As you read, annotate the text to make a record of your thinking. Highlight challenging words and add notes to record questions and make connections to your own experience.

3. Examine all visual representations carefully. Consider how they go together with the text.

4. After you read, discuss what you have read with others to help you better understand the text.

Thermal Energy—Lesson 3.3—Activity 4

© 2018 The Regents of the University of California. All rights reserved. Permission granted to photocopy for classroom use.

Dumpling Dilemma: Oil or Water? E1

Dumpling Dilemma: Oil or Water?Have you ever eaten the dumplings sometimes known as gyoza, or potstickers? These dumplings are made of meat or vegetables stuffed into thin wrappers made of dough, and they can be cooked in different ways. Boiling the dumplings in water makes the outsides of the dumplings soft, while deep-frying them in oil makes their outsides brown and crispy. Both methods involve cooking the potstickers in liquid, but the results are different: one is soft and the other is crispy. Why is that?

The difference in texture between dumplings that are boiled in water and dumplings that are deep fried in oil is due to differences in how energy is transferred into water and oil. Like all substances, water and oil each need energy transferred to them in order to heat up. However, different substances require different amounts of energy transfer to reach the same temperature. One thing you might notice if you are cooking dumplings in water is that it takes a long time just to get water to boil–much longer than it takes to heat the same amount of cooking oil to the same temperature.

Changing the temperature of water isn’t easy—it takes a lot of energy. That’s why it takes a

long time to make a pot of water so hot that it boils: even if the burner on your stove is turned way up, a lot of energy needs to be transferred to the water before its temperature rises by even one degree. It takes much less energy to change the temperature of oil than it does to change the temperature of water, so if you transfer the same amount of energy to cooking oil and to water, the oil gets hot faster than the water does.

Dumplings that have been fried in oil have brown, crispy outsides, while dumplings that have been boiled in water are soft on the outside. Either way, they’re delicious!

Substance Energy required to heat 1kg from 20°C to 100°C

Water 335 kJ

Vegetable oil 134 kJ

Air 80 kJ

Sand 66 kJ

This chart shows examples of different substances and the energy required to change their temperatures from 20°C to 100°C.

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E2 Dumpling Dilemma: Oil or Water?

There are other differences in the ways oil and water heat up: liquid water can’t actually get as hot as oil can. Water boils at 100 degrees Celsius (212 degrees Fahrenheit), so that’s as hot as liquid water can get—after that, it evaporates into a gas. However, oil stays liquid at 100 degrees Celsius, and can get even hotter than that without changing to a gas. This means you can cook dumplings in oil that is much hotter than liquid water can ever be.

Because liquid oil can reach such a high temperature, the outsides of the dumplings can get crispy. Since liquid water doesn’t get as hot, the dumplings cooked in water stay soft when they cook. Whichever way you like to cook your dumplings, you’ll have to transfer a lot of energy into them to make sure they’re cooked all the way. And whether you like them soft or crispy, they’re sure to be delicious!

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Simular la demostración

Sigue las instrucciones para simular la demostración. Cuando hayas terminado ambos ensayos, contesta las siguientes preguntas.

Sistema X: 100 mL agua fría, 100 mL agua caliente

1. En la Simulación Energía térmica, añade una muestra mediana (Muestra A) para representar el agua en el Contenedor X. Enfría esta muestra a 4.5°C.

2. Agrega una muestra mediana (Muestra B) para representar el agua en la Taza X. Calienta esta muestra a 38.6°C.

3. Apunta la energía térmica inicial de ambas muestras en la siguiente tabla.

4. Suma la energía térmica inicial de ambas muestras para calcular la energía térmica inicial del sistema.

5. Jala las muestras hasta que entren en contacto. Cuando la energía deje de transferir, llena el resto de la tabla.

Sistema X Muestra A Muestra B Sistema

Temperatura inicial (°C) 4.5 38.6

Energía térmica inicial (kJ)

Temperatura final (°C)

Energía térmica final (kJ)

Sistema Y: 100 mL agua fría, 300 mL agua caliente

1. Agrega una muestra mediana (Muestra A) para representar el agua en el Contenedor Y. Enfría esta muestra a 4.5°C.

2. Agrega una muestra grande (Muestra B) para representar el agua en la Taza Y. Calienta esta muestra a 38.6°C.

3. Apunta la energía térmica inicial de ambas muestras en la siguiente tabla.

4. Suma la energía térmica inicial de ambas muestras para calcular la energía térmica inicial del sistema.

5. Jala las muestras hasta que entren en contacto. Cuando la energía deje de transferir, llena el resto de la tabla en la próxima página.

Energía térmica—Lección 3.3—Actividad 2

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Simular la demostración (continuación)

Sistema Y Muestra A Muestra B Sistema

Temperatura inicial (°C) 4.5 38.6

Energía térmica inicial (kJ)

Temperatura final (°C)

Energía térmica final (kJ)

En ambos sistemas, ¿cómo se comparó la energía térmica inicial a la energía térmica final del sistema?

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¿Qué sistema alcanzó una temperatura de equilibrio más alta? (encierra una en un círculo)

  Sistema X  Sistema Y

¿Por qué piensas que este sistema alcanzó equilibrio a una temperatura más alta?

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Energía térmica—Lección 3.3—Actividad 2

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Tarea: leer “El dilema de un dumpling: aceite o agua”

Mientras lees el artículo “El dilema de un dumpling: aceite o agua", añádele apuntes con tus propias ideas y preguntas. Cuando hayas terminado, contesta la siguiente pregunta.

Nombra dos razones por las cuales los dumplings se cocinan más rápido en aceite que en agua.

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¿Qué es algo nuevo que aprendiste sobre la temperatura y la energía térmica al leer este artículo?

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Pautas de la Lectura Activa

1. Piensa cuidadosamente sobre lo que lees. Presta atención a tu propia comprensión.

2. Mientras lees, añade apuntes al texto para tener un registro de tus ideas. Destaca las palabras difíciles, y agrega notas para apuntar tus preguntas y hacer conexiones con tu propia experiencia.

3. Examina cuidadosamente todas las representaciones visuales. Considera cómo se relacionan con el texto.

4. Después de leer, discute lo que leíste con otros/as estudiantes para ayudarte a comprender mejor el texto.

Energía térmica—Lección 3.3—Actividad 4

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El dilema de un dumpling: aceite o agua E1

El dilema de un dumpling: aceite o agua¿Has comido alguna vez los dumplings a veces conocidos como gyoza o potstickers? Estos dumplings están hechos de una delgada masa rellena de carne o vegetales y pueden ser cocidos de diferentes maneras. Hervir los dumplings en agua hace que la cubierta de los dumplings sea suave, mientras que freírlos en aceite abundante hace que su cubierta sea marrón y crujiente. Con los dos métodos, uno cocina los dumplings en líquido, pero los resultados son diferentes: uno queda suave y el otro crujiente. ¿Por qué?

La diferencia en la textura de los dumplings cocidos en agua y los dumplings fritos en aceite abundante se debe a las diferencias en cómo la energía es transferida al agua y al aceite. Como toda sustancia, el agua y el aceite necesitan que energía sea transferida a ellos para poder calentarse. Sin embargo, diferentes sustancias necesitan diferentes cantidades de transferencia de energía para alcanzar la misma temperatura. Algo que tal vez observes si estás cocinando dumplings en agua es que simplemente hervir el agua

demora mucho, bastante más de lo que demora calentar la misma cantidad de aceite a la misma temperatura.

Cambiar la temperatura del agua no es fácil. Requiere mucha energía. Es por eso que demora tanto calentar una olla de agua hasta

Los dumplings fritos en aceite tienen una cubierta marrón y crujiente, mientras que los dumplings hervidos en agua tienen una cubierta suave. De cualquier forma, ¡son deliciosos!

SustanciaEnergía necesaria para calentar 1 kg de 20°C a 100°C

Agua 335 kJ

Aceite vegetal 134 kJ

Aire 80 kJ

Arena 66 kJ

Esta gráfica muestra ejemplos de unas sustancias diferentes y la energía necesaria para cambiar sus temperaturas de 20°C a 100°C.E

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E2 El dilema de un dumpling: aceite o agua

que hierva. Incluso si el quemador de tu estufa está al máximo, mucha energía debe ser transferida al agua antes de que su temperatura suba incluso un grado. Cambiar la temperatura del aceite requiere mucho menos energía que cambiar la temperatura del agua, así que si le transfieres la misma cantidad de energía al aceite de cocina y al agua, el aceite se calienta más rápido que el agua.

Hay otras diferencias en las maneras en que el aceite y el agua se calientan: El agua líquida en realidad no puede calentarse tanto como el aceite. El agua hierve a los 100 grados Celsius (212 grados Fahrenheit), así que esto es lo más caliente a lo que puede llegar a estar el agua líquida. Después de esto, se evapora a gas. Sin embargo, el aceite se mantiene líquido a 100° Celsius, y puede calentarse más todavía sin cambiar a gas. Esto significa que puedes cocinar dumplings en aceite mucho más caliente de lo que el agua podría llegar a estar.

Como el aceite líquido puede llegar a una temperatura tan alta, las partes exteriores de los dumplings pueden ponerse crujientes. Ya que el agua líquida no se calienta tanto, los dumplings cocidos en agua se mantienen suaves al cocinarse. Sea como sea que elijas cocinar tus dumplings, tendrás que transferirles un montón de energía para asegurar que estén completamente cocidos. Y te gusten suaves o crujientes, ¡de seguro estarán deliciosos!

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