Situación problemática para alumnos de Secundaria sobre TERMODINÁMICA

Situación problemática para alumnos de Secundaria sobre TERMODINÁMICA

14 febrero, 2016 0 By Ensambledeideas

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Problemas Planteados

Con la primera actividad experimental se intentará responder a la pregunta “¿El agua es un buen conductor térmico?”. El segundo problema será descripto de la siguiente manera: “Si coloco dos latas de gaseosas a la misma distancia del fuego, una de ellas de color claro y otra de color oscuro, ¿alcanzará el contenido de ambas la misma temperatura al mismo tiempo?”. Por último, se buscará una respuesta a la situación: “Un día de invierno, tras haber calentado tu hogar con estufas o dejando encendidas algunas hornallas (ojo, con la debida ventilación para evitar tragedias), querés cambiar la bombilla de tu casa por una lámpara de bajo consumo. Al subirte sobre una silla para hacerlo, te das cuenta que el aire se encuentra más caliente y agobiante en el techo. ¿Por qué ocurre esto?”.

Contenidos trabajados

Al comenzar la clase, se dará un repaso de los contenidos aprendidos en la clase anterior. Una vez hecho esto, el docente planteará los problemas relacionados con la transferencia de energía por conducción, radiación y convección que serán estudiados en la clase.

Actividades que realizan los alumnos

La primera experiencia será la correspondiente a conducción. Para ello, el docente llevará trozos de hielo al laboratorio y se repartirá a los grupos armados. Para esta experiencia se necesitarán: un tubo de ensayo, los trocitos de hielo, un tornillo o tuerca (que los alumnos habrán llevado), agua, mechero o calentador y una pinza de madera. Los alumnos de cada grupo deberán:

  1. Colocar en el tubo de ensayo los trocitos de hielo cubiertos por el objeto metálico.
  2. Agregar un poco de agua.
  3. Acercar la parte superior del tubo al mechero o calentador, utilizando la pinza de madera.
  4. Anotar qué ocurre cuando hierve el agua.

La segunda experimentación será la relacionada conradiación. Los grupos contarán con los siguientes materiales para realizar la experimentación (previamente solicitados la clase anterior): dos latitas de gaseosas vacías, un poco de agua y afiches blanco y negro. El docente proporcionará además un mechero o calentador y un termómetro.
Se tomará una de las latas y se forrará con el afiche negro. Se hará lo mismo con la otra lata y el afiche blanco. A continuación, se colocará una misma cantidad de agua en cada lata (preferiblemente poca cantidad, pues mucha hará que la experiencia quite mucho tiempo de clase). Se pondrá a calentar las dos latas a igual distancia del fuego y se controlará la temperatura cada 3 minutos, armando una tabla con los valores obtenidos para cada lata y los tiempos.
La última experiencia será la correspondiente a convección. Para estudiar las corrientes convectivas en un líquido se llevará del curso algunas tizas de color. Se necesitarán: agua, un vaso de precipitados, trozos de tiza de color o yerba mate, un mechero de Bunsen, un trípode y tela de amianto. Los alumnos deberán:

  1. Colocar agua en el recipiente (vaso de precipitados).
  2. Agregar trocitos de tiza de color o yerba mate.
  3. Colocar el recipiente al fuego hasta que hierva el agua.
  4. Anotar qué ocurre cuando hierve el agua.

RESULTADOS ESPERADOS:

                En la experiencia relacionada con radiación, el agua contenida en la lata negra aumentó su temperatura mucho más rápidamente que el agua contenida en la lata blanca, aun cuando equidistaban (es decir, estaban a igual distancia) del mechero. Esto es debido a que los colores oscuros absorben mayor cantidad de energía, mientras que los colores claros la reflejan, por lo que tarda más el agua en calentarse en este último caso.
En la segunda experiencia, relacionada con la conducción, dentro del mismo tubo de ensayo se obtuvo, sorprendentemente, agua congelada (hielo) en la parte inferior y agua hirviendo en la parte superior, demostrando entonces que el agua no es un buen conductor térmico. Si lo fuera, el agua debería estar a temperaturas similares en cada punto.
En la tercera experiencia, se notaron las corrientes convectivas: al hervir el agua los trocitos de tiza de color o yerba mate ascendían y descendían dentro del vaso de precipitados en un ciclo muy bien diferenciado, cuando se seguía con la vista alguno en especial. Esto demuestra por analogía que, en un fluido, el aire caliente asciende y el aire frío desciende, lo que explicaría por qué al cambiar la lamparita se siente agobiante el aire cercano al techo.

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