La resistencia eléctrica

Nivel: Primaria (11-12 años) | Autor(es): Material traducido de La main à la pâte | País: Francia | Fecha de publicación: 21/01/2013

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Referencias didácticas

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Propósitos

 

Los estudiantes experimentarán con la resistencia eléctrica de un hilo metálico, observando las variaciones de la corriente eléctrica e identificando aplicaciones prácticas cotidianas.


Descripción

Hasta la actividad anterior se trabajaron tres sesiones dedicadas a las
configuraciones de los circuitos eléctricos: serie, paralelo y mixto.
En esta actividad se retoma el concepto de materiales conductores y no
conductores, para explorar en detalle el fenómeno de la resistencia
eléctrica.
Se experimenta con un hilo de esponjilla que sirve de resistencia eléctrica
variable en un circuito sencillo. Se prueba modificando la longitud y el
número de hilos, que puede compararse con conectar otros hilos en serie o
en paralelo.
A partir de la variación de esta resistencia se observan cambios en la
iluminación, el movimiento o el sonido, según el componente que esté
conectado.
En la actividad “Para explorar el entorno” se retoma el ejercicio de
observación en casa para identificar aparatos que aprovechan este
fenómeno de variar la resistencia eléctrica.
Las siguientes orientaciones disciplinares están escritas para apoyar conceptualmente el trabajo del profesor o la profesora. La descripción del trabajo con los estudiantes en el aula está descrita en la siguiente sección: Orientaciones Didácticas.
 
Valores de resistencia eléctrica
Los componentes eléctricos de la caja Discovery Box cumplen alguna función particular cuando se conectan a la batería: iluminan, suenan o se mueven.
Por cada uno de estos componentes pasa cierto valor de corriente eléctrica que depende de su resistencia. Este valor de resistencia eléctrica se puede calcular con la ley de Ohm:
En la siguiente tabla y a manera de referencia se muestran los valores de corriente eléctrica y de resistencia para tres componentes de la caja, cuando se conectan directamente a una batería cargada:
Estos valores se presentan para apoyar la comprensión del concepto de resistencia eléctrica en el profesor o la profesora. No son necesarios para el desarrollo de la actividad.
 

El espacio de trabajo
Es deseable un espacio de trabajo amplio, bien iluminado y con mesas y sillas dispuestas para trabajar en equipos de 4 estudiantes.
Las actividades de inicio y de cierre se realizan con todo el grupo. Es importante contar con un espacio abierto, organizado en círculo o similar para que todos los participantes puedan verse.

Sugerencias Didácticas

Esta actividad ocurre en cuatro momentos:
El primero para recordar sesiones anteriores en el que los estudiantes hacen un recuento de las conexiones de circuitos serie, paralelo y mixto.
El segundo de exploración de ideas para trabajar con una analogía de resistencia eléctrica.
El tercero de experimentación en el que se realizan experimentos con un hilo metálico que funciona como resistencia eléctrica.
El cuarto de cierre y reflexión en el que se obtienen conclusiones de la experimentación y se reflexiona sobre algunas aplicaciones prácticas.
Para recordar sesiones anteriores
Para iniciar la actividad el profesor o la profesora organizará equipos de 4 estudiantes y asignará los roles de líder, vocero, secretario y encargado de materiales.
En esta primera parte se hace un repaso corto de los aspectos claves de las sesiones anteriores.
El profesor o la profesora debe incluir en el repaso las actividades “para explorar el entorno” y retomar los descubrimientos que los y las estudiantes han conseguido en sus casas.
Se debe trabajar sobre las siguientes relaciones e incluir otras que los estudiantes o el profesor o la profesora consideren importantes para la reflexión.
·  En la sesión de “Conductores y no conductores” encontramos materiales que conducen la electricidad y otros que la aíslan.
Estos materiales fueron clasificados según su capacidad de conducir, más o menos, la corriente eléctrica.
·  En los circuitos en serie hay un único camino de corriente que atraviesa todos los componentes. La ausencia de uno de los componentes “abre” el circuito.
·  En los circuitos en paralelo hay varios caminos de corriente, uno por cada componente. Uno se los componentes se puede retirar sin afectar el funcionamiento de los demás.
·  La corriente eléctrica varía en los circuitos serie y paralelo según el número de componentes en el circuito: cuando se agregan componentes en un circuito serie la corriente disminuye, cuando se agregan en un circuito paralelo la corriente aumenta.
·  Cuando se conectan dos baterías en serie hay dos posibilidades: que el voltaje aumente cerca del doble o que el voltaje disminuya, casi a cero.
·  En un circuito mixto hay diferentes caminos de corriente, y según como se conecten los componentes, la corriente aumentará o disminuirá en los segmentos del camino.
El ejercicio anterior permite consolidar los aprendizajes logrados hasta este momento y entender la manera como se hará en adelante la experimentación con las resistencias eléctricas.
 
Exploración de ideas
La exploración continua apoyándose de la analogía del tanque de agua:
·  Piensa nuevamente en el tanque de agua que tiene un tubo en la parte inferior para
la salida del líquido. Este tubo representa el camino de corriente eléctrica de un circuito.
 
o ¿Cómo representarías el camino cuando se conecta un material conductor, como
un clip o un alfiler?
o ¿Cómo lo representarías cuando se conecta material aislante, como un
borrador o una madera?
También pueden explorarse algunos referentes cotidianos sobre la resistencia eléctrica a través de las siguientes preguntas:
·  ¿Todos los objetos metálicos conducen igual la electricidad?
·  ¿Hay alguna manera de variar la intensidad de la luz de un bombillo?
·  ¿Cómo se varía el calor de una plancha?
 
La experimentación
Luego de la discusión anterior el profesor o la profesora recordará las normas de seguridad de la caja Discovery Energía y Electricidad. Debe hacer énfasis en evitar las conexiones de corto circuito.
Cada equipo deberá reasignar los roles de sus integrantes y recordar las tareas que le corresponde a cada uno. El encargado de los materiales deberá llevar a su mesa 1 batería, 1 bombillo, 1 roseta, 3 caimanes y 2 hilos de esponjilla de aprox. 30 cm. cada uno.
El primer ejercicio de cada grupo será armar un circuito de pruebas: una conexión en serie de batería, bombillo y un espacio entre caimanes para conectar otro componente.
Se les debe indicar que unan por un momento los caimanes para cerrar el
circuito y que observen la intensidad de luz del bombillo encendido. Es importante que lo recuerden para más adelante.
Luego deben tomar uno de los hilos de esponjilla, estirarlo y conectar sus extremos a los caimanes:
El secretario de cada equipo debe dibujar el esquema de este circuito y los resultados en el cuaderno de apuntes.
La experimentación se puede guiar con las siguientes preguntas. El vocero del equipo sigue siendo el encargado de responder, para lo cual el profesor o la profesora deberá dar un tiempo corto, después de la pregunta, para que todo el equipo la discuta y el vocero responda:
·  ¿Por qué ha disminuido la intensidad de luz del bombillo?
·  ¿Qué ha pasado con la corriente eléctrica?, (esperando que la
intensidad de luz se relacione con la intensidad de corriente)
 
A continuación el profesor o la profesora indicará la manera de probar cambios de resistencia eléctrica. Se necesitan varias manos para esta prueba.
1. Un extremo del hilo de esponjilla debe seguir conectado al caimán y un estudiante lo debe mantener fijo contra la mesa para que no se mueva.
2. El otro extremo del hilo se debe soltar del caimán y otro estudiante lo debe halar suavemente hasta que se estire completamente.
3. Finalmente otro estudiante debe tomar el caimán que se soltó y sin abrirlo, por su borde exterior, deslizarlo sobre el hilo de esponjilla.
Mientras el caimán se desliza entre los extremos del hilo los estudiantes deben observar lo que ocurre en el circuito.
 
·  ¿A qué se debe el cambio de intensidad de luz en el bombillo?
·  ¿Cómo se relaciona la longitud del hilo con la intensidad de luz del bombillo, y esta con la corriente eléctrica?
 
Las respuestas deben concluir que la corriente eléctrica aumenta cuando la longitud del hilo es más corta, por lo tanto, la resistencia eléctrica (que es lo que se opone al paso de la corriente) es menor cuando la longitud del hilo es menor.
El profesor o la profesora debe indicar a los estudiantes que prueben conectando otro hilo de esponjilla en paralelo al primero.
·  ¿Qué ocurre con la luz?, ¿y con la corriente eléctrica?
·  ¿Cómo es el camino de la corriente?
·  ¿Qué pasaría si se colocan más hilos en paralelo?
 
El profesor o la profesora y los estudiantes deben concluir sobre la relación entre el número de hilos y la cantidad de corriente eléctrica que pasa a través de ellos.
Hay dos características importantes de la resistencia eléctrica:
·  Es proporcional a la longitud del conductor: a mayor longitud, mayor resistencia.
·  Es inversamente proporcional a la cantidad de hilos, o lo que es lo mismo, al grosor del conductor: a mayor grosor, menor resistencia.
Estas conclusiones deben ser guiadas por el profesor o la profesora, pero serán los y las estudiantes quienes las construyan a partir de los resultados de su experimentación.
Para ampliar su lista de resultados los estudiantes pueden utilizar otros componentes eléctricos (el motor y el zumbador), variar la resistencia en serie (el hilo de esponjilla) y registrar los resultados en el cuaderno de apuntes.

 

Materiales de trabajo

  • 1 Batería
  • 1 Bombillo
  • 1 Roseta
  • 3 Caimanes
  • 2 Hilos de esponjilla de aprox. 30 cm