Sin baterías

Nivel: Primaria (8-10 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 descubren varias maneras de transformar la energía mecánica, química y solar en energía eléctrica.
Construyen y prueban algunas fuentes de energía eléctrica con los componentes de la caja Discovery Box.


Descripción

Esta actividad introduce a un tema de amplio trabajo y de diversas discusiones actuales: las fuentes alternativas de energía.
Se exploran tres métodos de producción de energía eléctrica a partir de transformaciones de tres tipos de energía: mecánica, solar y química.
Cada transformación se evidencia con un ejercicio de construcción y experimentación. Se prueba con los diferentes componentes eléctricos de la caja Discovery: bombillos, zumbadores, motores, etc., de manera que se identifica la cantidad de energía eléctrica que se produce en cada caso.
Durante la actividad se pregunta frecuentemente por las posibles aplicaciones de cada tipo de energía, provocando la construcción de relaciones con los usos del contexto cercano de los estudiantes.
La actividad “para explorar el entorno” también tiene un fuerte componente de reflexión sobre el contexto.
Se presenta la situación de uso de baterías recargables en comparación con las tradicionales desechables. Se proponen comparativos de precios, rendimiento, impacto, etc.
Esta exploración abre el tema a reflexiones más agudas acerca de las posibilidades de reciclaje de basura electrónica y al impacto de este tipo de desechos en el medio ambiente.

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.
 
Fuentes de energía eléctrica
En esta actividad se exploran tres fuentes de energía y tres maneras de transformación en energía eléctrica:
 
A partir de energía mecánica.
El motor eléctrico, siendo utilizado de manera inversa, puede generar corriente eléctrica a partir del movimiento. Ocurre un fenómeno de inducción eléctrica debido al movimiento de un arreglo de alambres en presencia de un campo magnético. Esta corriente eléctrica “inducida” es proporcional al número de espiras y a la intensidad
del campo magnético.
 
A partir de energía solar
Las celdas solares son dispositivos construidos a partir de materiales semiconductores que aprovechan el efecto fotoeléctrico.
Este efecto consiste en la absorción de paquetes de energía (fotones) que produce la liberación de electrones del material semiconductor y generar una corriente eléctrica.
 
A partir de energía química
Es el principio de la baterías eléctricas.
Un proceso químico transitorio en el que dos metales sumergidos en un líquido experimentan fenómenos de oxidación y reducción.
Esto implica el transporte de cargas eléctricas de un metal al otro.
En este proceso se genera una diferencia de potencial eléctrico entre los metales debida a la acumulación de cargas en uno de los “polos” eléctricos.

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 las sesiones anteriores y las actividades en las que han observado transformaciones de energía.
El segundo de exploración de ideas acerca de la generación de energía eléctrica.
El tercero de experimentación con tres configuraciones que generan energía eléctrica.
El cuarto de cierre y reflexión sobre la actividad y sobre los usos de las fuentes de energía alternativas.
 
Para recordar las sesiones anteriores
Para iniciar la actividad el profesor o la profesora organizará los equipos de 4 estudiantes y asignará los roles de líder, vocero, secretario y encargado de materiales.
 
En la primera parte se revisa la actividad “para explorar el entorno” de la sesión anterior acerca de las tres maneras de utilizar las resistencias eléctricas y la analogía con el sistema hidráulico.
 
Luego se puede discutir con el grupo las siguientes situaciones:
 
·  ¿Cómo se produce calor en el hilo de la esponjilla o en algunos electrodomésticos, como la ducha, la estufa eléctrica o la plancha? o ¿la electricidad se puede sentir?
·  ¿Cómo se produce la luz del bombillo?
o ¿la electricidad se puede ver?
·  ¿Cómo se produce el sonido del zumbador? o ¿la electricidad se puede escuchar?
 
Las segundas preguntas de cada punto ya se habían realizado en la primera sesión de esta cartilla.
En este caso los estudiantes deben diferenciar entre la energía eléctrica, que no se escucha ni se ve y las manifestaciones de incandescencia, en el caso del bombillo, de calor en el caso de la plancha o la estufa y de vibración, en el caso del zumbador.
 
Exploración de ideas
Se pueden realizar las siguientes preguntas para explorar las ideas previas de los estudiantes acerca de las fuentes de energía:
 
·  ¿Cómo creen que se produce la energía eléctrica que utilizamos en la casa?
·  ¿Cómo funciona las baterías?, ¿de dónde sale la corriente eléctrica?
·  ¿Conocen algún artefacto eléctrico que funcione sin conectarse a la toma o sin baterías?, ¿cuál?, ¿en dónde se utiliza?
 
La experimentación
Para empezar el profesor o la profesora recordará las normas de seguridad y las instrucciones de uso de los materiales de la caja Discovery Energía y Electricidad.
La experimentación tiene dos partes:
 
A. La exploración del motor y de la celda solar como generadores eléctricos.
B. La construcción de una batería de vinagre.
 
El motor y la celda solar
El salón se divide en dos grupos para realizar estos ejercicios en paralelo.
La mitad del grupo experimenta con el motor y la otra mitad con la celda solar.
Si dispone de suficiente tiempo el profesor o la profesora puede intercambiar las actividades entre los grupos, de lo contrario, puede dirigir una charla al final de la experimentación para que los grupos compartan sus experiencias.
Los equipos deben 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 los siguientes materiales, según el experimento que van a realizar:
o Para el motor eléctrico: 1 bombillo, 1 roseta, 3 caimanes, 1 motor, 1 zumbador y 1 LED.
o Para la celda Solar: 1 bombillo, 1 roseta, 3 caimanes, 1 celda solar, 1 motor, 1 zumbador y 1 LED.
En cada experimento se puede probar con los diferentes componentes eléctricos que contiene la caja: el motor, el zumbador, el bombillo y especialmente para esta actividad el LED.
A continuación se describen por separado los dos ejercicios. El profesor o la profesora puede trabajar con los dos grupos al tiempo: observando, preguntando y orientando la experimentación.
Al final es importante que el grupo se reúna nuevamente para compartir sus resultados.
 
El motor como generador
Este ejercicio puede empezar con una pregunta interesante para discutir con el grupo:
 
·  ¿Es posible poner a funcionar alguno de los componentes eléctricos de la caja sin utilizar la batería?, ¿cómo lo harían?
 
El profesor o la profesora dará algunos minutos para que los estudiantes piensen en la pregunta y propongan algunas alternativas. Deben socializarlas y discutirlas con su grupo.
Luego pueden intentar algunas conexiones con los componentes que tienen a mano. El secretario del equipo debe registrar las pruebas en el cuaderno de apuntes.
Los estudiantes deben probar por si solos durante un tiempo, permitiendo que entre los equipos compartan los resultados y que el profesor o la profesora oriente los resultados.
El motor se puede conectar (como si fuera la batería) a cualquiera de los otros componentes: el bombillo, el zumbador o el LED. También se puede probar conectando un motor al motor, en este caso se puede pedir prestado por un momento a otro equipo.
 
Cuando se gira el eje del motor con los dedos se genera una corriente eléctrica que es suficiente para encender el LED, el motor o el zumbador.
Posiblemente la corriente eléctrica generada no sea suficiente para encender el bombillo. El profesor debe preguntar al grupo por qué ocurre esto.
Debido a que el LED y el zumbador tienen polaridad, el motor debe girar en una dirección determinada para que estos enciendan. Por esta razón hay que probar en las dos direcciones con cada componente.
 
La celda solar
El profesor o la profesora debe indicar las precauciones al manejar la celda solar, debido a que su cara libre es de vidrio y puede romperse fácilmente con un golpe.
La exploración se puede motivar con algunas preguntas:
 
·  ¿Recuerdan haber visto una celda solar en otra parte?, ¿en dónde?, ¿para qué se utiliza?
·  ¿Cómo se puede conectar la celda a los otros componentes de la caja?
·  ¿Qué pasará en cada caso si conectamos el zumbador, el bombillo, el LED o un motor a la celda solar?
·  ¿Cómo se comporta la celda solar?, ¿qué tiene que ver el sol en esto?
 
El profesor o la profesora dará algunos minutos para que los estudiantes discutan las preguntas y prueben algunas conexiones.
El secretario del equipo debe registrar en el cuaderno de apuntes todas las pruebas que se realicen.
La celda solar se puede conectar (como si fuera la batería) a cualquier componente: el bombillo, el zumbador, el motor o el LED.
La celda genera una corriente eléctrica proporcional a la intensidad de luz que recibe en su superficie. Si la intensidad de luz es mayor también será mayor la cantidad de corriente eléctrica, entonces el motor girará más rápido, el LED encenderá con mayor intensidad o el zumbador sonará más fuerte.
Acá también habrá que probar la polaridad del zumbador y del LED. Para hacerlo hay que intercambiar la conexión de los componentes a los bornes de la celda solar.
 
Algunas preguntas de cierre
Luego de que los estudiantes han probado diferentes alternativas, con el motor y con la celda solar, el profesor o la profesora deberá hacer un recuento con el grupo sobre lo que sucedió en cada caso:
 
·  ¿Por qué el motor puede encender el LED o el zumbador pero no el bombillo?
·  ¿Qué componentes se pueden encender con la celda solar?
·  ¿De dónde proviene la energía eléctrica que genera cada componente: el motor y la celda solar?
·  ¿Qué pasa si el motor gira más rápido, o más lento?
·  ¿Qué pasa si llega más o menos luz a la celda solar?
·  ¿Qué podríamos hacer para que el motor gire continuamente y siempre esté generando electricidad?
·  ¿En qué aplicación puede ser útil cada forma de generar electricidad?, ¿las hemos visto en otra parte?
 
La batería de vinagre
Para esta actividad el profesor o la profesora debe reunir nuevamente a todo el grupo y recordar las indicaciones de cuidado de los materiales.
Debe insistir en los caimanes y los bornes metálicos de todos los componentes se laven con abundante agua y se sequen muy bien después de utilizarlos, para disminuir la oxidación.
El encargado de materiales de cada equipo debe llevar a su mesa los siguientes materiales:
o 3 piezas de cobre, 3 piezas de zinc, 3 vasos plásticos de 5oz., 4 caimanes, 1 motor, 1 bombillo, 1 LED, 1 zumbador, trozos de cinta de enmascarar y vinagre.
El profesor o la profesora le debe pedir a los estudiantes que sigan estos pasos:
·  Conectar un caimán a una pieza de cobre y otro caimán a una pieza de zinc.
·  Colocar vinagre en un vaso plástico hasta la mitad y sumergir las piezas de
cobre y de zinc.
·  Pegar con cinta de enmascarar cada caimán que sale de las piezas de zinc y
de cobre al borde del vaso plástico, para que no se muevan.
Es importante que dentro del vaso de vinagre las piezas de zinc y de cobre no se toquen.
Los estudiantes deben observar durante medio minuto lo que ocurre
dentro del vaso. El profesor o la profesora puede hacer algunas preguntas:
 
·  ¿Qué ocurre con el vinagre, con el zinc o con el cobre?
·  ¿Qué esperaran que pase?
Se puede conectar un LED a los extremos sueltos de los caimanes. Debe
probarse conectando en las dos direcciones del LED.
·  ¿Ocurre algo con el LED?
 
Independientemente del resultado, los estudiantes deben armar otro conjunto como el primero para conectarlo en serie.
En esta conexión se cómprate un caimán: el que sale de la pieza de cobre del primer conjunto se conecta con la pieza de zinc del segundo conjunto.
 
 
Nuevamente quedan dos caimanes libres. Se puede probar nuevamente conectando el LED, en las dos direcciones.
 
·  ¿Esta vez ocurre algo diferente?, ¿por qué?
·  ¿Hay una corriente eléctrica en este circuito?
·  ¿Por dónde circula la corriente?
 
Los estudiantes pueden probar con otra batería conectada en serie, como en el paso anterior. En este caso pueden intentar también con el zumbador, el bombillo y el motor.
 
·  ¿Qué componentes se pueden encender?
·  ¿De donde se obtiene la energía de esta batería?
·  ¿Cómo se puede hacer sonar más fuerte el zumbador o iluminar con más intensidad el LED?
·  ¿Qué le ocurre al vinagre y a las piezas de cobre y de zinc?

Materiales de trabajo

  • 1 bombillo
  • 1 roseta
  • 4 caimanes
  • 2 motores
  • 1 zumbador
  • 1 LED
  • 1 celda solar
  • 3 vasos plásticos de 5oz
  • Vinagre
  • 3 piezas de zinc
  • 3 piezas de cobre
  • Cinta de enmascarar
  • 1 trapo limpio