Cmo motivar a los estudiantes mediante actividades cientficas atractivas

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EFECTO TRIBOELCTRICO

M Desamparados Casanova Llanes COLEGIO SAGRADO CORAZN

Meliana Valencia

Introduccin:

La naturaleza est compuesta por tomos y estos a su vez por partculas subatmicas, algunas de ellas con carga elctrica. De forma esquemtica y simplificada podramos describir el tomo como sigue:

El ncleo del tomo est constituido por protones, que son partculas con carga positiva, y neutrones, que son partculas sin carga elctrica.

La corteza del tomo est constituida por electrones, partculas con carga elctrica negativa.

El nmero de protones de un tomo es igual al nmero de electrones; por tanto es neutro en conjunto, pero un tomo puede ganar o perder electrones, por lo que puede quedar cargado elctricamente. La electrizacin es el fenmeno por el cual los cuerpos adquieren carga elctrica. En todo proceso de electrizacin, los electrones que gana un cuerpo los pierde otro, pero no se crean electrones nuevos. La carga elctrica total es constante. La carga elctrica se conserva. Vamos a realizar distintas experiencias, cada vez con mayor grado de complicacin que pongan de manifiesto la naturaleza elctrica de la materia como son:

Realizacin de la serie triboelctrica con objetos cotidianos. Aplicaciones sencillas de la energa electrosttica Electroscopio

La electricidad esttica es un fenmeno que se debe a una acumulacin de cargas elctricas en un objeto. Esta acumulacin puede dar lugar a una descarga elctrica cuando dicho objeto se pone en contacto con otro. Antes del ao 1832, que fue cuando Michael Faraday public los resultados de sus experimentos sobre la identidad de la electricidad, los fsicos pensaban que la "electricidad esttica" era algo diferente de las otras cargas elctricas. Michael Faraday demostr que la electricidad inducida desde un imn, la electricidad producida por una batera, y la electricidad esttica son todas iguales.

La electricidad esttica se produce cuando ciertos materiales se frotan uno contra el otro, como lana contra plstico o las suelas de zapatos contra la alfombra, donde el proceso de frotamiento causa que se retiren los electrones de la superficie de un material y se reubiquen en la superficie del otro material que ofrece niveles energticos ms favorables, o cuando partculas ionizadas se depositan en un material, como por ejemplo, ocurre en los satlites al recibir el flujo del viento solar y de los cinturones de radiacin de Van Allen. La capacidad de electrificacin de los cuerpos por rozamiento se denomina efecto triboelctrico, existiendo una clasificacin de los distintos materiales denominada serie triboelctrica.

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La electricidad esttica se utiliza comnmente en la xerografa, en filtros de aire, y en algunas pinturas de automvil. Los pequeos componentes de los circuitos elctricos pueden daarse fcilmente con la electricidad esttica. Los fabricantes usan una serie de dispositivos antiestticos para evitar estos daos.

Objetivos:

Conocer la naturaleza elctrica de la materia as como las experiencias que la ponen de manifiesto.

Interpretar el fenmeno de electrizacin y las interacciones entre cargas elctricas. Disear experiencias sencillas para poner de manifiesto diferentes aspectos de la

naturaleza. Relacionar la naturaleza de los tomos con la electrizacin de la materia. Relacionar la fuerza electrosttica y la fuerza gravitatoria.

Relacin del tema propuesto con el currculo del Curso:

Est relacionado con el concepto de electricidad de la asignatura Fsica y Qumica de 3 ESO.

Tambin puede trabajarse con los alumnos de 4 ESO, ya que ellos vuelven a estudiar la estructura del tomo, para recordar la naturaleza elctrica de la materia.

ACTIVIDAD 1. LA SERIE TRIBOELCTRICA

Procedimiento:

Con esta experiencia tratamos de que los alumnos trabajen con materiales y sustancias de la vida cotidiana y comprobar en ellos la naturaleza elctrica de la materia.

Buscar en Internet qu es la serie triboelctrica y conseguir una ordenacin de materiales segn este criterio.

Traer a clase materiales que aparecen en la serie para ordenarlos segn su tendencia a ganar o perder electrones.

Confeccionar nuestra serie triboelctrica. Frotar una varilla de plstico con lana (materiales que quedan separados en la serie) y

acercar la varilla a distintos materiales: papel, aluminio, algodn, madera. Observar qu ocurre. Frotar una varilla de acero con lana (materiales que quedan separados en la serie) y

acercar la varilla a otros materiales como: papel, aluminio, algodn, madera. Observar que ocurre.

El acero est en mitad de la serie su tendencia es a quedar neutro, por tanto no atraer a ninguno de los materiales a los que lo acerquemos.

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Los ms positivos (en este extremo pierden electrones)

Piel humana

Cuero

pelo de conejo

vidrio

cabello humano

nylon

lana

Pelo de gato

seda

aluminio

papel

algodn

Acero (0)

Madera

mbar

Cera

Globo de goma

poliestireno expandido: corcho blanco

Poliester

polipropileno

Cloruro de Polivinilo (tubo PVC)

teflon

goma de silicona

Los ms negativos (en este extremo roban electrones)

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Cuestiones para los alumnos

Qu es el efecto triboelctrico? Relaciona la electrizacin de la materia con la composicin de la misma a nivel

atmico. Qu es la serie triboelctrica? Por qu algunos materiales quedan positivos y otros negativos?

ACTIVIDAD 2. SEPARAR SAL Y PIMIENTA

Material y recursos necesarios: Sal gorda Pimienta molida Pao

Plato, cartulina Globo pequeo

Procedimiento: Mezcla un poco de sal y pimienta en un plato. Coge el globo y frtalo con fuerza en lana. Muy lentamente acerca el globo a la sal y la pimienta.

Cuestiones para los alumnos Observa y anota lo sucedido. Trata de dar una explicacin Cmo hemos electrizado el globo? Por qu hemos de poner en contacto lana con el globo? Por qu el globo electrizado es capaz de atraer la pimienta? Qu ley fsica explica este

fenmeno? Por qu la sal no queda pegada al globo? Qu efecto es el que mantiene a la sal en el

papel? Haz un dibujo para explicarlo.

La pimienta volar, quedando la sal en el plato, ya que la pimienta es ms ligera y es atrada por la electricidad esttica que hemos creado por frotamiento.

Tiempo necesario para desarrollar esta prctica:

15 minutos.

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ACTIVIDAD 2. ELECTROSCOPIO

Material y recursos necesarios:

Papel de aluminio Cable de cobre Frasco de vidrio Tapn de material aislante. (Cinta de estao)

Procedimiento: Perfora el tapn de corcho y haz pasar a su travs el cable de cobre. Coloca el cable de cobre recto sin que toque el fondo del frasco y dobla de parte inferior

a modo de gancho. Recorta una lmina rectangular de papel de aluminio de unos 0,5 cm de ancho. Dblala

por la mitad y colcala en el extremo del cable con forma de gancho. Haz una bola de unos 6 mm de dimetro, aproximadamente, con papel de aluminio.

Colcala en la parte superior del cable. Frota con fuerza un globo con una pieza de lana y acrcalo a la bola del electroscopio.

Anota que sucede.

Tiempo necesario para desarrollar esta prctica:

30 minutos.

Cuestiones para los alumnos

Qu es un electroscopio? Cmo lo hemos construido? Explica el funcionamiento del electroscopio al acercarle un objeto electrizado. Cmo podemos saber si un material se electriza?

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Anlisis de las respuestas de los alumnos:

Se ha realizado la prctica con alumnos de 3 y de 4 de ESO. En la mayora de los casos las respuestas son similares, en otros, se observa que los alumnos de 4 de ESO son ms capaces de relacionar las experiencias con los fundamentos tericos.

Presento ahora algunos comentarios sobre las respuestas de los alumnos a las cuestiones de la prctica.

1. Relaciona la electrizacin de la materia con la composicin atmica de la misma. Los alumnos tienen claro que la materia est formada por cargas elctricas, por protones, neutrones y electrones y que es por ello que son capaces de electrizarse, ahora el que es por ganancia o prdida de electrones no lo ven tan evidente.

2. Qu es la serie triboelctrica? Los alumnos entienden que es la ordenacin de la materia segn la carga que adquieren por frotacin de unos materiales con otros.

3. Por qu algunos materiales quedan positivos y otros negativos? Con la pregunta formulada de esta forma son ms los alumnos que entienden que se pierden o ganan electrones al frotar un material con otro.

4. Cmo hemos electrizado el globo? Los alumnos entienden que por frotamiento pueden electrizarse los materiales.

5. Por qu hemos de poner en contacto lana con el globo? La respuesta ms repetida ha sido para que se electrice el globo. Algunos han hecho referencia a la transmisin de electrones de la lana al globo.

6. Por qu el globo electrizado es capaz de atraer la pimienta?Qu ley explica este fenmeno? Algunos alumnos han nombrado la Ley de Coulomb. Por otra parte entienden que las cargas de distinto tipo se atraen, pero no han puesto de manifiesto que los tomos de pimienta tienen tanto protones como electrones. Dicen: lo negativo atrae a lo positivo.

7. Por qu la sal no queda pegada al globo?Qu efecto es el que mantiene a la sal en el papel?. Haz un dibujo para explicarlo. El concepto de masa est bien interiorizado: la pimienta es ms ligera que la sal, pero eso se pega al globo y la sal no. En esta pregunta he notado mucha diferencia en las respuestas de los alumnos de 3 con respecto a los de 4 de ESO. Algunos dicen que la sal no tiene cargas

8. Qu es un electroscopio? Algunos describen el dispositivo, otros contestan que es un aparato para detectar cargas elctricas.

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9. Cmo lo hemos construido? Todos son conscientes del procedimiento para fabricar un electroscopio.

10. Explica el funcionamiento el electroscopio al acercarle un objeto electrizado. Todos ven el efecto que causa sobre las lminas de papel de aluminio acercar un objeto electrificado al mismo. Hacen referencia a que las cargas pasan por un material conductor (Cu) y que se repelen las lminas porque quedan cargadas con cargas del mismo signo.

11. Cmo podemos saber si un material se electriza? Porque se separan las lminas. Respuesta correcta.

Anlisis de la prctica presentada por el profesor:

Con respecto al tiempo:

La prctica se realiz en una sesin de clase, para favorecer ms la participacin de los alumnos trabajamos en grupos de tres y desdoblamos el grupo de la clase, de forma que se utilizaron dos horas lectivas, una para cada mitad.

Con respecto a los alumnos:

El grado de motivacin fue alto, tanto en la bsqueda de informacin como en el laboratorio. Siempre que planteas una actividad fuera del aula los alumnos se sienten interesados. Adems al ser una actividad prctica el comportamiento y la participacin fue muy buena. Fueron responsables con el material, y no tanto con la limpieza del laboratorio.

El nivel de autonoma no fue muy elevado, primero por inseguridad, y despus por falta de concentracin, si les guas ellos siguen las pautas sin problemas, pero les falta concentracin a la hora de hacer una lectura comprensiva de la prctica.

La parte prctica todos los alumnos la realizaron correctamente, a la hora de extraer conclusiones la participacin no fue global. Las cuestiones las repart unos das despus y no todos supieron contestar correctamente al porqu de las experiencias que habamos realizado

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Con respecto a los contenidos:

Con esta prctica, adems de los mtodos de electrizacin se tratan otros conceptos relacionados que considero imprescindible para poder progresar adecuadamente la asignatura de Fsica y Qumica, como es la estructura atmica: ya que son los electrones los que se transfieren, partculas atmicas ms externas, por tanto ms fcilmente intercambiables. De todas formas, este concepto no ha quedado totalmente claro.

En la prctica de separacin de sal y pimienta se pueden relacionar la Ley de Coulomb y la Ley de la gravitacin, ya que al pesar ms la sal gorda no se siente atrada por el globo (en algunos casos se vea atrada, pero al poco tiempo caa al plato), con esta observacin se puede relacionar conceptos de dinmica, comparar que para la sal, el peso gravitatorio es mayor que la fuerza elctrica generada por la electrizacin del globo, cosa que no ocurre con la pimienta.

Con respecto a puesta en prctica:

Serie triboelctrica: Pensaba que iba a haber ms diferencias con respecto a la electrizacin, que iba a notar

como cuando ms separados estuvieran dos materiales en la serie triboelctrica ms interaccin habra entre ellos, pero esto no puede detectarse ocularmente que es como yo lo pretenda.

Separacin de sal y pimienta: Hay que utilizar sal gorda, porque la sal fina se queda pegada al globo al igual que la

pimienta. Esta prctica ha sido muy divertida de hacer y adems puedes relacionar conceptos de

electricidad y dinmica. Esta parte es la que ms me ha gustado.

Electroscopio Llevar a la prctica esta parte de la experiencia ha sido ms costoso de lo que esperaba,

primero porque al leer las recetas para construirlo parece ms sencillo, y que con cualquier material conductor es suficiente, pero esto no es as.

Conseguimos que funcionaran algunos electroscopios, pero no obtuvimos resultados tan espectaculares, adems debido a que no conseguan que funcionaran se perdi un parte de la motivacin y el orden.