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Ensolación y las estaciones


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IntroducciónDiario y captura de pantalla

Nota: Es posible que desees capturar la pantalla de la primera página de esta práctica de laboratorio para usarla como portada de tu diario.

Si alguna página de esta práctica presenta el símbolo , significa que debes incluir esa página en tu diario. Completa lo que te piden las instrucciones y al terminar presiona el botón de captura de pantalla localizado en la esquina superior derecha.

Desafíos de laboratorio

¿Cómo se relaciona la inclinación de la Tierra con respecto al Sol con el clima y las estaciones?

¿Cuál es el efecto de los cambios en el ángulo de la irradiancia solar sobre la energía solar que llega a un área dada?

Considera el efecto de las variaciones de los ángulos de la irradiancia solar sobre las tecnologías de energía solar.

Mapa de radiación solar de los EE. UU.


Antecedentes teóricos

• La energía solar que viene del Sol es, por lejos, el factor más importante que afecta el tiempo y el clima en el planeta Tierra.

• La variación diaria y estacional de la cantidad de luz solar que ingresa a la atmósfera impulsa los vientos, agita las corrientes oceánicas y calienta la tierra.

• La energía solar que recibe la tierra se llama irradiancia.


Self-Check

1. La irradiancia es ____________________.

a) la cantidad de luz solar que se refleja en la nieve y otros materiales blancos.

b) la energía total proveniente del Sol

c) la energía total dentro del Sol

d) una cara radiante de felicidad

e) la diferencia de temperatura entre el verano y el invierno


Autoevaluación

• La Tierra rota todos los días sobre su propio eje, que está inclinado unos 23,5 grados en relación con la órbita de la Tierra alrededor del Sol.

• Sin importar en qué época del año estemos, una parte del planeta siempre está expuesta a la irradiancia solar de manera más directa que la otra.

• A medida que la Tierra gira alrededor del Sol, la cantidad de irradiancia solar cambia según la ubicación específica de la Tierra, y esto genera los cambios de estaciones.

Los rayos solares a la altura del ecuador cubren un área más pequeña, por lo que están más concentrados. Los rayos solares cerca de los polos se dispersan a lo largo de la curvatura de la Tierra, por lo que están menos concentrados.



• Durante la mitad del recorrido de la órbita de la Tierra alrededor del Sol, el hemisferio norte está más cerca del Sol y, por lo tanto, es verano. Durante la otra mitad del año, el hemisferio sur está más cerca del Sol y, por lo tanto, es verano en esa región.

• Las diferencias climáticas entre los dos hemisferios son, en mucha menor medida, ocasionadas por la órbita elíptica de la Tierra. La Tierra llega al perihelio (punto más cercano al ol) en enero, y llega al afelio (punto más distante del Sol) en julio. Esto suaviza levemente los inviernos y los veranos del hemisferio norte. En el hemisferio sur, se observa el efecto opuesto.



2. El factor más importante para la diferenciación de las estaciones en la Tierra es _________________.

a) la cantidad de gases con efecto invernadero

b) la distancia entre la Tierra y el Sol

c) el deseo de ir de compras durante las vacaciones

d) el ángulo de incidencia de la luz solar con respecto a la Tierra

e) lo rocoso del paisaje


Autoevaluación

Seguridad• Sigue todos los procedimientos de seguridad estándar de

laboratorio.• No mires directamente al Sol. Puede dañar de manera

permanente las retinas de los ojos.


• Cartón (15 cm x 15 cm)• Papel negro para

construcción• Pajilla• Cinta adhesiva• Pegamento

Materiales y equipoReúne todos estos materiales antes de comenzar la práctica de laboratorio.

• Sensor de temperatura de acero inoxidable

• Trípode pequeño con varilla• Abrazadera triple• Transportador• Tijeras


Los pasos que aparecen a la izquierda forman parte del procedimiento para llevar a cabo esta actividad de laboratorio. No están en el orden correcto. Introduce la secuencia correcta a continuación y, luego, toma una imagen instantánea de esta página.

Sequencing ChallengeA. Coloca el panel solar a 60° con respecto a los rayos solares y déjalo expuesto durante 5 minutos. Después mide la temperatura.

Espera a que se enfríe y repite el experimento con el panel a 30°.

B. Coloca el panel solar de manera perpendicular (90°) a los rayos solares. Mide la temperatura después de haber estado 5 minutos expuesto a la luz solar.

C. Construye un panel solar que absorba energía luminosa, te permita cambiar el ángulo en relación con una fuente de luz y te permita medir la temperatura de la superficie.

E. Coloca el panel solar a la sombra y deja que se enfríe. Reajusta el panel solar para que quede a un ángulo de 60°.

D. Repite el paso de registro de datos. Compara las temperaturas máximas logradas en los 3 experimentos.


1. Construye un colector de energía solar. Pega un papel negro de construcción a la superficie del cartón. Pega el transportador al papel negro con cinta adhesiva de manera que quede perpendicular a la superficie del cartón.

2. Pega la pajilla con cinta adhesiva al transportador de manera que quede perpendicular (90°) al cartón con un espacio de 0,5 cm entre la pajilla y el cartón.

3. Conecta el sensor de temperatura de acero inoxidable al sistema de aprendizaje científico SPARK.

4. Pega el sensor de temperatura con cinta adhesiva en el centro del cartón.

pajilla papel negro + cartón

Procedimiento: Panel solar a 90°

transportador


5. Lleva el panel solar, el sensor de temperatura, SPARK, el trípode y la abrazadera al exterior. Busca un lugar en donde haya sol y que esté protegido del viento.

Nota: Si no hay sol o hay demasiado viento, puedes hacer el experimento dentro del salón con una bombilla muy potente.

6. Ajusta el panel solar al trípode con la abrazadera triple.

¡Precaución! No mires directamente al Sol mientras hagas el siguiente paso.

7. Coloca el ángulo de la superficie del cartón de manera que quede perpendicular (90°) al Sol. La pajilla debe quedar apuntando al Sol.

Un lugar de luz

pajilla



P. 1: ¿Por qué colocaste el panel de manera perpendicular a los rayos solares en lugar de colocarlo de manera perpendicular al suelo?

Presiona el cuadro P. 1 para responder.

P. 2: ¿Por qué cubriste la superficie del cartón con papel negro?

Presiona el cuadro P. 2 para responder y, luego, toma una imagen instantánea.



P. 3: Harás tres experimentos con el “panel solar” de cartón colocado a 90°, 60° y 30° con respecto al Sol.

a) ¿El ángulo del cartón afectará la temperatura que alcance al estar expuesto a la luz solar? ¿Por qué?

b) ¿Con qué ángulo se obtendrá el mayor aumento de temperatura después de 5 minutos al sol? ¿Por qué?


8. Inicia un registro de datos para el panel solar colocado a 90°.

9. Observa cuál es la máxima temperatura alcanzada.

10. Registra datos durante 5 minutos, y, luego, detén el registro de datos.


11. En la tabla adyacente, registra la temperatura máxima para el panel solar colocado a 90°. *


*Para introducir datos en una tabla:

1. Presiona para abrir la paleta de herramientas.

2. Presiona y, luego, presiona sobre una celda de la tabla de datos para resaltarla con amarillo.

3. Presiona para abrir la pantalla Teclado.


1. Quita el panel solar y llévalo a un lugar a la sombra para que se enfríe. Abanica el panel solar para que se enfríe más rápido.

2. Quita la pajilla y vuelve a pegarla con cinta adhesiva sobre el transportador a 60° con respecto a la perpendicular. Cuando la pajilla esté apuntando al Sol, el panel solar debería estar a un ángulo de 60° con respecto a la pajilla.

3. Cuando el panel solar se haya enfriado hasta la temperatura ambiente, vuelve a ajustarlo en el trípode.

4. Coloca el panel solar de manera que la pajilla apunte al Sol. El papel negro del panel solar debe estar a un ángulo de 60° con respecto a la pajilla.




7. Registra datos durante 5 minutos, y, luego, detén el registro.


8. En la tabla adyacente, registra la temperatura máxima para el panel solar colocado a 60°.


1. Quita el panel solar y llévalo a un lugar a la sombra para que se enfríe. Abanica el panel solar para que se enfríe más rápido.

2. Vuelve a pegar la pajilla al transportador con cinta adhesiva a un ángulo de 30° con respecto a la perpendicular.

3. Cuando el panel solar se haya enfriado hasta la temperatura ambiente, vuelve a ajustarlo en el trípode.

4. Coloca el panel solar de manera que la pajilla apunte al Sol. El papel negro del panel solar esta vez debe estar a un ángulo de 30° con respecto a la pajilla.





7. Registra datos durante 5 minutos, y, luego, detén el registro.


8. En la tabla adyacente, registra la temperatura máxima para el panel solar colocado a 30°.


1. Con los gráficos y los datos que registraste, completa toda la tabla de datos adyacente.

2. Guarda tu trabajo.

Análisis de datosEnsolación y las estaciones

Análisis

1. Compara los resultados que obtuviste en los 3 experimentos con las predicciones que hiciste antes.


2. ¿Cuál fue la variable independiente (el parámetro que controlaste) en este experimento?


Análisis

3. ¿Cuál fue la variable dependiente (el parámetro que cambió) en este experimento?


Análisis

4. ¿Qué parámetros intentaste mantener constantes en este experimento?


Análisis

5. ¿La relación entre el cambio de temperatura y el ángulo de la irradiancia es lineal? Proporciona una explicación.


Análisis

SíntesisUsa los recursos que tienes disponibles para responder las siguientes preguntas.1. Con los resultados de esta actividad y tus conocimientos acerca del

movimiento de la Tierra alrededor del Sol y la inclinación del eje de rotación de la Tierra con respecto al plano de la órbita, explica por qué ocurren las estaciones.


2. ¿Por qué las estaciones son más pronunciadas (es decir, que hay una mayor diferencia de temperatura entre el verano y el invierno) a medida que nos alejamos del ecuador?


Síntesis

3. ¿Por qué las estaciones son más pronunciadas (es decir, que hay una mayor diferencia de temperatura entre el verano y el invierno) a medida que nos alejamos del ecuador?


Síntesis

Selección múltiple

1. Durante el invierno en el hemisferio norte, el Polo Norte de la Tierra está ____________________.

a) inclinado hacia el Sol con respecto al Polo Sur

b) inclinado en dirección contraria al Sol con respecto al Polo Sur

c) a la misma distancia del Sol con respecto al Polo Sur


2. Durante el verano en el hemisferio sur, el Polo Norte de la Tierra está ________________________.



c) a la misma distancia del Sol con respecto alPolo Sur



3. En los equinoccios de primavera y otoño, el Polo Norte de la Tierra está _______________________.



c) a la misma distancia del Sol con respecto al Polo Sur



4. Las temperaturas cálidas del verano en el hemisferio norte al norte de los trópicos ocurren principalmente porque _____________________.

a) la Tierra está más cerca del Sol

b) los días son más largos

c) el hemisferio norte está inclinado hacia el Sol

d) los vientos cambian y traen temperaturas más cálidas



5. El trópico de Cáncer y el trópico de Capricornio, respectivamente, son círculos de latitud sobre la Tierra que marcan las latitudes más al norte y más al sur a las que puede verse el Sol en lo alto (en el solsticio de junio y el solsticio de diciembre, respectivamente). Estos círculos de latitud están ubicados a aproximadamente __________.

a) 0° de latitud d) 60,0° de latitud

b) 23,5° de latitud e) 90,0° de latitud

c) 30,0° de latitud



Has completado la práctica de laboratorio.¡Felicitaciones!

Recuerda seguir las instrucciones de tu maestro para limpiar y para presentar tu práctica de laboratorio.


Las imágenes se obtuvieron de la documentación de PASCO, imágenes prediseñadas de dominio público o Wikimedia Foundation Commons.

http://www.freeclipartnow.com/office/paper-shredder.jpg.htmlhttp://commons.wikimedia.org/wiki/File:Earth_Western_Hemisphere_white_background.jpghttp://en.wikipedia.org/wiki/File:Us_pv_annual_may2004.jpghttp://www.openstockphotography.org/image-licensing/Sun/Celestia_sun.jpg

ReferenciasEnsolación y las estaciones

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