Experimento Eficiencia Energética...Experimentos para jóvenes a partir de los 12 años. ATENCIÓN:...

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Experimento Eficiencia Energética

Documento para educadores Instrucciones de Experimentación

Experimentos para jóvenes a partir de los 12 años.

ATENCIÓN: El material incluido en la caja Experimento Eficiencia Energética Fundación Siemens es para uso exclusivoen establecimientos educativos a partir de nivel secundario. Utilizarlo bajo vigilancia y supervisión de adultos capacitados. Mantener fuera del alcance de niños menores de 4 años por contener piezas pequeñas. Leer las instrucciones antes de su utilización, seguirlas y conservarlas como referencia.

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Experimento 10+ Instrucciones de experimentación

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Siemens Stiftung es una organización sin fines de lucro que trabaja en las áreas de servicios básicos,

educación y cultura. Como fundación operativa, desarrolla sus propios proyectos, los implementa y participa

en ellos a largo plazo. En cooperación con socios estratégicos, busca contribuir a que las personas puedan

mejorar sus condiciones de vida. De esta manera, trabaja colaborando para que las comunidades funcionen

cada vez mejor. Actúa a nivel internacional, con claros principios de transparencia y orientados a resultados

e impacto. El enfoque geográfico de su trabajo se encuentra principalmente en África y América Latina, así

como en Alemania y otros países europeos.

Siemens Fundación para el Desarrollo Sustentable de la Argentina La Fundación Siemens Argentina es una entidad sin fines de lucro que busca contribuir al desarrollo sostenible del país. Para ello articula sus proyectos en diversas áreas de acción, que mantienen como elemento subyacente el colaborar con el crecimiento y la formación de cada individuo, teniendo como premisa que desde edades tempranas los niños y jóvenes adquieran vocación comunitaria, tecnológica, artística y ambiental. Mayor información: http://wwww.fundacionsiemens.com.ar

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Prólogo

La curiosidad es un elemento esencial en el desarrollo de todo ser humano. De manera constante, niños y jóvenes buscan conocer e investigar el mundo que nos rodea intentando aprehender el mundo a través de los sentidos.

La estrategia de aprendizaje de las ciencias basada en la indagación busca aprovechar la curiosidad intrínseca de los niños, fortalecer su aprendizaje y colaborar con el maestro en el desarrollo de los contenidos curriculares, facilitando principalmente la indagación científico-tecnológica en el aula.

Partiendo de esta reflexión la Fundación Siemens se encuentra desarrollando exitosamente en Argentina el proyecto internacional Experimento – Fundación Siemens para educadores y pedagogos, que promueve el principio de aprender descubriendo.

Experimento es un programa integral que impulsa actualmente conceptos pedagógicos modernos en escuelas de todo el mundo, y cuya complementariedad entre jornadas de capacitación docente, kits didácticos, manuales de experimentación e información disponible en el portal de medios didácticos de la Fundación Siemens permite, bajo un mismo hilo conductor, desarrollar experiencias científico-tecnológicos en las aulas junto a niños y jóvenes.

Esta propuesta incluye a su vez abordar de manera multidisciplinaria y creativa los grandes problemas de nuestro tiempo, dado que basa sus temáticas Energía, Medio Ambiente y Salud en concientizar al alumnado para dar respuesta a las principales megatendencias de nuestro tiempo, entre ellas: la creciente urbanización, el crecimiento demográfico, la mayor expectativa de vida y el cambio climático.

Dentro de este marco, presentamos aquí el módulo Experimento - Eficiencia Energética, cuya temática central ronda en torno a “el camino de la energía”; fomentando la importancia de una

generación responsable, una distribución eficiente y su uso racional en la vida cotidiana.

Para nosotros es una gran satisfacción contar con su aporte, experiencia y compromiso para promover este proyecto en favor de la educación científico-experimental.

Estamos a su disposición para recibir sugerencias e indicaciones de mejora específicas. Al fin y al cabo, el enfoque global necesita la colaboración de expertos pedagogos locales para lograr su objetivo: contribuir a mejorar las perspectivas de desarrollo de los más jóvenes.

¡Es un placer contar con su colaboración, le deseamos mucho éxito!

Enrique Genzone Presidente

Siemens Fundación para el Desarrollo Sustentable de la Argentina

de 144 © Siemens Stiftung 2013 Reproducción autorizada para fines educativos.

Índice

Prólogo ....................................................................................................................................................................... 3

Indicaciones generales ................................................................................................................................................ 5

Introducción pedagógico-didáctica ............................................................................................................................... 6

Lista de materiales:...................................................................................................................................................... 9

Esquema de guardado ................................................................................................................................................11

Curso introductorio: mediciones eléctricas y conexiones ..............................................................................................12

Portal de medios de la Fundación Siemens .................................................................................................................23

Actividad 1: Los limones y otras pilas – La electricidad a partir de la Energía Química ..................................................27

1) ¿Cómo funciona la “pila de frutas y/o verduras”? .................................................................................................35

2) La “pila de limones”: ¿Qué función cumple cada parte? .......................................................................................37

3) La “pila de limones” sin limones ..........................................................................................................................39

4) Una pila que soporta mucha carga ......................................................................................................................41

5) Una pila profesional de zinc y cobre ....................................................................................................................43

Actividad 2: Las propiedades de las células solares – Tensión, corriente y potencia .....................................................47

1) Conocimientos básicos de una la célula solar......................................................................................................55

2) La intensidad de un cortocircuito y la tensión en vacío al colocar la lámpara a diferentes distancias .....................57

3) ¿Qué sucede al conectar las células solares en serie o en paralelo? ...................................................................59

4) La intensidad y la tensión en la conexión en serie y en paralelo de células solares ...............................................61

5) ¿Cómo se comportan las células solares conectadas en serie o en paralelo al quedar en la sombra? ..................63

Actividad 3: Construimos una central solar térmica – Con una lupa y un espejo ............................................................65

1) Prender fuego a un pedazo de papel con la lupa como lente de aumento ............................................................71

2) Calentamos agua con el sol ................................................................................................................................73

Actividad 4: Las energías renovables – El sol, el agua y el viento .................................................................................75

1) La energía eléctrica a partir de la energía de radiación de la luz ..........................................................................83

2) La energía eléctrica a partir de la fuerza del agua ...............................................................................................87

3) La energía eléctrica a partir de la energía eólica..................................................................................................91

Anexo 1: Experimentos complementarios ....................................................................................................................93

A1 Circuito eléctrico sencillo .......................................................................................................................................95

A1.1. ¡Hagan que se prenda la lámpara! ................................................................................................................... 103

A1.2 Esquemas de conexión ..................................................................................................................................... 105

A1.3 Conexión y desconexión ................................................................................................................................... 107

A1.4 Interrogatorio eléctrico ...................................................................................................................................... 109

A2 Conductores y aisladores..................................................................................................................................... 111

A2.1 ¿Qué son conductores y aisladores? ................................................................................................................. 115

A3 Circuitos eléctricos complejos .............................................................................................................................. 117

A3.1 Conexión en serie ............................................................................................................................................. 123

A3.2 Conexión en paralelo ........................................................................................................................................ 125

A4 Las energías renovables ...................................................................................................................................... 127

A4.1 El calor del sol .................................................................................................................................................. 137

A4.2 La energía solar ............................................................................................................................................... 139

A4.3 El aprovechamiento de la energía del agua ....................................................................................................... 141

A4.4 La energía eólica .............................................................................................................................................. 143


Indicaciones generales

¡Tener en cuenta las advertencias de seguridad específicas!

En todos los experimentos se tuvieron en cuenta las normas de seguridad vigentes en Alemania.

Se requiere verificar las normas de seguridad de cada país al momento de hacer las actividades.

Material adicional en el portal de medios de la Fundación Siemens

En el portal de medios de la Fundación Siemens www.medienportal.siemens-stiftung.org se

encuentra material adicional sobre cada experimento, como gráficas, fotos, videos y textos.

Tras registrarse en el portal, el usuario deberá introducir en la casilla de búsqueda “Experimento |

10+”.

Indicaciones sobre las cantidades

A veces resulta difícil dar una indicación exacta

de las cantidades al no disponer, para los

experimentos sencillos, de una balanza, un

recipiente medidor o una pipeta.

Es más fácil dar indicaciones sobre el volumen

de los líquidos, dado que con los vasos de 100

ml es posible transmitir instrucciones precisas.

En cambio, resulta más complicada la

dosificación de cantidades más pequeñas de

polvos sólidos, como p. ej. de ácido cítrico. Con

el mango de una cucharita de café se pueden

dosificar fácilmente pequeñas cantidades y

entender el significado de una pizca o una punta

de la cucharita de café. (Fig. 1)

Indicación relativa a los cables de medición y unión

Los cables de medición y unión pueden presentar falso contacto y/o roturas, se invita a los

docentes y/o alumnos a comprobarlo con el Multímetro Digital. La conductividad de los cables se

comprueba con el modo “medición de la resistencia”.

En caso de presentar problemas con las tapas de plástico de las pinzas cocodrilo, pueden

quitarlas hacia atrás.

Resistencia eléctrica de los diodos LED y el motor

Los diodos LED y los motores utilizados en los experimentos pueden romperse si se exponen a

tensiones o corrientes demasiado altas (p. ej., si se conectan directamente a una batería de 9V).

Se ruega prestar atención a los valores de referencia indicados en la lista de materiales y llamar la

atención a los alumnos respecto del peligro que produce el calentamiento excesivo, quemando los

diodos o motores.

Fig. 1: Una “pizca o punta de la cucharita de café”

de ácido cítrico.

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Introducción pedagógico-didáctica

Es bien sabido cuán importante es la experimentación en la enseñanza escolar de asignaturas

científicas y técnicas. A pesar de ello, por lo general se realizan pocos experimentos; al respecto,

se describen a continuación algunas consideraciones sobre Experimento | Eficiencia Energética

(Experimento | EE).

Hacer más experimentos y reducir al mismo tiempo las reticencias

A veces faltan talleres – laboratorios, en otras ocasiones falta el equipo ya sea humano como

material y casi siempre no alcanza el tiempo. El esfuerzo requerido para preparar experimentos

complicados es por lo general elevado, también para poner orden al finalizar. En el entorno

escolar, caracterizado por el deseo de obtener un alto rendimiento, se prefiere dedicar ese tiempo

a los ejercicios para el siguiente examen o para la siguiente prueba de calidad. Por esta razón,

Experimento | EE pretende dar orientaciones para llevar a cabo ensayos de campo

(experimentación directa) que requieran poco esfuerzo. Hacer un experimento ya no es un

“evento” bonito que demanda mucho tiempo, sino parte integral del tiempo de aprendizaje.

Despertar el interés de los alumnos con temas de actualidad y de su vida

cotidiana

Experimento | EE procura crear siempre un vínculo entre los experimentos y las aplicaciones en la

industria y la economía y, en la medida de lo posible, también con la vida cotidiana de los

alumnos. De esta forma, en base a los experimentos se abordan los grandes problemas/temáticas

a los que se enfrenta la Humanidad en la actualidad, como p.ej. la transición a las energías

renovables. Los docentes encontrarán indicaciones y sugerencias, para ampliar las instrucciones

de experimentación.

Idóneo para realizar proyectos educativos transversales

El abordar muchos temas de actualidad social, como p.ej., “la transición a las energías

regenerativas o renovables” o “la creciente escasez de materias primas”, forma parte hoy de

numerosos planes de estudio. No obstante, resulta difícil asignarlos a las disciplinas tradicionales,

dado que, con frecuencia, estos temas tienen que ver tanto con la Física, la Química, la Biología o

la Geografía.

Experimento | EE ofrece una propuesta de experimentos pensada para proyectos educativos

transversales.

Un concepto didáctico flexible

El método inductivo – deductivo, planteaba desde una concepción de enseñanza tradicional, que

el alumno pueda con el soporte del experimento determinar cuál es la ley física que subyace en el

proceso y/o confirmar lo aprendido.

Hoy el aprender investigando, descubriendo, o el desarrollo de competencias – habilidades son

los propósitos educativos que sustentan todos los organismos locales, nacionales e

internacionales; por ello, en consonancia con una diversidad didáctica, Experimento | EE brinda

libertad a los docentes en forma intencionada.


Experimentos para abordar un tema en clase

Los ensayos de Experimento | EE no pretenden pasar revista a toda una temática escolar

completa. En todo caso, es una excelente base para hacer que los alumnos se diviertan al

experimentar, despierten su curiosidad y se sorprendan con los resultados obtenidos,

motivándolos así respecto del tema tratado en clase. Los experimentos se han concebido de tal

forma que, por lo general, pueden realizarse en forma rápida y fácil.

Experimentos para confirmar lo aprendido

En la mayoría de los casos, los alumnos no estarán en condiciones de derivar una ley natural a

partir de un experimento de 20 minutos, para la que científicos renombrados necesitaron años o

décadas de investigación. Pero siempre les resultará posible verificar lo ya aprendido y

comprendido con ayuda de un experimento. Como saben los docentes, la aplicación exitosa del

saber es la mejor motivación intrínseca para el aprendizaje. Por ello, Experimento | EE contiene

una serie de experimentos que requieren algunos conocimientos previos.

Apoyar el aprendizaje autónomo, orientado a ampliar las competencias

Si bien Experimento | EE no sostiene un determinado concepto didáctico, se enrola en los

propósitos actuales para la enseñanza: aprendizaje por competencias/habilidades. Por ello, al

realizar en forma correcta los experimentos, se alcanzan los objetivos didácticos de aprendizaje

de contenidos y desarrollo de competencias científicas, pues llevan a los alumnos a desarrollar,

reconocer y responder cuestionamientos de forma autónoma. Esto es logrado a partir del fomento

de la autonomía para la investigación y su protocolo. Pero asimismo, la verificación de sospechas

e hipótesis es algo que se puede aprender al planificar de forma independiente la investigación.

Por ejemplo: cuando los alumnos evalúan valores de medición y analizan observaciones, se

adquieren competencias de conocimiento para la investigación y la comparación.

Adecuación según franja etaria.

Experimento | EE presenta experiencias con posibilidad de realización independientemente de la

franja etaria de los alumnos (de Educación Secundaria). Esto significa que su realización es

importante para alumnos del ciclo básico como del orientado. En muchos casos, los alumnos del

ciclo básico pueden darse por satisfechos con la evaluación cualitativa de los fenómenos tratados

en los experimentos. Porque también se aprende, por ejemplo, al entender que la combinación de

diferentes metales con soluciones sódicas genera electricidad, o que una célula solar transforma

la luz en corriente eléctrica. En el caso de alumnos del ciclo orientado, los temas antes expuestos

pueden ser explicados y/o profundizados desde el punto de vista de la Física – Electroquímica o

Bioquímica.

Las instrucciones ayudan a realizar la preparación, el acompañamiento y el

seguimiento de los experimentos

Las instrucciones presentan dos formatos: una destinada a los docentes y, otra a los alumnos.

Ésta última, contiene indicaciones prácticas sobre la observación y la evaluación; verificación y/o

profundización. En cambio, el instructivo para docentes, un breve resumen en el que se describe

de qué forma y con qué fin puede ser utilizado el experimento e indicaciones sobre cómo

integrarlo en el diseño curricular. Una lista de instrumentos y materiales necesarios para el

experimento.


Por otro lado, se ha pensado en la preparación del contenido científico: con este fin se hace una

breve presentación del área disciplinar específica. Esto es un recordatorio para los docentes sobre

los conocimientos previos que deberían tener los alumnos, acompañando el encuadre explicativo

que articula con el diseño curricular vigente. También, en un capítulo se hace referencia al portal

de medios de la Fundación Siemens, para ayudar a los docentes a encontrar material ampliatorio,

para ser usado como explicación y/o profundización del tema a abordar.

¡No es posible sin los docentes!

Aún cuando el papel de los docentes haya cambiado fuertemente en los últimos años, pasando de

un concepto centrado en el profesor a uno centrado en el alumno, sin los docentes no es posible

lograr la construcción de conocimiento. El concepto de Experimento | EE ayuda al alumno que

investiga de forma autónoma a entender mejor el contexto de las Ciencias Naturales y facilita la

tarea al docente para que lo explique de forma comprensible. Los especialistas en Pedagogía y

Didáctica que han colaborado en el desarrollo de Experimento | EE están convencidos de que un

docente comprometido va a poder identificar con acierto el método de enseñanza más adecuado

para la situación, en función del diseño curricular vigente y del tiempo físico del cual disponga.


Lista de materiales:

Descripción Cantidad

Descripción Cantidad

Ácido cítrico 30g 1

Lámina de seguridad 1

Bandas elásticas 50

Lámpara halógena 1

Broches plásticos (sujeta motores) 8

LED rojos 8

Cables con pinza de cocodrilo 32

Lupa 1

Cargador de pilas 1

Manual de instrucciones 1

Cartulinas negras 20

Motor grande 1

Células solares 8

Motores solares pequeños 8

Chapa de cobre 1

Multímetro digital 1

Chapa de hojalata 1

Pilas AA recargables 8

Cinta adhesiva 1

Pinchos de madera 30

Clavos de cobre 16

Pinzas sujeta papel 4

Clavos de hierro 16

Plastilinas 8

Clavos de zinc 16

Portafoquitos 8

Cucharas metálicas 8

Portapilas 4

Espejo cóncavo 1

Recipientes contenedores 2

Espejos planos 8

Rollo de papel de aluminio 1

Foco halógeno 42W 1

Sal de mesa 500g. 1

Foquitos 2.5 V 8

Servilletas 50

Frascos 100 ml. con tapa 8

Sorbetes 30

Gafas protectoras 8

Tablitas baja lengua 10

Ganchos mariposa 50

Termómetros 8

Hélices chicas 8

Tijera 1

Hélices grandes 1

Tubo de ensayo 1

Jeringa 60 ml. 1

Velita 1

Juego de cables de medición 1


Agrupación por caja

Caja 1

Caja 6

50 Servilletas

8 Termómetros

8 Plastilinas

1 Lupa

1 Hélices grandes

1 Jeringa 60 ml.

16 Clavos de cobre 16 Clavos de zinc

Caja 7

16 Clavos de hierro

8 Espejos planos

1 Chapa de cobre

1 Tubo de ensayo

1 Chapa de hojalata

8 Gafas protectoras

8 Pilas AA recargables

4 Portapilas

Caja 8

1 Multímetro digital

Caja 2

1 Juego de cables de medición

8 Frascos 100 ml. con tapa

1 Cargador de pilas

1 Espejo cóncavo

30 Sorbetes

Caja 9

30 Pinchos de madera

1 Recipiente contenedor

Caja 3

Caja 10

1 Tijera

1 Recipiente contenedor

8 Cucharas metálicas

1 Sal de mesa

8 Broches plásticos

1 Cinta adhesiva

1 Velita

1 Ácido cítrico 30 g.

4 Pinzas sujeta papel 10 Tablitas baja lengua

Caja 4

Carpeta 11

50 Bandas elásticas

1 Manual de instrucciones

32 Cables con pinza cocodrilo

1 Lámina de seguridad

50 Ganchos mariposa

20 Cartulinas negras

Caja 5

Materiales sin caja

8 Hélices chicas

1 Lámpara halógena

8 LED rojos

1 Foco halógeno 42W

8 Foquitos 2.5V

1 Rollo de papel de aluminio

1 Motor grande 8 Motores solares pequeños 8 Portafoquitos 8 Células solares


Esquema de guardado


Curso introductorio: mediciones eléctricas y conexiones

Es importante destacar que los temas tratados en el presente manual son abordados en la medida

y profundidad necesaria para la ejecución de la caja de experimentación.

Medir con un Multímetro Digital

Este capítulo aporta indicaciones y consejos para utilizar el multímetro digital. No se trata de unas

instrucciones de uso oficiales, sino que en caso de duda deben tenerse en cuenta.

Advertencias de seguridad

El multímetro digital sólo puede ser utilizado según las instrucciones del experimento o las que

brinde el docente. Si no se respetan las instrucciones, se puede dañar el aparato y/o resultar

perjudicial para la salud.

A continuación figuran las advertencias de seguridad que hay que respetar:

Proteger el aparato de la humedad, las salpicaduras, el calor y sólo usarlo en ambientes limpios y

secos. No dejar caer el multímetro digital ni someterlo a una fuerte carga mecánica.

Nunca abrir el multímetro digital sin las indicaciones del docente.

Medición de la tensión: con el multímetro digital y el juego de cables de medición suministrados en

la caja de experimentación sólo se pueden medir tensiones pequeñas de hasta 25 voltios.

Medición de la corriente eléctrica: tanto en el intervalo de 200 mA como en el de 10A, no se

pueden medir corrientes superiores.

¿Qué funciones tiene el multímetro digital?

Visualizador o display LCD donde se indican los valores de

medición. 1

Conmutador giratorio: On/Off y selección del tipo y del

intervalo de medición. 2

Toma de entrada de la intensidad 10 A (superior a 200 mA). 3

Toma de entrada de la tensión (V), la resistencia (Ω), la

intensidad hasta 200 mA (A) corresponde al polo positivo

(cable de medición rojo). 4

COM (“common”): toma de entrada general corresponde al

polo negativo (conectar con el cable de medición negro). 5

Fig. 1: Multímetro digital


¿Cómo colocar la pila alcalina?

Al abrir la tapa posterior con un destornillador estrella, el

aparato no puede estar conectado. El conmutador

giratorio tiene que estar en la posición “OFF”.

Al cerrar la tapa posterior, hay que procurar que no se

apriete el cable de conexión de la pila. En este caso no

hay que forzarlo para poder atornillarlo, sino que primero

hay que guardar correctamente el cable de la pila debajo

de ella. (véase la fig. 2, b).

Encender y apagar el aparato (multímetro)

Para encender el multímetro: girar el conmutador de la posición “OFF” a la función de medición

deseada. Para apagarlo, volver a ponerlo en la posición “OFF”. Se recomienda apagar el aparato

luego de finalizar cada experiencia, de esa manera se evita gastar la pila en forma innecesaria.

Selección del tipo o función de medición

Se pueden medir las siguientes magnitudes eléctricas (véase la fig. 3):

a) Corriente continua; seleccionando el intervalo de 20 V.

b) Corriente alterna; seleccionando el intervalo de 200 V.

c) Corriente continua (hasta 200 mA); seleccionando el intervalo de 200 mA

d) Corriente continua (hasta 10 A)

e) Resistencia; seleccionando el intervalo de 2.000 Ohm.

El display muestra un “1” (uno) cuando la resistencia es superior al intervalo de medición elegido.

Atención al cambiar de función de medición:

Si se quiere cambiar de una función a otra, p. ej., cambiar de “medición de la resistencia” a

“medición de la tensión continua”, ¡siempre hay que quitar el cable de medición del objeto que

se quiere medir! De no ser así, el aparato o el objeto de medición podría ser perjudicado. Sólo si,

p. ej., cambian directamente de “tensión continua” a “OFF” y después a “corriente continua”, no

puede pasar nada.

Fig. 2: Cómo colocar la pila


Conectar correctamente los cables de medición

La regla a seguir es: ¡El cable negro siempre debe ser

conectado a COM! (véase la fig. 4)

La toma COM es donde debe conectarse el cable de medición

negro. ¡Siempre debe ser conectado al polo negativo del

circuito de medición!

La toma con la mención “V Ω mA” es la toma de entrada para el

cable de medición rojo destinado a realizar todas las

mediciones de tensión, resistencia y corriente (salvo 10 A).

¡Siempre debe ser conectado al polo positivo del circuito de

medición!

La toma que figura con “10A” es la toma de entrada para el

cable rojo destinado a medir corrientes elevadas. ¡Siempre

debe ser conectado al polo positivo del circuito de medición!

Fig. 4: Cómo conectar

correctamente los cables de

medición al multímetro.


a) Conexión Incorrecta al

Multímetro Digital.

En el display aparece una

tensión negativa.

b) Conexión Correcta al

Multímetro.

En el display aparece una

tensión positiva.

c) Conexión Correcta de la

Célula Solar

A continuación se presentan, una vez más, todas las reglas:

Verificación de la conexión correcta

¡Se requiere comprobar por uno mismo con una pila, una batería o una célula solar si se han

seguido correctamente las reglas!

Comprobación del cumplimiento de las reglas para un correcta conexión,

utilizando una pila – batería y/o célula solar

Se debe colocar el conmutador giratorio en corriente continua y elegir el intervalo de 20 V al

utilizar p. ej. una pila de 9 V. Luego, conectar correctamente los cables de medición al multímetro

digital (el negro a “COM”, el rojo a “V Ω mA”). Luego, conectar el cable de medición rojo al polo

negativo y el negro al polo positivo de la pila. En el display aparecerá una tensión negativa. Por

último, se deberá conectar el cable de medición negro al polo negativo y el rojo al polo positivo de

la pila. En el display aparecerá ahora una tensión positiva.

Cuando se conecta el polo positivo de una célula solar al cable rojo y el negativo al cable negro,

aparece la indicación de una tensión positiva.

Fig. 5: Conexión del cable de medición al multímetro digital.

TOMA CABLES POLO

COM negro negativo

V Ω mA rojo positivo

10A. rojo positivo


¿Qué intervalo de medición hay que elegir?

Si se desconoce el valor de la magnitud a medir, siempre conviene seleccionar primero el

intervalo más elevado. Es decir, tratándose de corriente continua, como p. ej. 250 V. Ajustar el

intervalo de medición de arriba hacia abajo y aproximarse así al valor de medición. El ajuste

óptimo será visualizado en la resolución máxima del valor de medición. Tratándose de una pila

de 9 V, lo peor es la selección de 250 V (fig. 6, a); con 200 V (fig. 6, b) ya mejora y con 20 V (fig.

6, c) es la mejor selección.

En caso de seleccionar 2000 mV o 2 V (fig. 6, d) al ser una pila de 9 V, el hecho es “Incorrecto”.

La indicación “1 (uno)” significa “Overflow” (sobrecarga), se recomienda comenzar la selección

con el valor más alto (elevado). El cual garantiza que se preserve el fusible del aparato, evitando

su destrucción.

Determinación de un polo desconocido de fuentes de corriente o tensión

Las reglas descriptas respecto a la forma de conectar los cables de medición al multímetro y al

objeto a medir parecen arbitrarias.

¿Se podrían definir en forma inversa, sin ningún problema? La respuesta es NO, porque al

respetar estas reglas se puede determinar la polaridad de las fuentes de corriente y tensión

cuando se las desconoce.

Fig. 6: Selección óptima del

intervalo de medición en base al

ejemplo de una pila de 9 V.


Fig. 7: Si se quiere utilizar el motor eléctrico

como generador en el sentido de las agujas

del reloj. Para ello, se deberá comprobar si

una rotación a la derecha suministra tensión

positiva en esta conexión.

Fig. 8: Esquema del circuito

eléctrico para la medición de

la tensión en vacío.

Fig. 9: Esquema para la

medición de tensión en un

circuito con una carga.

Conocer la polaridad de las fuentes de corriente y tensión es muy importante, porque muchos

componentes eléctricos no funcionan si se conectan a los polos equivocados. Los LED, p. ej., no

se encienden, los acumuladores y los condensadores electrolíticos no se cargan si se conectan al

polo equivocado o incluso pueden romperse. Si, por ejemplo, se quiere utilizar un motor eléctrico

como generador para cargar un condensador electrolítico o una célula electroquímica, hay que

saber qué alambre de conexión es el polo positivo y cuál es el

negativo. Si en el ejemplo (fig. 7), en una rotación a la derecha, el

multímetro indicará una tensión positiva, entonces se sabrá que el

borne de conexión rojo del motor es el polo positivo al girar en este

sentido.

Circuitos para mediciones eléctricas sencillas

Este tema sólo se presenta en la medida y la profundidad

necesarias para poder trabajar con la caja de experimentación.

Medición de la tensión en un circuito eléctrico

En general, la regla es que el aparato de medición siempre se conecta

en paralelo a la fuente de tensión o al objeto a medir. El cable rojo se

conecta al polo positivo y el negro al negativo del objeto de

medición.

La medición de la tensión en vacío de una fuente de

corriente

En este caso, el aparato de medición es la única carga. La

resistencia interna del aparato de medición, es decir, la resistencia

de carga, es extremadamente alta tratándose de una medición de

tensión (en multímetros digitales de hasta 20 MOhm). La resistencia

interna de la fuente de tensión (en nuestro ejemplo, una pila o

acumulador) es por consiguiente baja en comparación con la

resistencia de carga. Por eso, en el circuito eléctrico casi no pasa la

corriente de carga (“en vacío”) por el multímetro digital. Por esta

razón, en la fuente de tensión sin carga se mide la tensión en vacío.

Fig. 8.


Fig. 10: Esquema para la medición de

tensión en un circuito con varias cargas.

Fig. 11: Esquema del circuito

eléctrico para la medición de la

corriente de cortocircuito.

La medición de la tensión bajo carga

En este circuito pasa una corriente por la carga (un foco). La tensión medida es menor a la tensión

en vacío en función de la resistencia interna de la fuente de tensión en comparación con la

resistencia de carga. Fig. 9.

La medición de la tensión en redes con diferentes ramales

En caso de que en un circuito eléctrico haya varias “cargas”

conectadas uno tras otra (conexión en serie), se divide la

tensión. Ésta puede ser medida como tensión total (aquí, V1),

en paralelo a la fuente de tensión, o como tensión parcial en

cada resistencia de carga (aquí, V2, V3, V4).

Medición de la intensidad en un circuito eléctrico

En general, la regla es que el aparato de medición siempre se conecta en serie a la carga o al

objeto a medir. El cable rojo se conecta al polo positivo y el negro al negativo del objeto de

medición.

La medición de la corriente de cortocircuito de una fuente de corriente

El multímetro digital tiene una resistencia baja al medir la corriente, así

que la resistencia de carga es a la vez baja. En este caso, el aparato de

medición es la única carga. La resistencia interna de la fuente de

corriente (en nuestro ejemplo, una pila o acumulador) es por

consiguiente relativamente alta en comparación con la resistencia de

carga. Por ello, la conexión al multímetro digital tiene un efecto como el

de un cortocircuito. La intensidad es por lo general mayor que cuando

pasa la corriente por una carga normal. Fig. 11.

Advertencia: la corriente de cortocircuito nunca debe ser medida

tratándose de acumuladores o pilas, dado que puede hacer que se

rompan los acumuladores, las pilas y el aparato de medición. Por esta

razón, el estado de carga de un acumulador o de una pila sólo puede

ser determinado a partir de la medición de la tensión y no de la corriente.


Fig. 12: Esquema para la medición de corriente

en un circuito con un consumidor.

Fig. 13: Esquema para la medición de corriente

en un circuito con varios consumidores.

La medición del paso de corriente por una “carga”

Si se quiere medir el paso de corriente por una carga, se debe conectar el aparato de medición en

serie con el objeto de medición.

La medición del paso de la corriente en conexiones con diferentes ramales

Si se quiere medir el paso de corriente por varias cargas, se debe conectar el aparato de medición

en serie con cada objeto de medición conectado en paralelo a la fuente de corriente. Porque por la

fuente de corriente pasan las diferentes corrientes (en nuestro ejemplo, I1, I2 e I3). Por objetos de

medición conectados en serie (en nuestro ejemplo, dos focos) pasa la misma corriente (en nuestro

caso I3), por lo que es suficiente con un aparato de medición común. La corriente total resulta de

la suma de I1, I2 e I3.


Fig. 14: Esquema para la medición

de una resistencia individual.

Fig. 15: Esquema de medición de la resistencia de

forma indirecta, midiendo la corriente y la tensión.

La medición de resistencias

La medición directa de la resistencia

En general, la regla es que el aparato de medición se

conecta en paralelo a la resistencia.

Para determinar la resistencia, el multímetro digital aplica

una tensión a la resistencia y mide la corriente que pasa por

ella. A partir de U/I, el aparato de medición calcula en forma

automática la resistencia y la indica en el display.

Atención: las resistencias individuales nunca deben ser medidas en circuitos complejos. En caso

de que en ese circuito complejo todavía haya tensiones en alguna parte (p. ej., debido a unos

condensadores que no estén descargados), puede producirse errores en la medición e incluso se

puede dañar el aparato de medición. Tampoco es conveniente medir resistencias en circuitos

complejos porque, en caso de que haya otras resistencias conectadas en paralelo con la que se

quiera medir, ya no se medirá la individual sino el valor de resistencia de la combinación de varias

de ellas.

La determinación indirecta de la resistencia a partir de la tensión y la

corriente

Para determinar la resistencia, se la conecta a una

fuente de tensión (aquí, un acumulador o una pila) y se

mide la tensión aplicada y la corriente que pasa por ella.

A partir de U/I se calcula entonces la resistencia.

Evitar cortocircuitos al construir los

circuitos eléctricos

El cableado con pinzas de cocodrilo permite hacer conexiones rápidamente, pero es plausible de

tener fallos. Por esta razón, hay que trabajar con mucho cuidado.

Atención, peligro de cortocircuito: en caso de que los bornes de conexión estén muy próximos

como p. ej., en la célula solar, hay que prestar atención a que las pinzas de cocodrilo de los dos

cables de conexión no se toquen entre sí.


Fig. 16:

Incorrecto: las

pinzas de

cocodrilo se

tocan, por lo

que se produce

un cortocircuito.

Fig. 17. Correcto:

se mantiene una

distancia segura:

las pinzas de

cocodrilo no se

pueden tocar,

incluso si se

mueven los

cables.

Cómo colocar los cables de manera limpia en una conexión en paralelo

En caso de que se coloquen demasiadas pinzas de cocodrilo en un borne de conexión (p. ej., en

las células solares), es muy probable que se produzca un cortocircuito o un falso contacto. Aquí

es conveniente conectar cada célula solar por separado a un par de cables y, realizar la conexión

en paralelo a través de los puntos de cruce de los otros extremos de los cables.

Uso de pilas y acumuladores

Los acumuladores deben ser recargados inmediatamente después de ser utilizados y/o si no han

sido utilizado por un tiempo prolongado. Las pilas y los acumuladores no deben cortocircuitarse

nunca. En un cortocircuito pasa, durante unos instantes, corriente de varios amperios (tratándose

de pilas alcalinas de manganeso, p. ej., de hasta 80 A). En el mejor de los casos, se descargan

por completo y se rompe la pila o el acumulador. Pero en el peor de los casos, se produce una

explosión y se prende fuego. También si se calienta el acumulador puede producirse una

explosión. Las pilas y los acumuladores no deben ser tirados a la basura normal sino que hay que

recolectarlos para que sean reciclados.

Averiguar en cada localidad el tratamiento establecido para el desecho de pilas.

Símbolos utilizados en los esquemas de conexión

Para poder “leer” las conexiones, tienen que conocer los principales símbolos utilizados.


Aparato Símbolo de conexión

Observaciones Especiales

Voltímetro o Medición de la Tensión

El multímetro digital se convierte en un voltímetro al seleccionar las funciones de medición de corriente continua o alterna en milivolts o volts.

Amperímetro o Medición de la

Intensidad

El multímetro digital se convierte en un amperímetro, al seleccionar las funciones de corriente continua o alterna en miliamperios o amperios.

Diodo Luminoso

patita corta = polo negativo; patita larga = polo positivo

Motor

En el motor, el polo positivo se define por lo general de forma que, al aplicar tensión continua, el motor gira en el sentido de las agujas del reloj.

Célula Solar

La célula solar tiene - al ser un componente plano - un símbolo de conexión propio, diferente del diodo fotovoltaico. ¡Prestar atención – para evitar confusión!

Acumulador, pila

Ninguna observación

Resistencia

Ninguna observación

Potenciómetro

Resistencia variable; es posible regular la resistencia a través de un contacto variable corredizo.

Condensador

En un condensador de pequeña capacidad; aquí no es importante la polaridad.

Condensador Electrolítico

Para los condensadores de gran capacidad se utilizan electrolitos. Por ello, es importante la polaridad ya que pueden romperse en caso de ser equivocada.

Foco Eléctrico

Ninguna Observación


Portal de medios de la Fundación Siemens

www.medienportal.siemens-stiftung.org

El registro paso a paso

1er Paso

Después de hacer clic en “Inscribirse”, se abrirá una ventana para introducir datos.

2do Paso

Completar los campos en blanco del formulario de registro. Los campos señalizados con un

asterisco * son obligatorios.


A continuación, deberán aceptarse las condiciones de uso y, por último, hacer clic en el botón

“enviar”.

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antes de cerrar la ventana para poder efectuar el primer registro.

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4to Paso

Ahora se puede entrar en la página de inicio del portal de medios en la pestaña “Iniciar sesión”

con el nombre de usuario y la contraseña provisional.

5to Paso

Después del primer registro en el portal de medios, se podrá modificar los datos de acceso en la

pestaña denominada “Área privada”.

¡Les deseamos mucho éxito en el portal de medios de Siemens Stiftung!

Para el profesor


Actividad 1: Los limones y otras pilas – La electricidad a partir de la Energía

Química

Esta presentación de experimentos parciales forma una secuencia didáctica, inicia con los

conocimientos básicos del fenómeno de la “célula electroquímica” en base a pilas simples de fruta

o verdura, para concluir con la construcción de potentes acumuladores y pilas.

De esta forma, se puede abordar el tema de la electroquímica, así como aplicar en la práctica los

conocimientos sobre las reacciones de reducción y oxidación. Es importante destacar que los

experimentos pueden realizarse también de forma individual.

El docente, tendrá en cuenta el grado de profundidad de acuerdo a su necesidad.

Pregunta central

Las pilas desempeñan un papel importante en la vida cotidiana, altamente tecnificada . Sin ellas

no “funciona” el teléfono celular o el reproductor de música MP3 ni la linterna . El objetivo consiste

en determinar de dónde proviene la energía eléctrica generada de forma química. En el caso

más simple, mediante la combinación de dos metales.

El punto de partida es, el popular aunque con frecuencia engañoso, experimento con la pila de

limones; aquí se le quitará la “magia”, de forma que los alumnos después de realizar todos los

experimentos puedan comprender en forma básica cómo funcionan las pilas químicas.

Se aprenderá a distinguir entre metales nobles y comunes, la importancia de electrolitos y cuál es

la estructura de un circuito eléctrico en las medio células combinadas. Siguiendo pautas de trabajo

científicas tienen la posibilidad de variar en forma sistemática el experimento captando los

principios subyacentes para comprender de dónde proviene la energía eléctrica producida.

Integrar el experimento en el contexto educativo

Base científica

La serie de tensión electroquímica de los metales será un elemento fundamental para entender de

forma científica algunos fenómenos importantes en nuestras vidas. El aprovechar las diferencias

electroquímicas de los metales en las pilas, es al mismo tiempo su principal aplicación. La

profundización de los conocimientos relativos a los procesos de reducción - oxidación, en los que

se ceden y absorben electrones y el aprovechamiento de la energía liberada, son los fenómenos

que se estudiarán en estos experimentos.

Se recomienda que los alumnos posean conocimientos previos sobre electricidad. En particular,

deberían conocer los principios subyacentes de la conexión en serie y en paralelo.

Relevancia en el Diseño Curricular

Los procesos de reducción - oxidación que tienen lugar en las pilas forman parte de los

contenidos de una clase orientada a ampliar los conocimientos básicos de Ciencias Naturales.

Según el país, se encuentra en los diseños curriculares de la escuela secundaria básica (local) y,

con mayor profundidad en los trayectos disciplinares para la actual secundaria orientada. Dado

que los alumnos de 10 a 12 años ya sienten curiosidad por ver cómo y con qué funcionan los

aparatos eléctricos, los experimentos propuestos se podrán utilizar también con alumnos de

Para el profesor

Página 28 de 144 © Siemens Stiftung 2013 Reproducción autorizada para fines educativos.

menor edad. A la inversa, en todo momento se puede ampliar y profundizar hasta llegar al nivel de

las partículas y de la transferencia de electrones.

Si bien las pilas generalmente son consideradas un tema a tratar en la asignatura de Química, los

acumuladores modernos son en igual medida objetos de interés para la Física. Por esta razón, el

tema se puede abordar en forma transversal e interdisciplinaria.

Temas y terminología:

El acumulador - La pila - La serie de tensión electroquímica de los metales - El electrolito - La

producción de energía en las reacciones químicas - La media célula en la electroquímica - Las

soluciones alcalinas - Las reacciones de reducción – Oxidación - Las soluciones salinas - Los

ácidos - El separador - La conexión en serie - La tensión - La intensidad - La fuerza de las

reacciones químicas - El hidrógeno

Conocimientos a adquirir

Que los alumnos...

Comprendan la fuerza de accionar que tienen las reacciones químicas (el potencial

eléctrico, la fuerza electromotriz).

Reconozcan la naturaleza noble o común de los metales como parámetro de su

reactividad y su potencial como suministradores de energía.

Aprendan los conceptos de “reacción química” y “producción de energía en las reacciones

químicas”.

Aprendan a analizar un fenómeno aplicando el método científico, a través de la variación

sistemática de diferentes factores individuales.

Dichos propósitos contribuyen y afianzan la adquisición de competencias educativas, de manera

específica la “adquisición de conocimientos”.

El experimento en el contexto explicativo

La propuesta consta de cinco (5) experimentos parciales, aunque algunos de ellos se pueden

agrupar.

El docente puede observar desde la sorpresa que le genera al alumno realizar la experiencia,

hasta la comprensión y explicación del fenómeno reproducido. Pudiendo formular conclusiones y

contextualización causal.

Experimento parcial 1: ¿Cómo funciona la “pila de frutas y/o verduras”?

Consiste en construir la “pila de frutas o verduras” con cobre (Cu) y zinc (Zn) para poner a prueba

su potencia. Así, se enseñan términos y las condiciones utilizados durante toda la experiencia.

El material disponible en la caja permite que trabajen ocho (8) grupos de alumnos en forma

simultánea. El multímetro debe compartirse entre los grupos o disponer de equipos adicionales.

Atención: Si el diodo LED con “la pila de fruta/verdura” conectada no se prendiera, no

necesariamente significará que haya un error. Podrá ser que la pila utilizada en el mejor de los

casos no suministra más de 1,1 V. Además, el LED utilizado en la comprobación sólo se prende a

partir de una tensión mínima de aprox. 1,7 V.

Para el profesor


Los alumnos notarán que el LED se prenderá al utilizar varias pilas de fruta y verdura conectadas

en serie.

Según la fruta o verdura utilizada, y el estado de oxidación de los electrodos, la potencia de la pila

de la fruta o verdura será demasiado baja como para accionar un motor eléctrico. Es más, sólo

será factible con un pequeño motor solar. (Por cierto, esto supone para el docente una buena

oportunidad de hablar con los alumnos sobre el rendimiento y la eficiencia de las fuentes de

electricidad).

La potencia demasiado baja de “la pila de fruta/verdura” se debe, sobre todo, a que la superficie

de los clavos o electrodos es demasiado pequeña. De ese modo la resistencia interna puede

presentarse demasiado grande o, la intensidad demasiado baja. Al conectar el motor solar se cae

la tensión de nuestra pila. Pero la baja potencia no sólo se debe a la pequeña superficie de los

electrodos, sino, sobre todo, a la falta de iones de cobre en el electrodo.

Experimento parcial 2: La “pila de limones”: ¿Qué función cumple cada

parte?

En un primer paso varían las condiciones experimentales, se intercambian los metales y la fruta o

la verdura como conductores de forma sistemática. El objetivo será que los alumnos saquen como

primera conclusión la noción de que siempre tiene que haber diferentes metales que se combinen

entre sí, de forma que la corriente eléctrica no salga “del limón” y que el medio conductor se

pueda sustituir. Sólo si se utilizan dos metales diferentes se creará una tensión. La solución salina

(una solución de iones) en la fruta o la verdura establecerá a modo de electrolito la conexión

necesaria entre los clavos de metal (los electrodos): Así se cierra el circuito eléctrico.



Experimento parcial 3: La “pila de limones” sin limones

En la “pila de limones” sin limones cambia el electrolito. El experimento con el ácido cítrico crea la

impresión de que depende de una fruta determinada o incluso del ácido. Al utilizar con éxito la sal

de mesa se tiene que utilizar un medio acuoso en el que los iones deben estar sueltos. De esta

forma la función del electrolito es cerrar el circuito eléctrico mediante la conducción de iones.



Experimento parcial 4: Una pila que soporta mucha carga

Importante: En caso de que no dispongan de sulfato de cobre este experimento parcial hay que

omitirlo.

La pila de cobre y zinc con fruta o verdura, como con ácido o con salmuera, es una célula de

hidrógeno y zinc. Con la media célula de cobre el electrodo queda inmerso en una solución de Cu.

En realidad, en el lado del cobre sólo quedan trazas de Cu disueltas, de forma que al someter el

electrodo de cobre a una pequeña carga ya no se separa cobre sino hidrógeno (del H del

electrolito).

Para el profesor


En nuestro experimento, al sustituir la sal de mesa por sulfato de cobre, se consigue que el

electrodo de cobre pase de ser un electrodo de hidrógeno en una verdadera media célula de

cobre.

El experimento parcial 4 se puede utilizar para definir los primeros referentes de la serie de

tensión de los metales en base a los valores de medición obtenidos en el experimento. Sin

embargo, no se puede esperar una coincidencia demasiado buena con los valores científicos de la

tabla. También la normalización en el electrodo estándar de hidrógeno tiene que producirse en

otro lugar. Si se les indica a los alumnos que los valores de la serie de tensión de los metales

están fijados en concentraciones normales, es decir, que la tensión depende de la concentración,

no hay más contradicción con los valores determinados por ellos. Por cierto, esto es algo que

conoce todo el mundo: cuanto más gastada esté una pila común, tanto menor la tensión.



Experimento parcial 5: Una pila profesional de zinc y cobre

Importante: En caso de que los alumnos no pudieran realizar el experimento parcial 4 deberían

aprovechar este experimento para aclarar los aspectos allí abordados.

Como se vio en el experimento parcial 4 la tensión y la corriente bajan rápidamente si se exponen

a una carga. Para evitarlo hay que separar como en todas las pilas y los acumuladores

comercializados, los espacios de electrolitos de ambos electrodos mediante un separador (una

membrana parcialmente permeable). De esta forma se evita una mezcla y así un cortocircuito

interno. Al respecto, los alumnos pueden construir para finalizar una pila Daniell. Aún cuando se

utilice sólo una servilleta como separador, se verá claramente el principio subyacente. (Hoy en

día, en la técnica se suele usar por lo general una lámina plástica con un tamaño definido de los

poros, de forma que los iones necesarios para el circuito eléctrico interno (p. ej. el cloruro o

sulfato) puedan pasar pero no los iones de metal.

Finalmente, la idea es transferir todo lo estudiado a la pila de limones del experimento parcial 2.

Se puede reconocer que allí las membranas celulares de las células vegetales fungen como

separadores. Según los conocimientos previos de los alumnos o del grupo de edad al que

pertenezca el docente debería plantear al final la ecuación escrita o la fórmula para las células

electroquímicas y las reacciones que tienen lugar en ellas.



Variantes de ejecución

Todos los experimentos pueden ser realizados de forma individual o en pequeños grupos. Al

variar los metales así, como en los experimentos de larga duración el trabajo en equipo es una

ventaja.

Esto vale siempre que se pretende extraer conclusiones a partir de constataciones. En estas

situaciones ha dado buenos resultados el método 1-2-4, en el que primero cada alumno aclara

sólo las conclusiones que saca y luego las comenta con su par (alumno). A continuación, en un

Para el profesor


grupo de cuatro (4) integrantes se ponen de acuerdo y obtienen una explicación que escriben o

presentan a toda la clase (1-2-4-todos).

En todos los experimentos se observan valores de medición que pueden variar mucho. Esto se

debe a los numerosos factores distorsionantes como el contenido diferente de agua o ácido en las

frutas, las propiedades de la superficie del metal, los contactos entre el metal y el gancho, etc.

La profundización en los procesos a nivel de partículas debe hacerse en función del grupo de

aprendizaje que se trate. La base de un examen en profundidad es el concepto de los iones,

incluyendo el conocimiento de que los iones en todas sus propiedades se diferencian de los

átomos correspondientes porque llevan una carga.

A fin de destacar la importancia de las pilas comunes se pueden utilizar también otras cargas

(p.ej., un reloj). Si se requiere una tensión más alta pueden combinarse varias pilas Daniell.

Mediante una conexión en serie se logra de esta forma aprox. + 1 V (atención: ¡no pasarse de 10

V!).

Una variante interesante es la así llamada pila voltaica, en el que se combinan varias placas de

metal de forma vertical.

Informaciones adicionales sobre el experimento

Para preparar y/o profundizar este experimento encontrará información adicional en el portal de

medios de la Fundación Siemens:

https://medienportal.siemens-stiftung.org/

Observaciones sobre la realización del experimento

Lugar en el que se realiza el experimento

No se requiere un lugar especial para realizar los experimentos.

Fig. 1: La célula electroquímica en base al

ejemplo de zinc y cobre (la pila Daniell).

Fig. 2: Esquema general de la célula

electroquímica como sistema de

reducción oxidación.


Para el profesor


Tiempo necesario

Preparación y realización Evaluación

Experimento parcial 1 10-15 min. 15 min.



Experimento parcial 4 hasta 1 h (dependiendo del grado

de detalle) 20 min.

Experimento parcial 5 20 min. con elaboración de las

fórmulas 30-40 min. 15 min.


Los experimentos sólo pueden ser realizados bajo la vigilancia del docente.

Hay que advertir a los alumnos que los materiales suministrados sólo deben utilizarse siguiendo

las instrucciones correspondientes.

En estos experimentos tenga en cuenta los siguientes peligros y llame la atención de sus alumnos

al respecto:

Procure que los materiales y aparatos no se dañen a causa del agua.

Hay que procurar que el acumulador no tenga un cortocircuito. ¡Hay peligro de explosión y

de incendio!

El ácido cítrico está clasificado como irritante, en pequeñas cantidades, sin embargo, es

inocuo (forma parte de muchos alimentos, el ciclo de ácido cítrico en el cuerpo humano).

Hay que aplicar la indicación de riesgo (irrita los ojos) y la indicación de seguridad (si entra

en contacto con los ojos hay que enjuagar a fondo con agua y consultar al médico). En los

experimentos con ácido cítrico hay que llevar gafas protectoras.

Al manipular el sulfato de cobre hay que procurar que no entre en contacto con la piel, que

no se ingiera y que al acabar el experimento se recojan y eliminen todas las soluciones

que contienen sales de cobre. El sulfato de cobre está clasificado como peligroso para la

salud y contaminantes. Aunque hay que tener en cuenta que sólo es peligroso para la

salud si se ingiere en grandes cantidades o si entra en contacto durante mucho tiempo con

la piel.

Aparatos y materiales

A adquirir o preparar de manera previa:

Fruta (limón, naranja, kiwi, manzana)

Verdura (pepino, papa, calabacín), de ser posible que sea jugosa

Para el profesor


Agua

Sulfato de cobre

El sulfato de cobre requerido no se puede suministrar en la caja. Pero se puede comprar en los

comercios que venden productos para experimentar en los laboratorios escolares. Además, a

nivel internacional se compra en las tiendas que venden productos para las piscinas y peceras o

acuarios.

Incluido en el suministro:

El cableado y la utilización correcta del multímetro, los LED y el motor es algo que debería aclarar

el profesor de antemano en función de los conocimientos previos, si hace falta haciendo una

demostración.

Para un grupo de alumnos se requieren los siguientes materiales de la caja:

Material Cantidad

Frasco 100 ml con tapa 3x

Servilletas 1x

Multímetro digital 1x

Hélice chica 1x

Banda elástica 2x

Cuchara metálica 1x

Sal de mesa, caja 1x para toda la clase

Clavos de cobre (como electrodo) 2x

LED rojo 1,7 V 1x

Juego de cables de medición 1x

Clavo hierro 2x

Broche plástico (sujeta motores) 1x

Recipiente contenedor 1x

Gafas protectoras 1x

Motor solar pequeño 1x

Cables con pinza de cocodrilo 6x

Clavo de zinc (como electrodo) 2x

Acido cítrico 30 g 1x para toda la clase

Portapilas 1 x

Pilas AA 2 x

Poner orden, eliminar residuos, reciclar (reutilizar)

Todos los aparatos y casi todos los materiales suministrados en la caja se pueden reutilizar.

Por ello debería asegurarse de que al concluir cada experimento coloquen todo nuevamente en la

caja correspondiente. Así estará seguro de que encontrará todo rápidamente cuando lo quieran

volver a utilizar. Los aparatos que se hayan ensuciado al realizar los experimentos, como, p.ej.,

vasos, recipientes, cucharas, tubos de ensayo, deberían ser limpiados antes de colocarlos en las

cajas. Lo más fácil es que los alumnos se ocupen de hacerlo al finalizar el experimento. Además,

asegúrese de que los aparatos estén listos para ser utilizados en la próxima ocasión. Por ejemplo,

Para el profesor


hay que poner a cargar las pilas usadas. (También es recomendable cuando no se han usado las

pilas desde hace tiempo).

Los materiales no reciclables como, p.ej., las servilletas usadas, deben ser tirados el cesto de

materiales no reciclables. Los residuos resultantes de este experimento se pueden tirar al cesto

de materiales no reciclables o por el desagüe.

Excepción: La solución de sulfato de cobre debe ser eliminada como residuo químico inorgánico.

Para los alumnos


Actividad 1: Los limones y otras pilas – La electricidad a partir de la Energía

Química

1) ¿Cómo funciona la “pila de frutas y/o verduras”?

Seguramente ya habrán visto que alguien introduce dos electrodos metálicos en un limón y con

ello logra que se encienda una lamparita. Prueben ustedes cómo funciona una pila de fruta o

verdura y qué se necesita para ello.


1 multímetro digital

1 juego de cable de medición

1 motor solar pequeño

4 cables con pinza de cocodrilo

1 hélice chica

1 pepino u otra verdura

1 LED rojo

2 clavos de cobre (como electrodos)

1 limón u otra fruta

2 clavos de zinc (como electrodos)

Atención: Al acabar el experimento, los materiales deben ser guardados en la caja o depositados

en los cestos correspondientes, siguiendo las instrucciones del docente.


Los materiales sólo pueden utilizarse según las instrucciones del experimento o las del docente.

Realización del experimento

Insertar un clavo de cobre y otro de zinc en la fruta o verdura, p.ej. en el pepino.

Insertar la hélice en el motor y conectarlo. ¿Funciona el motor?

Comprobar con el LED, ¡Probar con las dos polaridades!

Medir la tensión eléctrica entre los dos clavos usando el multímetro. Elegir un intervalo de

medición razonable. ¿Dónde se obtiene la mejor resolución, en 2000 mV o en 20 V? (Fig. 1 y 2)

Medir la intensidad entre los dos clavos usando el multímetro. Elegir un intervalo de medición

razonable. (¿Dónde se obtiene la mejor resolución, en 2.000 µA o en 20 mA?)

Determinar qué electrodo (el de zinc o el de cobre) constituye el polo positivo o negativo de la pila

de fruta.

Ahora tomar dos pedazos de fruta o verdura, insertar en cada una un clavo de cobre y otro de

zinc. Luego conectar las dos “pilas” en serie, con los cables con pinza de cocodrilo del cobre al

zinc.

Ahora probar con el LED y medir la tensión. (Fig. 3 y 4)

Si el LED no se enciende repetir la prueba con tres/cuatro frutas o verduras trabajando en

conjunto con otro grupo.

Para los alumnos


Fig. 3: El LED en dos “pilas de

verdura” conectadas en serie.

Fig.2: La medición de la tensión en

una pila de fruta.

Observación

Apuntar lo observado en las distintas fases del experimento.

Evaluación

Resumir los resultados de la siguiente manera:

a) El motor con la hélice se pone en marcha cuando...

b) El diodo LED se prende cuando...

c) El multímetro indica...

Preguntas

En su opinión: ¿La corriente realmente sale del limón o cuál es la verdadera causa?

Fig.1: Esquema eléctrico para

las mediciones en una célula

electroquímica (la “pila”).

Fig. 4: El esquema de la conexión

en serie con dos células

electroquímicas

Para los alumnos


Fig. 5: La medición de diferentes

combinaciones de metales

2) La “pila de limones”: ¿Qué función cumple cada parte?

Con estos ensayos pueden esclarecer qué elementos se requieren para fabricar la “pila de

limones” y para qué sirven.



1 juego de cables de medición


1 pepino, papa u otra verdura

1 limón u otra fruta

2 clavos de cobre (como electrodos)

2 clavos de hierro (como electrodos)

2 clavos de zinc (como electrodos)


en los cestos correspondientes siguiendo las instrucciones del docente.




Cambiar en forma alternada la “pila de fruta o verdura”: combinar

o intercambiar clavos de distintos materiales (Cu con Cu, Zn con

hierro, Zn con Zn).

Fijar un cable con pinza de cocodrilo en cada clavo y el otro

extremo del cable al multímetro. Observar y registrar los valores

de tensión obtenidos. (Fig. 5)

¿Qué pasa si se saca un clavo de la fruta o la verdura?

¿Qué pasa si se combinan los metales entre sí?

Reflexionar: ¿Con qué otra fruta o verdura se podrían realizar

estas experiencias? ¡Hagan la prueba!

Observación

Escribir las observaciones de forma resumida. ¿Cambia la tensión en función de la fruta o la

verdura utilizada para clavar el clavo?

Evaluación

¡Verificar los resultados! Colocar por orden los tres metales utilizados en el experimento y las

combinaciones entre ellos en función de las tensiones medidas.

Para los alumnos


¿De qué depende que la tensión de una pila sea alta o baja según lo observado?

Preguntas

a) Explicar qué tiene que ver este experimento con la serie de tensión de los metales.

b) Reflexionar con el grupo de clase sobre otros elementos capaces de suplantar a las frutas y

verduras para formar, así, un circuito eléctrico.

c) Señalar qué tienen en común las frutas o las verduras.

Para los alumnos


3) La “pila de limones” sin limones

Como saben, los limones, el pepino, la papa, la naranja, etc. sirven para cerrar el circuito eléctrico

entre los diferentes clavos metálicos. Ahora deberían examinar qué pueden utilizar en vez de la

fruta o la verdura para establecer la conexión. Seguramente sospecharán que el agua juega un

papel importante, porque cuanto más jugosa la fruta o la verdura, mejor funcionarán las “pilas”.


3 frascos 100 ml*

1 broche plástico (sujeta motores)

1 gafas protectoras




1 hélice chica

Sal de mesa

1 clavo de cobre (como electrodos)


1 clavo de zinc (como electrodos)

Ácido cítrico

Agua

1 Cuchara

*En el caso de armar varios grupos de trabajo en simultáneo los frascos de 100ml. con soluciones

pueden compartirse.

Atención: Al finalizar la experiencia, los materiales que puedan ser reutilizados deberán ser

guardados, aquellos que no, depositados en el lugar que corresponda según las instrucciones del

docente.



En el puesto de trabajo no debe haber materiales que puedan dañarse con agua.

¡Utilizar durante todo el experimento las gafas protectoras! En caso de sufrir una salpicadura o

entrada de ácido cítrico en los ojos o sobre la piel, enjuagar la zona afectada en forma inmediata

con agua limpia.

Para los alumnos



¡Utilizar las gafas protectoras!

Variar la “pila de limones” en forma alternada, sustituyendo la fruta o

la verdura por un frasco llenado en ¾ partes por los siguientes

líquidos:

Sólo agua de la canilla (enjuagar antes el frasco).

Agua de la canilla en la que han disuelto un poco de ácido

cítrico.

Agua de la canilla en la que han disuelto una cucharadita de

sal de mesa

Colocar el clavo de cobre y el de zinc ¡sin que entren en contacto!

Con ayuda del multímetro anotar los valores de la tensión para los

diferentes electrolitos (el agua limpia, el ácido, la salmuera) en una

pequeña tabla. (Fig. 6)

Describir qué sucede si el motor es conectado en paralelo con el

voltímetro, en el circuito eléctrico. (Fig. 7)

Observaciones

Escribir las observaciones de forma resumida.

Evaluación

¿Se puede medir una tensión entre los clavos metálicos con agua de

la canilla?

Describir lo que sucedió al sustituir el agua por salmuera o una

solución con ácido cítrico. ¿Qué valores se obtuvieron para la

tensión?

Explicar las consecuencias que tiene para la tensión si hay una carga

en el circuito eléctrico.

Preguntas

Muchas personas creen que se requiere ácido para poder generar electricidad con una célula

electroquímica. Explicar por qué funciona con la sal de mesa.

La solución mayormente acuosa en el interior de cada pila o acumulador se denomina electrolito.

Explicar lo que tiene que tener un electrolito para que pueda funcionar.

Fig.6: La medición de los

valores obtenidos.

Fig.7: El experimento con

el motor.

Para los alumnos


4) Una pila que soporta mucha carga

En una pila compuesta de dos metales se disuelve lentamente el metal menos noble formando

una sal.

Al mismo tiempo, el metal más noble tiene que poder separarse de la solución de su sal.

En este caso se puede conseguir una mayor “potencia”, lo que muestran los siguientes

experimentos.


1 frasco 100 ml


1 broche plástico (sujeta motores)

gafas protectoras



1 hélice chica

1 cuchara metálica

1 clavo de cobre (como electrodo)

sulfato de cobre


1 clavo de zinc (como electrodo)


en el cesto que corresponda según las indicaciones del docente.




¡Utilizar durante todo el experimento las gafas de seguridad! Eviten que el sulfato de cobre entre

en contacto con la piel. En caso de sufrir una salpicadura de sulfato de cobre en los ojos o sobre

la piel enjuagar en forma inmediata con agua limpia.

Para los alumnos



¡Utilizar los anteojos de seguridad!

Llenar la mitad del frasco con agua y disolver en él una punta de

la cuchara metálica de sulfato de cobre revolviendo ligeramente.

Colocar el clavo de cobre y el de zinc en la solución y determinar

la tensión usando el multímetro.

Luego conectar el multímetro y el motor en serie con los dos

clavos y midan la intensidad. En caso de ser necesario, mover un

poco los clavos, para que el motor arranque. (Fig. 8)

Observaciones


Evaluación

a) ¿Qué valores se pueden medir para la tensión y la corriente?

b) ¿Qué potencia tiene la pila calculándola a partir de la tensión y la intensidad medidas?

c) ¿La potencia obtenida es mayor que en los experimentos 1 y 3? ¿Por qué?

d) ¿Qué cambios se pueden observar en el clavo del metal menos noble? Visiblemente una

sustancia se separa. Explicar en qué podría consistir esa separación.

e) Reflexionar sobre si esa sustancia que se separa es buena o mala para la potencia de la pila y

registrar las conclusiones.

Preguntas

a) ¿Cómo evitar la separación en el metal menos noble?

b) En realidad en una pila debería disolverse el metal menos noble, por lo que en el electrodo

menos noble no tendría que producirse una separación. ¿Cómo se puede utilizar en la práctica la

separación en el metal menos noble?

Fig. 8: El experimento con el

motor.

Para los alumnos


5) Una pila profesional de zinc y cobre

A fin de evitar que una parte de la sal de cobre se separe del metal menos noble en un

cortocircuito hay que separar ambos metales y las soluciones que los rodean. A pesar de ello

ambos líquidos deben dejar pasar la corriente eléctrica y tienen que estar conectados de forma

que se mantenga la conductividad. Con este fin imitaremos un experimento desarrollado por el

químico Daniell hace más de 150 años. Por ello, una pila o acumulador fabricado con cobre y zinc

también es denominada “pila Daniell”.


1 portapila

2 pilas AA

1 servilleta

1 recipiente contenedor



1 frasco 100 ml


1 hélice chica

gafas protectoras

bandas elásticas

1 cuchara metálica

sal de mesa

1 clavo de cobre (como electrodo)


agua

1 clavo de zinc (como electrodo)

Atención: Al acabar el experimento, los materiales deben guardarse en la caja y/o depositados en

el cesto correspondiente según las instrucciones del docente.




¡No hagan un cortocircuito con la pila! ¡Hay peligro de explosión y de incendio!


Preparar los dos clavos y cortar un pedazo de servilleta que tenga el ancho similar al largo de los

clavos.

Poner ambos clavos sobre la servilleta en dirección contraria y envolverlos. Ahora sólo se ven las

cabezas de los clavos en los dos extremos. (¡Los clavos no deben tocarse, tienen que estar bien

separados por el papel!). (Fig. 9)

Fijar el “paquete de electrodos” con 2 bandas elásticas (Fig. 10)

Para los alumnos


Ahora llenar ¾ partes del frasco con agua y disolver una punta de la cuchara de sal revolviendo

en forma constante.

Colocar el “paquete de electrodos” en el recipiente contenedor y mojarlo con la salmuera. Ahora

retirar el “paquete de electrodos” del recipiente. (Fig. 10)

Conectar el multímetro y medir la tensión.

Conectar las dos cabezas de los clavos con un cable de cocodrilo, respectivamente, y los otros

extremos de los cables con los bornes del motor. (Fig. 11)

Medir la tensión tras conectar el motor.

Cargar el “paquete de electrodos” durante aprox. 5 min. conectando el portapilas con las pilas AA

en su interior (el polo positivo al cobre, el negativo al zinc). (Fig. 12)

¿Pueden observar un cambio de color alrededor del clavo de cobre?

Al desconectar las pilas del “paquete de electrodos” cargado, volver a conectarlo con el motor.

¡Medir aquí nuevamente la tensión!

Fig. 9: Cómo envolver los electrodos en

un pañuelo de papel. Fig. 10: El paquete de electrodos listo,

mojado con la solución de salmuera.

Fig. 11: El accionamiento del motor

eléctrico con nuestra “pila Daniell”. Fig. 12: Cómo cargar el

paquete de electrodos

Para los alumnos


Observación


¿Cuánto ha cambiado la tensión al conectar el motor?

Evaluación

Explicar qué función tiene la servilleta en este experimento.

Explicar por qué eso hace que la potencia de la pila sea por lo general mayor que en los

experimentos 1, 3 y 4.

Preguntas

Si cuentan con conexión a internet, buscar de qué se compone la membrana de separación en las

pilas y los acumuladores modernos. Transferir los resultados a los de la pila de limones en el

experimento 1.

Escribir las ecuaciones de las reacciones para los dos electrodos y para todo el proceso. Primero

escribir una ecuación con palabras y luego formular la ecuación.

Para el profesor


Actividad 2: Las propiedades de las células solares – Tensión, corriente y

potencia

Si se realizan los experimentos parciales para investigar las propiedades eléctricas de las células

solares siguiendo el orden que se propone aquí forman una unidad lectiva. Esta sirve en la teoría

de la electricidad para verificar experimentando los conocimientos básicos adquiridos.

La electricidad a partir de la energía solar contribuye a motivar a los alumnos, por su actualidad; al

igual que las energías renovables y la restructuración de la política energética. Esto se aborda a

través y por medio de los experimentos. Sin embargo, hay que tener en cuenta los conocimientos

previos de los alumnos.

Pregunta central

Las células solares se aplican en numerosos aparatos y juguetes electrónicos pequeños; así

como en los tejados de las casas y en las grandes centrales solares para la generación de

electricidad. La pregunta que pretenden responder los experimentos se refiere a lo que se debe

tener en cuenta al conectar las células solares entre sí:

¿Qué sucede con la tensión, la intensidad y la potencia en las diferentes combinaciones y

en condiciones de iluminación dispares? Y, por último, ¿cómo se puede medir?

Los experimentos transmiten de esta forma, conocimientos básicos que sirven tanto para construir

células solares como para su aprovechamiento técnico a gran escala.


Base científica

Para realizar los experimentos se requieren los siguientes conocimientos previos y experiencias:

conocimientos sobre las conexiones en serie y en paralelo de pilas y resistencias

experiencia en el uso de un multímetro

conocimientos sobre los términos básicos de la teoría de la electricidad (la intensidad, la

tensión, la resistencia, la potencia)

experiencia al elaborar diagramas

conocimientos sobre el concepto de resistencia interna

Relevancia en el diseño curricular

Los experimentos sobre la célula solar pertenecen al campo de la teoría de la electricidad.

Para el experimento parcial 1 se requieren sólo conocimientos básicos sobre los circuitos

eléctricos. Los experimentos parciales 2 y 3 son adecuados para los grupos de edad a partir de

los 12 años. Los experimentos parciales 4 a 6 exigen en comparación con los anteriores una

reflexión más abstracta y teórica y se recomiendan para el grupo de edad a partir de los 14 años.


El sombreado - El acumulador - La pila - La teoría de la electricidad - El abastecimiento energético

La fuente de tensión continua - La resistencia interna - La corriente de cortocircuito - La

resistencia de carga - La tensión en vacío - La curva de medición - La conexión en paralelo - La

conexión en serie - La tensión de conexión (del diodo) - El motor solar - La célula solar - La caída

Para el profesor


de tensión - El circuito eléctrico - La curva de tensión e intensidad U-I - La manipulación de

aparatos de medición - La interconexión de módulos solares - La resistencia


Los alumnos aprenden a...

describir cómo funciona una célula solar.

investigar los factores que influyen en el rendimiento de una célula solar siguiendo un plan.

preparar y realizar experimentos con células solares siguiendo un plan.

explicar los conceptos de cortocircuito y tensión en vacío.

describir y comparar entre sí la conexión en serie y en paralelo de células solares y su

efecto.

evaluar la conexión en serie y en paralelo de células solares respecto a su importancia en

la práctica.

describir la importancia de la resistencia interna de una célula solar para las aplicaciones

prácticas.


Las células solares transforman la energía de la radiación del Sol en energía eléctrica. Esto se

manifiesta por medio de la tensión que se forma en la célula solar, que en el caso de las células

solares aquí utilizadas alcanza un valor máximo de aprox. 1 V (tensión en vacío). Si se

cortocircuita la célula solar, fluye una intensidad máxima de aprox. 0,08 A (intensidad de

cortocircuito). (¡Una pila alcalina de manganeso tiene, en cambio, una corriente de cortocircuito a

corto plazo de hasta 80 A!) A diferencia de lo que conocen los alumnos al manipular las pilas

alcalinas de manganeso, la tensión de las células solares baja en forma considerable cuando se

integra una carga en el circuito eléctrico (p. ej., un foco o un motor solar).

La diferencia se debe a la resistencia interna de la célula solar, que en comparación con la

resistencia de esas cargas es relativamente alta. A diferencia de lo que sucede con pilas

recargadas, la resistencia interna de las células solares no es constante, sino que depende de la

intensidad de la iluminación.

Este hecho hace que sea fácil la interconexión de células solares, mientras que no se integre una

carga en el circuito eléctrico. Sin embargo, las relaciones son mucho menos visibles cuando hay

una carga en juego y si las condiciones de luz no son óptimas. Para entender la aplicación

concreta de las células solares en la práctica hay que tener en cuenta estas relaciones complejas.

Si el objetivo principal consiste en analizar las células solares como componentes electrónicos e

integrarlas en el contexto de la teoría de la electricidad tradicional, entonces es importante realizar

experimentos teóricos en células solares no sometidas a carga. Los experimentos parciales tienen

en cuenta ambos objetivos de igual manera y tienden un puente entre las dos perspectivas

diferentes.

Para el profesor


Experimento parcial 1: Conocimientos básicos de una célula solar

Este experimento aporta una primera base para los demás experimentos. El objetivo consiste en

quitar a los alumnos el miedo a manipular material de experimentación. Por esta razón se integró

el estudio del efecto de los diferentes materiales transparentes que sirven para cubrir las células

solares a modo de componente lúdico y de exploración. También se pueden estudiar otros

factores de influencia.

Como indicador sirve aquí el motor solar, que si bien no permite obtener resultados muy precisos,

refuerza el carácter lúdico del experimento.


simultánea. La lámpara halógena debe compartirse entre los grupos o disponer de equipos

adicionales.

Importante: Si se emplea una lámpara como fuente de luz, hay que procurar que la distancia de

dicha fuente de luz a la célula solar se mantenga constante con ayuda de una regla.

En la primera parte se trata, además, de reconocer que una célula solar, al igual que una pila, es

una fuente de tensión continua, cuya polaridad es fácil de determinar. De forma complementaria al

experimento parcial 1 podría resultar interesante llevar a cabo una medición cuantitativa de la

intensidad y la tensión cambiando el ángulo de incidencia de la luz. Sin embargo, con las células

solares relativamente pequeñas es difícil de lograr. A este respecto es conveniente construir

dispositivos que faciliten la sujeción de la célula solar en ángulos definidos.

La transferencia de conocimientos

Respecto a la pregunta de si es recomendable instalar células solares sobre el tejado de una casa

es fundamental conocer la orientación del tejado respecto al Sol.

Una capa de suciedad sobre las células solares reduce su efectividad. Por esta razón hay que

limpiar las células solares.

Experimento parcial 2: La intensidad de un cortocircuito y la tensión en

vacío al colocar la lámpara a diferentes distancias

El núcleo de este experimento es estudiar cómo cambian la intensidad y la tensión al modificar la

distancia de la lámpara. Este experimento introduce así, una descripción cuantitativa de las

células solares y de los términos: tensión en vacío y corriente de cortocircuito. El principio básico

de medición se vuelve a utilizar en el experimento parcial 4.

Las curvas de medición dejan claro que la intensidad depende mucho más de la iluminación que

la tensión. Las figuras 1 y 2 sirven de orientación respecto a los resultados de medición previsibles

y la precisión. Además, sirven para entender a qué distancia respecto de la lámpara halógena se

pueden realizar convenientemente las mediciones (véase las figuras 1 y 2).


simultánea. El multímetro y la lámpara halógena deben compartirse entre los grupos o disponer de

equipos adicionales.


Los cambios en la distancia a la lámpara son equivalentes a una radiación de diferente intensidad.

Para el profesor


El resultado se puede transferir al primer experimento. Al quedar la luz en la sombra cae

drásticamente sobre todo la intensidad. El docente debería indicar los principios subyacentes a la

“caída de la intensidad de la iluminación con la distancia al cuadrado (véase la fig. 1).

Experimento parcial 3: ¿Qué sucede al conectar las células solares en serie

o en paralelo?

Este experimento aborda la cuestión de cómo hay que interconectar las células solares para

mejorar la potencia de un aparato conectado (aquí con el ejemplo del motor solar).

El resultado del experimento depende de forma decisiva de, a qué distancia se encuentra la

lámpara. Si está a una distancia relativamente pequeña de la lámpara la conexión en paralelo

suministra un número muy superior de revoluciones del motor, a una distancia mayor es más

conveniente una conexión en serie. En la variante que se sugiere aquí los alumnos realicen las

mediciones bastante cerca de la lámpara. La célula solar trabaja entonces cerca de su gama de

potencia óptima. Esto corresponde aproximadamente a las mismas condiciones que bajo la

radicación solar. El experimento muestra que en estas condiciones y con este motor solar como

carga, la conexión en paralelo es mucho más conveniente que una conexión en serie. Porque a

menor intensidad de iluminación disminuye la electricidad a partir de la energía solar y la

resistencia interna de la célula solar aumenta. (En el experimento con el foco halógeno baja la

intensidad de la iluminación con la distancia al cuadrado respecto a la fuente de luz). Esto se

contradice con las experiencias típicas adquiridas al interconectar las pilas.

Sólo cuando se construye un modelo de célula solar como fuente de tensión con una resistencia

interna se comprende lo observado: en una conexión en serie se duplica la resistencia interna,

mientras que en una conexión en paralelo se divide a la mitad. La resistencia interna de una célula

solar es, sin embargo, superior a 20 Ω y así tiene una dimensión que equivale a la mitad de la

resistencia del motor. En comparación con ello, las pilas alcalinas de manganeso, p.ej., tienen una

resistencia interna muy baja, del orden de 0,1 Ω, algo que casi no se nota en comparación con la

Para el profesor


resistencia de carga de los consumidores comunes como, p. ej., los juguetes o los aparatos

musicales.

La conexión en serie de dos pilas (no sobrecargadas) tiene el doble de tensión y de potencia.

El material disponible en la caja permite que trabajen cuatro (4) grupos de alumnos en forma




La conexión en paralelo de células solares sirve para poner a disposición suficiente intensidad. En

la interconexión técnica de células solares se aprovecha esta posibilidad. La conexión en serie

ofrece en comparación con ello la posibilidad de poner a disposición con ciertas finalidades la

tensión mínima necesaria (p. ej., para cargar un acumulador se necesitan aprox. 2 V). Además, la

conexión en paralelo ofrece la posibilidad de compensar el sombreado de células individuales

dentro de los módulos (véase el experimento parcial 5).

En la interconexión técnica de las células solares formando módulos solares se utilizan dentro de

los módulos los dos tipos de conexión. En caso de que se suministre energía a juguetes solares

con varias células solares, según el motor de que se trate es conveniente una conexión en

paralelo o una combinación de conexión en paralelo y en serie.

Experimento parcial 4: La intensidad y la tensión en la conexión en serie y

en paralelo de células solares

Este experimento estudia la conexión en serie y en paralelo de células solares en condiciones

idóneas en las que no hay una carga. En estas condiciones la situación es relativamente sencilla.

La conexión en serie suministra el doble de tensión en vacío, mientras que una conexión en

paralelo duplica la intensidad de cortocircuito. El producto de la intensidad de cortocircuito y la

tensión en vacío no debe interpretarse como potencia.

Dado que en el cortocircuito y la tensión en vacío se trata de mediciones en condiciones

básicamente diferentes.





En la interconexión de las células solares formando grandes módulos solares al hacer diferentes

combinaciones de conexiones en serie y en paralelo se pueden obtener diferentes intensidades y

tensiones.

De este modo, un módulo integral de 24 V y 100 W se compone de aprox. 1.008 células

elementales de 0,5V/200mA.

Experimento parcial 5: ¿Cómo se comportan las células solares conectadas

en serie o en paralelo al quedar en la sombra?

Este experimento estudia la pregunta de: cómo incide el sombreado parcial de las células solares

en la intensidad y la tensión de las diferentes conexiones de dos células solares. Para ello se

Para el profesor


realiza la sombra tapando la mitad de las dos células solares o bien tapando una de las dos

células por completo. La tabla muestra valores a modo de ejemplo:

conexión en paralelo conexión en serie

tensión [V] I [mA] tensión [V]

I [mA]

No tapada 0,52 38 1,03 19

Ambas tapadas a la mitad 0,49 23 0,97 12,5

Una célula tapada por completo 0,49 23 0,93 3,8





Para construir módulos solares se conectan células solares en serie y las series a su vez en

paralelo. De esta forma se puede compensar el sombreado dispar y la pérdida de células

individuales. El docente debería indicar, sin embargo, que en los grandes módulos solares la

conexión en serie para casos de sombreado o fallo de células también implica ciertos peligros. Es

que si una célula individual de una serie grande se queda a la sombra no solo no produce

electricidad, sino que representa una resistencia y hace que caiga toda la tensión de la serie. Esto

puede causar que se funda la célula solar. Las células individuales llevan por ese motivo por lo

general diodos puente para evitarlo. Estos son, diodos de conexión muy normales que se

conectan en paralelo a la célula de forma que; cuando hay luz permanecen inactivos (debido a

que está por debajo de la tensión de conexión). Pero en caso de que se quede la célula a la

sombra o si se avería se conecta y, la corriente que viene de la otra célula de la serie puede fluir a

través del diodo.


Todos los experimentos parciales excepto el experimento parcial 2 se pueden realizar también a

la luz del Sol. Sin embargo, en ese caso las condiciones de iluminación tienen que ser constantes

y buenas. Los experimentos parciales presentados se encadenan de forma lógica. Pero sin

problema alguno se puede omitir algunos experimentos parciales. Es posible cambiar el orden de

ejecución de los experimentos 3 y 4. La cantidad de alumnos por grupo no debería ser demasiado

grande (como máximo tres por grupo), dado que de otro modo no todos los miembros del grupo

pueden experimentar de forma activa.


Para preparar y/o profundizar este experimento encontrará información complementaria en el

portal de medios de la Fundación Siemens:


Además, el paquete de medios titulado “La Energía Solar y la Fotovoltaica – Fuentes de energía

con futuro” aborda en profundidad las bases y las aplicaciones técnicas del experimento.


Para el profesor




Los alumnos pueden realizar los experimentos utilizando varias lámparas de mesa en cualquier

aula. La luz solar entrante puede incidir en forma considerable en las mediciones.

Con excepción del experimento parcial 2 las mediciones también se pueden llevar a cabo a la luz

del Sol.

Tiempo necesario

Los tiempos que se indican a continuación son únicamente orientativos.

El tiempo requerido para la evaluación y para responder las preguntas incluye también una breve

conversación con el profesor.

Preparación y Realización Evaluación, Preguntas

Experimento parcial 1 15 min. 15 min.






Los experimentos sólo pueden ser realizados bajo la vigilancia del docente .

Hay que advertir a los alumnos que los materiales suministrados sólo se deben utilizar siguiendo




Reglas (30 cm)

Materiales de diferente transparencia (p. ej., láminas o filminas, papel transparente)


El cableado y la utilización correctoa del multímetro y el motor es algo que debería aclarar el

docente de antemano en función de los conocimientos de los alumnos, si hace falta haciendo una

demostración.


Material Cantidad


Bandas elásticas (para fijar las células solares) 2x

Juego de cable de medición 1x

Cartulinas negras 1x

Para el profesor


Hélice chica 1x

Tijera 1x

Broche plástico 2x


Células solares 2x

Cable con pinza de cocodrilo 6x

Lámpara halógena, 42W 1x

Tablitas baja lengua 1x

Poner orden, eliminar residuos, reciclar

Todos los aparatos y casi todos los materiales suministrados en la caja se pueden reutilizar. Por

ello debería asegurarse de que al concluir cada experimento coloquen todo nuevamente en la caja

correspondiente. Así estará seguro de que Ud. encuentre todo rápidamente cuando lo quiera

volver a utilizar. Los aparatos que se hayan ensuciado al realizar los experimentos, como, p.ej.,

vasos, recipientes, cucharas, tubos de ensayo, deberían ser limpiados antes de colocarlos en las

cajas.

Lo más fácil es que los alumnos se ocupen de hacerlo al finalizar el experimento. Además,

asegúrese de que los aparatos estén listos para ser utilizados en la próxima ocasión. Por ejemplo,

hay que poner a cargar las pilas usadas. (También es recomendable cuando no se han usado las

pilas desde hace tiempo).

Los materiales no reutilizables como, p.ej., las barritas de medición del valor pH o el papel de

filtro, deben ser tirados a la basura correcta. Los residuos resultantes que este experimento se

pueden tirar a la basura normal o por el desagüe.

Para los alumnos


1) Conocimientos básicos de una la célula solar


1 lámpara halógena de 42 W*

1 regla

1 cartulina negra


1 célula solar

Láminas o filminas de diferentes transparencias

1 cartulina negra

1 hélice chica


1 tijera

*¡El experimento también se puede realizar con luz del sol directa!

Atención: Al acabar el experimento, los materiales deben ser devueltos o eliminados siguiendo

las instrucciones del profesor.



Las lámparas halógenas levantan temperatura, se recomienda no tocarlas.


En caso de que no se haya utilizado antes la célula solar retirar

el plástico protector.

Insertar la hélice al motor solar.

Conectar la célula solar al motor con ayuda de los cables con

pinza cocodrilo. Procurar que no se toquen las pinzas porque

de otro modo se producirá un cortocircuito. (Fig. 1)

Colocar o sostener la célula solar a la fuente de luz

de tal manera que la luz caiga verticalmente sobre

ella.

Determinar con la regla la distancia a la fuente de

luz (tratándose de una lámpara halógena de 42W

por lo general 10 cm), en la que el motor eléctrico

marcha bien.

Conservar esta distancia para los demás

experimentos.

Comprobar cómo tiene que ser la conexión para

que la hélice se mueva en el sentido de las agujas

del reloj.

Fig. 1: Esquema de conexión.

Fig. 2: La configuración del experimento

Para los alumnos


Cambiar las condiciones de iluminación tapando poco a

poco la superficie de la célula solar con papel negro. (Fig. 3)

Estudiar la dependencia de la velocidad de giro del motor

del ángulo de incidencia de la luz, haciendo girar la célula

solar a la luz (sin taparla con el papel negro).

Sostener otros materiales claros o transparentes delante de

la célula solar y verificar la influencia en la velocidad de giro

del motor.

Fig. 3: Sombreado de la célula

solar con papel negro.

Observación

Comentar lo observado con sus compañeros y registrar de forma resumida.

Evaluación

Enumerar los factores que inciden en la potencia de una célula solar.

Preguntas

Explicar cómo se tienen que instalar las células solares en las casas a fin de que sean lo más

efectivas posible.

Para los alumnos


Fig. 4: Esquema de conexión. La medición con un multímetro

cambiando el intervalo de medición de la tensión (V) a la

intensidad (A).

2) La intensidad de un cortocircuito y la tensión en vacío al colocar la

lámpara a diferentes distancias

Este experimento funciona solo con una lámpara y no a la luz del sol.




1 célula solar

1 lámpara halógena de 42 W

1 regla



en los cestos correspondientes, según las instrucciones del docente.



Las lámparas halógenas levantan temperatura y por ello no deben tocarlas.


Conectar el multímetro a la célula solar. Utilizar para medir la tensión el intervalo de 2.000 mV y

para medir la intensidad el intervalo de 200 mA y simplemente cambien el conmutador entre

tensión y corriente en el aparato de medición. (Fig. 4)

Cambiar con la regla la distancia de la célula solar a la lámpara en pasos de 5 cm. Comenzar

con una distancia de 5 cm. (Fig. 5)

Medir para cada distancia la tensión (tensión en vacío) y la intensidad en la célula solar

(intensidad de cortocircuito). Apuntar en cada caso el valor obtenido con una distancia dada.

Fig. 5: La medición de la

tensión a diferentes distancias.

Para los alumnos


Observación

Introducir los valores de medición en un diagrama (distancia-intensidad y distancia-tensión).

Evaluación

Describir cómo influye la distancia y así la intensidad de la iluminación en la intensidad y la tensión

medidas.

Nombrar lo que cambia más al modificar la condición de luz: La intensidad o la tensión.

Preguntas

Se puede utilizar una célula solar para medir las condiciones de iluminación en un lugar.

¿Qué magnitud es mejor para lograrlo, la intensidad o la tensión? Explicar.

Para los alumnos


3) ¿Qué sucede al conectar las células solares en serie o en paralelo?


bandas elásticas

1 lámpara halógena de 42W*

1 hélice chica


2 células solares

1 tablita baja lengua

2 broches plásticos

1 tijera


*¡El experimento también se puede realizar con luz del Sol directa!

Importante: Al finalizar los experimentos, los materiales deben ser guardados en la caja

correspondiente o depositados en los cestos correspondientes según las indicaciones del

docente.



Las lámparas halógenas levantan temperatura, por ello evitar tocarlas.


Colocar encima de la tablita baja lengua dos células solares, una junto a la otra. Las células

solares deben sobresalir un poco en la parte de arriba y abajo, para que las puedan montar con

ayuda de las bandas elásticas (fig. 6). (El objetivo es tener igual ángulo y luminosidad para las dos

células durante la medición).

Conectar una de las dos células solares con el motor solar pequeño (con la hélice insertada).

Fijar la distancia a la lámpara de manera tal que el motor gire correctamente.

Ahora conectar la segunda célula solar en paralelo (fig. 7) y verificar la velocidad de giro.

Fig. 6: Montaje de las células

solares.

Fig. 7: Esquema de conexión para el cableado en paralelo.

Para los alumnos


Ahora conectar las células solares en serie (Fig.8, 9 y 10) y comparen nuevamente la velocidad de

giro.

Fig. 8: Esquema de conexión para el cableado en serie.

Fig. 9: Cableado con conexión en

serie.

Fig. 10: Accionamiento del motor en

conexión en serie.

Observación


Evaluación

Si se utilizan dos células solares se genera el doble de energía eléctrica a partir de la luz. En

realidad podría esperarse que el motor solar con dos células solares girara mucho más rápido que

con una sola, al margen de la interconexión realizada. Explicar a qué podría deberse que, según

la conexión, llegue una mayor o menor parte de la energía al motor. (Un consejo: la resistencia

interior de la célula solar).

Preguntas

Explicar por qué la potencia de la célula solar es diferente tratándose de una conexión en paralelo

o en serie.

¿Cómo se comportan en comparación con las células solares dos pilas alcalinas de tipo “mignon”

que se conectan en paralelo o en serie?

Para los alumnos


4) La intensidad y la tensión en la conexión en serie y en paralelo de células

solares

Este experimento es la continuación del experimento 3, ahora, sin embargo, se mide la intensidad

y la tensión.






bandas elásticas


2 células solares


*¡El experimento se puede realizar en forma directa con la luz del Sol.!

Atención: Al acabar el experimento, los materiales deber ser guardados en la caja

correspondiente o depositados en los cestos correspondientes según indicaciones del docente.



Las lámparas halógenas levantan temperatura, evitar tocarla.


Poner la célula solar a una distancia de 10 cm de la

lámpara (o a una luz solar intensa).

Medir la intensidad de cortocircuito y la tensión en vacío de

la célula solar.

Ahora conectar dos células solares en paralelo.


la conexión en paralelo.

Repetir la medición para una conexión en serie de dos

células solares.

Fig. 12: Esquemas de la conexión en serie

(a la izq.) y paralela (a la der.).

Para los alumnos


Observación

Elaborar una tabla según el ejemplo y apuntar los valores de medición:

Tensión [V] Intensidad [A]

Célula Individual

2 Células en Paralelo

2 Células en Serie

Describir el comportamiento de la intensidad y la tensión en la conexión en paralelo y en serie, en

comparación con una célula individual.

Evaluación

Comparar el resultado de este experimento con los obtenidos en el experimento parcial 3

¿Qué pasa si se conectan las células solares en serie o en paralelo? Explicar.

Preguntas

Explicar por qué el producto de la intensidad de cortocircuito y la tensión en vacío no dan la

potencia verdadera de la célula solar.

Para los alumnos


5) ¿Cómo se comportan las células solares conectadas en serie o en

paralelo al quedar en la sombra?

Se vuelven a utilizar las células solares montadas sobre la tablita baja lengua como en los

experimentos parciales 3 y 4.



bandas elásticas



1 cartulina negra



2 células solares


*¡El experimento puede ser utilizado con luz solar en forma directa!

Atención: Al finalizar la experiencia los materiales deben ser guardados en la caja ó eliminados

en los cestos correspondientes, según la indicación del docente.



Las lámparas halógenas generan mucha temperatura; por ello se recomienda no tocarlas.


Conectar dos células solares en paralelo. Ponerlas a una

distancia de aprox. 10 cm de la lámpara.


la conexión en paralelo.

Tapar las dos células solares con la cartulina negra poco a

poco de forma que la mitad de sus superficies queden

cubiertas (Fig. 13 y 14)

Fig. 13: Sombreado parcial de una de las

dos células solares.

Para los alumnos


Ahora cubrir una de las dos células solares por completo (Fig. 15). Comparar los resultados

obtenidos.

Repetir la medición para una conexión en serie de dos células solares.

Observación

Elaboren una tabla según el ejemplo siguiente y apunten los valores de medición:

Evaluación

Calcular en cada caso el producto de la intensidad de cortocircuito y la tensión en vacío.

Preguntas

Explicar por qué para la fabricación de módulos solares se conectan las células solares en serie y

por qué estas series a su vez son conectadas en paralelo.

En una página en internet sobre la tecnología solar figura la afirmación: “En la conexión en serie el

módulo más débil determina la potencia total”. Explicar lo que significa. Formular una frase para la

conexión en paralelo.

Tina quiere participar en el concurso sobre la tecnología solar. Para ello, tiene que construir un

bote accionado por un ventilador. Cómo máximo puede utilizar 4 células solares (0,5 V, 100 mA).

El motor tiene una tensión de arranque de 0,6 V y una corriente de arranque de 25 mA. ¿Qué

conexión recomendar para que el bote alcance la máxima velocidad? Fundamentar.

Conexión en paralelo Conexión en serie

Tensión [V] I [mA] Tensión [V] I [mA]

No Tapada

Ambas tapadas a la mitad

Una célula tapada por completo

Fig. 14: Sombreado parcial de ambas

células solares.

Fig. 15: Sombreado total de una de las

células solares.

Para el profesor


Actividad 3: Construimos una central solar térmica – Con una lupa y un

espejo

Los dos experimentos parciales para concentrar la radiación solar con una lente y un espejo

sirven muy bien para explicar algunas leyes físicas básicas relativas a la óptica geométrica y la

teoría del calor en base a un tema de gran actualidad. Asimismo, como para verificar lo que ya se

ha aprendido.

Estos experimentos, pueden ser utilizados como actividades dentro de una propuesta de Energías

Renovables y/o Cambio Climático; enmarcados en un cambio de política energética.

Pregunta central

¿Cómo se puede aprovechar la enorme cantidad de energía que irradia el Sol sobre la Tierra? Ya

que, por día recibe más de lo consumido por todo el mundo durante un año? ¿Qué posibilidades

hay de explotar esta fuente de energía renovable?

Mediante estos experimentos, los alumnos podrán arribar a conclusiones o hipotetizar sobre estas

temáticas. Si bien es cierto que “de la lupa a la Central Solar” hay un largo trecho, los alumnos

aprenden de esta forma y mediante experimentos en grupos de trabajo; el principio fundamental y

las dificultades que se dan en la práctica con la generación de energía a partir de fuentes

regenerativas.


Base científica

Es recomendable que los alumnos cuenten con los siguientes conocimientos previos, aunque no

es indispensable:

De Óptica: la luz como radiación electromagnética (el espectro); las lentes ópticas y los

espejos como instrumentos para cambiar la dirección de la radiación; ases de luz

convergentes para crear puntos focales

Sobre Calor: la radiación térmica como transporte de energía sin materia; (energía de

radiación) la medición de la temperatura con un termómetro resistivo eléctrico.


En el área de Física del secundario, están planteados los conocimientos básicos sobre Óptica:

Ases de luz – Paralelos y Convergentes; La radiación de luz como haz concentrado de luz

idealizado, estrecho y paralelo – Las lentes ópticas esféricas (lente convexa como lente

concentradora – el punto focal) – La entrada de ases en el espejo curvo o hueco.

En la energía térmica, hay mención a los siguientes temas:

Medición de Temperatura.

Calentamiento de un cuerpo mediante la absorción de energía por radiación.

Capacidades térmicas específicas.

Transporte de energía sin materia (radiación térmica)

El Sol como fuente de radiación térmica y la constante solar.

Para el profesor



La lente – El punto focal – La radiación electromagnética – La densidad energética – Generación

de energía – Las energías renovables – El espejo curvo – La teoría del calor – Cóncavo –

Convexo – El haz de luz – La radiación de luz – La lupa – La óptica – El espejo parabólico – La

lente concentradora – La central solar – La Luz del Sol – La lente esférica – La entrada de ases –

La fuente de radiación térmica – El termómetro

Conocimientos a aprender por los alumnos:

Conocer la concentración de ases de luz de forma divergente hasta paralela de una

linterna.

Aprender, a partir de experiencias prácticas se puede captar la luz solar y modificar su

dirección.

Aprender sobre la capacidad de concentración de la radiación solar mediante la

manipulación de instrumentos óptico. Esto conlleva a una densidad energética mayor, que

en el corto tiempo puede lograr encender fuego en un papel, entre otras cosas.

Esto se puede mostrar y demostrar a los alumnos con experimentos fáciles y sobre todo,

con pocos recursos.

Reflexionar sobre cómo y de qué manera se puede aprovechar la “Generación

Energética”, partir de los resultados obtenidos en los experimentos.

Comprender la importancia del abastecimiento de energía sostenible en el futuro (las

centrales solares, p.ej.el proyecto Desertec) y que esto despierte su interés por el tema.

Adquirir y sostener un planteo consciente y responsable respecto a la gestión del Medio

Ambiente y los recursos naturales.

Experimento parcial 1: Prender fuego a un pedazo de papel con la lupa como

lente de aumento

Aquí se trata de obtener altas

temperaturas usando la lupa como

lente de aumento. La tarea de los

alumnos consiste en descubrir

experimentando cómo se debe

posicionar (del lado del objeto) la lente

de aumento como lente concentradora

de doble convexidad (luz paralela) y a

qué distancia en el lado de la imagen,

a fin de obtener una potenciación

máxima de la energía en el punto focal.

La densidad energética que se puede obtener depende,

sobre todo, de la superficie irradiada en la superficie

efectiva de la lente.

Con una lente de 250 mm de superficie la energía entrante se concentra en el punto focal en

aprox. una centésima parte de la superficie (aprox. 2,5 mm).

Punto focal Fig. 1: El punto focal de una

lente concentradora. La luz que se origina a

gran distancia y, por lo tanto, paralela, se

junta en un punto (“se concentra”).

Para el profesor


Una reducción adicional del punto focal incidiría enormemente en la temperatura. Hay que tener

en cuenta que la temperatura máxima sólo se consigue al fijar el objeto a calentar en el punto

focal. Dado que el Sol modifica su posición, es necesario volver a ajustar la lupa; sin embargo,

como la duración del experimento parcial 1 es muy corta esto no constituye un gran problema. Los

alumnos observan rápidamente cómo se forma humo y se enciende el pedazo de papel.

Uno de los requisitos para que prendan fuego sustancias sólidas como el papel es que se

desarrollen gases combustibles al desintegrarse la celulosa.

Al prender con una lupa papel seco se alcanza una temperatura de 233ºC (451º Fahrenheit),

aunque un papel oscuro facilita mucho el proceso de encendido por el mayor efecto de absorción.

El material incluido en la caja permite armar un (1) grupo de trabajo.

Experimento parcial 2: Calentamos agua con el Sol

El objetivo del experimento es: calentar una pequeña cantidad de agua concentrando la radiación

del Sol, en principio se trataría de la construcción de un “hervidor solar”. Para ello, se utiliza un

espejo cóncavo.

El punto focal con la lente de aumento utilizado se encuentra teniendo una radiación vertical de

aprox. 10 cm por encima del fondo del espejo.

Un efecto óptimo de calentamiento sólo se garantiza en este caso cuando la luz del Sol cae en

forma vertical, lo que depende de la latitud que se encuentre requiere de una inclinación más ó

menos pronunciada del espejo.

Dado que para determinar el punto focal hay que mirar en forma constante en el espejo, es

obligatorio ponerse gafas de Sol de alta potencialidad.

La óptica geométrica del espejo cóncavo

sería comparable a la de una lente

convexa, sólo que el punto focal está del

lado del Sol.

Dado que en este experimento se calienta,

en un primer momento el agua contenida

en un tubo de ensayo (con elevada

capacidad térmica específica) y debido a la

duración del experimento, es necesario

reajustar el espejo y el tubo de ensayo.

Hay que tener cierta habilidad para fijar el

“foco de ases” siempre en el punto a

calentar.

(La solución técnica de este problema

consiste en reajustar los espejos mediante

un motor eléctrico).

El aumento del espejo parabólico consigue, al

igual que al usar la lupa como lente de

aumento, una densidad energética muy superior.

Fig. 2: El punto focal de un espejo curvo. La luz

que se origina a gran distancia y, por lo tanto,

paralela, se junta en un punto (“se concentra”).

Para el profesor


Es posible llegar a temperaturas de hasta 400ºC, por lo que puede generarse corriente eléctrica

con una potencia superior a los 50 MW por bloque en la central térmica.

Esta potencia se alcanza en las centrales térmicas solares modernas, p.ej. en el sur de España

(Andasol), Marruecos o en California.

El material incluido en la caja permite armar un (1) grupo de trabajo.


Los alumnos pueden trabajar en el experimento parcial 1 de a dos (2), mientras que en el

experimento parcial 2, un poco más complicado, pueden hacerlo en grupos de hasta (4) cuatro

integrantes. La preparación y experimentación la hacen de a dos, los otros dos integrantes del

equipo realizan las mediciones y la evaluación.

En caso de que se lleve a cabo el experimento parcial 2 al aire libre procurar proteger el tubo de

ensayo del viento, ya que no hay que subestimar aquí el efecto de enfriamiento. Se recomienda

hacer el experimento al medio día debido a la posición más alta del Sol.

Ambos experimentos pueden ser realizados en paralelo de forma que los equipos individuales

puedan aprovechar la hora restante de la clase para comunicar, comparar y someter a debate con

el resto los conocimientos específicos obtenidos en virtud de los experimentos.

Todas las experiencias pueden ser realizadas por todos los alumnos de acuerdo a la planificación

del docente y la necesidad de profundización de los contenidos seleccionados.

Información Complementaria sobre el experimento

Para preparar y/o profundizar este experimento encontrará información adicional en el portal de

medios de la Fundación Siemens: https://medienportal.siemens-stiftung.org/

Sobre el tema “El calor solar y la energía fotovoltaica – las fuentes de energía con futuro” hay un

paquete de material adicional en el portal de medios.

Optativo: Otros posibles experimentos

Para determinar el funcionamiento de lentes convexas y cóncavas, se puede trabajar en la

introducción con una cuchara.

Los alumnos pueden mirar y describir su imagen reflejada en el interior y exterior de la cuchara.



Los experimentos sólo pueden realizarse en días soleados, con exposición directa a la luz solar

intensa, lo mejor es hacerlos junto a una ventana abierta o al aire libre. No debería soplar el viento

y la temperatura ambiental debería ser de al menos 20ºC, también se puede realizar en invierno.

Pero si se deja la ventana cerrada la radiación solar baja en forma considerable y al aire libre se

perdería demasiado calor debido al aire frío. De igual forma, se puede utilizar un potente foco

fotográfico o de video, con haz de luz paralela y potencias a partir de los 500 W.

Las lámparas más económicas con focos halógenos de alta potencia (que se consiguen, p.ej., en

una ferretería) se deben probar primero, dado que la luz puede no ser lo suficientemente paralela

como se requiere.


Para el profesor


Tiempo necesario

Preparación Realización Evaluación Debate

Experimento parcial 1 5 min. 10 min. 10 min. 10 min.

Experimento parcial 2 10 min. 30 min. 10 min. 5 min.


Los experimentos sólo pueden ser realizados bajo la vigilancia del docente, recordar a los

alumnos que los materiales suministrados para la realización de las experiencias se deben utilizar

siguiendo las instrucciones pertinentes.

En estos experimentos tenga en cuenta los siguientes peligros y llame la atención de los alumnos

y alumnas a este respecto:

Hay que controlar el uso del punto focal de la lupa al exponerlo a los rayos del sol, ¡no

dirigirlo nunca a los ojos!

Debido al peligro de encandilamiento de los ojos con la lupa y el espejo cóncavo, al menos

el alumno o la alumna, que esté enfocando el espejo debe ponerse gafas de sol y estar

bajo la vigilancia del profesor o profesora.

¡Al calentar el agua no hay que mirar el espejo!

Hay peligro de quemaduras y de incendio al trabajar con fuego.

Procure que los materiales y aparatos no se dañen a causa del agua.

¡Tengan a mano unos baldes de agua para apagar el fuego!



Agua

Un trípode con gancho (como alternativa se pueden utilizar un pincho con broche)

Papel blanco

Gafas de sol

Fósforos

Reloj


Los materiales y aparatos importantes para la seguridad deben ser controlados antes de

entregárselos a los alumnos para comprobar que funcionen correctamente.

Para el profesor



Material Cantidad

Cinta adhesiva 1x

Cuchara metálica 1x

Espejo cóncavo 1x

Broche plástico (sujeta motores) 1x

Pincho de madera 1x

Lupa 1x

Cartulina negra 1x

Tubo de ensayo 1x

Recipiente contenedor 1 x

Velita 1x


Es importante destacar que los aparatos y mucho de los materiales provistos en la caja de

experimentación tienen capacidad de reutilización. Para ello, es necesario que al concluir la

experiencia, los insumos sean guardados en la caja o depositados en los cestos correspondientes

de acuerdo a las indicaciones del docente. De esta manera, podrán ser utilizados nuevamente con

fácil acceso. Los aparatos que se hayan ensuciado al realizar los experimentos, como, p.ej.,

vasos, recipientes, cucharas, tubos de ensayo, tienen que ser higienizados antes de colocarlos en

las cajas. Se sugiere que esta actividad esté a cargo de los alumnos.

Además, corroborar que los aparatos estén en óptimas condiciones para ser utilizados en la

próxima ocasión.

Por ejemplo, hay que poner a cargar las pilas usadas. (También es recomendable cuando no se

han usado las pilas desde hace tiempo).

Los materiales no reutilizables deben ser depositados en el cesto correspondiente.

Para los alumnos


1) Prender fuego a un pedazo de papel con la lupa como lente de aumento

A partir de una lupa y un espejo cóncavo expuestos a la luz del Sol se obtendrá una temperatura

tan elevada en el punto focal que podrán incluso prender fuego a un papel o hacer que el agua se

caliente hasta llegar casi al punto de ebullición.

En todos los experimentos se puede trabajar en equipo, en el experimento 1 de a dos, en el

experimento 2 de a cuatro o según cómo los reparta el docente.

Antes de empezar, preparar todos los materiales necesarios para los experimentos.

Además, será necesaria una hoja para el registro de ensayo, a fin de apuntar sus observaciones y

los resultados de los experimentos.



Agua

1 lupa

1 cartulina negra

Gafas de sol para al menos un alumno

1 reloj

Atención: Al acabar el experimento, los materiales deben ser guardados en la caja de

experimentación y/o en caso contrario depositados en el cesto correspondiente según las

indicaciones del docente.



¡Hay que controlar el punto focal de la lupa expuesto a los rayos del Sol! – Evitar las quemaduras

y posibles incendios.

¡No dirigir el punto focal hacia los ojos!

¡Preparar un recipiente contenedor con agua para apagar el fuego del papel!


Para los alumnos


Fig. 1: La lente concentradora como lente de

aumento


Primero hacer una prueba con la lupa, dejando que caiga

sobre ella la luz del Sol. Colocar la mano detrás de la

lupa y alejarla de donde vienen los rayos, aparecerá un

punto cada vez más pequeño, llamado Punto Focal. (Fig.

1)

Intentar enfocar la luz en un punto lo más pequeño

posible, cambiando la distancia entre la lupa y la mano.

Al concentrar la luz en la parte interior de la mano, se

percibirá en forma rápida cómo se calienta ese punto de

la mano. ¡Atención! Retirar la mano cuando se siente

calor, no dejar la mano expuesta.

En el experimento en vez de utilizar la palma de la mano

colocar una cartulina negra.

Con el reloj medir el tiempo y los cambios en el papel

(humo, perforación del papel, llama, etc.)

Sumergir a continuación el papel en el agua (por motivos de seguridad).

Registrar las observaciones.

El papel humedecido se coloca en el cesto de residuos no reciclables.

Observación

Describir las sensaciones en la palma de la mano cuando aparece el punto focal.

Apuntar lo que sucede cuando se concentra el punto focal sobre la cartulina.

Evaluación

a) Realizar un esquema para determinar la distancia focal de la lupa utilizada.

b) Calcular la multiplicación de energía, si la lente de aumento tiene un diámetro de 6 cm y el

punto focal tiene una superficie de 6 mm.

Preguntas

a) ¿De qué depende la temperatura de encendido de los materiales sólidos e inflamables?

b) En caso de contar con conexión a Internet, navegar para encontrar el significado del punto de

temperatura “Fahrenheit 451”. (Un consejo: La novela de Ray Bradbury y la película causaron

furor en los años 50 y 60 del siglo pasado).

Para los alumnos


2) Calentamos agua con el sol


Fósforos

1 espejo cóncavo

1 trípode o soporte con gancho.

Alternativamente un pincho con

broche

1 velita

1 tubo de ensayo

1 broche plástico

1 pincho de madera

Gafas de sol para al menos un

alumno

Agua

Cinta adhesiva

Papel borrador blanco

Atención: Al finalizar el experimento, los materiales deben ser guardados en la caja

correspondiente, sino depositados en los cestos según corresponda.



Cuidado al trabajar con fuego, ¡hay peligro de quemaduras y de incendio!


¡Hay que controlar el punto focal del espejo expuesto a los rayos del Sol! De ninguna manera

miren durante el experimento en el espejo cóncavo sin llevar una protección ocular adecuada

(gafas de sol o un cristal oscurecido).

El reflejo del sol puede dañar la vista.

Al calentar el agua no hay que mirar el espejo cóncavo.

Tengan cuidado para no quemarse al manipular el agua caliente.


Salir con el espejo cóncavo al patio o colocarse junto a una ventana abierta. Dirigir el espejo en

dirección al Sol.

Si es necesario deberá inclinar el espejo para lograrlo. La posición inclinada se puede fijar

mediante un poco de plastilina, un cuaderno, una goma u otro elemento similar y/o parecido.

Intentar encontrar el punto focal del espejo. Se encuentra aprox. a 10 cm por encima del centro

del espejo. Para ello, mantener una tira fina de papel blanco a diferentes alturas por encima del

espejo. Si encuentran el punto focal, es porque se puede visualizar pequeña manchita clara sobre

el papel.

Pintar de negro la parte inferior del tubo de ensayo con la llama de la velita o directamente con un

fósforo encendido. Ahora verter en el tubo de ensayo aprox. 3 cm de agua. Fijar el tubo de ensayo

a algún soporte.

Cuando se haya determinado la posición del punto focal se puede fijar el tubo de ensayo en el

trípode. Otra posibilidad es fijar el tubo a un pincho de madera con ayuda de un broche, asimismo

pegarlo con cinta adhesiva a un vaso o frasco grande y estable.

Para los alumnos


Volver a regular el espejo, de forma que el extremo inferior del tubo quede exactamente en el

punto focal. Comprobar a los 5 (cinco) y 10 (diez) minutos por medio del tacto si se percibe un

calentamiento. Pasado ese lapso de tiempo el agua puede estar muy caliente y quemar, hasta

puede llegar a hervir.

Observación

Escribir las observaciones en forma sintética.

Evaluación

a) Cómo pueden justificar o fundamentar el aumento de la temperatura cuando la luz del Sol

calienta el agua?

b) Escribir la unidad de tiempo hasta que el agua entra en ebullición? Fundamentar.

Preguntas

a) La concentración de la energía solar se produce según las leyes físicas de la Óptica.

¿Cómo se tendría que construir una central solar a gran escala? Elaborar un mapa conceptual o

cuadro de síntesis.

b) Explicar el porqué de pintar con la llama el tubo de ensayo.

c) En caso de contar con conexión a Internet:

1 - Dónde se encuentran las centrales solares más grandes del mundo y explicar por qué están

ubicadas allí.

2- ¿Cuál es el concepto subyacente del llamado “proyecto Desertec”?

3 - Investigar cuán grande es la constante solar. Calcular con ello la superficie espejada de una

central solar para generar una potencia de 20 MW con un rendimiento del 80 %.

Para el profesor


Actividad 4: Las energías renovables – El sol, el agua y el viento

La serie de experimentos parciales sobre la energía fotovoltaica, hidroeléctrica y eólica se prestan

muy bien para abordar el tema de las energías renovables. Sin embargo, su alcance en el tiempo

y respecto al contenido es relativamente amplio. Por ello, estos experimentos sirven, para realizar

proyectos dedicados al tema de la transición energética. Debido a su amplio alcance es casi

imposible que los alumnos aborden las bases científicas en los experimentos. En cambio,

partiendo de que disponen de ciertos conocimientos fundamentales, estos experimentos se

pueden aprovechar muy bien para verificar los conocimientos previos de Física y Química. Otra

posibilidad consiste en utilizar los experimentos parciales de forma individual para abordar uno de

los temas científicos con el ejemplo de una aplicación técnica conocida de la vida cotidiana.

Pregunta central

La escasez de recursos naturales como la hulla, el petróleo y el gas natural-combustibles fósiles

extraíbles a un precio pagable- la energía atómica y el enorme riesgo que supone su explotación,

el Cambio Climático y la creciente toma de conciencia respecto al medio ambiente son factores

que han hecho imperativo que se introduzcan rápidamente energías renovables adecuadas.

Las energías renovables o regenerativas son sostenibles, porque a diferencia de los combustibles

fósiles (el carbón, el gas natural y el petróleo) y gracias al aprovechamiento de la energía solar

son prácticamente fuentes de energía inagotables.

Algunos ejemplos conocidos de energías renovables son la energía solar transformada

directamente (la energía solar térmica y la fotovoltaica), la biomasa (p.ej., la madera, el Biogas o

el Bioetanol), la Energía Eólica, la energía hidroeléctrica y la geotérmica.

Con excepción de la biomasa sólo hay que pagar los costos de las instalaciones, puesto que las

fuentes de energía en sí no cuestan nada.

Los alumnos tienen en esta unidad de experimentación la posibilidad de introducirse en la

problemática del abastecimiento energético actual y, de la utilización alternativa de energías

renovables como una posible solución.

La idea es que comprender la amplitud del término energía, con hincapié los cuatro (4) conceptos

centrales: La Transformación - El Transporte - La conservación y la degradación de la energía.

De manera experimental, se abordan las diferentes formas de la energía renovable en base a

algunos ejemplos escogidos (sobre Energía Solar, hidráulica y Eólica).


Base científica

Los contenidos comprendidos en el área de Energía no solo son desarrollados dentro del

curriculum de Ciencias Naturales. Ya que en la amplitud de los conocimientos se estudian los

procesos biológicos y físicos; así como las reacciones químicas que implican siempre una

transformación energética.

En nuestra vida cotidiana al momento de realizar nuestras acciones no nos detenemos a pensar

en la disponibilidad del acceso a las fuentes de energía no renovables (como puede ser: la

Para el profesor


electricidad, los combustibles, los alimentos, etc.) Entonces, es necesario reflexionar sobre la

finitud de esas reservas.

Frente a este interrogante; es necesario fortalecer la reflexión con los alumnos sobre el aumento

en el uso de energías renovables, a todas las escalas (local – regional – nacional – global) con el

fin de sopesar la pérdida de combustibles fósiles y propiciar el consumo energético responsable y

respetuoso del medio ambiente.


El objetivo planificado para los alumnos de 2° y 3° año de la secundaria es propiciarles el

conocimiento general sobre los combustibles fósiles y las fuentes de energía renovables utilizadas

en la vida diaria y en la vida técnica; como así también las distintas fuentes de energía (p. ej.,

energía eléctrica – térmica – cinética – o química). Es necesario comprender que la energía

primaria utilizada, puede ser transformada en otras formas de energía; aunque hay que tener en

cuenta que se produce una determinada “pérdida de energía” (la degradación energética).

La energía no se pierde en estas transformaciones, sino que se transforma cierta cantidad en otra

forma de energía diferente a la que se aspira (ejemplo: en un foco eléctrico sólo aprox. un 5% de

la energía eléctrica se transforma en energía luminosa y un 95% en energía térmica).

En el grupo de edad a partir de los 16 años la idea es abordar aparte del aspecto cualitativo

también el cuantitativo de la transformación de energía.

De esta forma se puede calcular la potencia de las células solares o de combustible, así como la

de los generadores.

Temas y terminología

El trabajo, la definición del concepto energía (“la energía es la capacidad de un sistema para

efectuar un trabajo” o “energía es un trabajo almacenado”), el modelo de niveles de energía, la

transformación de la energía, el consumo energético, el abastecimiento energético, la geotermia

profunda, la altura de caída del agua, las turbinas de gas, las centrales de energía maremotriz, la

carga, la potencia, el metano, la sostenibilidad, la carga útil, la conexión paralela, la energía

fotovoltaica, la conexión en serie, la energía solar térmica, las células solares, la tensión, los picos

de demanda de electricidad, la corriente eléctrica, la energía hidroeléctrica, el molino de agua, la

turbina de agua, la energía eólica, el molino de viento.


Los alumnos, luego de experimentar con la caja adquirirán los siguientes conocimientos:

Conocimiento y uso de las células solares de silicio.

Comprenderán cómo y de qué manera influyen las conexiones en serie y paralelas de las

células solares sobre la tensión y la intensidad.

Incorporarán los conocimientos necesarios para entender cómo influye la intensidad del

viento sobre la potencia de una turbina eólica.

Podrán calcular la potencia de las turbinas hidroeléctricas y eólicas e intercambiaran los

resultados obtenidos entre todos para su análisis

Para el profesor



La Física define : “La energía es la capacidad de un sistema de efectuar un trabajo” o “la energía

es el trabajo almacenado”.

Una descripción comprensible para la educación escolar sería: “Un sistema tiene energía cuando

puede hacer que algo se levante, se mueva, se caliente o ilumine”.

Al tratar este tema, las diferentes formas de energía: La transformación - El transporte - El

almacenamiento y la degradación energéticas que desempeñan un papel fundamental.

El ser humano, los animales y las plantas necesitan energía para vivir y en la técnica nada

funciona sin energía.

La unidad de medida acordada a nivel internacional es el Joule (J).

En los cálculos hay que tener en cuenta lo siguiente:

1 Joule = 1 J = 1 Newtonmeter = 1 Nm = 1 vatiosegundo = 1 Ws = 0,239 kilocalorías (kcal).

Un Joule equivale a la energía que se necesita para...

levantar una masa de 100 g a una altura (aprox.) de un metro.

Epot = m⋅ g⋅ Δh = 0,1kg⋅ 9,81 N/kg⋅1m= 0,981 J

conseguir durante un segundo la potencia de un vatio (p.ej., hacer que un corazón lata una

vez).

E = P ⋅ t = 1W ⋅ 1s = 1 Ws = 1 J

calentar un gramo de agua (a 15ºC) en 0,239ºC.

E = c⋅ m⋅ ΔT= 4,18 J / (g.°C) ⋅ 1g⋅ 0,239 °C= 1 J

A través del consumo diario de energía o el contenido energético de los alimentos, los alumnos

pueden pensar sobre la demanda energética en el ámbito de la técnica. El consumo energético

diario de un joven de aprox. 10.000 kilojoule (kJ) corresponde a la energía necesaria para:

hacer que un aparato de 1.000 vatios esté prendido durante 2,8 horas.

calentar 30 litros de agua de 20ºC a 100ºC.

Atención: Aún cuando los términos generación y consumo energéticos sean utilizados en forma

permanente en un contexto económico, los alumnos han de saber que desde el punto de vista

físico y técnico son incorrectos. La energía no se puede generar ni se puede consumir, sino que

sólo se puede transformar de una forma a otra.

En el experimento parcial 1 se transforma la energía de radiación en energía eléctrica y luego en

energía mecánica (motor).

En el experimento parcial 2 de energía mecánica se transforma en eléctrica.

En el experimento parcial 3 de energía mecánica en eléctrica y luego nuevamente en energía

mecánica y energía lumínica.

Para el profesor


Experimento parcial 1: La energía eléctrica a partir de la energía de radiación

de la luz

En las células solares se miden la tensión y la corriente. La potencia P se calcula a partir de los

valores de medición de la tensión U y la intensidad I.

Potencia P = Tensión U Intensidad I

Los posibles valores de medición en este experimento son:

Cantidad de células

Conexión Tensión [V] Intensidad [A] Potencia [W]

1 - 0,5 0,2 0,1

2 conexión en

serie 1,0 0,2 0,2

2 conexión paralela

0,5 0,4 0,2

Atención: Si bien la potencia calculada en base a la tensión en circuito abierto y la corriente de

cortocircuito constituyen parámetros típicos para la célula solar, no corresponde, sin embargo, a la

potencia efectiva bajo carga, es decir, si se conecta un consumidor. También, el motor solar

utilizado no es adecuado para determinar la potencia máxima posible de la célula solar. Para

determinarlo tendría que variar la resistencia a la carga y la medición de los valores de la corriente

y tensión. Es conveniente indicárselo a los alumnos para que no haya malentendidos.

Las mediciones muestran en forma clara que la tensión máxima se produce en una conexión en

serie; esto es comparable con la conexión en serie de pilas, para poner a disposición una mayor

tensión.

La intensidad máxima se consigue con una conexión paralela.

En esta medición la potencia obtenida cada vez con, p.ej., dos células, es igual, dado que el

cambio de la intensidad y la tensión prácticamente se compensan entre sí.

El motor solar empieza a girar cuando se alcanza una tensión de aprox. 0,4 V y una intensidad de

aprox. 0,014 A.

Estos valores se pueden alcanzar en función de la intensidad luminosa entre una a tres células

solares (conexión en serie).

Un consejo: Como ampliación del experimento se podría utilizar un espejo cóncavo para potenciar

la luz o para concentrar la luz que incide en la célula solar.




Para el profesor


Experimento parcial 2: La energía eléctrica a partir de la fuerza del agua

En este experimento se transforma la energía potencial del agua en energía eléctrica, por tanto se

esperan como valores de medición de, p.ej., 0,07 V y 0,0025 A para una duración de 8 seg.

La energía eléctrica transformada se calcula a partir de la potencia P y el tiempo t:

Energía E = Potencia P

tensión [V] intensidad [A] potencia [W] tiempo [t] energía [Ws]

0,07 0,005 0,00035 8 0.028

Atención: La potencia calculada en base a la tensión en circuito abierto y la corriente de

cortocircuito no corresponde a la potencia efectiva bajo carga, es decir, si se conecta una carga.

Para determinarla se debería hacer las mediciones de corriente y tensión con una carga incluida

en el circuito.

Los alumnos reconocerán que a mayor altura de caída de agua, aumenta la tensión e intensidad;

y con ellas la potencia eléctrica.

Porque a mayor altura de caída del agua y creciente caudal aumenta la energía potencial del agua

y con ello también la energía eléctrica resultante.

Asimismo, describirán el principio de una central eléctrica de almacenamiento; cuando hay

energía excedente se bombea agua hacia arriba, cuando se necesita energía se deja que fluya

por las turbinas, transformando la energía potencial en energía eléctrica.

El material disponible en la caja permite que trabaje un (1) grupo de alumnos por vez.

Experimento parcial 3: La energía eléctrica a partir de la energía eólica

El viento hace girar la hélice de un motor eléctrico que hace las veces de generador.

Los posibles resultados de este experimento son:

Tensión [V] Intensidad [A] Potencia [W]

3,1 0,030 0,093

Se puede ver cómo el diodo luminoso que se utiliza aquí como carga se enciende a partir de una

tensión de 1,8 V.

Los alumnos han de entender que la potencia de una turbina eólica depende de la forma, la

superficie de la hélice y la intensidad del viento.



Lo importante es el debate y la comparación de los resultados de los grupos entre sí.

Si los alumnos tienen problemas para realizar los cálculos, sólo debería pedirles que describan el

fenómeno.


Para el profesor


Para preparar y/o profundizar este experimento encontrará información complementaria en el

portal de medios de la Fundación Siemens: https://medienportal.siemens-stiftung.org/

Por lo demás, en el portal de medios hay disponibles los siguientes paquetes informativos que se

pueden utilizar para abordar los diferentes aspectos de las energías renovables:

Las energías renovables – ¡El Sol, la clave del futuro!

El agua y la energía eólica – volver a descubrir fuentes de energía tradicionales

La energía solar térmica y fotovoltaica – energías con futuro.

El hidrógeno – ¿la fuente de energía del futuro?



No se requiere un lugar especial para realizar los experimentos.

Tiempo necesario


Los experimentos sólo pueden ser realizados bajo la vigilancia del docente.

Hay que advertir a los alumnos que los materiales suministrados sólo se deben utilizar siguiendo




Agua

Regla

Reloj

Fósforos

Si se realiza el experimento parcial 2 por primera vez, llevar de la caja de experimentación

también una velita y fósforos a fin de que la hélice grande se pueda doblar para que cumpla la

función de molino de agua.


El cableado y la utilización correcta del multímetro, los LED y el motor es algo que debería aclarar

el docente de antemano en función de los conocimientos de los alumnos, si hace falta haciendo

una demostración.

Los materiales y aparatos importantes para la seguridad deben ser controlados antes de

entregárselos a los alumnos para comprobar que funcionen en forma correcta.

Para los experimentos parciales 1-3, se requieren para 1 grupo de alumnos los siguientes

materiales de la caja:

Preparación y realización, evaluación,

preguntas

Todos los experimentos parciales en bloque Hasta 180 min.


Para el profesor


Material Cantidad

Bandas elásticas 2x

Cables con pinzas de cocodrilo 6x

Células solares 2x

Cinta adhesiva 1x

Broche plástico 2x

Hélice grande 1x

Hélice chica 3x

Jeringa 60 ml 1x

Juego de cables de medición 1x

LED rojo (casquillo transparente) 1x


Motor grande 1x


Tijera 1x

Velita 1x

Recipiente contenedor 1x

Tablitas baja lengua 1x

Lámpara halógena 42 W 1x


Todos los aparatos y casi todos los materiales suministrados en la caja se pueden reutilizar.

Por ello debería asegurarse de que al concluir cada experimento coloquen todo nuevamente en la

caja correspondiente. De esta manera, puedan ser encontrados en forma rápida y segura.

Los aparatos que se hayan ensuciado al realizar los experimentos, como, p.ej., vasos, recipientes,

cucharas, tubos de ensayo, deberían ser limpiados antes de colocarlos en las cajas. Los alumnos

deberán higienizarlos una vez concluida la experiencia.

Por ejemplo, hay que poner a cargar las pilas usadas. (También es recomendable cuando no se

han usado las pilas desde hace tiempo).

Los materiales no reciclables como, p.ej., los palitos de medición del valor pH o el papel de filtro,

deben ser tirados a la basura correcta.

Para los alumnos


Fig. 1: La medición con una célula

solar.

1) La energía eléctrica a partir de la energía de radiación de la luz


• 1 multímetro digital

• 1 juego de cable de medición

• 1 motor solar pequeño

• 1 hélice chica

• 2 células solares

• 8 cables con pinzas de cocodrilo

• 1 lámpara halógena 42 W (si hace falta)

• 1 Tablita baja lengua

• Bandas elásticas

Atención: Al finaliza la experiencia depositar los residuos en los cestos correspondientes, y/o

guardar en la caja de experimentación según indique el docente.




Conectar la célula solar con los cables de medición al multímetro

(¡atención al polo positivo y el negativo!) y dirigirla hacia la fuente de

luz (la luz del sol o el foco de luz), de forma tal que se pueda

determinar la máxima tensión (en mV) y la máxima corriente (en mA)

posibles para medir. (Fig. 1 y 2)

Conectar las dos células solares disponibles de forma que logren la

máxima tensión o la máxima intensidad. Tener en cuenta que en la

conexión en serie el polo positivo de una célula solar esté conectado

al polo negativo de la otra célula solar y si se trata de una conexión

paralela estén conectados el polo positivo con el positivo y el negativo

con el negativo. (Fig. 5, 6 y 7)

A fin de que las dos células solares reciban la misma luz deberán

estar montadas una junto a la otra sobre una tablita, tal como está

dibujado (Fig. 4).

Ahora conectar, según la luz que haya, primero una célula solar al motor

solar. Si todavía no se empieza a mover, entonces conectar dos células

solares una detrás de la otra.

Cuando el motor se empiece a mover medir los valores relativos a la tensión y la intensidad. (Fig.

3)

Para los alumnos


Fig. 2: Diagrama eléctrico para

medir en una célula solar con un

multímetro cambiando el campo

de medición de la tensión (V) a

la intensidad (A).

Fig. 3: Funcionamiento del motor solar

conectado a una célula solar.

Fig. 4: Montaje de las células

solares en una tablita.

Fig. 5: Cableado en la

célula solar con

conexión en serie.

Fig. 6: Diagrama eléctrico de la conexión

en serie (a la izq.) y paralela (a la der.).

Fig. 7: Cableado con conexión

paralela. La segunda célula

solar no se debe conectar

directamente en la primera,

¡hay peligro de contacto flojo y

cortocircuito! En vez de eso

conectar el cable a través del

punto de cruce.

Para los alumnos


Observación

Determinar los mayores valores de la tensión y la corriente, respectivamente, calcular dichos

valores en voltios (V) y amperios (A) y apúntenlos en una tabla.

Evaluación

La potencia P se calcula a partir de los valores de medición de la tensión U y la intensidad I.

Potencia P = Tensión U Intensidad I

Ejemplo para 0,3 V y 0,05 A ⇒ P = 0,3 V ⋅ 0,05 A = 0,015 W

Calcular a partir de los valores medidos la potencia:

Cantidad de células

Conexión Tensión [V] Intensidad [A] Potencia [W]

1 -

2 conexión en

serie

2 conexión paralela

Preguntas

a) Nombrar la conexión más indicada para obtener la tensión máxima o la intensidad máxima.

b) Comparar la potencia calculada con igual cantidad de células pero con diferente tipo de

conexión (conexión en serie o paralela) y explíquenlo.

Para los alumnos


2) La energía eléctrica a partir de la fuerza del agua




4 cables con pinzas cocodrilo

1 motor grande

1 hélice grande (con las aspas

modificadas a 90°)


Cinta adhesiva

1 regla

1 jeringa, 60 ml

1 reloj

Si hace falta, una velita

Agua

Atención: Al finalizar los experimentos depositar los residuos en el cesto correspondiente o

guardarlos en su caja según las indicaciones del docente.




Si el experimento es la primera vez que se realiza, deberá armar y doblar la hélice para convertirla

en un molino de agua.

Mantener el punto medio de cada aspa de la hélice durante unos 10 segundos sobre la llama de

una velita. El ala que debe doblarse debería estar aprox. 3 cm por encima de la llama. Esperar

que el plástico se ablande y doblar el ala caliente de 15 grados a 90 grados. Repetir este

procedimiento hasta que las tres aspas tengan un ángulo de 90 grados.

Para los alumnos


Fig. 1: El molino de agua se mueve debajo del chorro de

agua.

Fig. 2: Diagrama eléctrico para

medir la electricidad y la tensión

Primero tapar con la cinta adhesiva las aperturas del motor grande de tal manera que sea

hermético y no pueda entrar el agua de eventuales salpicaduras.

Colocar la hélice grande en el motor grande formando un molino de agua, que ahora funcionará

como generador y conéctenlo con el multímetro.

Sacar de la jeringa de 60 ml el émbolo, llenarla con 60 ml de agua y cerrar el orificio con un dedo.

Colocar el generador con el molino de agua, encima de un recipiente colector.

Hacer que corra el agua sobre el molino de agua desde una altura de aprox. 30 cm.

No se olviden: ¡La distancia del molino de agua a la jeringa deben medirla con exactitud al

principio del experimento y todo el tiempo tiene que ser constante! (Fig. 1)

Medir con el reloj durante cuánto tiempo está en funcionamiento el motor. Repetir el experimento

con diferentes alturas, hasta que hayan determinado cuáles son los valores máximos para la

tensión (en mV), la intensidad (en mA) y el tiempo de funcionamiento del motor (en segundos).

(Fig. 2)

Se puede complementar la actividad con dos trípodes para fijar el motor y la jeringa y regular el

chorro de agua sobre el molino de agua.

Observación

Apuntar los valores máximos para la tensión (en mV), la intensidad (en mA) y el tiempo de

funcionamiento del motor (en segundos).

Calcular los valores obtenidos en voltios (V) y amperios (A) y colocar los valores en una tabla

siguiendo el siguiente ejemplo:

Para los alumnos


altura [cm] tensión [V] intensidad [A] tiempo [s] potencia [W] energía [Ws]

Evaluación

La energía eléctrica transformada se calcula a partir de la potencia P y el tiempo t:

Energía E = Potencia P ⋅ Tiempo t

Ejemplo para 0,03 W y 5,5 s ⇒ E = 0,03 W ⋅ 5,5 s = 0,165 Ws = 0,165 J

a) Explicar cómo influye la altura de caída del agua en la energía del agua y, por tanto, la potencia

del molino de agua.

b) Calcular la potencia y la energía a partir de los valores medidos y apúntenlas en una tabla.

c) Explicar cómo configurarían el experimento para obtener un máximo de energía eléctrica con el

molino de agua.

Preguntas

Las centrales hidroeléctricas generan por la noche más energía de la necesaria, que se desea

almacenar para el consumo durante el día. Desarrollar una instalación técnica utilizando turbinas

de agua para construir un sistema de almacenamiento que funcione bien.

Para los alumnos


Para los alumnos


Fig. 2: Configuración del experimento para

accionar el motor pequeño lo mejor es fijarlo

con el broche plástico.

Fig. 1: Motor grande

con dos hélices.

3) La energía eléctrica a partir de la energía eólica




3 hélices chicas

1 LED rojo (con casquillo transparente)

1 broche plástico


1 motor grande


Atención: Al concluir la experiencia depositar los residuos en el cesto según corresponda o

guardar en la caja, de acuerdo a las indicaciones del docente.




Preparar el motor solar pequeño con una hélice chica y el motor grande

con dos hélices chicas en forma de cruz. (Fig. 1)

Conectar el motor más grande al motor solar pequeño, más sensible, y

soplar sobre la hélice doble del motor grande intentando que arranque el

motor solar pequeño. (Fig. 2)

Ahora conectar un LED al motor solar grande (prestar atención a los polos: ¡la patita larga del LED

es el polo positivo!). Soplar con fuerza hasta que se prenda en forma leve el LED.

Medir la tensión con el multímetro, conectar las pinzas de cocodrilo a las patitas del LED.

Para los alumnos


Fig. 3: Diagrama eléctrico para medir la electricidad y la

tensión.

Determinar la tensión máxima (en mV) y la intensidad máxima (en mA) que puede alcanzar

soplando sobre la hélice doble. (Fig. 3)

Repetir el experimento haciendo que todos soplen.

Observación

Registrar la tensión (en mV) y la intensidad (en mA) máximas observadas.

Calcular los valores obtenidos en voltios (V) y amperios (A) y registrar los valores en una tabla,

según el siguiente ejemplo:

Reflexionar sobre cuán elevada debe ser la tensión (en mV) para que se prenda visiblemente el

LED.

Evaluación

a) Calcular las potencias alcanzadas por la turbina de viento.

b) Explicar la influencia de la intensidad del viento, es decir, la intensidad del soplido sobre

la potencia de la turbina de viento.

Preguntas

a) Explicar qué cambios tendrían que hacerse en la turbina de viento para aumentar la

potencia.

Medición Tensión [V] Intensidad [A] Potencia [W]

1

2

3


Anexo 1: Experimentos complementarios

Para el profesor


A1 Circuito eléctrico sencillo

Experimento parcial A1.1 ¡Hagan que se prenda la lámpara!

Experimento parcial A1.2 Esquemas de conexión

Experimento parcial A1.3 Conexión y desconexión

Experimento parcial A1.4 Interrogatorio eléctrico

Pregunta a investigar

¿Cómo deben combinarse cables, pilas, interruptores y otros componentes eléctricos para que se

encienda un foco o un motror funcione?

Los alumnos descubren cómo cerrar o abrir (interrumpir) correctamente un circuito eléctrico y

dibujan diagramas de sus circuitos.

Información general


El objetivo es sensibilizar a los niños respecto a los diferentes tipos de transformación de la

energía en situaciones cotidianas. Para ello, los alumnos identifican aparatos que consumen

corriente eléctrica conocidos del día a día, y forman categorías funcionales sobre el uso de la

energía eléctrica. Así también conocen diferentes formas de energía. (¡La energía es algo con lo

que se puede generar luz, calor o movimiento!)

Al adquirir primeras experiencias construyendo circuitos eléctricos se desarrolla una comprensión

básica de que el flujo de la corriente eléctrica permite transportar la energía de una fuente a los

distintos aparatos y que éstos, a su vez, consumen la energía de diferentes formas.

El tema de la energía ofrece múltiples referencias cruzadas al tema del reciclaje y de la eficiencia

energética (por ejemplo, la generación de electricidad y calor en las plantas de reciclaje de basura

orgánica, el aprovechamiento de la energía térmica en el reciclaje de botellas de plástico).

Partiendo de las propias construcciones se destacan otras referencias al tema (construcción de un

interruptor, soluciones técnicas para evitar falsos contactos). La referencia a las matemáticas

surge del empleo de símbolos (de conexión) como signos acordados mundialmente. Antes de

iniciar la serie de experimentos deben considerarse las normas de seguridad relevantes sobre el

trabajo con la corriente eléctrica.


Circuito eléctrico - flujo de corriente eléctrica - componente - energía - fuente de energía -

conductores eléctricos - falso contacto

Para el profesor



Los alumnos ...

entienden el concepto de un circuito eléctrico. Conocen diferentes variantes de

componentes convencionales y saben emplearlos correctamente,

encuentran posibles soluciones técnicas para interruptores sencillos,

son capaces de identificar errores o fallas en un circuito eléctrico sencillo,

dibujan diagramas sencillos de los circuitos eléctricos que ellos mismos han construido y

comprenden el significado de los símbolos empleados.

Aspectos organizativos


Todos los experimentos pueden llevarse a cabo sobre una simple mesa en el aula de clase.

También pueden realizarse sin una vigilancia especial.

Tiempo necesario

Cada experimento parcial equivale a una clase de aprox. 45 min.


A adquirir previamente:

Clips

Cartón o cartulina

Papel, pegamento, lápices de colores

Incluido en la caja de experimentación:

8 cables con pinzas de cocodrilo.

2 portafoquitos

2 foquitos 2.5v

1 portapilas

2 pilas AA

10 ganchos mariposa

1 chapa de cobre

1 chapa de hojalata

1 tijera

1 broche plástico

1 cinta adhesiva

Para el profesor



La mejor forma de realizar los experimentos parciales es en grupo. Tamaño de grupo

recomendado: 3-4 alumnos. También existe la posibilidad de realizar los experimentos

individualmente.

Realización

Experimento parcial A1.1 ¡Hagan que se prenda la lámpara!

Los alumnos construyen un circuito eléctrico sencillo. Por una parte, conocen fuentes de error

característico y su eliminación, y, por otra, aprenden que sólo un circuito eléctrico cerrado

funciona correctamente.


simultánea.

Información técnica

La corriente eléctrica se genera cuando los electrones se ponen en movimiento. Los electrones

son partículas con carga negativa, presentes en los elementos más pequeños de todas las

sustancias que nos rodean: los átomos.

La estructura de un átomo:

De manera análoga al agua impulsada por una bomba dentro de un circuito de agua, la corriente

eléctrica únicamente puede fluir a través de un circuito cerrado: de la pila al foco y de vuelta a la

pila. Siguiendo la analogía, la pila asume la función de la bomba de agua, pero en lugar de

bombear agua, bombea electrones. Si de la pila sólo conduce un cable al foco, faltando el cable

de vuelta a la pila, entonces el circuito eléctrico no está cerrado. La corriente eléctrica deja de fluir.

La energía es necesaria cada vez que se desea, por ejemplo, acelerar un cuerpo, calentar una

sustancia o hacer que fluya corriente eléctrica. La energía es por tanto algo así como trabajo

almacenado. La energía no puede crearse de la nada, como por arte de magia, ni tampoco puede

desaparecer. Pero diferentes formas de energía pueden transformarse una en otra. Un foco, por

ejemplo, transforma la energía eléctrica proporcionada por una pila en energía lumínica. Al

Para el profesor


moverse los electrones por el estrecho filamento incandescente la fricción que se produce entre

ellos hace que generen tanto calor que se produce la incandescencia del filamento y se enciende

el foco.

¡Esto no significa que la energía se consuma, sino que se transforma! A pesar de ello, en la

electrotecnia se ha generalizado el uso del término “consumo de energía” para referirse al

funcionamiento de aparatos electrónicos y sus componentes; sin embargo, en los documentos

evitamos el use de del concepto “consumo de energía”.

Conocimientos previos

Una idea muy extendida entre los alumnos es que la corriente únicamente fluye hasta el foco,

donde es consumida, es decir, que un único cable como “conductor de ida” es suficiente. Pero en

realidad la corriente eléctrica no es consumida, sino que más bien transporta la energía de la pila

al foco. La corriente únicamente puede fluir si retorna de nuevo a la fuente de energía, para lo cual

es necesario un segundo conductor eléctrico.

Experimentar

Los alumnos construyen un circuito eléctrico sencillo. En la hoja “¿Necesitan ayuda?” se

describen errores típicos en el diseño de un circuito eléctrico y su posible solución.

Observar

Los alumnos aprenderán que no siempre sale todo bien en el armado del primer circuito eléctrico

o que deja de funcionar ante la menor sacudida. La identificación de los errores y su eliminación

sin ayuda del profesor es un desafío esencial del experimento y de las oportunidades de

aprendizaje que se propone.

Reflexionar

Los alumnos adquieren una noción clara de las dificultades y fuentes de error típicas a partir de un

circuito eléctrico sencillo. Esta experiencia les será útil a la hora de construir circuitos eléctricos

más complejos.

Información complementaria

Los grupos pueden comparar sus circuitos eléctricos y deliberar sobre las diferencias de

construcción. Presten atención a los consejos que figuran en la hoja anexa al documento de

orientación para los alumnos A1.1 titulada “¿Necesitan ayuda?”.

Experimento parcial A1.2 Esquemas de conexión

Los alumnos dibujan un esquema de conexión de su circuito eléctrico sencillo con los símbolos

gráficos comunes.


simultánea.


Los esquemas de conexión son una herramienta importante de la ingeniería eléctrica. Para ello,

se emplean símbolos internacionales estandarizados (símbolos gráficos) para cada uno de los

Para el profesor


diferentes componentes de un circuito eléctrico. Con ayuda de este tipo de esquemas de conexión

resulta más fácil planificar, construir y verificar circuitos eléctricos.

Ejemplos de símbolos eléctricos con el correspondiente esquema de conexión sencillo:


El diseño de un esquema de conexión ayuda a los alumnos a comprender el concepto científico

de que la corriente fluye en un circuito cerrado. El uso de símbolos gráficos estandarizados les

ayuda, además, a abstraerse de las diferentes variantes de los componentes reales (por ejemplo,

diferentes cables) y a concentrarse en su auténtica función (por ejemplo, la conducción de la

corriente eléctrica). Los alumnos deberían disponer en sus primeras experiencias con un circuito

eléctrico de fabricación propia.

Experimentar

Los alumnos dibujan el esquema de conexión del circuito eléctrico sencillo. La experiencia nos

dice que algunos no se limitarán a los símbolos de conexión abstractos, sino que completarán el

esquema de conexión con detalles de los componentes reales. En ese caso el profesor debe

advertir sobre la necesidad de utilizar exclusivamente los símbolos indicados.

Para el profesor


También es posible que algunos alumnos no dibujen un circuito eléctrico cerrado. El profesor

puede entonces ayudar a los alumnos a corregir su esquema y hablar con ellos sobre la

necesidad de que los circuitos deben estar cerrados para que funcionen adecuadamente.

Observar

A los alumnos les resultará más fácil reconocer a partir de un esquema de conexión correcto que

los conductores eléctricos o cables forman un circuito cerrado “fuente de energía - foco - fuente de

energía”.

Reflexionar

Los alumnos, mientras reflexionan, comparan el esquema de conexión con su circuito eléctrico

real y su construcción. Eso les ayuda a comprender la función de los componentes como una

característica esencial, así como a abstraerse de su forma, color, etc.


Para profundizar en el tema, el profesor puede escoger un esquema de conexión y plantear al

resto de grupos que modifiquen sus propios circuitos eléctricos de manera que presenten la

misma disposición de componentes. A continuación, los alumnos pueden debatir si ello ha

supuesto algún cambio en el funcionamiento de los circuitos eléctricos.

Otra alternativa sería encargar a cada grupo que dibuje un esquema de conexión, que a su vez

deberá ser reconstruido por otro grupo. Después puede tener lugar un debate sobre la ventaja de

utilizar esquemas de conexión.

Los símbolos estandarizados que se utilizan en los circuitos eléctricos brindan algunas ventajas

técnicas: Al haber acordado la utilización de los mismos símbolos a nivel internacional es posible

construir los circuitos eléctricos en poco tiempo y sin tener que hacer preguntas adicionales.

Además, los expertos pueden detectar sobre la base de un circuito eléctrico eventuales errores y

pueden buscar alternativas sin haber tenido que construir primero el circuito.

Experimento parcial A1.3 Conexión y desconexión

Los alumnos integran un interruptor en su circuito eléctrico. Construyen su propio interruptor a

partir de materiales cotidianos.


simultánea.


Un interruptor abre y cierra un circuito eléctrico. Para ello posee un elemento conductor móvil,

cuya posición determina si el flujo de corriente está interrumpido (interruptor abierto) o si la

corriente eléctrica puede fluir (interruptor cerrado). Si se utilizara el ciclo del agua como modelo

para el circuito eléctrico (véase A1 “Circuito eléctrico sencillo”), un interruptor sería algo así como

una llave de agua. Si se cierra la llave de agua integrada en el ciclo de agua, el agua ya no podrá

seguir fluyendo. Si se abre un interruptor en un circuito eléctrico, ya no podrán circular los

electrones y se apagaría el foco.


Para el profesor


Al principio, los alumnos tendrán ideas bastante vagas y discrepantes sobre, a) el modo en que un

interruptor funciona mecánicamente, y b) cuál debe ser su ubicación exacta dentro del circuito

eléctrico sencillo. Los diagramas y las fotografías les ayudan a debatir sobre sus ideas

preconcebidas y a llegar posteriormente a una respuesta a través de su propia actuación.

Los alumnos deben conocer un circuito eléctrico sencillo y de ser posible estar familiarizados con

su respectivo esquema de conexión.

Experimentar

Los alumnos construyen un interruptor a partir de materiales cotidianos y lo integran en el circuito

eléctrico. Parte del ejercicio consiste en descubrir dónde debe colocarse el interruptor.

En el documento de orientación para los alumnos figuran a modo de inspiración gráficos de

diferentes interruptores de fabricación casera.

Observar

Los alumnos observan que el interruptor sólo cumple su función cuando se monta en cualquiera

de los conductores eléctricos entre la pila y el foco. Durante la construcción de su propio

interruptor comprobarán que la precisión en el trabajo y lograr conexiones firmes son muy

importantes para el buen funcionamiento. A través de la comparación con los otros grupos

aprenden nuevas ideas para construir interruptores con materiales cotidianos. Estas experiencias

les serán muy valiosas para posteriores tareas más complejas.

Reflexionar

Durante la reflexión, los alumnos describen con sus propias palabras dónde se debe montar el

interruptor y por qué esa solución conduce al resultado deseado. Además describen el modo de

funcionamiento de un interruptor. Ambas cuestiones les ayudan a consolidar el concepto de la

necesidad de construir circuitos eléctricos cerrados.

Experimento parcial A1.4 Interrogatorio eléctrico

Los alumnos construyen un interrogatorio eléctrico simple con aprox. 3 ó 4 parejas de imágenes o

palabras.


simultánea.


Un “interrogatorio eléctrico” guarda una gran similitud con un probador de continuidad: un

probador de continuidad contiene un circuito eléctrico abierto con una pila y un transmisor de

señal (por lo general es un foco o un zumbador).

Esquema de conexión de un probador de continuidad:

En realidad un probador de continuidad es un tipo de interruptor.

El transmisor de señal indica si ese circuito eléctrico abierto ha

sido cerrado, por ejemplo, al conectar a través de un cable las

conexiones del probador de continuidad. En circuitos complejos o

caóticos, el probador de continuidad sirve para comprobar

Para el profesor


fácilmente si dos puntos de un circuito están conectados eléctricamente.


Muchos alumnos ya conocen, por lo menos de vista, circuitos reales, placas de circuitos impresos

o esquemas de conexión complejos. Su apariencia resulta generalmente impenetrable, por lo que

contar con aparato verificador de continuidad resulta de gran utilidad. Los alumnos deben conocer

ya un circuito eléctrico sencillo y su respectivo esquema de conexión.

Experimentar

Aparte de sus habilidades manuales, los alumnos desarrollan aquí también su creatividad, al

configurar el interrogatorio eléctrico según sus propias ideas. Profundizan en el concepto de

“circuito eléctrico cerrado” a través de la ejecución compleja del circuito.

Observar

Durante este experimento se presentan por lo general errores típicos de los circuitos eléctricos; se

continúa practicando la identificación y eliminación de fallas. Los alumnos experimentan que un

circuito con un cableado complejo no resulta tan fácil de comprender y donde es más difícil

encontrar las fallas.

Reflexionar

Los alumnos reflexionan sobre el modo más claro y ordenado de tender los cables. Los cables

suelen disponerse también de forma ordenada en los circuitos profesionales o comerciales, a fin

de garantizar la claridad a la hora de hacer reparaciones o trabajos de mantenimiento.

Para los alumnos


Anexo 1: Experimentos complementarios

A1 Circuito eléctrico sencillo

A1.1. ¡Hagan que se prenda la lámpara!

Muchas de las cosas cotidianas necesitan electricidad, como lámparas, televisores, heladeras y

otros aparatos. Estos aparatos transforman la energía eléctrica, por ejemplo, en luz, calor o

movimiento.

Para que la energía pueda llegar allí donde se necesita, se precisan cables, también llamados

conductores eléctricos. La combinación de fuente de energía, cables y aparatos eléctricos recibe

el nombre de “circuito eléctrico”.

¿Cómo se imaginan un circuito eléctrico en el que la corriente eléctrica

circule por el mismo?

Lista de materiales

1 foquito 2.5v

1 portafoquito

1 portapila

2 pilas AA

2 cables con pinza cocodrilo

En todas partes encontrarán circuitos eléctricos.

¡Construyan un circuito eléctrico y hagan que se prenda el foco!

Coloquen primero las pilas en el portapilas. Coloquen el foco en el portafoquito.

Encuentren las conexiones en el portapilas y en el portafoquito. Utilicen dos cables para conectar

el portapilas con el portafoquito: conecten cada una de las conexiones del portapilas con una

conexión del portafoquito.

¡Si se prende el foco, es que han hecho todo correctamente!

Si todavía no funciona, en la hoja “¿Necesitan ayuda?” podrán encontrar algunos consejos útiles.

Describan las dificultades que tuvieron hasta conseguir que por fin se encendiera el foco. ¿Qué es

lo que más problemas les ha ocasionado y cómo lo han resuelto?

Para los alumnos


¿Necesitan ayuda?

Conductores eléctricos

Los cables con pinzas de cocodrilo pueden ser usados

directamente como conductor eléctrico.

Conexiones

Cada componente (foco, motor, pila,…) de estos experimentos

tiene dos conexiones.

Pilas: las conexiones de las pilas se llaman polos. Una pila AA

tiene el polo positivo arriba y el polo positivo abajo. Los polos

de la caja portapilas son las lengüetas o tornillos metálicos que

sobresalen.

Focos: Los focos se usan con un portafoquito. Las

conexiones de los portafoquito pueden ser, por ejemplo, dos

tornillos o dos lengüetas metálicas.

Problemas típicos en los circuitos eléctricos:

Falso contacto:

Uno de los cables no está bien fijado. Solución: comprobar la buena fijación de todos los

cables a sus conexiones.

Cortocircuito:

Si los extremos desnudos de dos cables se tocan o si un extremo de cable pelado toca al

mismo tiempo dos conexiones, entonces la corriente puede tomar un “atajo” y no fluye por la

trayectoria que debiera. Solución: comprobar que todos los extremos de cable y todas las

conexiones estén conectados en el lugar correcto.

Para los alumnos


A1.2 Esquemas de conexión

Un esquema puede ser de gran ayuda a la hora de planificar y diseñar conexiones eléctricas. Por

medio de un “esquema de conexión” es más fácil reconocer si todo está bien interconectado.

Esto es importante sobre todo cuando se emplean muchos componentes diferentes. Para dibujar

un esquema de conexión se usan símbolos específicos, por ejemplo:

Para el portafoquito no se emplea, por lo general, ningún símbolo ya que, por así decir, va incluido

en el símbolo del foco.

¿Qué ventajas tiene el hecho de emplear, para los componentes eléctricos, símbolos sencillos e

internacionalmente conocidos?

Lista de materiales

1 foquito 2.5v

1 portafoquito

1 portapila

2 pilas AA


1 hoja de papel

1 lápiz

Símbolos de los componentes

¡Dibujen con los símbolos indicados un esquema de conexión de su circuito eléctrico!

Para los alumnos


Lo más importante en un esquema de conexión es poder reconocer rápidamente lo que produce

la conexión. Por ello, el esquema debe ser lo más sencillo posible:

Dibujen los cables sólo con líneas rectas y ángulos rectos. Es decir, no hace falta dibujar cada

curva del cable “real”.

No es necesario que dibujen el modo en que han fijado los cables a las conexiones. Este tipo de

detalles no se representan en un esquema de conexión.

Tampoco dibujen ningún otro detalle que no sea estrictamente necesario para el funcionamiento

del circuito eléctrico. Así, por ejemplo, no es necesario que dibujen la forma del portafoquito, el

color del cable o el nombre que figura sobre la pila.

Esquema dibujado a mano Esquema de conexión

Comparen el símbolo de la pila con el portapilas de verdad: ¿encuentran también el signo de

positivo y negativo en los polos de las pilas?

Visualicen el recorrido de la corriente eléctrica trazando con el dedo su trayectoria: tanto en el

esquema de conexión como en el circuito eléctrico que han construido.

Recuerden: la corriente únicamente fluye dentro de un circuito cerrado y retorna de nuevo a la

pila.

¿Qué podrían modificar en su circuito eléctrico real sin tener que dibujar un nuevo esquema de

conexión? Por ejemplo, podrían cambiar el portafoquito por otro – el esquema de conexión no se

vería afectado por ello.

¿Qué otra cosa se les ocurre? Comparen para ello también los esquemas de conexión y los

circuitos eléctricos reales de los otros grupos.

Para los alumnos


A1.3 Conexión y desconexión

La mayoría de aparatos eléctricos pueden ser conectados y desconectados, como lámparas,

radios, lavadoras, etc. Para que no haya que soltar un cable o desenroscar la lámpara cada vez

que se quiera apagar el aparato, se emplea un componente adicional: un interruptor.

Un interruptor es un aparato muy sencillo que sirve para abrir y cerrar un circuito. El símbolo del

interruptor en el esquema de conexión tiene este aspecto:

Símbolo del interruptor Esquema de conexión de un circuito eléctrico con

interruptor

¿Dónde creen que debe colocarse el interruptor en su circuito eléctrico para poder prender y

apagar el foco?

a) ¿Entre la pila y la lámpara?

b) ¿Sólo en la pila?

c) ¿Sólo en la lámpara?

Lista de materiales

1 foquito 2.5v

1 portafoquito

1 portapila

2 pilas AA


Chapa de aluminio

Chapa de cobre

Papel de aluminio

Tijera

Broches plásticos

Cinta adhesiva

Ganchos mariposa

Cartulinas y cartones

Otros materiales para fabricar un interruptor

Para los alumnos


¡Coloquen un interruptor en su circuito eléctrico!

Construyan un circuito eléctrico sencillo.

Construyan su propio interruptor con materiales corrientes y úsenlo en el circuito eléctrico .

Para ello, observen las imágenes de los diferentes interruptores de fabricación casera.

Reconstruyan uno de ellos o busquen por su cuenta una solución.

Usen para el interruptor, por ejemplo:

Una pequeña base (un trozo de cartón, corcho u otro material no conductor)

Un material conductor al que se puedan fijar los extremos del cable (por ejemplo, ganchos

mariposa)

Un material conductor móvil, para poder abrir y cerrar circuito eléctrico (por ejemplo, un

alambre, un clip o un trozo de papel de aluminio)

Comparen su solución con las soluciones de los otros grupos.

¿En qué lugar del circuito eléctrico debe estar colocado el interruptor para que pueda cumplir su

función?

¿Qué ocurre cuando el interruptor está abierto? ¿Y qué pasa cuando está cerrado? Descríbanlo

con frases del estilo:

“La corriente fluye de la pila a ……………………….……….,desde allí a

……………………….………., y de allí a ……………………….………”.

Para los alumnos


A1.4 Interrogatorio eléctrico

¿Han visto alguna vez un interrogatorio eléctrico?

Un interrogatorio eléctrico es un juego en el que hay que encontrar parejas de imágenes

relacionadas entre sí. Podrán comprobar si las imágenes forman una pareja utilizando dos cables

que van unidos a un foco. Si tienen razón se prenderá el foco.

¿Cómo funciona el interrogatorio eléctrico?

Los dos cables, el foco y una pila forman una especie de aparato

verificador. El foco únicamente se ilumina cuando puede fluir la

corriente eléctrica entre ambos cables.

Un aparato de ese tipo se llama “probador de continuidad”. Sirve

para comprobar si entre dos puntos determinados hay una

conexión eléctrica y puede fluir la corriente eléctrica.

El secreto está en la conexión de las parejas de

imágenes. Ellas están conectadas entre sí a través de

un cable tendido por el lado oculto del juego. Al aplicar

los dos cables del probador de continuidad sobre una

pareja de imágenes seleccionadas correctamente, ¡la

corriente puede fluir y se prende el foco!

En la vida cotidiana también se utilizan comprobadores

muy similares. Por ejemplo, para comprobar circuitos

difíciles de inspeccionar o muy complejos. ¿Han visto

alguna vez un circuito realmente complicado?

Lista de materiales

1 portapila

2 pilas AA


1 foquito 2.5v

1 portafoquito

Papel de aluminio

1 trozo de cartón o cartulina tamaño

A4

10 ganchos mariposa

lápices de colores

1 tijera

1 pegamento

Los circuitos eléctricos pueden ser muy

complicados.

Esquema de conexión de un

probador de continuidad:

Para los alumnos


¡Construyan un interrogatorio eléctrico!

Primero tienen que construir un probador de continuidad. Para ello pueden mirar el esquema de la

página anterior.

Armen un circuito sencillo, una vez que verifiquen que funciona correctamente agreguen un cable

adicional y dejen el circuito abierto.

Comprueben que al unir los extremos de los cables sueltos la lámpara se enciende.

¡Felicitaciones!, armaron un probador de continuidad.

Para la base:

Escriban palabras o pinten imágenes sobre pequeños trozos de papel, de manera que formen

parejas.

Sobre una cartulina peguen las imágenes cuidado de que las parejas no estén juntas y que la

distancia entre ambas no sea mayor al largo de los cables con cocodrilo.

Coloquen un mínimo de tres parejas, aunque también pueden ser más.

Hagan un agujero en el cartón junto a cada imagen (o palabra) e introduzcan en cada agujero un

gancho mariposa. Estos serán las conexiones para los cables.

Por el lado posterior del cartón, conecten los ganchos mariposa de cada pareja con 1 cable con

cocodrilo.

¡Prueben su interrogatorio eléctrico! ¿Funciona?

Si tienen algún problema, consulten la hoja “¿Necesitan ayuda?”.

Observen detenidamente el cableado al dorso del interrogatorio eléctrico e intenten identificar qué

cables están conectados con qué conexiones.

Los circuitos eléctricos contienen a menudo muchos cables. Para no perderse entre tantos cables,

procuren tender los cables uno junto a otro, es decir, evitando que se crucen.

¿Cómo podrían colocar los cables en el lado posterior del interrogatorio eléctrico de forma de

disponerlos uno junto a otro sin cruzarse? (No vale cambiar de lugar a las parejas de

imágenes/palabras).

Para el profesor


A2 Conductores y aisladores

Experimento parcial A2.1 ¿Qué son conductores y aisladores?


simultánea.


Los alumnos equipados con los probadores de continuidad construidos en A1.4 se convierten en

detectives a la búsqueda de materiales conductores de electricidad.

¿Con qué objetos o materiales se prende la lámpara de comprobación? En este proceso de

búsqueda aprenden que los aisladores juegan un papel importante en la construcción de aparatos

eléctricos.



Los conocimientos sobre la conductividad de los materiales forman parte de los conocimientos

básicos sobre la corriente y la electricidad, y son esenciales para aplicaciones técnicas. Los

métodos empleados permiten que los alumnos encuentren sus propias soluciones. Se trata no

sólo de proporcionar conocimientos de física, sino también de que los alumnos se familiarice con

métodos científicos/experimentales: constatación de los conocimientos previos, formulación de

suposiciones e hipótesis, reflexión sobre el diseño del experimento, realización y documentación

del experimento y, por último, reflexión sobre los resultados. Si los alumnos ya disponen de

conocimientos básicos sobre el interruptor, puede producirse una transferencia de conocimientos

a los experimentos A1.1-A1.4: “Circuitos eléctricos sencillos”.


Conductor, aislador/no conductor, metales, no metales


Los alumnos ...

son capaces de distinguir objetos y materiales conductores o no conductores,

son capaces de evaluar para qué componentes de un aparato electrónico es necesario

material conductor o bien material aislante,

son capaces de transferir sus conocimientos encontrando soluciones para un problema

técnico.




Todos los experimentos parciales pueden realizarse también sin una vigilancia especial.

Tiempo necesario

Cada experimento parcial dura una clase de aprox. 45 min.

Para el profesor




Materiales diversos, objetos cotidianos (cuchara de plástico, cuchara de metal, lápiz, restos de

tela, etc.)


1 portapila

2 pilas AA recargables

1 foquitos 2.5v

1 portafoquito



La mejor forma de realizar los experimentos es en grupo (tamaño de grupo recomendado: 3-4

alumnos). También existe la posibilidad de realizar los experimentos individualmente.

Experimento parcial A2.1 ¿Qué son conductores y a isladores?

Los alumnos investigan el carácter conductor/aislante de diferentes objetos cotidianos y de

diferentes materiales.


Para la realización de circuitos eléctricos no sólo se requieren materiales conductores, sino

también no conductores (aislantes). Los electrones de conducción pueden moverse fácilmente a

través de materiales conductores, como, por ejemplo, los metales, debido a que apenas son

atraídos por los núcleos de los átomos.

Para el profesor


Los metales son por lo tanto buenos conductores de electricidad. En los llamados materiales

aislantes como, por ejemplo, el plástico, los electrones no tienen tanta movilidad, razón por la cual

los aislantes no conducen fácilmente la corriente eléctrica. El recubrimiento de plástico de los

cables eléctricos evita que la corriente eléctrica fluya a través de nuestro cuerpo al tocar un cable.

La corriente eléctrica no es conducida a través de nuestro cuerpo, sino que continúa fluyendo por

el cable. Por eso, el conocimiento de la conductividad de diferentes materiales y sus componentes

forma parte de los conocimientos fundamentales sobre los circuitos eléctricos.

Un ciclo de agua compuesto por una bomba (“pila”), tubos (“conexiones”), una rueda hidráulica

(“foco”) puede servir de modelo para entender lo que ocurre en un circuito eléctrico.

El agua sólo fluye en círculo y acciona la rueda hidráulica cuando los tubos están conectados

herméticamente. El flujo de agua puede pasar por cualquier tubo (esto corresponde a las

conexiones en un circuito eléctrico), pero no puede pasar a través de las paredes de los tubos

(“aisladores”). Al igual que existen objetos por los que puede o no pasar el agua, hay también

materiales que permiten (“conductores”) o impiden (“aisladores”) el paso de los electrones.


La mayoría de alumnos ya tienen una noción de que los metales conducen la electricidad y que

otros materiales no lo hacen. En este experimento parcial conocerán la conductividad de los más

diversos materiales cotidianos. Los alumnos deben conocer ya lo que es un circuito eléctrico

sencillo.

Experimentar

Los alumnos construyen un circuito eléctrico abierto a modo de aparato verificador (idéntico al

probador de continuidad de A1.4) y comprueban con él las propiedades conductoras de

electricidad de diferentes objetos.

Observar

Los alumnos clasifican los objetos seleccionados (cuchara, corcho,…) en función de su suposición

de sus cualidades como conductor/aislante. Estos objetos les son familiares y apenas tendrán

problemas para identificar de antemano las propiedades del material.

Reflexionar

Los alumnos realizan a continuación una abstracción y deducen qué materiales (metal, madera,

plástico…) son buenos conductores o malos conductores. Esto les ayuda a la hora de transferir

sus conocimientos a cuestiones como qué materiales son adecuados para la construcción de

componentes eléctricos.


El grafito no es un metal, pero conduce la electricidad y a menudo se emplea como material para

componentes electrónicos. La importancia de este material desde el punto de vista electrotécnico

y su propiedad como conductor de electricidad son aspectos que convendría comentar con los

alumnos.

Para el profesor


La conductividad del grafito puede comprobarse muy fácilmente, por ejemplo, con ayuda del

aparato verificador de fabricación propia y un lápiz afilado por ambas puntas o la mina de un lápiz

portaminas.

Para los alumnos


A2.1 ¿Qué son conductores y aisladores?

Puede que ya hayan escuchado alguna vez las palabras “conductor” y “aislante”.

Se llama conductores a los materiales capaces de conducir la corriente eléctrica, se utilizan por

ejemplo, para los cables y las conexiones en los componentes eléctricos.

Aisladores o aislantes son los materiales que apenas conducen la electricidad o no lo hacen en

absoluto. Se usan, por ejemplo, en lugares donde no debe fluir corriente eléctrica.

Por esa razón, los cables están hechos por dentro de alambre (un conductor) y envueltos por

fuera de plástico (un material aislante). Eso permite que dos cables puedan estar apoyados uno

encima de otro sin que fluya corriente de uno a otro.

Los aisladores también son importantes para proteger a las personas de electrocutarse: si

tocáramos directamente un cable sin aislamiento por el que fluye corriente eléctrica, ésta podría

fluir a través del cuerpo y llegar incluso a matarnos si la fuente de energía fuera lo suficientemente

intensa.

¿Tienen ya alguna idea de qué materiales conducen la corriente elé ctrica y

cuáles no?

Lista de materiales

1 foquito 2.5v

1 portafoquito

1 portapilas

2 pilas AA


Objetos para analizar

¡Si bien tienen la misma forma, son de diferentes materiales!

Para los alumnos


¡Descubran qué conduce la electricidad y qué no!

Para ello necesitan un aparato que les permita verificar conductividad compuesto por una pila, un

foco y cables, así como materiales para experimentar. Como aparato verificador pueden utilizar el

probador de continuidad que quizás conozcan del interrogatorio eléctrico.

Para construir el aparato verificador, conecten la pila y el foco (con portafoquito) con un único

cable. En la conexión libre de la pila y en la conexión libre del portafoquito conecten dos cables

adicionales.

Con los dos extremos de cable

sueltos del aparato verificador

comprueben en diferentes objetos

y materiales si conducen o no

corriente eléctrica: si el foco se

ilumina, es que el material

conduce corriente eléctrica; en

caso contrario, el foco

permanecerá apagado por que no

circula corriente eléctrica.

Experimenten con tantos objetos diferentes como sea posible, por ejemplo, cuchara de plástico,

cuchara de metal, tijera, lápiz, vidrio, regla (madera o plástico), clavos, papel de aluminio, lámina

de plástico, papel, etc.

Registren en una tabla sus observaciones:

¿Qué objetos conducen corriente eléctrica y cuáles no? Por ejemplo: un sorbete de plástico, un

trozo de papel de aluminio, una cuchara…

Agrupen los resultados en categorías:

a) ¿De qué materiales están hechos los objetos que conducen la electricidad?

b) ¿De qué materiales están hechos los objetos que no conducen la electricidad? (Ejemplos:

plástico, madera, metal, cerámica, vidrio, papel, tela, corcho…).

Para el profesor


A3 Circuitos eléctricos complejos

Experimento parcial A3.1 Conexión en serie

Experimento parcial A3.2 Conexión en paralelo


¡Queremos generar más luz!

¿Qué ocurre al colocar varios focos en un circuito eléctrico?

¿Cómo deben conectarse los focos para que todas brillen con la misma intensidad?

¿Cuántos focos pueden ser alimentados por una pila?



Los experimentos sobre circuitos eléctricos más complejos se basan en las experiencias previas

que los alumnos han realizado al experimentar con circuitos eléctricos más sencillos. Obtienen

una comprensión más profunda sobre la importancia de los diferentes componentes en el circuito

eléctrico. Amplían sus conocimientos sobre las relaciones de los componentes en un circuito

eléctrico. Por ejemplo, la conexión en forma correcta de varias pilas aumenta la luminosidad de un

foco, en cambio, varios focos conectados en serie brillan con menos intensidad que un único foco.

El tema de la utilización de la energía se aborda a partir de la conexión en paralelo: varios focos

conectados en paralelo brillan con la misma intensidad. Necesitan más energía y la pila se gasta

más rápido.

Los alumnos avanzados obtienen la oportunidad de transferir sus conocimientos. Aplican los

conocimientos adquiridos a partir de los circuitos simples y los transfieren a los circuitos

combinados de conexiones en serie y en paralelo.


Conexión en serie, conexión en paralelo, relación mutua de los componentes de un circuito

eléctrico, circuitos complejos, esquemas de conexión


Los alumnos ...

diferencian entre conexión en serie y conexión en paralelo en cuanto a su estructura y su

relevancia para las propiedades del circuito en su conjunto,

saben cómo influyen mutuamente los diferentes componentes dentro de una conexión en

serie y de una conexión en paralelo,

saben que la velocidad a la que una pila se consume en un circuito eléctrico varía en

función del número de focos y del tipo de conexión, y comprenden por qué es importante

hacer un uso racional y responsable de la energía.

Para el profesor



Lugar en el que se realizan los experimentos


Todos los experimentos parciales pueden realizarse también sin una vigilancia especial.

Tiempo necesario

Cada experimento parcial dura una clase de aprox. 45 min.




2 portapilas

4 pilas AA

8 cable con pinza de cocodrilo

3 foquitos 2.5v

3 portafoquitos


La mejor forma de realizar los experimentos parciales es en grupo (tamaño de grupo

recomendado: 3-4 alumnos y alumnas). También existe la posibilidad de realizar los experimentos

individualmente.

De modo alternativo, el experimento puede realizarse también de forma que los grupos sólo

construyan la conexión en serie y/o conexión en paralelo, y que el circuito eléctrico de

comparación (con un único foco) sólo se construya una vez para ser expuesto a la vista de todos.

Hay que prestar atención a emplear únicamente focos con la misma especificación, o mejor, de

construcción idéntica, así como pilas de la misma intensidad.

Realización

Experimento parcial A3.1 Conexión en serie

Los alumnos conectan dos focos en serie.

El material disponible en la caja permite que trabajen dos (2) grupos de alumnos en forma

simultánea.

Para el profesor



En las conexiones en serie todos los componentes están conectados uno a continuación del otro:

Un foco Dos focos conectados en serie

La corriente eléctrica pasa en la conexión en serie por ambos componentes, uno a continuación

del otro.

Los electrones deben atravesar uno tras otro los estrechos filamentos de los dos focos. Eso hace

que el flujo de electrones sea menor y ambas lamparitas se enciendan con menos intensidad.


Los alumnos a menudo ya intuyen que dos focos conectados a una pila brillan menos que uno

solo. Los alumnos ya deberían tener experiencia con circuitos eléctricos sencillos.

Experimentar

Los alumnos conectan dos lámparas en serie.

Observar

Los alumnos observan que ambas lámparas brillan menos que una sola, y que al desconectar una

lámpara se apagan todas las demás.

Reflexionar

A partir de la interdependencia de los focos, los alumnos adquieren un conocimiento más

profundo del concepto “circuito eléctrico cerrado”, por una parte en relación a la energía disponible

(luminosidad) y, por otra, en relación a la conexión y desconexión.


Desde un punto de vista técnico, la conexión en serie se utiliza con frecuencia para la iluminación

de los árboles de navidad. Esto puede dar pie a una reflexión sobre las ventajas e inconvenientes

de las conexiones en serie y en paralelo (véase el próximo capítulo).

Experimento parcial A3.2 Conexión en paralelo

Para el profesor


Los alumnos conectan dos focos en paralelo. Así aprenden las primeras características de la

conexión en paralelo y las diferencias respecto a la conexión en serie.

El material disponible en la caja permite que trabajen dos (2) grupos de alumnos en forma

simultánea.


En las conexiones en paralelo todos los componentes están conectados en paralelo uno respecto

a otro, al tiempo que cada componente dispone de su propia rama o circuito eléctrico:

Un foco Dos focos conectados en paralelo

Si se interrumpe el flujo de corriente hacia uno de los componentes, eso no tiene ningún efecto

sobre el resto de componentes.

A diferencia de la conexión en serie, en una conexión en paralelo los electrones no fluyen uno

detrás del otro por los filamentos del foco. Se separan en el desvío y sólo fluyen por uno de los

alambres del foco. De esta forma, los dos focos se iluminan en el circuito eléctrico con la misma

intensidad que un único foco.


Las conexiones en paralelo son algo muy común en la vida cotidiana (por ejemplo, un alargador

del tipo zapatilla), pero es posible que sean más difícil de comprender que una conexión en serie.

Por eso conviene que en un principio sólo hagan experimentos sencillos. Los alumnos y alumnas

deberían conocer ya circuitos eléctricos sencillos y la conexión en serie.

Experimentar

Los alumnos conectan dos focos en paralelo.

Observar

Los alumnos observan que los focos de una conexión en paralelo se comportan de manera

diferente que en una conexión en serie: en una conexión en paralelo la luminosidad no varía en

absoluto (en comparación con un único foco en el circuito eléctrico). También es posible

desenroscar por separado uno o más focos sin que por ello se vea afectado el otro.

Para el profesor


Reflexionar

La reflexión reafirma la observación de que los focos en una conexión en paralelo forman parte de

circuitos eléctricos individuales, profundizando en lo que constituye un circuito eléctrico.

La reflexión incluye como ejercicio de profundización la construcción de un circuito combinado de

conexiones en serie y en paralelo, así como la realización de pronósticos sobre la luminosidad de

los focos. A través de este ejercicio se consolidan aún más las diferencias entre una conexión en

serie y una conexión en paralelo.


La conexión en paralelo se utiliza por ejemplo en los enchufes múltiples (alargadores tipo

zapatillas). Esto tiene sentido, dado que los artefactos conectados son independientes los unos de

los otros, al igual que los focos conectados en paralelo del ejemplo arriba mencionado.

Un aspecto importante es el consumo de electricidad. La pila en la conexión en paralelo debe

abastecer dos circuitos eléctricos en forma simultánea y por lo tanto la energía acumulada se

transforma más deprisa en luz y calor. En cambio, en la conexión en serie los dos focos tienen

menos luminosidad y la pila aguanta más tiempo.

Nota: la construcción y la comprensión de una conexión en paralelo constituye a menudo un gran

desafío para los alumnos. Por ello se aconseja – para redondear el tema “Conexión en serie y

conexión en paralelo” – reflexionar con toda la clase sobre las diferencias observadas, incidiendo

especialmente en los siguientes puntos:

En una conexión en paralelo cada componente posee su propio circuito eléctrico y puede ser

alimentado con la misma cantidad de energía que si fuera el único componente conectado a la

pila. Por esta razón, los focos de A3.2 brillan con la misma intensidad que si sólo estuviera

conectado uno a la pila, pero la pila también se gasta antes.

En una conexión en serie la corriente eléctrica fluye por los dos componentes, primero por uno y

luego por el otro. Los electrones deben pasar uno detrás del otro por los componentes

conectados. Eso hace menor el flujo de electrones e incide también en la función de los

componentes. Los motores van a girar más lentamente y los focos conectados en serie brillan con

menos intensidad, como se puede ver en el experimento A3.1. Sin embargo, la pila dura más

tiempo que con un único foco.

En una conexión en paralelo existen varias opciones de conexión de los cables. En la primera

variante cada componente se conecta directamente a los contactos de la pila. Esta variante

permite comprender más fácilmente el principio subyacente de que “cada foco posee su propio

circuito eléctrico”. En la otra variante, los conductores eléctricos o cables se tienden a modo de

peldaños de un componente al siguiente. Esta disposición está más extendida. ¡Los circuitos

tienen exactamente el mismo efecto a pesar de la diferencia de aspecto!

Para el profesor


Para los alumnos


A3.1 Conexión en serie

En muchos aparatos eléctricos es habitual que varios componentes funcionen con la misma

fuente de energía, como ocurre en una guirnalda luminosa de los árboles de navidad con muchos

focos. En el más sencillo de los casos, todos los componentes se conectan uno detrás de otro.

Este tipo de conexión se denomina “conexión en serie”.

¿Cómo creen que se iluminarían los focos si colocaran más focos en la

misma guirnalda luminosa?

Lista de materiales

3 foquitos

3 portafoquitos

2 portapilas

4 pilas


¡Conecten dos focos en serie!

Construyan dos circuitos eléctricos:

1. Circuito eléctrico 1 con un foco

2. Circuito eléctrico 2 con dos focos conectados en serie

Asegúrense de que los focos y las pilas sean iguales

desde el punto de vista constructivo y que presenten los

mismos datos. De esa forma podrán después comparar

mejor la luminosidad de los focos.

Una guirnalda de luces se compone de muchos focos conectados en serie.

1 foco 2 focos conectados en serie

Para los alumnos


Observen atentamente si todos los focos brillan con la misma intensidad. Observen lo que ocurre

al desenroscar uno de los focos de la conexión en serie.

Si dos focos en serie brillan menos que uno solo, ¿qué creen que ocurrirá al conectar 10

focos? ¿ó 50? ¿Se les ocurre alguna idea de lo que se podría hacer para que todos los

focos vuelvan a brillar más?

¿Por qué creen que se apagan los dos focos al desenroscar uno de ellos? ¿Existe alguna

diferencia según qué foco se desenrosque? Investiguen a partir del esquema de conexión

dónde se interrumpe el circuito eléctrico al desenroscar uno de los focos.

Para los alumnos


A3.2 Conexión en paralelo

En una “conexión en paralelo”, varios aparatos son alimentados conjuntamente por una misma

fuente de energía. Pero, a diferencia de la “conexión en serie”, en la “conexión en paralelo” cada

aparato recibe la cantidad de energía que también recibiría si fuera el único aparato conectado en

el circuito eléctrico.

Un ejemplo de ello sería un enchufe múltiple: lámpara, televisor, plancha u otros aparatos

completamente distintos pueden conectarse aquí al mismo tiempo. A pesar de ello, cada aparato

debe funcionar tan bien como si fuera el único conectado al enchufe; ¡eso es importante!

¿Para qué se usan los enchufes múltiples en sus casas o en el colegio?

Lista de materiales

3 foquitos

3 portafoquitos

2 portapilas

4 pilas


¡Los enchufes múltiples son prácticos!

Para los alumnos


¡Conecten dos focos en paralelo!

Construyan dos circuitos eléctricos:

1. Circuito eléctrico 1 con un foco

2. Circuito eléctrico 2 con dos focos conectados en paralelo

Asegúrense de que los focos y las pilas sean iguales desde el punto de vista constructivo para

que puedan comparar la luminosidad.

1 foco 2 focos conectados en paralelo

Observen si todos los focos brillan con la misma intensidad.

Observen también lo que ocurre al desenroscar uno de los focos.

Si dos focos en paralelo brillan con la misma intensidad que uno solo, ¿cuánto tiempo creen que

tardará en agotarse la pila? ¿El mismo tiempo que con un solo foco? ¿Menos tiempo? ¿Más

tiempo?

¿Por qué creen que el otro foco continúa encendido al desenroscar uno de ellos? Para

averiguarlo, investiguen qué camino recorre la corriente eléctrica de la pila al primer foco y de

vuelta a la pila. ¿Se interrumpe ese circuito si se desenrosca el segundo foco? ¿Y al revés?

Ejercicio de profundización:

¡Prueben qué ocurre si junto a los dos focos conectados en paralelo añaden otro conectado en

serie! ¿Cómo creen que se iluminarán?

¿Qué ocurre al desenroscar por separado cada uno de los focos?

Sugerencia 1 Sugerencia 2

Para el profesor


A4 Las energías renovables

Experimento parcial A4.1 El calor del sol

Experimento parcial A4.2 La energía solar

Experimento parcial A4.3 El aprovechamiento de la energía del agua

Experimento parcial A4.4 La energía eólica


Los alumnos crecen en una época en la que los problemas del medio ambiente de alcance

mundial, en especial el cambio climático, son un tema recurrente de debate.

Lo importante es que los alumnos no sólo comprendan los problemas, sino que también conozcan

las posibles soluciones (por ejemplo, las fuentes de energía renovable). Los siguientes

experimentos tienen como objetivo que los alumnos conozcan y experimenten con las energías

renovables (el sol, el agua y el viento como fuentes de energía).



El tema de la energía cobra en nuestros días una gran importancia en relación con la protección

del medio ambiente. La “escasez de recursos naturales” y las “energías renovables” son temas

que cada vez adquieren más importancia.

Para acercarnos mejor a este tema, es importante que los alumnos conozcan las diferentes

formas de transformación de la energía. Los cuatro experimentos parciales vienen a fortalecer

este conocimiento.


Las energías renovables, la energía solar, la energía eólica, la energía hidráulica, la central solar,

los combustibles fósiles.


Los alumnos comprenden que el sol, el viento y el agua son fuentes de energía muy importantes

para el suministro sostenible de energía. Analizan qué factores influyen en el aprovechamiento de

esas fuentes de energía.



En los experimentos parciales A4.1 y A4.2 el profesor o profesora debe prestar atención para

evitar que los alumnos sufran lesiones a causa de la luz del sol (deslumbramiento de los ojos,

quemaduras con objetos calientes).

Lugar en que se realizan los experimentos

Los experimentos parciales A4.1 y A4.2 se llevarán a cabo al aire libre puesto que requieren

radiación solar directa.

Los experimentos parciales A4.3 y A4.4 pueden realizarse también en el interior.

Para el profesor


Para el experimento parcial A4.3 se requiere una toma de agua y debe poder realizarse en algún

lugar que pueda mojarse.

Tiempo necesario

Cada experimento parcial equivale a una clase.

Los experimentos parciales A4.1 y A4.2 deberían realizarse preferiblemente de manera

consecutiva. En función de la intensidad de la radiación solar, puede que ambos experimentos no

arrojen resultados realmente satisfactorios hasta después de transcurrida una hora de clase.

Por ello, sería conveniente disponer de una cierta flexibilidad en los horarios.



Agua

Tubo de cartón 1 por grupo

Bolsita de té, si hace falta 1 por grupo

Papeles o cartulinas blancas y de colores

Reloj o cronómetro


Antes de hacer entrega a los alumnos de materiales y aparatos peligrosos en términos de

seguridad, deberá comprobarse su correcto funcionamiento.


A4.1 El calor del sol

Cartulina negra 1

Cinta adhesiva 1

Frasco 100 ml. 2

Termómetro 1

Un día soleado

A4.2 La energía solar

Espejos planos 8

Termómetro 1

Papel de aluminio 1

Plastilina 1

Recipiente contenedor 1

2 frascos de 100 ml.

Papel de aluminio

Un día soleado

Para el profesor


A4.3 El aprovechamiento de la energía del agua

Sorbete 1

Cartulina 1

Cinta adhesiva 1


Pinza sujeta papel 2

Tijera 1

Saquito de té

A4.4 La energía eólica

Cartulina de colores o plantilla de molino

1 Clavo

Cinta adhesiva 1

Sorbete 1

Pincho de madera 1


Tijera 1


El trabajo práctico con los modelos sobre las energías renovables puede ser un muy buen inicio

para comenzar con el tema. Por ejemplo, proporcionando información acerca del enorme

potencial que tienen las centrales eléctricas reales.

Sería provechoso organizar una visita a instalaciones reales (parques eólicos, centrales

hidroeléctricas o plantas termosolares).

Realización

Experimento parcial A4.1 El calor de la energía solar

Los alumnos descubren a partir de papel de diferentes colores qué color es el que más radiación

solar absorbe. Aplican el conocimiento adquirido para calentar el agua con luz solar y comparan

los resultados obtenidos bajo diferentes condiciones.


simultánea.


Las energías renovables son portadores de energía o fuentes de energía que se renuevan o que

crecen constantemente. Las energías renovables son, entre otras: la energía solar, la biomasa, la

energía hidráulica, la energía eólica, la geotermia (el calor del interior de la tierra) y la energía

mareomotriz.

Para el profesor


La fuente a la que pueden atribuirse todas las formas de energía renovable (con excepción de la

geotermia) es el sol. Las mediciones realizadas fuera de nuestra atmósfera demuestran que el sol

irradia sobre la tierra 1,36 kilovatios por metro cuadrado (1,36 kW/m2). A la superficie de la Tierra

llega (al incidir verticalmente) aproximadamente 1 kW/m2, es decir, la mayor parte de esa energía.

Si tomamos como referencia el número de horas al año (8760 h/a), constatamos que el sol

suministra una cantidad de energía de aprox. 8760 kWh por metro cuadrado y año.

El sol, naturalmente, no brilla las 24 horas del día siempre sobre el mismo lugar, y la mayor parte

de la superficie terrestre tampoco es apta para el aprovechamiento de la energía solar. Aun así,

las superficies útiles disponibles serían suficientes para cubrir fácilmente una gran parte de

nuestra demanda de energía.

Un hogar medio integrado por 4 personas consume en Alemania unos 3.500 kWh de energía

eléctrica al año, es decir, menos de la mitad de lo que el sol irradia sobre cada metro cuadrado.

El siguiente experimento permite a los alumnos adquirir unas primeras experiencias

fundamentales en el campo de la energía solar. El ejemplo de las superficies negras les enseña

que las superficies oscuras apenas reflejan los rayos del sol, sino que más bien los absorben,

principio que aprovechan las plantas termosolares. Absorber significa aquí la captación de una

gran parte de la energía irradiada y su transformación en calor. En este contexto los alumnos

conocen una primera forma de acumular energía.


Los alumnos pueden relatar dónde han encontrado en su vida cotidiana superficies calentadas por

el sol. Comentan cuál es la sensación que produce la ropa de diferentes colores en verano.

Experimentar

Los alumnos descubren qué colores se calientan más, para lo cual exponen al sol láminas de

papel de diferentes colores. Luego envuelven una botella con la hoja que más se haya calentado y

otra con el papel más “frío”.

Observar

Los alumnos constatan que existen diferencias muy grandes entre los diferentes colores. El negro

es el color que más energía absorbe, por lo que también es el que más se calienta. El blanco es el

que menos se calienta ya que también es el que más radiación solar refleja. Con un termómetro

comprueban las temperaturas del agua en las botellas, confirmando sus conclusiones extraídas

por comparación.

Reflexionar

Los alumnos experimentan que para el aprovechamiento de la energía solar no sólo es importante

la captación de la radiación solar, sino también la transferencia de esa energía al medio en

cuestión (aquí: agua). Eso significa que primero debe transformarse en calor la mayor cantidad

posible de la energía irradiada y que luego esa energía térmica debe ser transferida a su vez al

medio agua. Cuanto más directo sea el contacto entre la cubierta calentada y el interior de la

botella (agua), mejor será el proceso de calentamiento del agua. Al final, los alumnos pueden

debatir sobre dónde se aplica ese principio en la vida cotidiana y hasta qué punto puede ser de

utilidad.

Para el profesor



En este experimento los alumnos aprenden cómo funciona una central eléctrica. Hable con los

niños sobre la construcción y reflexionen conjuntamente sobre si hay otros materiales que puedan

absorber más rápidamente el calor del sol. Ponga a prueba las ideas de los alumnos y alumnas y

todos juntos intenten mejorar los elementos de la construcción. Si los niños se refieren al vidrio

como “captador de calor”, preste atención a la seguridad, para que no se produzca ninguna lesión

o quemadura.

Experimento parcial A4.2 La energía solar

Los alumnos calientan agua con la luz solar y construyen una central solar con la ayuda de

espejos. Experimentan cómo se puede “capturar” más energía solar y de un modo más rápido.

El material disponible en la caja permite que trabaje un (1) grupo de alumnos a la vez.


Las grandes centrales eléctricas termosolares generan corriente eléctrica de manera indirecta con

ayuda del sol. Para ello utilizan muchos espejos que concentran los rayos del sol en una

superficie muy pequeña. Esta energía solar calienta un líquido, por ejemplo, el agua, hasta el

punto de poder impulsar un generador eléctrico con el vapor de agua generado.

En los últimos años, esta forma de obtención de energía ha ido mejorando cada vez más e

incrementando su eficiencia. Pero, lamentablemente, la generación de electricidad mediante

centrales solares todavía no alcanza ni de lejos los niveles de las centrales eléctricas

convencionales.


Es posible que los alumnos ya se hayan dado cuenta de que dependiendo del color que tenga la

ropa que usan transpiran más que con ropa de otros colores.

Puede que también hayan observado alguna vez reflejarse la luz del sol en un espejo y sepan que

ese reflejo, dirigido hacia un punto, puede llegar a provocar una llama. Si disponen de ese

conocimiento previo, también podrán deducir que muchos espejos dirigidos hacia un punto

calientan más que un solo espejo.

Experimentar

Los alumnos preparan dos botellas del mismo modo. Preparan un lugar en el que los espejos

concentren la luz del sol en un punto en el que pueda colocarse una de las dos botellas.

Finalmente se exponen ambas botellas a la radiación solar, una de ellas en el entorno con los

espejos. Los alumnos comprobarán seguramente que conforme aumenta el número de espejos,

estos se estorban mutuamente. Por eso conviene colocar la botella a una cierta altura. Pero

tampoco es bueno que el campo de espejos esté a demasiada altura, ya que entonces no recibiría

suficiente radiación reflejada. Como profesor o profesora, proporcióneles el impulso necesario con

el fin de evitar la frustración entre los alumnos y alumnas.

Observar

Los alumnos constatan en primer lugar que no es tan sencillo orientar los espejos de forma que la

radiación solar incida de manera óptima sobre la botella.

Para el profesor


Reflexionar

El sol se desplaza a lo largo del día, lo que exige reorientar continuamente los espejos. Ese es un

aspecto muy importante a tener en cuenta al ahora de diseñar el experimento. Cuanto mejores

sean los espejos, mejor será la orientación y la concentración de la energía solar.


Una variante modificada del experimento consistiría en forrar una fuente (o un objeto similar) con

papel de aluminio y situar en su centro el objeto que se desee calentar. De esta manera cambia

considerablemente la construcción del experimento. Después del ensayo, hable con los alumnos y

alumnas sobre cuál es la forma de construcción que ha funcionado mejor y haga referencia a las

ventajas de la primera, en caso de que no se les ocurra a ellos mismos. La primera forma de

construir el experimento es óptima para el objetivo que se persigue, porque se adapta mejor al

recorrido del sol. Además, se puede guardar fácilmente y puede volver a ser utilizada.

Experimento parcial A4.3 El aprovechamiento de la energía del agua

Los alumnos construyen una pequeña rueda hidráulica. La rueda es impulsada por agua, que

fluye desde recipientes situados a diferentes alturas. Variando el tamaño de los recipientes y la

altura de los mismos por encima de la rueda hidráulica los alumnos y alumnas constatan qué

influencia tienen la altura de salto y la cantidad de agua.



La energía hidráulica, que se obtiene a partir del agua corriente con ayuda de ruedas o turbinas

hidráulicas, es una fuente de energía natural. Esta forma de energía se aprovecha allí donde

exista una corriente permanente de agua suficientemente caudalosa.

Los alumnos pueden comprender a partir del experimento parcial que cuanto mayor sea la altura

de salto del agua (y con ello la energía potencial), tanto mayor será la potencia generada por la

rueda hidráulica. La cantidad de agua determina el período de funcionamiento de la rueda

hidráulica.

La explotación de la energía hidráulica va aparejada en la actualidad con obras de gran

envergadura, por ejemplo, embalses, diques y canales de circunvalación. Por desgracia, esas

obras traen consigo las intervenciones correspondientes en el paisaje y el ecosistema.


Cuanto más rápido fluya el agua y mayor sea su cantidad, tanto mayor parecerá su fuerza. Seguro

que a algunos alumnos ya les ha ocurrido alguna vez que al llenar un recipiente con agua en una

llave de agua el agua ha salpicado por encima del borde del recipiente por haber abierto

demasiado la llave.

Experimentar

Los alumnos deberían trabajar como mínimo por parejas. Un alumno o alumna sostiene la rueda

hidráulica y el otro u otra sostiene en lo alto el recipiente con agua y dirige el tubo hacia la rueda

hidráulica, variando de vez en cuando la altura. También se puede variar el tamaño de los

recipientes.

Para el profesor


Observar

Los alumnos observan si se eleva, y en qué medida lo hace, el peso que han colgado de un hilo

fijado al eje de la rueda hidráulica. Experimentan con diferentes condiciones, en las que varían el

tamaño de los recipientes de agua y la altura entre el recipiente de agua y la rueda hidráulica.

Reflexionar

Los alumnos debaten sobre las diferencias observadas y reflexionan sobre qué peso pudo ser

elevado bajo qué condiciones. Deberían llegar a la conclusión de que la fuerza transmitida por el

chorro de agua aumenta a medida que se incrementa la altura de salto.


Reflexione conjuntamente con los alumnos sobre cómo se puede construir una rueda hidráulica

que funcione mejor y repitan todos juntos la serie de experimentación. Una rueda hidráulica

también se puede construir con piezas de plástico, por ejemplo, vasos de yogur y pegamento a

prueba de agua.

Reflexione conjuntamente con los alumnos sobre otros modelos de ruedas hidráulicas que

funcionen mejor. Agrupe las ideas elaborando juntos esquemas y construyendo y poniendo a

prueba las ruedas hidráulicas.

Para observar más detenidamente la construcción en sí, diga a los alumnos que presten atención

a la altura de salto del chorro de agua e incíteles a cambiar este parámetro.

Que el chorro de agua adquiere “más fuerza” a medida que aumenta la altura de salto es algo que

también se puede investigar sistemáticamente sin una rueda hidráulica. Para ello debe fijarse el

extremo inferior del tubo, de forma que el chorro de agua mantenga siempre exactamente la

misma orientación. Si ahora se procede a variar la altura de salto, la curva del chorro de agua

varía en la medida correspondiente.

De esta manera abordará al mismo tiempo aspectos técnicos a la vez que plantea temas relativos

al trato respetuoso con los recursos de nuestra Tierra así como el reciclaje.

Experimento parcial A4.4 La energía eólica

Los alumnos construyen un molino de viento para experimentar, el molino se mueve soplando.



Una gran molino de viento para generar energía funciona de manera similar a un molinito de

viento de papel situado en el manubrio de la bicicleta de un niño o niña. El viento incide sobre las

palas planas ligeramente inclinadas del molino de viento y pone así en movimiento todo el molino

de viento. El movimiento circular de la rueda hace girar el cubo de la rueda, que a su vez

transfiere ese movimiento giratorio a través de un eje central a un vástago situado en el interior de

la carcasa. En la llamada góndola (la caja situada detrás de las palas del aerogenerador) el

movimiento giratorio del eje central se transmite a una bobina. La bobina constituye el

componente más importante de un molino de viento, ya que la bobina forma parte de un

generador y está envuelta en hilo de cobre. La bobina misma está rodeada por un imán e induce

Para el profesor


una corriente eléctrica al girar. A través de un transformador puede ahora transmitirse la corriente

directamente a la red eléctrica.


Los alumnos no necesitan tener conocimientos previos especiales. Pero seguro que algunos

alumnos ya conocen los molinos de viento, ya sea de verlos en el campo en forma de rueda eólica

o como juguete en forma de molinito de viento.

Experimentar

Los alumnos recortan la plantilla o el modelo del modo descrito y construyen su propio molino de

viento. Impulsan el molino de viento soplando, a la vez que varían la fuerza de soplado.

Observar

Los alumnos observan cómo se eleva el peso según la fuerza de soplado.

En cuanto se deja de soplar, el peso vuelve a descender e impulsa el molino de viento en el

sentido opuesto. Prueban diferentes pesos y ensayan así la capacidad de rendimiento del molino

de viento.

Reflexionar

Los alumnos reflexionan sobre qué peso se elevó mejor. Extraen conclusiones sobre la fuerza de

soplado (energía eólica) y el tamaño del peso. Pero sobre todo se dan cuenta de que el tamaño

del molino de viento juega un papel importante.

Cuanto más grande es el molino de viento, más viento puede “captar” y tanto más potente es la

fuerza de elevación. Los molinos de viento modernos generan grandes cantidades de corriente

eléctrica y constituyen una forma importante de la generación de energías alternativas. La energía

eólica es una de las fuentes de energía renovable más importantes.


Tras haber estudiado con los alumnos los detalles individuales del molino de viento, vale la pena

abordar el tema de forma más libre. Los alumnos saben ahora cuál es la función del molino de

viento y qué piezas se necesitan para construirlo.

Aliénteles a reflexionar sobre sus propios modelos de molino de viento. Deje que los niños

elaboren primero con toda tranquilidad sus esquemas de construcción y, a continuación,

reflexionen todos juntos sobre los materiales que hacen falta. Luego, sobre la base de los

esquemas, construyan conjuntamente los molinos de viento. Incite a los niños a intercambiar

ideas entre sí sobre sus respectivos molinos de viento y las ideas subyacentes a ellos.

Instrucciones de construcción del rotor de un molino de viento

Recortar el círculo exterior de la siguiente figura y practicar cortes a lo largo de las líneas gruesas

de trazo continuo

Doblar hacia arriba una mitad de cada una de las aspas del rotor, tal como está marcado por la

línea punteada

Para el profesor


Para los alumnos


A4 Las energías renovables

A4.1 El calor del sol

El sol irradia todos los días luz y calor a la Tierra. Notamos esa energía cuando los días son muy

soleados, porque entonces sentimos calor.

Si durante esos días muy calurosos nos ponemos además ropa de determinados colores,

entonces transpiramos aún más.

A diferencia de otras energías convencionales, la energía solar es unaenergía muy ecológica. El

siguiente experimento muestra cómo los seres humanos podemos acumular el calor del sol.

¿Qué color resulta el más eficaz para calentar agua?

Lista de materiales

Papel negro, de color y blanco

2 frasco 100 ml. con tapa

Cinta adhesiva

Termómetro

Luz solar directa

Reloj

Reflexionen sobre qué colores absorben más rápidamente el calor y qué colores lo hacen menos.

Coloquen los colores por orden. ¡Empiecen ahora!

¡Construyan un calentador de agua ecológico!

1. Primero expongan al sol las hojas de papel o cartulina de diferentes colores.

2. Al cabo de unos minutos, comparen al tacto cuánto se han calentado las diferentes hojas de

papel de colores.

3. Ahora llenen dos frascos con agua, tápenlos y fórrenlos con las hojas de papel de color. Forren

uno de los frascos con la hoja de papel “más caliente” y el otro, para comparar, con la hoja de

papel “menos caliente”.

4. Pongan ahora los dos frascos al sol y comprueben de vez en cuando al tacto si se percibe un

calentamiento.

Observen qué agua se ha calentado más rápido. Para ello, midan cada cierto tiempo la

temperatura con un termómetro y compárenlas.

Para los alumnos


¿Cuán caliente está el agua en el frasco?

Reflexionen sobre qué otros factores – aparte del color del papel – podrían influir también en la

temperatura del agua.

¿Necesitan ayuda?

Comprueben que el papel esté bien pegado al frasco, sino se perderá el calor.

Cuanta menor sea la cantidad de agua que se deba calentar, tanto antes notarán el

calentamiento.

Para los alumnos


A4.2 La energía solar

Puede que ya hayan escuchado alguna vez que en las plantas fotovoltaicas se genera

electricidad. Estas plantas fotovoltaicas acumulan y “capturan” una gran cantidad de energía solar,

es decir, la luz y calor del sol.

En el siguiente experimento vamos a descubrir cómo funciona.

¿Cómo se puede capturar la energía solar?

Lista de materiales

2 frascos 100 ml.

1 plastilina

1 tira de 10 cm. de papel de aluminio


8 espejos planos

1 termómetro

Luz solar

En las centrales solares se utilizan muchas superficies parecidas a espejos para captar la luz y el

calor.

¡Construyan su propia planta fotovoltaica!

Llenen dos frascos hasta la mitad con agua.

Construyan un campo compuesto por muchos espejos pequeños dispuestos alrededor de uno de

los frascos, para mayor comodidad pueden apoyar el frasco sobre un recipiente contenedor

puesto boca abajo.

Intenten orientar sus espejos de forma que dirijan los rayos del sol directamente hacia el frasco

elevado. Peguen un pedazo de plastilina en el lado posterior de los espejos para poder

orientarlos.

Piensen de qué forma el papel de aluminio puede contribuir a dirigir rayos del sol hacia el frasco.

Para comparar, coloquen el otro frasco al sol.

¡Midan la temperatura en ambos frascos y comparen los resultados entre ustedes!

¿Cuántos espejos emplearon? ¿Mejorarían los resultados empleando más espejos? ¡Hagan la

prueba!


Tengan cuidado con sus ojos. Presten atención para no verse encandilados por la luz del sol. Si

es posible utilicen lentes de sol oscuros.

Atención: peligro de quemadura. Los objetos que se dirigen al sol pueden estar muy calientes.

Para los alumnos


A4.3 El aprovechamiento de la energía del agua

Hay represas en las que con la ayuda del agua y su fuerza se genera electricidad. Aquí también

se aprovecha la energía del sol. Porque el sol hace que se evapore el agua sobre la superficie

terrestre. A partir del agua evaporada se forman las nubes. Cuando esas nubes se desplazan y se

descargan en forma de lluvia sobre las montañas, el agua de lluvia fluye hacia el valle, donde, por

ejemplo, puede ser utilizada en una represa para la generación de energía eléctrica.

¿Cómo se puede aprovechar la energía del agua?

Lista de materiales

1 sorbete

2 pinzas sujeta papel

1 cartulina

1 saquito de té

2 recipientes contenedores

Cinta adhesiva

Agua

Tijera

¡Construyan una rueda hidráulica!

1. Corten 6 tiras de cartón de 2 cm de ancho y 6 cm de largo. Doblen cada tira por la mitad en un

ángulo de aproximadamente 60°. Procedan a pegar las tiras (ver foto 1) una con otra de manera

que formen una estrella.

2. Tomen un sorbete y péguenlo en el centro de la estrella de cartón. Para que la rueda no se

ablande demasiado pronto, cubran bien con cinta aislante el cartón y todas las juntas.

3. Agreguen a un recipiente contenedor dos ganchos sujeta papel que funcionarán como soporte

de la rueda hidráulica (ver foto 1)

3. Peguen ahora un hilo al sorbete y aten al hilo un pequeño peso, por ejemplo, una pequeña

piedra, un pedazo pequeño de madera o simplemente un saquito de té.

4. Llenen el otro recipiente contenedor con agua.

5. Ahora trabajarán por parejas. Uno de ustedes sostiene la rueda hidráulica sobre un recipiente

colector o en el exterior. El otro sostiene el recipiente en lo alto y dirige sobre la rueda un chorro

delgado de agua.

Para los alumnos


¡Dirijan el chorro de agua sobre la rueda y observen lo

que ocurre!

¿Qué ocurre si utilizan un recipiente más chico?

¿Qué ocurre cuando modifican la altura del chorro de

agua?

¿Qué observan cuando el chorro de agua deja de fluir?

¿Necesitan ayuda?

Si el peso no se eleva, puede que sea muy pesado.

¡Intenten encontrar otro peso!

Foto 1

Para los alumnos


Fig.3: Unión de tubo de

cartón al recipiente Fig.1: Esquema de

rueda hidráulica

A4.4 La energía eólica

El viento también contiene energía del sol, ya que el sol se encarga de que se muevan las masas

de aire. Esto sucede del siguiente modo: los rayos del sol calientan la superficie terrestre. La

superficie terrestre calienta a su vez las capas de aire situadas encima. El aire caliente se

expande y fluye hacia arriba. Y como la superficie terrestre no se calienta por igual en todas

partes, también son diferentes las corrientes de aire hacia arriba.

¿Cómo funciona un molino de viento?

Lista de materiales

1 tubo de cartón (no incluido)

1 pedazo de cartulina (aprox. 15x15 cm) para planitilla de molino

1 pincho de madera

1 bolsita de té (o un poco de hilo con un peso cualquiera)

1 clavo de hierro

1 cinta adhesiva


1 tijera

¡Construyan su propio molino de viento!

1. Hagan varios cortes en uno de los extremos del tubo de cartón. Doblen hacia afuera las tiras y

peguen el tubo sobre un pedazo de cartón. (Fig. 3)

2. Hagan dos agujeros uno frente al otro en la parte superior del tubo.

Para ello usen el clavo o un lápiz afilado. Comprueben que ambos agujeros se encuentren a la

misma altura. (Fig.1)

3. Metan ahora un sorbete a través de los dos agujeros. Ya está lista la estructura básica.

Para los alumnos


4. Recorten las “alas” o aspas del molino de viento partir de una cartulina fina siguiendo la

plantilla. Para formar cada aspa hay que practicar un corte y doblarlo. Así obtendrán el llamado

rotor del molino de viento.

5. En el centro del rotor (plantilla de las aspas) hay que hacer un agujero pequeño. Pero antes

peguen un pedazo de cinta adhesiva delante y detrás del punto donde vayan a hacer el agujero

para estabilizar y mejorar la resistencia del rotor.

6. Claven el rotor en el pincho de madera. El pincho sirve de eje. Pasen ahora el pincho de

madera por dentro del sorbete.

7. Fijen del lado sin rotor en el pincho de madera un pequeño peso. Puede ser una bolsita de té u

otro peso suspendido de un hilo.

¡Soplen en dirección del molino de viento y observen cuánto peso pueden levantar con él!

¿Qué ocurre cuando dejan de soplar?, ¿se puede acumular o almacenar esa energía?

Experimento Eficiencia Energética...Experimentos para jóvenes a partir de los 12 años. ATENCIÓN:...

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