Departamento de Física y Astronomía - Louisiana State University

Transcripción

1 Departamento de Física y Astronomía - Louisiana State University

2 I MOTIVACION Qué Sabemos acerca de la Transferencia de Calor a la Materia? 2

3 I MOTIVACION Qué Sabemos acerca de la Transferencia de Calor a la Materia? 3

4 1. Considere la siguiente demostración imaginaria: El líder del taller le muestra tres jarros idénticos rotulados A, B, y C. Las partes externas de los jarros, incluyendo las tapas, han sido pintadas de negro, por lo que no puede ver lo que hay dentro de ellos. El líder del taller coloca los tres jarros afuera bajo la luz directa del sol. Se usa un termómetro insertado a través de una abertura de la tapa para registrar la temperatura de los contenidos en intervalos de 2 minutos. Se usa otro termómetro para monitorear la temperatura de afuera. Más abajo están los datos recolectados: 3. Si el líder del taller hubiera continuado tomando lecturas de la temperatura, hubiera seguido aumentando la temperatura en cada jarro? Si es así, cree que la temperatura habría detenido su aumento en un cierto punto? Cuándo y por qué? 0 min. 2 min. 4 min. 6 min. 8 min. 10 min. A 21º 22º 23º 24º 26º 27º B 21º 24º 27º 29º 32º 34º C 21º 23º 23º 23º 23º 25º A través del experimento, la temperatura del aire de afuera se mantuvo constante a Cómo cree que se verían afectados los resultados del experimento si A) la temperatura inicial dentro de cada jarro fuera 19 C? 2. Son realmente posibles estos resultados? Si es así, cuál podría ser la causa respecto a las diferencias en la manera en que cambió la temperatura? Provoque una lluvia de ideas en su grupo con todas las posibilidades que puedan pensar y regístrelas abajo. Prepárese a compartir sus ideas con el grupo completo. B) cada jarro contuviera sólo la mitad del mismo tipo de materia? C) los jarros estuvieran pintados de blanco en vez que negro? 4

5 II EXPLORACIÓN Qué Podemos Averiguar acerca de la Transferencia de Calor a la Materia? 5

6 II Exploración Qué Podemos Averiguar acerca de la Transferencia de Calor a la Materia? NOTA DE SEGURIDAD: para esta actividad, si se utilizan quemadores y hornos, deben estar en nivel bajo. 1. La actividad de MOTIVACION, hizo surgir en su mente algunas preguntas acerca de la transferencia de calor a la materia? Una de las primeras cosas que un científico hace cuando trata de encontrar respuestas a las preguntas, es hacer observaciones. Las observaciones cuidadosas a menudo llevan a nuevas ideas, así como a nuevas preguntas. En esta actividad, su grupo observará qué sucede cuando se calientan diferentes muestras de materia. El líder del taller les mostrará los diferentes tipos de materia, recipientes, herramientas de medición, u otros materiales que estén disponibles para su uso. Antes de comenzar, piense acerca de los materiales que están disponibles, y discuta en su grupo algunas buenas preguntas que su grupo, u otro grupo, podría tratar de investigar. Escriba cada pregunta en una franja de papel. Cuando terminen, expongan las franjas como lo diga el líder del taller. 2. Mire las preguntas que han sido expuestas y seleccione una para que su grupo la investigue. Luego, comience cuidadosamente a planear y llevar cabo su investigación. 3. Después que ha observado y recolectado datos para un conjunto de muestras, use el tiempo que le queda para verificar sus resultados repitiendo el experimento, modificar su procedimiento para tratar de obtener mejores resultados, o diseñar y llevar a cabo uno o más experimentos nuevos para responder preguntas adicionales que su grupo pueda tener. 4. Cuando su grupo termine, planeen la presentación de lo que hicieron, lo que encontraron y cualquier idea o pregunta nueva que ahora tengan como resultado de su investigación. Usen apoyo visual u otro material para mejorar su presentación. Asegúrese que incluya lo siguiente: Su pregunta Su procedimiento (incluyendo cualquier dificultad o problema) Sus datos (incluyendo observaciones) Sus conclusiones Preguntas que aún tengan o que hayan surgido como resultado de su(s) experimento(s). Experimentos adicionales que les gustaría hacer si tuvieran el tiempo y/o materiales. 6

7 II Exploración Qué Podemos Averiguar acerca de la Transferencia de Calor a la Materia? 5. Escuche cuidadosamente mientras los demás grupos hacen sus presentaciones. Hay algún defecto en sus diseños experimentales o en las conclusiones que sacaron? Escriba cualquier idea o pregunta nueva que tenga como resultado de cada presentación. 7. Piense acerca de lo que ha aprendido durante esta actividad, así como lo que ya sabía, acerca de la transferencia de calor a la materia. Comparta y discuta las ideas en su grupo y trate de generar una lista de ideas en las cuales todos estén de acuerdo. Escríbalas en un pedazo grande de papelógrafo titulado Nuestras Ideas Actuales acerca de Calentar la Materia. Asegúrese de que todas las ideas en la lista estén expresadas como oraciones completas. Cuando terminen, expongan la lista para que todos en el taller la vean. Mientras progresa el taller, si sus ideas acerca de la transferencia de calor a la materia cambian, o descubre nuevas ideas, tendrá la oportunidad de añadir o hacer modificaciones a ella. 6. Reflexione colectivamente acerca de todas las investigaciones y discútalas dentro de su grupo. Los resultados de las diversas investigaciones, eran consistentes entre sí? Había ciertas anomalías? Si es así, puede darles una explicación? O esto genera aún más preguntas? Escriba cualquier idea o pregunta nueva que surja. 8. En otro papelógrafo, haga una lista de Nuestras Preguntas acerca de la Transferencia de Calor a Materia. Incluya en esta lista cualquier pregunta que tenga su grupo acerca de la transferencia de calor a la materia, a la que desee encontrar respuesta durante el taller. Exponga su lista completa para que todos la vean. Periódicamente durante el taller, tendrá la oportunidad de revisar la lista para poder tachar las preguntas que han sido respondidas. Durante el taller, siéntase libre de añadir nuevas preguntas que surjan. Ahora su grupo se embarcará en una serie de preguntas que han sido diseñadas para ayudarles a encontrar respuestas a muchas de las preguntas que tiene acerca de calentar la materia, así como muchas preguntas que probablemente ni siquiera las habían pensado! 7

8 III PREGUNTA Cuál es la Diferencia entre Calor y Temperatura? 8

9 III A. Cuál es la Diferencia entre Calor y Temperatura? 1. Sin tocar ninguno de los materiales, prediga cómo se compararán sus temperaturas. 4. Qué preguntas o ideas tiene como resultado de sus observaciones? Discútalas con otros miembros de su grupo. (Si lo desean, su grupo puede añadirlas a la lista de Ideas acerca de la Transferencia de Calor a la Materia o Preguntas acerca de la Transferencia de Calor a la Materia ). 2. Toque cada uno de los materiales. Cómo los ordenaría en términos de temperatura, basándose en la forma en que se sienten al tacto? Su ordenamiento, es diferente a lo que predijo antes de tocar los materiales? 3. Use el termómetro para tomar la temperatura de cada uno de los materiales, asegurándose de sostener la ampolla del termómetro en el centro del material que está en el vaso. Cómo se comparan las temperaturas reales de los materiales? 9

10 III B. Mezclando Agua a Diferentes Temperaturas 1. Discuta la siguiente situación con su grupo: La temperatura ideal para un baño es unos pocos grados sobre la temperatura corporal. Suponga que llena su bañera con 100 litros de agua caliente. La prueba con el pie y está EXTREMADAMENTE caliente. Usa un termómetro para tomar la temperatura del agua y encuentra que es 49 ºC. Aproximadamente cuántos litros de agua de la llave a 16 ºC tendría que añadirle a la tina para que su temperatura esté sólo sobre la temperatura corporal (o aproximadamente 38 ºC)? 3. Examine y trate de darle coherencia a los datos que se han expuesto. a. A partir de su análisis de datos, puede ver un patrón o tendencia cuando se mezclan las cantidades medidas de agua a diferentes temperaturas conocidas? Puede expresar esto como una regla que se podría usar para ayudar a predecir la temperatura final de una mezcla de agua? Discuta sus ideas dentro de su grupo. b. Encuentre una forma de probar su regla. 2. El líder del taller le asignará a su grupo algunos datos a recolectar y así contribuir a la tabla de la clase que se reproduce abajo. En cada caso, estará añadiendo una cantidad medida de agua calentada a una cantidad medida de agua a temperatura ambiente. Muestra de Agua 1 Muestra de Agua 2 Mezcla Cantidad Temp. Cantidad Temp Temp. A 100 ml 60 ºC 100 ml * c. Prepárese a compartir su regla con el grupo completo, cómo llegó a ella y cómo la probó. 4. Trabaje con su grupo para producir un dibujo de antes y después que represente lo que piensan que está sucediendo con las partículas (o moléculas de agua) cuando se mezcla agua caliente y agua fría. B 100 ml 40 ºC 100 ml * 10

11 C 100 ml 60 ºC 50 ml * D 100 ml 40 ºC 50 ml * E 150 ml 60 ºC 50 ml * F 150 ml 40 ºC 50 ml * * Lea e inserte la temperatura del agua a temperatura ambiente. 11

12 III D. Tornillo versus Agua III C. Dos Tornillos de Metal 1. Mida Coloque la masa los dos del tornillo tornillos grande en un y colóquelo vaso de 4. en Compare 6. Luego, los tome cambios el vaso de temperatura precipitado de en agua los dos que precipitado un vaso con de precipitado agua y caliéntelo de vidrio. en el quemador Coloque una vasos dejó y trate a un de lado, explicar colóquelo las razones en el de quemador cualquier y hasta cantidad que el de agua agua hierva con por la varios misma minutos. masa Los que diferencia. el caliéntelo Prepárese hasta a que compartir el agua el razonamiento justo comience de su a tornillos están en otro a la misma vaso temperatura? de precipitado de vidrio grupo y hervir. con el grupo Use completo. el termómetro para tomar la déjelo aparte para más tarde. temperatura del agua hirviendo, luego vierta inmediatamente toda el agua en el otro vaso de Cómo lo sabe? Registre la temperatura de los plumavit con agua de la llave. Rápidamente, tome tornillos. la temperatura del agua en el vaso de plumavit y continúe registrando la temperatura por tres 2. Añada agua al vaso de precipitado con el minutos. tornillo hasta que esté bien cubierto. Coloque este vaso de precipitado en el quemador para AGUA + DATOS DEL AGUA calentarlo. Temperatura Inicial Agua 5. De 1 Minuto qué manera esta actividad muestra que calor y 2 Minutos 2. Coloque cantidades iguales de agua de la llave temperatura no son lo mismo? 3 Minutos en 3. dos Mientras vasos de el plumavit vaso (lo de suficiente precipitado para cubrir se está completamente calentando, coloque el tornillo cantidades más grande). iguales Registre de la agua temperatura del agua en cada vaso. de la llave en cada vaso de plumavit. Los vasos deberían llenarse aproximadamente hasta la mitad. (Lo suficiente para cubrir el tornillo). 4. Deje que el agua que contiene el tornillo hierva por al menos tres minutos. Cuál es la temperatura del tornillo ahora? 3. Use las pinzas para transferir los tornillos desde el agua hirviendo a los dos vasos de plumavit, colocando inmediatamente las tapas. Mida y registre la temperatura del agua en cada vaso después de 30 segundos. 5. Use pinzas para sacar el tornillo del agua hirviendo y cuidadosamente póngalo en uno de los vasos de plumavit con agua de la llave. Inmediatamente lea y registre la temperatura del agua. Continúe registrando la temperatura del agua por tres minutos cada 1 minuto. TORNILLO + DATOS DEL AGUA 7. A partir de sus datos, qué puede inferir acerca de cualquier diferencia en la cantidad de energía calórica que fue transferida por el tornillo caliente y por el agua caliente? 8. De qué manera esta actividad ilustra que calor y temperatura no son lo mismo? Temperatura Inicial Agua 1 Minuto 2 Minutos 3 Minutos 9. Qué idea importante revela esta actividad que la actividad anterior no revela? 12

13 III E. Calor, Temperatura y Cambio de Estado 1. Coloque el quemador en nivel medio para que pueda calentarse. Mientras tanto, llene un vaso de precipitado con hielo picado hasta la mitad. Mida y registre la temperatura del hielo. 4. Se mantuvo constante la salida de calor del quemador durante el período durante el cual recolectó los datos (para su mejor aprendizaje)? 2. Coloque el vaso precipitado con hielo en el quemador y comience a calentarlo. Mida y registre la temperatura a intervalos de 1 minuto. Asegúrese de sostener la ampolla del termómetro lejos del fondo del vaso. Revuelva continuamente mientras se hacen las mediciones, hasta que se hayan registrado al menos tres mediciones después que el agua comienza a hervir vigorosamente. 5. Aumentó uniformemente la temperatura durante el proceso de calentar el hielo? Explique 3. Grafique sus resultados en papel milimetrado. Temp. 6. De qué manera esta actividad muestra que calor y temperatura no son lo mismo? tiempo 13

14 III F. Coherencia 1. Compare las siguientes fuentes comunes de calor en términos de temperatura y de energía calórica que cada uno puede aportar. (Ver la escala que sigue). a. fósforo quemándose b. bañera con agua hirviendo c. horno en una fábrica de acero d. filamento de ampolleta incandescente brillando e. fuego en una estufa de madera Escala arbitraria para comparar las fuentes de calor: Calor Alto Una fuente de calor que podría calentar una habitación en un día frío de invierno. Calor Bajo Una fuente de calor que no podría calentar una habitación en un día frío de invierno. Temperatura Alta Una fuente de calor que está cerca o sobre los 1000 grados Celsius, la temperatura encontrada en el filamento de metal blanco que ha sido calentado mediante energía eléctrica. Temperatura Baja Una fuente de calor, como una llama, que habitualmente está bajo los 500 grados Celsius y no causa que el filamento de metal se vuelva blanco. Calor Alto Temperatura Alta CASILLA A Calor Bajo Temperatura Alta CASILLA B Calor Alto Temperatura Baja CASILLA C Calor Bajo Temperatura Baja CASILLA D 3. Saque su lista grupal de Ideas acerca de la Transferencia de Calor a la Materia. Añada cualquier idea nueva que haya surgido durante esta PREGUNTA. También mire las ideas colocadas previamente en la lista para ver si hay alguna que su grupo quisiera modificar o mejorar. 4. Verifique su lista grupal de Preguntas acerca de la Transferencia de Calor a la Materia. Se han respondido algunas preguntas? Hay preguntas nuevas que su grupo quisiera añadir a la lista? 2. Haga una tabla como la que se muestra en la siguiente columna. Use la información de arriba para clasificar las fuentes en una de las cuatro casillas de la tabla. Prepárese a defender la clasificación de su grupo en una discusión con el grupo completo. 14

15 III G. Aplicación Considere las siguientes experiencias cotidianas. Explique cada una usando las ideas científicas que ha desarrollado durante el taller. Para cada una, trate de hacer un dibujo de partículas para ilustrar qué está sucediendo. E. El agua no se puede congelar a no ser que interactúe con un material que está a una menor temperatura. A. Cuando se coloca un balde de agua caliente en una sala, la lectura de un termómetro puesto en el balde siempre disminuye, alcanzando la lectura del termómetro en la pared de la sala. F. La temperatura de una olla con sopa hirviendo en el quemador se mantiene constante a pesar de que el quemador está en nivel ALTO. B. Cuando se coloca un jarro de agua fría en una sala, la lectura del termómetro en el jarro siempre aumenta, acercándose a la lectura del termómetro en una pared de la sala. G. Se coloca una pequeña cantidad de agua a temperatura ambiente en una olla y se coloca una mayor cantidad de agua a temperatura ambiente en una segunda olla igual a la primera. Ambas se ponen en quemadores idénticos para calentarse, pero toma más tiempo y más combustible para que la temperatura del agua que estaba en mayor cantidad alcance la misma temperatura final que la cantidad menor. C. Cuando se coloca una cuchara en una taza con café caliente, la temperatura del café desciende y aumenta la temperatura de la cuchara. H. Cuando se pone un recipiente de agua caliente en una sala, la temperatura del agua descenderá sustancialmente, mientras que no hay cambio aparente en la temperatura de la sala. D. Cuando dos objetos a la misma temperatura se juntan, no ocurren cambios en la temperatura. 15

16 IV PREGUNTA De qué Manera Calentar (o Sacar Calor) de una Muestra de Materia puede Afectar su Estado Físico? 16

17 IV- A. Cambios de Estado Físico 1. Comúnmente la materia existe en tres estados físicos: sólido, líquido y gas. La materia puede cambiar de un estado físico a otro. Tales cambios a veces son referidos como cambios de fase. En su grupo, provoque una lluvia de ideas de todos los términos científicos que pueda pensar que se usan para describir diferentes cambios de fase, como la evaporación. 3. Discuta con su grupo sus ideas acerca de cualquier cambio de energía que acompaña los diversos cambios de fase. 2. Para cada término que su grupo haya puesto en la lista, identifique el cambio de fase al cual se refiere. (Por ejemplo, evaporación es el proceso mediante el cual un líquido cambia a un gas.) 4. Trabaje con su grupo para crear un diagrama, red de palabras u otro organizador gráfico que ilustre sus ideas consensuadas acerca de los cambios de fase y cualquier cambio de energía que los acompañan. Despliegue su producto en un papelógrafo y prepárese a discutirlo con el grupo completo. 17

18 IV- B. Evaporación: El Líquido que Desaparece 1. Remoje un cotonito con alcohol y luego frótelo en el palma de su mano. Agite rápidamente su mano hacia delante y hacia atrás. Cómo se siente su mano? Está mojada o seca? 4. Cualquier proceso que requiere o toma de energía calórica se denomina endotérmico. Cualquier proceso que entrega energía calórica se llama exotérmico. La evaporación, es un proceso endotérmico o exotérmico? Cuál es la razón de su respuesta? 2. Qué pasó con el alcohol y por qué su mano se siente fría? Discuta sus respuestas a estas preguntas con su grupo. 5. Imagine que está nadando en una piscina al aire libre en un día muy cálido de verano. Por qué se siente muy fresco cuando sale de la piscina? Cuándo deja de sentirse así? 3. Si hiciera esta actividad con los estudiantes de su clase y les preguntara que pasó con el alcohol, qué cree que dirían? 18

19 IV- C. Condensación: El Hotel Gota de Rocío 1. Lea y discuta con su grupo El Misterio del Hotel Gota de Rocío 3. Suponga que los dos jarros de agua representan el Hotel Gota de Rocío. Cuándo esperaría ver gotas de agua formándose fuera de las ventanas? Y en la parte interna de las ventanas? EL MISTERIO DEL HOTEL GOTA DE ROCÍO El Hotel Gota de Rocío es una residencial que tiene un problema. Las ventanas siempre están cubiertas con tantas gotas de agua que los turistas nunca pueden disfrutar de la vista panorámica que está afuera. Aún más inquietante es el hecho de que a veces las gotas están fuera de las ventanas y a veces están dentro. Puede explicar lo que está sucediendo? 2. El líder del taller llevará a cabo una demostración en silencio que le puede ayudar a resolver el misterio del Hotel Gota de Rocío. a. Primero, mire los dos jarros de vidrio vacíos. Prediga qué sucederá si uno de los jarros se llena hasta la mitad con agua caliente y el otro con agua fría. Dónde predice que se formarán las gotas de agua? Discuta sus ideas con su grupo y traten de llegar a una predicción. 4. Muchos estudiantes jóvenes ( y otros no tanto!) creen que las gotas de agua fuera de un vidrio vienen del líquido que está dentro que pasó a través del vidrio. Como profesor, qué puede hacer para ayudar a disipar esta noción y convencer a los estudiantes que el agua viene del aire? b. Ahora observe mientras se añade agua caliente y agua fría a los jarros respectivos. Fueron correctas sus predicciones? Cómo puede explicar las gotas de agua que se formaron? 19

20 IV- D. El Ciclo del Agua El ciclo del agua es un tema de estudio importante en los cursos más bajos. Las siguientes son tres actividades diferentes que habitualmente se usan para abarcar este tema en los cursos más bajos. Ejecute cada actividad, y luego evalúela en términos de qué tan buena es para usarla con los estudiantes como un modelo del ciclo del agua. Parte 2: Nube en un Jarro Introduzca una pequeña cantidad de humo en el jarro de vidrio y coloque rápidamente la tapa. Ponga un cubo de hielo encima de la tapa. Observe cualquier cambio que ocurra dentro del jarro. (Debería ver formarse una nube). Parte 1: Fábrica de lluvia Coloque los cubos de hielo en la olla de metal. Pase un paño en el fondo de la olla para asegurarse que esté inicialmente seca. Luego, sostenga la olla sobre el vaso de precipitado de agua hirviendo. Qué ve formándose en el fondo de la olla de metal? Cómo puede explicar sus observaciones? Describa cómo esto representa parte del ciclo del agua. De qué forma esta demostración imita el ciclo del agua? De qué manera es diferente? Parte 3: Destilador Solar Ponga de 3 a 5 cm. de agua con barro en el recipiente grande. Coloque el vaso limpio y vacío en el centro del recipiente, rodeado por el agua. Cubra el recipiente con el plástico transparente, dejándolo un poco suelto. Asegúrese que el plástico se adhiera completamente a los bordes del recipiente. Coloque una pequeña piedra o una moneda encima del plástico, directamente sobre el vaso. Coloque el recipiente bajo la luz del sol. Observe después de una hora. Describa cómo se puede usar el destilador solar para modelar el ciclo del agua. 20

21 IV- E. Qué está Hirviendo? 1. Imagine que dos ollas idénticas llenas con cantidades iguales de agua están en quemadores adyacentes en su cocina. Ambos quemadores están en nivel MEDIO-ALTO. La temperatura del agua en la primera olla es 40 C, mientras que la temperatura del agua en la segunda olla es 100 C. Compare y contraste qué está sucediendo en cada olla. Qué cambios ocurrirían en cada olla en el curso de dos minutos? Discuta las ideas dentro de su grupo. 2. Qué está realmente hirviendo? discuta sus ideas en su grupo acerca de la ebullición tratando de responder las siguientes preguntas: De qué manera la ebullición es diferente de la evaporación común? Cuando hierve el agua en una olla en la cocina, por qué la temperatura del agua se mantiene constante (aproximadamente 100 C) a pesar que el quemador está aportando continuamente energía calórica? Por qué el agua hierve aproximadamente a los 100 C, y no a alguna otra temperatura? Alguna vez el agua hierve a alguna otra temperatura? Todos los líquidos hierven a la misma temperatura? No se preocupe si su grupo no puede responder muchas de estas preguntas. La siguiente actividad debería proporcionar la mayoría de las respuestas. 21

22 IV- F. Cambiando el Punto de Ebullición del Agua 1. Anteriormente, en la actividad IV-C, usted determinó el punto de ebullición del agua. En esta actividad investigará si el agua puede hervir a otra temperatura. 3. Qué está realmente hirviendo? Qué determina la temperatura a la cual el agua hierve? 2. Tire el émbolo de la jeringa preparada especialmente. (Será difícil porque se está creando un vacío entre el agua y el émbolo). Describa cualquier cambio que vea en el agua. El agua está caliente o fría? Está hirviendo? 4. Cómo funciona una olla a presión para cocinar la comida más rápido? 22

23 IV- G. Mantequilla o Margarina? 1. Un elegante restaurante asegura servir las comidas naturales más frescas y finas, pero usted sospecha que está sirviendo margarina barata en vez de mantequilla. El siguiente experimento puede proporcionarle una forma de encontrar la verdad! Experimento A: Cómo se comparan los puntos de fusión de la mantequilla y la margarina? A su grupo se le dará un tubo de ensayo de mantequilla y otro con margarina. 2. En este experimento, necesitará calentar tubos de ensayo con mantequilla y margarina. En vez de calentar los tubos de ensayo directamente, los introducirá en un vaso de precipitado con agua que ha sido mantenido a una temperatura constante de 60 C. A esto se le llama baño de agua. Permite que la mantequilla y la margarina se calienten más lenta y uniformemente, previene que se calienten demasiado y evita posibles erupciones o quemaduras. Para prepararse para el experimento, coloque un vaso de precipitado con agua en el quemador y caliéntelo hasta una temperatura de 60 C. Durante el experimento, continúe verificando la temperatura de su baño de agua frecuentemente, y asegúrese que se mantenga constante a 60 C. Coloque un termómetro en cada tubo de ensayo. Lea y registre la temperatura inicial en cada tubo de ensayo, asegurándose que el termómetro no toque el fondo del tubo. Introduzca los tubos de ensayo con mantequilla y margarina en el baño de agua y continúe leyendo y registrando las temperaturas a intervalos de 30 segundos. Puede usar las tablas de la página siguiente para registrar sus datos. Tome al menos cuatro lecturas después que la margarina y la mantequilla se han derretido completamente. Grafique los datos para la margarina y la mantequilla en el mismo gráfico, usando dos colores diferentes. Rotule el gráfico Curva de Calentamiento para la Margarina y la Mantequilla. Cuáles son los puntos de fusión de la mantequilla y la margarina que revela el experimento de su grupo? 3. El líder del taller le asignará a su grupo ejecutar ya sea el Experimento A o el Experimento B. Cómo se comparan sus resultados con los de otros grupos que hicieron el mismo experimento? Cómo se comparan los resultados de su grupo con los de los grupos que hicieron el otro experimento? 23

24 IV- G. Mantequilla o Margarina? Experimento B: Cómo se comparan los puntos de congelación de la mantequilla y la margarina? A su grupo se le dará un tubo de ensayo con mantequilla y otro con margarina. Coloque un termómetro en cada tubo de ensayo e introduzca los tubos de ensayo en el baño de agua. MANTEQUILLA: Tiempo Temp. Caliente los tubos de ensayo hasta que los contenidos de ambos se hayan derretido completamente. Saque los tubos de ensayo del agua y registre inmediatamente la temperatura en cada uno (asegurándose de no dejar que el termómetro toque el fondo del tubo de ensayo). Mientras el tubo de ensayo se enfría, lea y registre las temperaturas de ambos tubos a intervalos de 30 segundos. Puede usar las tablas de la siguiente columna para registrar sus datos. Tome al menos cuatro lecturas después que la margarina y la mantequilla se han solidificado completamente. MARGARINA: Tiempo Temp. Grafique los datos para la margarina y la mantequilla en el mismo gráfico, usando dos colores diferentes. Rotule el gráfico Curva de Enfriamiento para la Mantequilla y la Margarina. Cuáles son los puntos de congelación de la mantequilla y la margarina que revela el experimento de su grupo? Cómo determinó estos resultados? 4. Cómo usaría este método para averiguar si se está sirviendo mantequilla verdadera en el restaurante? Cómo se comparan sus resultados con los de otros grupos que hicieron el mismo experimento? Cómo se comparan los resultados de su grupo con los de los grupos que hicieron el otro experimento? 5 Qué ideas importantes acerca de la fusión y congelación se hicieron evidentes a través de esta actividad? 6. La fusión es un proceso endotérmico o exotérmico? Y la congelación? 24

25 IV- H. Cambiando el Punto de Congelación del Agua 1. Llene el tarro con hielo molido y unas pocas cucharadas de agua. Revuelva. Qué nota en la parte externa del tarro? Cuál es la temperatura del agua con hielo dentro del tarro? 4. Puede explicar por qué y cómo se usa la sal para hacer helado? OPCIONAL: Haga un poco de helado y pruebe sus ideas! 2. Seque la parte de afuera del tarro con una toalla. Añada varias cucharadas de sal a la mezcla de agua con hielo dentro del tarro. Revuelva y continúe revolviendo. Qué nota en la parte externa del tarro? Qué está sucediendo con el hielo dentro del tarro? Se está congelando o derritiendo? Tome la temperatura de la mezcla de hielo, agua y sal dentro del tarro. Cómo se compara con la temperatura cuando el tarro no tenía sal? 5. Si el tiempo lo permite, trate de añadir otras cosas al hielo molido en el tarro (azúcar, alcohol, anticongelante) para ver si tienen el mismo efecto que la sal. 3. Basándose en sus observaciones, qué puede inferir acerca de cómo la sal afecta el punto de congelamiento del agua? 6. Cuál es la idea importante que ilustra esta actividad? 25

26 IV- I. Coherencia IV- J. Aplicación: Atrapando Vapor (OPCIONAL) 1. Qué le pasaría a un vaso de precipitado 3. Saque su lista grupal de Preguntas acerca de con agua en la luna? Qué evidencia tiene la Transferencia de Calor a la Materia. En este para apoyar su respuesta? momento qué preguntas puede responder? Hay preguntas nuevas que quisiera añadir a la lista? 2. Saque su lista grupal de Ideas acerca de la Transferencia de Calor a la Materia. Añada cualquier idea nueva que haya sido desarrollada durante esta PREGUNTA. También puede hacer modificaciones a las ideas que había colocado previamente. 26

27 1. En frente de la sala, el líder del taller ha preparado un destilador simple para producir vapor. El desafío de su grupo es encontrar una forma de recolectar en un tubo de ensayo estándar el máximo de este vapor posible. 2. Hay un antiguo dicho de que una quemadura de vapor es mucho peor que una de agua hirviendo. Es sólo un cuento viejo o hay mérito científico en esta idea? Discuta sus pensamientos en su grupo y traten de llegar a un consenso. Prepárese a compartir las ideas de su grupo y apoyarlas con evidencia. 27

28 V REFLEXION 28

29 V Reflexión Qué Hemos Aprendido? Más abajo está una copia de la demostración hipotética que usted respondió en la primera actividad. Trabaje con su grupo para volver a este ejercicio y reflexionar acerca de cómo y por qué, algunas de sus respuestas pueden haber cambiado como resultado de este taller 1. Considere la siguiente demostración imaginaria: 2. Son realmente posibles estos resultados? Si es así, cuál podría ser la causa de las diferencias en la manera en que cambió la temperatura? Provoque una lluvia de ideas en su grupo con todas las posibilidades que puedan pensar y regístrelas abajo. Prepárese a compartir sus ideas con el grupo completo. El líder del taller le muestra tres jarros idénticos rotulados A, B, y C. Las partes externas de los jarros, incluyendo las tapas, han sido pintadas de negro, por lo que no se puede ver lo que hay dentro de ellos. El líder del taller coloca los tres jarros bajo la luz directa del sol. Se usa un termómetro insertado a través de una abertura en la tapa para registrar la temperatura de los contenidos a intervalos de 2 minutos. Se usa otro termómetro para monitorear la temperatura ambiente. Más abajo están los datos recolectados: 3. Si el líder del taller hubiera continuado tomando lecturas de la temperatura, hubiera seguido aumentando la temperatura en cada jarro? Si es así, cree que la temperatura habría detenido su aumento en un cierto punto? Cuándo y por qué? 0 min 2 min 4 min 6 min 8 min 10 min A 21º 22º 23º 24º 25º 26º B 21º 26º 25º 29º 32º 34º 4. Cómo cree que se verían afectados los resultados del experimento si A) la temperatura inicial dentro de cada jarro fuera 18ºC? B) cada jarro contuviera sólo la mitad del mismo tipo de materia? C) los jarros estuvieran pintados de blanco en vez que negro? D) se hubieran usado recipientes de metal negro en vez de jarros de vidrio? C 21º 23º 23º 23º 23º 24.7º Durante el experimento, la temperatura ambiente se mantuvo constante a 37ºC 29

30 APENDICE Ideas Informales de los Niños respecto a las Ciencias 30

31 Los niños tienen ideas informales respecto a las ciencias, que están basadas en las experiencias que han tenido con los fenómenos científicos. Las ideas de los niños pueden ser perfectamente lógicas para ellos, dadas sus experiencias y niveles de desarrollo intelectual. Las ideas de los niños deben ser respetadas. (No son incorrectas sino más bien diferentes ; no son errores, sino más bien preconcepciones.) La labor de un profesor es averiguar cuáles son las ideas de los niños y luego guiarlos hacia una mayor comprensión a través de actividades de aplicación, investigaciones e interacciones con pares y adultos. Los niños sólo pueden lidiar con las ideas que están dentro de los límites de su desarrollo intelectual. Los niños pequeños sólo pueden formar ideas a través de la interacción con cosas concretas que puedan ver, observar y manipular. No pueden pensar en términos abstractos hasta un nivel mucho mayor. A pesar que el curso de básica al cual se enseña dicta el nivel en que se encuentra, hay muchas diferencias individuales entre los niños, en términos de su desarrollo y nivel de ideas científicas. Los profesores deben tomar en cuenta estas diferencias individuales cuando planifican sus clases. 31

32 Planificación Pedagógica Nota: este documento es un informe de lo que pretende realizar con sus estudiantes al seguir este taller. El líder de este taller de OPPS necesitará quedarse con una copia de esto para sus registros como parte de la evaluación para el proyecto. Puede que más adelante se le pida informar los resultados de su plan pedagógico al evaluador del OPPS. Por favor guarde su copia de este documento para su uso posterior. INFORMACION PERSONAL Nombre: Escuela: Teléfono: CONTEXTO DEL PROGRAMA Curso o Nivel con el cual pretende trabajar: Nº de estudiantes en la clase: Cómo describiría a su curso? TEMAS CIENTIFICOS Temas científicos que pretende investigar con sus estudiantes: 32

33 Planificación Pedagógica (Continuación) Cuando haya terminado su planificación, por favor entregue detalles bajo cada uno de estos temas que comprenden el ciclo de aprendizaje. Use el reverso de esta hoja para más detalles y explicaciones. ELICIT EXPLORACION PREGUNTA EXPLORACION COHERENCIA APLICACION VALORACION 33