GUÍA DIDÁCTICA CÓMO APLICAR JUGUETES SOLARES EN AULA? Elaborado por: Ambar Rodríguez D.

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1 GUÍA DIDÁCTICA CÓMO APLICAR JUGUETES SOLARES EN AULA? 1 Elaborado por: Ambar Rodríguez D.

2 INDICE 3 Mi Carrito todoterreno 4 El Camaleón escurridizo 5 PhocoHelicoptero 6 Sapo saltarín 7 Auto de carreras hibrido 8 Pepito Ciempies 9 Rosa la Mariposa 10 Mi amigo Cucarachín 11 Pico-Helicóptero 12 Don Lagarto 13 Molinosol 14 Pico Grillo el travieso INTRODUCCIÓN El presente material es una herramienta útil para introducir en aula el estudio de la energía solar fotovoltaíca y sus aplicaciones. Las actividades buscan favorecer la experimentación y la exploración, en la que los estudiantes podrán practicar ciencia en acción y los profesores enseñar contenidos complejos de diferentes áreas a la vez. Se desea además lograr que los estudiantes desarrollen actitudes críticas y responsables frente a problemas sociales, medioambientales y ecológicos que involucran el uso de energías renovables para adquirir la capacidad de trabajar en equipo de forma cooperativa adquiriendo aprendizajes significativos. En las siguientes secciones encontrarán la descripción, funcionamiento, secuencia didáctica y temas integradores para una docena de juguetes solares. 2

3 MI CARRITO SOLAR TODOTERRENO Promovemos el uso de juguetes solares para una mejor comprensión del funcionamiento de las células fotovoltaicas como transformadoras de energía. De esta forma lograrmos incorporar en edades tempranas el valor de la energía solar. El mini- autito expuesto al sol se mueve con sorprendente velocidad por efecto del panel solar y del motor acoplado a este. Las células fotovoltaicas dependen del efecto fotovoltaico para transformar la energía del sol y hacer que una corriente pase entre dos placas, con cargas eléctricas opuestas. Así los paneles foto voltaicos convierten la luz en electricidad. Se propone la construcción de un autito solar (el autito solar de juguete nos servirá de modelo) para lo cual se debe conseguir los materiales apropiados (células fotovoltaicas livianas y potentes) Los motores solares deben tener un voltaje de 0.45 a 4 V con rpm. Apropiados para las células fotovoltaicas y produzcan un potencial encima de 2V. Una vez construidos los modelos se podrá realizar una carrera de autos con los modelos que ellos mismos construyeron. Los estudiantes podrán jugar y tener un mejor acercamiento a los juguetes solares. Matemáticas La pila A contiene una carga completa de energía química. La pila B tiene 3/8 de una carga completa y la pila C tiene 2/5 de la energía que tiene la pila A. Cuál de las pilas contiene la menor energía? Redacción narrativa A nuestro alrededor se hallan muchas formas de energía. Escribe en 2 o 3 párrafos con una descripción algunas de las maneras en que usas la energía. Arte Presenta ante tu clase un dibujo de cómo las células fotovoltaicas convierten la energía solar a energía eléctrica y como la utiliza tu familia en tu casa. 3

4 EL CAMALEÓN ESCURRIDIZO Promovemos el uso de juguetes solares para una mejor comprensión de lo que son las células fotovoltaicas y sus usos, así el estudiante podrá tener una posición clara y tomar mejores decisiones en el uso de la energía cuando sea adulto. El camaleón expuesto al sol (radiación solar) por efecto del panel solar que se encuentra en su dorso y del motor acoplado a este, producirá un movimiento de las patas del animal y de esta forma éste se desplazará. La energía del sol viaja en forma de radiación. Existen varios tipos de radiación como la luz, calor, rayos X y los rayos ultravioleta. Se propone experimentar de cómo las células solares del camaleón son afectadas por la luz. 1. Usar láminas transparentes de diferentes colores y no transparentes y colocarlas encima de las células solares y observar su desempeño. 2. Experimentar colocando el juguete en diferentes ángulos hacia el sol para mejorar el desempeño del motor. 3. Para demostrar que las células solares no trabajan como un calentador solar o sea que las células solares no producen energía cinética porque son calentadas al sol. Se propone exponer, al lagarto, al calor producido por una vela o colocarlo en un envase no transparente con tapa y dejarlo al sol por un tiempo. Observar si aumento la temperatura y llevarlo a la sombra y ver si se produce movimiento en el camaleón. 4. Escribir las conclusiones Tecnología Construye un invernadero solar y mide cuanto aumenta la temperatura en su interior. Redacción informativa Escribe una redacción sobre las cocinas y los calentadores solares. Los paneles solares instalados en los techos producen electricidad para las casas. Por qué no todas las casas tienen paneles solares? 4

5 PHOCO HELICOPTERO Construimos un helicóptero solar a partir de piezas de ensamblaje y logramos que los estudiantes descubran la mecánica de la energía solar. Además que se alcance un mayor entendimiento de los dos tipos de transformaciones que se dan en este juguete, de energía solar a energía eléctrica (en la célula fotovoltaica) y de energía eléctrica a energía mecánica (movimiento del motor interno). Una vez armado el helicóptero lo exponemos al sol (radiación solar) gracias al panel solar de la parte frontal y del motor acoplado a este logramos que las tres aspas se muevan. El concepto de energía es la fuerza y movimiento que produce un trabajo. En los tipos de energía podemos ver que la cinética utiliza la fuerza y el movimiento para generar el trabajo de caminar en el caso del ser humano. En la energía eléctrica el movimiento de electrones hace que algunos objetos puedan funcionar, celulares, televisores, etc. En la energía mecánica el movimiento y la fuerza son constantes para que pueda funcionar un motor, una elice, etc. Se sugiere seguir las instrucciones para ensamblar paso a paso el helicóptero, teniendo precaución de no romperlas piezas durante su construcción. Una vez armado se podrá probar si las aspas se mueven tapando una parte de panel y ver si funciona en un cuarto donde llega la luz indirecta. Y si funciona explicar por que siguen moviéndose las aspas. Se propone que los estudiantes experimenten con células fotovoltaicas hechas de silicón para ello se podrá utilizar un cartón circular conectado a un motor que lo haga rotar gracias a la energía eléctrica que viene de la célula solar. En el cartón se dibujara un punto y se contara número de veces que aparezca en un minuto hacerlo a intervalos de tiempo para registrar los datos y ver si hay variaciones. Los datos pueden representarse en una grafica. Sistematizar las conclusiones. 5 Estudios sociales Compara la cantidad de bicicletas y automóviles que hay en otros países con la cantidad de estos vehículos en Bolivia. Escribe un informe. Redacción Investigar por qué vuela un helicóptero y escribir 2 o 3 párrafos. Como afecta al planeta que se utilice los combustibles fósiles para producir electricidad.

6 SAPO SALTARÍN Desarrollamos con el sapito solar un conocimiento sobre los daños potenciales del sol a la piel para que los estudiantes incorporen en su vida diaria comportamientos seguros para protegerse El sapo saltarín es un juguete de plástico que usa sus piernas ocultas y sus patas de goma para saltar, funciona con energía solar posee un panel solar que se encuentra en el dorso y el motor acoplado a este. El sol emite luz y calor pero también radiación UV que no puede verse o sentirse. La radiación UV es independiente de la temperatura y puede ser alta aun días nublados. Una prolongada exposición a radiación UV causa daños a la salud:quemaduras, cáncer de piel, envejecimiento de la piel, infamación en los ojos y debilita el sistema inmune. Se propone que este divertido anfibio nos enseñe sobre el poder solar y la importancia de usar protector solar como también desarrollar habilidades motoras al unir las piezas. Se podrá untar con protector solar el panel solar del sapito y observar que ocurre. Preguntar Que papel cumplió el protector? Sacar conclusiones Discutan sobre hecho que paso con la piel cuando sufrieron quemaduras del sol y como prevenir quemaduras. Reforzar en los estudiantes la idea de usar gorras, camisas, pantalón, lentes y bloqueador para proteger la piel. Salud Investiga como funcionan las pantallas solares y que significa los valores de FSP, o factores de protección solar. Realiza un breve informe. Redacción Investiga que efectos tiene el sol sobre la piel humana. Luego, haz un folleto que explique cómo las personas pueden mantener la piel sana y porqué deberían usar filtro solar. Redacción informativa Investigar como se limpian los paneles solares y como influye la suciedad en su funcionamiento. 6

7 AUTO DE CARRERAS HIBRIDO Promovemos el uso de juguetes solares, en el proceso de enseñanza y aprendizaje, para describir el movimiento de los cuerpos (velocidad, distancia recorrida, tiempo empleado). El auto de carrera solar se desplaza con rapidez y permite ensamblarlo con facilidad. El panel solar y el motor acoplado a este, producirá el desplazamiento. La velocidad es la distancia que recorre un objeto en una cierta cantidad de tiempo. La velocidad nos indica la lentitud o rapidez con que se mueve algo. Se propone que los estudiantes midan las distancias recorridas por el auto solar y el tiempo, para luego calcula la velocidad. Se puede calcular la velocidad del auto: - En un tiempo soleado. - En tiempo nublado - Potencializado con foco de 100 w. - Potencializado con foco fluorescente Se sugiere la observación, registro y comparación de distintos desplazamientos y graficar los resultados. Matemáticas La velocidad de un objeto puede expresarse como: Velocidad =distancia/tiempo. Cuál es la velocidad de un objeto que se desplaza 12 metros en 4 segundos? Redacción Escribe un cuento que incluya los records mundiales de velocidad. Puedes elegir animales, corredores o vehículos. Un automóvil híbrido funciona con electricidad a bajas velocidades y con gasolina a altas velocidades. Por qué crees que los autos híbridos son convenientes para ahorrar combustible? 7

8 PEPITO CIEMPIES Utilizamos el ciempiés solar para comprender de forma experimental la fuerza de contacto que se opone al movimiento así los estudiantes podrán responder mejor a cuestionamientos sobre fuerza y sus efectos. El ciempiés solar posee muchas patas y expuesto al sol (radiación solar) por efecto del panel solar que se encuentra en su dorso y del motor acoplado a este, producirá una vibración en todo su cuerpo. Fuerza es la acción que ejerce un cuerpo sobre otro. La fricción o fuerza derozamiento es una fuerza que trabaja contra el movimiento. La fricción puede hacer que las cosas disminuyan de velocidad o que se detengan o impedir que se muevan. Se propone colocar al ciempiés en diferentes superficies y observar que sucede con el movimiento. 1. Sobre un Cartón 2. Sobre un papel de lija 3. Sobre un papel 4. Sobre una alfombra 5. Sobre el suelo de tierra El profesor podrá dirigir la experiencia con preguntas como: En qué superficies el ciempiés se mueve sin dificultad y más rápido? A qué crees que se deba que en algunas superficies el ciempiés se mueva con menos dificultad que en otras? Después de la experiencia se pedirá que los estudiantes elaboren sus conclusiones. Estudios sociales Investiga como en otros países se incentiva el crecimiento de las energías renovables y compára con nuestra situación. Si dejas una linterna a energía solar al sol durante 8 horas, podrá permanecer encendida durante tres horas. Formula una hipótesis acerca de que ocurrirá si colocas la linterna bajo la luz de un Foco durante 8 horas. Matemáticas Una niña empuja un cartón por el piso con una fuerza de 100N. La fuerza de fricción que actúa sobre el cajón es de 1N. Cuál es l fuerza neta que se aplica sobre el cajón? A nuestro alrededor se hallan muchas formas de energía. Escribe en 2 o 3 párrafos con una descripción algunas de las maneras en que usas la energía. Arte Presenta ante tu clase un dibujo de cómo las células fotovoltaicas convierten la energía solar a energía eléctrica y como la utiliza tu familia en tu casa. 8

9 ROSA LA MARIPOSA Promovemos el uso de juguetes solares para familiarizarnos con las ventajas de utilizar la energía solar como fuente de energía limpia, abundante y renovable así los estudiantes tendrán una participación más activa en la protección del medio ambiente. La mariposa solar expuesta al sol (radiación solar) por efecto del panel solar que se encuentra en su dorso y del motor acoplado a este, producirá un movimiento. El uso de energía solar en los hogares para la obtención de energía eléctrica mediante sistemas fotovoltaicos es una excelente idea para proteger el planeta de gases tóxicos y ahorrar dinero. Además se puede suministrar electricidad en lugares a los que es difícil llegar con los cables comunes de electricidad. Con la ayuda del juguete solar se podrá trabajar con la idea de la incorporación de energías alternativas en el diario vivir. Se generara una lluvia de ideas comparando las condiciones del entorno que elige la mariposa para vivir y las condiciones se debe tomar en cuenta de nuestro entorno para la utilización de paneles solares en las casas. Se podrá guiar a los estudiantes con preguntas que les ayuden a observar su entorno y luego escribir las conclusiones. - Donde vives estás rodeado de arboles o montañas que hacen sombra? - Qué tipo de clima hay durante el año, favorece a la instalación de paneles? - Cuánto llueve o cuan soleado es el lugar? - Cuál crees que es el lugar mas apropiado para instalar? - Dónde viven las mariposas, de qué se alimentan, cómo influye el sol para que las mariposas tengan comida, a que hora comen? Luego iniciar un debate sobre los factores culturales que alientan o se resisten a difundir la aplicación de la energía solar en Bolivia. 9 Redacción Escribe un resumen sobre el efecto invernadero y la influencia en el calentamiento global y cambio climático. Matemáticas Un foco de 100 watts cuesta 4 bs. Dura alrededor de 1000 horas. Un foco fluorescente de 15 watts provee la misma cantidad de luz. Cuesta 21 bs. y dura horas. Qué foco es más conveniente comprar? Por que? Arte y razonamiento critico Dibuja un mapa global de energía solar identificando que partes pueden usarse más o menos.

10 MI AMIGO CUCARACHIN Promovemos el uso de la cucaracha solar para comprender de forma experimental como afecta la materia recorrido de la luz. La cucaracha al ser expuesta al sol (radiación solar) por efecto del panel solar que se encuentra en su dorso y del motor acoplado a este, producirá una vibración del animal y de esta forma se desplazara aleatoriamente. Cuando la luz choca contra un objeto, el objeto afecta el recorrido de la luz. La reflexión es el rebote de la luz contra una superficie. Se propone observar el efecto de la reflexión de la luz solar 1. Se podrá usar cartones forrados de láminas de aluminio y pegarlos como reflectores alrededor de las células solares y observar si la reflexión de la luz en la superficie de las células solares incrementa el desempeño. 2.Sistematizar las conclusiones de los estudiantes. Matemáticas La luz viaja a unos 300 millones m/seg a través del espacio vacio o del aire. El sonido viaja a unos 340 m/seg a través del aire Aproximadamente cuantas veces más rápido viaja la luz que el sonido? Redacción Investiga el origen y como llega la energía del sol y que porcentaje puede ser usado. Cuando vemos un objeto de color Qué vemos en realidad? La luz absorbida o la refractada o la no absorbida y la no refractada. 10

11 PICO-HELICÓPTERO Despertamos interés y un mayor acercamiento hacia la energía solar en los estudiantes, mediante un concurso de dibujo, en el que muestren su creatividad y conocimiento de los usos de la energía solar. El helicóptero de madera tiene el panel solar en la hélice y esta se mueve automáticamente cuando este juguete es expuesto al sol (radiación solar) por efecto del panel solar y del motor acoplado a este. Las células solares acumulan luz del sol y la convierten en electricidad, éstas tienen un polo positivo (ánodo) y uno negativo (cátodo). Cuando la luz solar da en el ánodo, se liberan electrones. Los electrones se desplazan hacia el cátodo. Los electrones en movimiento producen electricidad. Se propone realizar un concurso de dibujo sobre los usos de la energía solar. Para esta actividad puede incluirse una demostración de juguetes solares, con el propósito de ayudar y familiarizarlos con las aplicaciones de las células fotovoltaicas. Para mejorar la comprensión conceptual de los usos de la energía solar se propone la socialización de los dibujos ganadores. El profesor podrá intervenir. Matemáticas Cerca del 20 por ciento de la energía solar que llega al aire rebota y vuelve al espacio. Otro 25 por ciento es absorbido o reflejado por las nubes. Qué porcentaje de la energía solar llega a la superficie de la tierra? Redacción Escribe una carta a funcionarios del gobierno para persuadirlos de buscar formas de conservación de los recursos energéticos. Razonamiento critico. Escribe en 2 o 3 párrafos sobre los problemas y limitaciones de la energía solar. 11

12 DON LAGARTO Promovemos el uso de juguetes solares en el proceso de enseñanza y aprendizaje, para que los estudiantes descubran de forma experimental la transformación de la energía solar a energía cinética. El lagarto expuesto al sol (radiación solar) por efecto del panel solar que se encuentra en su dorso y del motor acoplado a este, producirá un movimiento de las patas del animal y de esta forma este se desplazara. Los científicos definen energía como la capacidad de causar un cambio en la materia. Se propone iniciar las actividades haciendo preguntas sobre el juguetecomo: 1. Tiene energía el lagarto de juguete? 2. De donde proviene la energía para que el lagarto se mueva? 3. Qué tipo de movimiento mueve las patas y cuerpo del lagarto? Introducir a los estudiantes en la exploración del juguete para lo cual se sugiere la observación por un tiempo determinado. El lagarto debe ser expuesto al sol y la sombra también podrá usarse otras fuentes de energíacomo linternas. Observar si tiene movimiento rápido o lento, se puede también comparar con otros juguetes que tengan paneles solares más grandes y responder cuál tiene mayor movimiento y Por qué? Sistematizar las conclusiones de los estudiantes. Matemáticas (Calcular la superficie) El conjunto de células solares del lagarto cubre un rectángulo que mide 40mm en dos de sus lados y 20 mm en los otros dos lados. Cuál es la superficie cubierta por las células? Redacción Escribe en 2 o tres párrafos una descripción de que manera usa el lagarto la energía solar. Si tuviéramos una célula solar de bajo costo para producir electricidad a partir de luz solar. Qué desventaja tendría aún esta célula solar? 12

13 MOLINOSOL Promovemos el uso de juguetes solares en el proceso de enseñanza y aprendizaje, para que los estudiantes se inicien y trabajen con conceptos de energía eólica. El molino solar expuesto al sol (radiación solar) por efecto del panel solar convierte la energía solar en energía eléctrica que fluye a través del panel en la base de la turbina de plástico hacia arriba a un motor eléctrico que lo convierte en energía de movimiento y así las aspas se mueven. La energía eólica es producida por la fuerza del viento. Este recurso energético renovable propulsa las turbinas de los molinos que producen electricidad. Proponemos que después de observar el juguete se construya un molinete a base de materiales caseros y se pruebe modificar el modelo de las aspas y ver cual ofrece la menor resistencia al aire y permite un mejor funcionamiento. En diseño de la aspas se podrá tomar en cuenta las siguientes variables: 1. Forma de las aspas (triangulares, trapezoidales, rectangular) 2. El ángulo 3. El numero de aspas (2, 4 o 6) 4. Tamaño (cortas o largas) Estudios sociales Escribe un resumen sobre el efecto invernadero y la influencia en el calentamiento global y cambio climático. En qué área geográfica de Bolivia se podría implementar molinos de viento explica las condiciones climáticas que presenta. 5. El peso y tipo de material Registrar los resultados e indicar cual fue el modelo con mejor aerodinámica. 13

14 Promovemos el uso del grillo solar en el proceso de enseñanza y aprendizaje sobre el sonido y poder realizar un estudio cualitativo del mismo en cuanto a producción, transmisión y absorción del sonido. El grillo solar es potencializado al ser expuesto al sol (radiación solar) por efecto del panel solar que se encuentra en el dorso y del motor acoplado a este, producirá un movimiento de vibración en el animal y de esta forma este se desplazara El sonido es producido por la vibración de un cuerpo y se transmite por ondas que se propagan en diferentes medios. Producción del sonido Se propone que los estudiantes toquen al grillo, sientan la vibración y que comparen con el efecto que ocurre cuando se emite diferentes sonidos frente a una hoja de papel. Transmisión Se sugiere que se compare como se escucha el sonido que produce el grillo que en el aire. Y como después de colocar al grillo sobre una mesa, y apoyar la oreja sobre esta a cierta distancia. Pregunte, cual se escucha con más claridad y más fuerte. Amarre dos hijos al grillo y escuche el sonido a través de los hilos, indique que sucede. Absorción PICO GRILLO EL TRAVIESO Coloque al grillo dentro de una caja (dejado la parte superior abierta y cubra la caja con diferentes materiales: plasto formo, madera, almohadón, esponja una tela y maple. Luego de estas experiencias escriban las conclusiones. 14 Estudios Sociales Cuando un vehículo viaja a una velocidad mayor que el sonido, se dice que rompe la barrera del sonido. Investiga que tipos de vehículos han roto la barrera del sonido. Haz una línea cronológica para presentar los resultados. Redacción narrativa Escribe un cuento acerca de cómo caza insectos un murciélago. Escribe tu cuento desde el punto de vista del murciélago. Los elefantes pueden detectar fuentes de agua subterránea usando las patas. Usa lo que sabes sobre las ondas sonoras para explicar cómo es esto posible. Tecnología Construye instrumentos musicales caseros a partir materiales como botellas (se puede llenar con diferentes niveles de agua), peines, etc. y escucha que sonidos se producen.

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