gira y gira sin parar!

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María Nieves Pérez Jiménez
hace 6 años
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1 Educación primaria Convección gira y gira sin parar! La convección es un proceso muy común por el que el aire o el agua caliente se elevan hacia zonas de menor temperatura y desplazan de su lugar el aire o el agua fríos. Puedes encontrar este efecto en muchas situaciones de la vida diaria. Afecta al tiempo atmosférico, las corrientes de los océanos e incluso se da en el interior de la Tierra. En esta lección aprenderás en qué consiste la convección mediante un experimento realizado en tierra que compararás con el mismo experimento realizado en el espacio. Es un experimento que realizó el astronauta André Kuipers de la ESA cuando voló a la Estación Espacial Internacional (ISS) durante su misión PromISSe (haz clic aquí). Las preguntas que debes responder están indicadas con un globo terráqueo (ü) y las actividades con una lupa ( ). Convección, cómo? Imagina que estás en una clase fría que tiene un radiador en un extremo. Cómo es posible que un solo radiador pueda calentar toda la clase? La respuesta está en la convección. En la figura de abajo (figura 1) puedes ver cómo el radiador calienta el aire que hay a su alrededor. Ese aire caliente asciende porque es menos denso que el aire frío que lo rodea. Según se va elevando el aire caliente, el aire frío baja para ocupar su lugar y también se va calentando gracias al radiador. El proceso se repite continuamente y hace que el aire se mueva en círculos. Ese movimiento circular se denomina convección y distribuye el aire que contiene la clase. radiación aire caliente aire frío Figura 1. Convección en la clase. Para observar el efecto de convección en tu clase, dirígete hacia un radiador y, con un adhesivo, pega la parte de arriba de una hoja de papel en la pared situada sobre el radiador. Al ascender hacia el techo, el aire caliente hará que el papel se levante de la pared. ü Usamos la convección en nuestra vida diaria. Puedes indicar otros ejemplos de cómo y dónde la utilizamos en casa? Piensa en cómo cocinas los alimentos o en cómo se calienta la sala de estar

2 Prácticas de convección Como has visto, la convección es una forma de transportar el calor. Vas a utilizar un anillo de convección para estudiar este fenómeno con más detalle. Se trata de un tubo cuadrado y transparente que contiene agua. Unas partículas pequeñas te ayudarán a observar el movimiento del líquido en el interior del tubo. Tu tarea será crear la diferencia de temperatura necesaria para que el agua circule. Esa transferencia de agua caliente en el interior del tubo se llama convección. Utiliza un termómetro para medir las temperaturas y anotarlas en la tabla siguiente. Fuente de calor El aire situado en el centro de la clase Tu propia mano El grifo de agua caliente Temperatura ( C) Vamos a realizar el experimento de convección Cuidado: NO coloques el tubo en contacto directo con ninguna llama! 1. Coloca el tubo sobre una superficie sólida, por ejemplo, una mesa. 2. Sujeta el tubo con la mano, tal y como se muestra en la figura Calienta el tubo durante 1 o 2 minutos. 4. Cuando las partículas (marcadores) se muevan, querrá decir que el agua está circulando. 5. Si tienes la mano demasiado fría, deja correr el agua caliente del grifo sobre uno de los lados verticales del tubo. Figura 2. Anillo de convección. Asegúrate de que las burbujas de aire se concentran en el colector de aire situado en la parte superior del tubo. ü Qué está ocurriendo en el interior del anillo de convección? Está circulando el agua? Si es así, en qué dirección? ü Podemos suponer que, al empezar el experimento, el tubo tiene la misma temperatura que la clase. Calcula la diferencia de temperatura restando la temperatura de la clase a la temperatura de tu mano.

3 ü Crees que el agua circulará más rápido o más despacio si aumentas la diferencia de temperatura aplicando, por ejemplo, agua caliente? El agua está formada por una partículas minúsculas llamadas moléculas. El calor de la mano hace que estas moléculas vibren más rápido que cuando el agua está fría. Como consecuencia, se separan unas de otras y ocupan más espacio. Al ocupar más espacio, están menos cohesionadas (unidas) y el agua se vuelve menos densa y, por tanto, más ligera. Por el efecto de la gravedad, el agua caliente (más ligera) sube por encima del agua fría (más pesada). Por tanto, el agua caliente se mueve hacia la parte superior del tubo y se inicia el proceso de convección. Convección, dónde? En el experimento se ve con claridad el efecto por el que el agua caliente se eleva por el tubo y el agua fría ocupa su lugar. Esto hace que el agua caliente se mueva en círculos por el interior del anillo. Para que esto ocurra, el agua tiene que poder desplazarse hacia abajo cuando se enfría o hacia arriba cuando se calienta. Y puede hacerlo porque, como sabemos, en la Tierra, todo lo que sube acaba por bajar. Por qué? Hay una fuerza que atrae todo hacia el suelo: se llama gravedad. En la Tierra es difícil evitar la gravedad durante mucho tiempo, por eso, los científicos realizan experimentos a bordo de la Estación Espacial Internacional. El astronauta André Kuipers de la ESA se ha llevado un anillo de convección como el tuyo al espacio para estudiar cómo afecta la falta de gravedad a la convección (figura 3). Figura 3. El astronauta André Kuipers de la ESA y su anillo de convección a bordo de la ISS. NASA/ESA ü Si no hay gravedad, entonces:

4 Ahora observa el vídeo en el que André realiza el experimento de convección a bordo de la Estación Espacial Internacional (haz clic aquí). ü Describe las diferencias entre los resultados de tu experimento y lo que ha ocurrido en el espacio. La convección a megaescala Los movimientos de convección que se producen en la Tierra forman anillos mucho más grandes que el que has usado en el experimento. Para que te hagas una idea de los lugares donde tienen lugar fenómenos de convección en la Tierra, solo tienes que mirar por la ventana de la clase. Qué ves? Piensa en los fenómenos atmosféricos (la lluvia, el viento), las formas de las nubes o las estelas de los aviones). Todo lo que ves en el aire está relacionado de alguna forma con el efecto de convección que has visto en tu experimento. Desde el mirador panorámico de la ISS, la cúpula, André puede darnos una vista única del planeta y esos gigantescos anillos de convección. Echa un vistazo al vídeo en el que André habla sobre los procesos de convección a gran escala de la Tierra (haz clic aquí). Figura 4 El astronauta André Kuipers de la ESA en el interior de la cúpula de la ISS. NASA ESA

5 El calor del sol sobre el paisaje Si comparas tu experimento con los gigantescos anillos de convección que se producen en la Tierra, el calor de tu mano representa el calor del sol. El sol calienta la superficie y, a su vez, la superficie calienta el aire que la rodea. En la Tierra, los colores del paisaje (el gris de las rocas, el verde de las plantas o la blancura de la nieve) afectan a la velocidad a la que se calienta el aire. 1. Usa una lámpara a modo de sol artificial para calentar el anillo de convección por uno de sus lados. Pon la lámpara a unos 5 cm del tubo para no fundir el plástico! Qué ves? En la tabla que aparece debajo, marca la casilla para indicar la velocidad de las partículas que se mueven. 2. Envuelve un lado del tubo con papel blanco (pasos 1-3 de la imagen siguiente). de 1 de 2 de 3 3. Sujeta el tubo con firmeza y haz lo mismo que en el paso Comprueba la velocidad de las partículas que fluyen desde un extremo de la parte horizontal superior del tubo al otro. 5. Compara la velocidad de estas partículas con la de las partículas del paso Marca la casilla de la tabla de abajo para indicar la velocidad de las partículas. 7. Deja que el anillo se enfríe durante 1 o 2 minutos antes de continuar. 8. Retira el papel blanco, cámbialo por papel negro y repite el experimento (pasos 2-7). 9. Puedes experimentar también con papel de otros colores o utilizar papel de aluminio. Tabla para apuntar tus observaciones: Color Sin papel (calor directo de la lámpara) Papel blanco Papel negro Tu color preferido: Papel de aluminio Velocidad de las partículas

6 ü Qué color del paisaje provocaría un efecto de convección más rápido en la Tierra? ü Si el sol calentase mucho, de qué color te pondrías la camiseta para no pasar calor?

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