CALOR A MEDIDA Autoras: Verónica Seara y Pablo Salomón

Transcripción

1 CALOR A MEDIDA Autoras: Verónica Seara y Pablo Salomón En este capítulo del programa CZR 2, Pablo y Ernesto se ocupan de un instrumento muy útil: el termómetro. También cuentan algunas cosas muy interesantes acerca de las escalas que usamos para medir la temperatura. Se podrá medir la temperatura sin usar termómetros? Cómo se fabrica un termómetro casero? Podemos inventar una nueva escala de temperatura? Serie CZR 2, Capítulo Frío, tibio, caliente.

2 CALOR A MEDIDA Presentación Esta secuencia de actividades facilita que los chicos y chicas comprendan el fenómeno de dilatación de los materiales por efecto del calor, que conozcan su aplicación práctica, por ejemplo, en el funcionamiento de los termómetros y, finalmente, construyan un termómetro casero. Objetivos y NAP Las experiencias permitirán crear las condiciones necesarias para que los chicos y las chicas logren: observar los fenómenos de dilatación y contracción de los materiales a causa del intercambio de calor; comprender que los termómetros basan su funcionamiento en la propiedad de ciertos materiales de dilatarse a causa de la temperatura; reconocer los fundamentos empleados en la confección de las escalas termométricas. Esos objetivos se relacionan con un núcleo de aprendizaje prioritario de Ciencias naturales para el 6º año/grado: La comprensión de [ ] que la temperatura es una propiedad de los cuerpos que se puede medir. MANOS A LA OBRA Actividad 1. Cómo funcionan los termómetros? Para eso necesitan: Seguramente, todos los chicos se han tomado la fiebre alguna vez y conocen un termómetro clínico. Un modo de introducir este tema es invitarlos a observar el funcionamiento de un termómetro. Tres recipientes tipo bol del mismo material (plástico, vidrio, metal, etc.). Cada uno de ellos estará rotulado y tendrá agua a diferente temperatura: Recipiente 1: agua caliente (que no queme) Recipiente 2: agua de la heladera con cubos de hielo Recipiente 3: agua de la canilla a temperatura natural Un termómetro de laboratorio (puede reemplazarse por uno de cocina) Cómo se hace Primero, un voluntario debe medir con el termómetro la temperatura del agua en los recipientes. A medida que toma los valores, otro compañero observará y describirá lo que sucede con la columna del termómetro. En el pizarrón, otro voluntario completará una tabla como la siguiente a partir de las observaciones: TEMPERATURA ALTURA DE LA COLUMNA Recipiente 1 Ejemplo: 60 C Alta Recipiente 2 Recipiente 3 Ejemplo: 0 C Ejemplo: 26 C Baja Media 2.

3 A continuación, es conveniente que expliquen el funcionamiento de los termómetros, haciendo hincapié en las observaciones que realizaron. Existen muchos tipos de termómetros. Los más comunes, como los termómetros clínicos, los de cocina o los de laboratorio, funcionan del mismo modo. Básicamente, se trata de tubitos de vidrio con un líquido en su interior. Prestando atención mientras se mide la temperatura, se observa que, cuando la parte inferior de un termómetro (llamada bulbo) se pone en contacto con objetos calientes, la columna formada por el líquido comienza a crecer. En un nuevo ensayo es posible comprobar que, si se lo coloca junto a un cuerpo o un material frío, la columna desciende. Por qué sucede esto? Será algo que solo ocurre con los termómetros o también en otros materiales? A partir de estas preguntas, los chicos y las chicas analizarán la respuesta de líquidos, gases y sólidos ante el calor, mediante algunos ensayos sencillos. Para eso, organicen la clase en tres grupos, cada uno de los cuales realizará uno de los tres ensayos. (Una alternativa a esta dinámica es armar estaciones de investigación en diferentes sectores del aula para que los grupos roten entre ellas, y de ese modo puedan realizar todos los ensayos). Pueden imprimir las siguientes instrucciones y revisarlas con los equipos para asegurarse de que todos las comprenden. INSTRUCCIONES PARA REALIZAR LOS ENSAYOS Ensayo 1: Los gases y el calor Por medio de este ensayo, van a investigar el comportamiento de los gases frente a los cambios de temperatura. Consigan una botella chica de plástico y coloquen un globo sobre la boca (como muestra la figura). La botella contiene aire en su interior. Qué creen que ocurrirá si el aire se calienta? Y si se enfría? 3.

4 Ensayo 1: Los gases y el calor Sumerjan la botella en el bol con agua y hielo que usaron en la experiencia anterior. Qué sucede con el globo? Qué piensan que está pasando con el aire dentro de la botella? Ahora sumerjan la botella en el bol con agua caliente. Qué pasa ahora con el globo? Qué estará ocurriendo con el aire? A partir de los resultados, completen la siguiente tabla: Material Calor Frío Aire (gases) Ensayo 2: Los líquidos y el calor Experimentarán sobre la respuesta de los líquidos a los cambios de temperatura. Van a necesitar un vaso, dos tubos de ensayo, un poco de alcohol y unas gotas de colorante. Pongan el alcohol en el vaso y agréguenle unas gotas de colorante. Luego, pasen el alcohol coloreado a los tubos de ensayo, hasta la mitad de su capacidad. Traten de que los tubos tengan la misma cantidad de líquido. Ahora, sumerjan uno de los tubos en el recipiente con agua fría y el otro en el bol con agua caliente. Traten de que el alcohol quede totalmente sumergido en el agua. Qué creen que pasará con el nivel del alcohol en cada caso? Luego de unos minutos, retiren los tubos del agua y comparen el nivel del líquido. Qué pasó con el líquido del tubo en agua fría? Qué ocurrió con el alcohol en agua caliente? A partir de los resultados, completen la siguiente tabla: Material Calor Frío Alcohol (líquido) 4.

5 Ensayo 3: Los sólidos y el calor En este ensayo, analizarán la respuesta de distintos objetos de metal (sólido) frente a un cambio de temperatura. En los siguientes enlaces, pueden ver una serie de videos que muestran experiencias de laboratorio con distintos objetos de metal. Miren los videos con atención y anoten sus observaciones en el cuaderno. Qué sucede en cada caso con los objetos de metal luego de ser calentados? A partir de los resultados, completen la siguiente tabla: Material Calor Frío Metal (sólido) Puesta en común Una vez que los chicos hayan realizado los ensayos, pueden hacer una puesta en común completando una tabla como la siguiente en el pizarrón, para organizar ideas. Material Calor Frío Aire (gases) Alcohol (líquido) Metal (sólido) (Se dilata) (Se dilata) (Se dilata) (Se contrae) (Se contrae) (Se contrae) Qué se concluye a partir de estas observaciones? Permiten describir de manera general la respuesta de los materiales al calor? Cuál sería esa explicación? Las observaciones parecen indicar que los materiales tienden a aumentar de tamaño (dilatarse) con el calor y a hacerse más pequeños (contraerse) con el frío. Explicaremos que esta es la propiedad sobre la cual se basa el funcionamiento de los termómetros. Entonces, la respuesta a la pregunta sobre cómo funcionan los termómetros, que fue el disparador de esta actividad, es: El funcionamiento de la mayoría de los termómetros se basa en la propiedad de los materiales de dilatarse, es decir, de aumentar de tamaño con la temperatura. 5.

6 Actividad 2. Cómo se fabrica un termómetro casero? Es posible fabricar un termómetro casero con materiales sencillos. Se necesita: Plastilina o un pedazo de vela Un sorbete Una tijera Marcadores de tres colores Colorante de alimentos (podemos reemplazarlo por tinta) Una botellita o frasco alargado de vidrio Un corcho o tapón de goma agujereado en el centro, de modo que pueda ser atravesado por el sorbete. Es importante que el agujero no sea demasiado grande ni demasiado pequeño, lo ideal es que no queden espacios entre el sorbete y el corcho. Dos jarras, una con agua caliente y otra con agua fría Cómo se hace Primero, se llena la botellita con agua de la canilla y se le agregan unas gotas del colorante o de la tinta. Se coloca el sorbete a través del corcho o tapón, de manera tal que uno de los extremos sobresalga unos 20 centímetros del corcho. Luego se encaja el tapón con el sorbete en la boca de la botellita. El agua va a ascender por el sorbete. Es conveniente que alcance una altura de 1 a 2 cm por encima del nivel del corcho. Se cierra la botellita herméticamente colocando plastilina o vela sobre la unión entre la botella y el tapón, a modo de junta. Una vez que el nivel del líquido en el sorbete se haya estabilizado, se marca ese nivel con marcador: corresponderá a la temperatura ambiente. Los chicos y chicas pueden poner el dispositivo en contacto con objetos fríos, como un recipiente con agua y hielo, o calientes, como una olla con agua caliente, y observar lo que sucede con la columna de líquido dentro del sorbete. Orienten la observación con preguntas como estas: Hay más o menos líquido dentro del sorbete? Cambió la cantidad de líquido? Qué pasa con el líquido del termómetro cuando está más caliente? Y cuando está más frío? Pidan a los chicos que anoten sus observaciones para que luego las compartan entre todos, conversen acerca de los resultados y traten de explicar lo que observaron. 6.

7 Nivel de la columna Agua caliente Agua fría Sube/Baja Sube/Baja Qué le falta al termómetro para poder informar un valor preciso de temperatura? Lo que se necesita es que el termómetro muestre una escala que permita asignar un valor puntual a la temperatura de un objeto. Un modo de hacerlo es calibrar el termómetro con la escala Celsius, siguiendo el mismo procedimiento que el científico sueco que le dio su nombre realizó cuando la desarrolló. Para esto se necesita: Un recipiente con agua y hielo Una ollita con agua hirviendo Ayuden a los chicos a sumergir el termómetro en agua con hielo. Una vez que la columna del termómetro se estabilice, marquen ese nivel. A continuación repitan el procedimiento, pero con el agua hirviendo (con mucho cuidado). Finalmente, entre la marca máxima y la mínima hagan divisiones. Si se pudieran marcar 100 divisiones, cada una de ellas equivaldría a un grado de la escala Celsius. Como eso no es práctico, realicen solo 10 marcas. Cada una de estas marcas equivale a 10 grados de la escala Celsius, es decir, resultará un termómetro menos preciso. Ahora sí, el termómetro ya está listo! Los chicos y chicas pueden utilizarlo para medir temperaturas de diferentes materiales. PARA CONTINUAR Propónganles a los chicos que busquen ejemplos de la vida cotidiana en los que pueda observarse el fenómeno de contracción/dilatación de los materiales ante cambios de temperatura. Sugiéranles que lleven a cabo un registro fotográfico de esos ejemplos, para luego compartir las imágenes en blogs, páginas de Internet del curso o redes sociales. Algunos ejemplos para orientar la búsqueda: Juntas de dilatación de vías de trenes. Juntas de dilatación de asfalto. 7.

8 Una vez que los chicos hayan construido sus propios termómetros, les pueden sugerir que inventen otras escalas de medición, siguiendo el ejemplo de la que utilizaron en el termómetro. Pueden, por ejemplo, construir una escala que solo tenga 60 divisiones entre el valor de la temperatura del agua con hielo y el valor de la temperatura del agua hirviendo. Caja de herramientas Información complementaria sobre el calor y la temperatura: Video sobre termómetros caseros: Duración: 2:29 8.