PLASTILINA PARA EXPLICAR ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA? Introducción: Alicia Prats Martínez I.E.S. LES ALFÀBEGUES Bétera -Valencia Sabemos que, para poder conectar la mayoría de elementos electrónicos en un circuito, hace falta colocar una resistencia que limite la circulación de la corriente eléctrica por el mismo, evitando así el deterioro de los componentes. Si esta resistencia, en lugar de conectarla externamente, estuviera contenida en el propio material conductor, nos ahorraríamos el tenerla que añadir. Si además, el material conductor fuera manejable, fácilmente moldeable, e incluso permitiera que los componentes electrónicos se pudieran unir sin necesidad de soldadura, sería fantástico. La universidad de St. Thomas ha desarrollado la composición de una plastilina casera que contiene todas las características antes expuestas: resistencia intrínseca, moldeable y que facilita la conexión de los elementos eléctricos y electrónicos (simplemente pinchándolos en ella). Objetivos: Comprender los conceptos básicos de electricidad: 1. Concepto de corriente eléctrica, material aislante y conductor, relacionándolos con la composición química de la plastilina. 2. Concepto de circuito eléctrico / elementos eléctricos: receptores / tipos de conexión: serie, paralela y mixto. Comprender conceptos básicos para el estudio de electrónica: 1. Resistencia: concepto, factores que la modifican. 2. Polarización directa / inversa: el diodo
Relación del tema propuesto con el currículo del Curso: El tema desarrollado podría aplicarse tanto en el desarrollo del currículo de la asignatura de Tecnología de primero de la ESO (apartados relacionados con la electricidad) como con el currículo de Tecnología de tercero de la ESO (apartados relacionados con electricidad y electrónica). Breve descripción del proyecto: Se pretende elaborar una serie de prácticas motivadoras, en las cuales los alumnos descubran, por sí mismos, la aplicación práctica de los conceptos explicados en teoría sobre electricidad y electrónica. La novedad del proyecto recae en la facilidad de conectar los diferentes componentes eléctricos y electrónicos gracias al material conductor que se va a utilizar: PLASTILINA CASERA. Las prácticas se desarrollarán durante los meses de Diciembre-Febrero 2014, que es cuando se abordan los temas de electricidad y electrónica en tercero de la ESO.
ELECTRICIDAD BÁSICA: PRÁCTICAS TECNOLOGÍA 1º ESO PRÁCTICA 1: IDENTIFICAR MATERIAL AISLANTE/ CONDUCTOR Material y recursos necesarios: 1.- Plastilina casera con color (conductora) 2.- Plastilina casera sin color (aislante) 3.- Pila 6 v con conectores 4.- 1 motor Normas de seguridad e higiene: - Manos limpias y secas - No anillos, ni pulseras Procedimiento: - Amasa la plastilina casera CON COLOR y prepara 2 cilindros, de unos 2 cm de diámetro y 5 centímetros de longitud, aproximadamente. - Realiza el siguiente montaje con la plastilina casera CON COLOR: PLASTILINA CASERA PLASTILINA CASERA MOTOR PILA - Junta los dos trozos de plastilina y observa lo que ocurre. - Realiza la misma experiencia, pero esta vez con la plastilina casera SIN COLOR. - Reflexiona y completa la siguiente tabla: PLASTILINA CON COLOR PLASTILINA SIN COLOR Qué ocurre al cerrar el circuito eléctrico? (unir los trozos de plastilina) Marca con una X la plastilina que consideres conductora Indica tres ejemplos de materiales que se comporten eléctricamente de la misma manera
Tiempo necesario para la realización de la práctica: 30 minutos Cuestiones previas: - Concepto de corriente eléctrica - Concepto material conductor aislante. PRÁCTICA 2: CONSTRUIR CIRCUITOS ELÉCTRICOS CON DIFERENTES RECEPTORES UTILIZANDO CONEXIONES: SERIE, PARALELO. Material y recursos necesarios: 1.- Plastilina casera conductora 2.- 2 Pilas 6 v con conectores 3.- 2 motores 4.- 2 zumbadores Normas de seguridad e higiene: - Manos limpias y secas - No anillos, ni pulseras Procedimiento Circuito serie: - Amasa la plastilina casera y prepara 7 cilindros, de unos 2 cm de diámetro y 5 centímetros de longitud, aproximadamente. - Realiza los siguientes montajes: CIRCUITO SERIE Plastilina casera conductora Motor Zumbador Pila
CIRCUITO PARALELO Plastilina casera conductora Motor Zumbador Pila - Observa lo que ocurre y contesta a las siguientes preguntas: 1.- Si desconectas el motor en los dos circuitos, Qué observas? Razona la respuesta 2.- La manera de conectar los polos de la pila influye en el sonido de zumbador? Razona la respuesta 3.- Qué ocurre con el sentido de giro del motor si cambias la manera de conectar la pila? Razona la respuesta - Dibuja el esquema eléctrico de los montajes que has realizado. Tiempo necesario para desarrollar esta práctica: 30-45 minutos Cuestiones previas y motivadoras para los alumnos: - Concepto de receptor eléctrico. Funciones. - Cómo crees que están conectadas las luces en tu casa? Qué tipo de conexión utilizan? - Nociones de simbología eléctrica
PRACTICAS TECNOLOGÍA 3º ESO ELECTRÓNICA BÁSICA: PRÁCTICA 1: ESTUDIO CÓMO LAS DIMENSIONES GEOMÉTRICAS AFECTAN A LA RESISTENCIA ELÉCTRICA Material y recursos necesarios: 1.- Plastilina casera conductora 2.- Polímetro Normas de seguridad e higiene: - Manos limpias y secas - No anillos, ni pulseras Procedimiento - Amasa la plastilina casera y prepara 2 cilindros cuya longitud y diámetro se ajusten a los dibujados en el folio. - Sitúalos encima de los dibujos. a b c A B C
- Realiza las mediciones de resistencia pinchando en los lugares indicados y anota el resultado en la siguiente tabla: a-b a-c A-B A-C a-c A-C Valor Compara y razona el resultado obtenido Tiempo necesario para desarrollar esta práctica: 30-45 minutos Cuestiones previas y motivadoras para los alumnos: - Conocimiento del uso del polímetro. - Concepto de resistencia eléctrica / resistividad de un material. - Factores que influyen en la resistencia de un material
PRACTICA 2: + CONCEPTO DE POLARIZACIÓN DIRECTA / INDIRECTA CON EL DIODO LED CÁLCULOS DE LA RESISTENCIA NECESARIA PARA CONECTAR DIODO LED A PILA DE 6 V Material y recursos necesarios: 1.- Plastilina casera conductora 2.- Polímetro 3.- Pila de 6 V con conectores 4.- 2 diodos LED Normas de seguridad e higiene: - Manos limpias y secas - No anillos, ni pulseras Procedimiento - Dibuja la estructura de un LED identificando sobre el mismo el Ánodo y el Cátodo. Indica su símbolo eléctrico. - Amasa la plastilina casera y prepara 2 cilindros de aproximadamente 2 cm de diámetro y 5 cm de longitud. - Mide y anota su resistencia. - Realiza el siguiente montaje, colocando el Led en la posición adecuada para que brille. PLASTILINA CASERA PLASTILINA CASERA PILA + - - Qué posición has elegido? Por qué?
- Calcula, de manera teórica, la resistencia necesaria para poder conectar el Led, sabiendo que la pila es de 6V, y los valores del Led son Vmax 2,2 v e Imax 25 ma - Comparalos con los resultados obtenidos del polímetro. Qué se puede deducir? - Ahora calcula la resistencia necesaria en el caso de que quisieramos conectar 2 Leds en serie con la pila de 6 v. - Funcionaría el montaje si utilizamos nuestra plastilina casera? Compruebalo. Tiempo necesario para realizar la práctica: 1 hora Cuestiones previas: - Saber hacer problemas de circuitos eléctricos conexión serie. - Concepto de polaridad directa / inversa - Simbología eléctrica - Uso del polímetro
1. Relación pormenorizada del método y los resultados obtenidos Consideraciones previas: Inicialmente se plantearon 4 prácticas de electricidad y electrónica, dos de ellas para realizarlas con alumnado de primero de ESO y las otras dos para alumnado de tercero. Debido a la secuenciación de la programación, en el momento de tenerlas que poner en marcha, el alumnado de primero todavía no había dado el tema de electricidad. Por este motivo, se decidió realizar las prácticas, que inicialmente estaban programadas para primero, con el alumnado de tercero, ya que al no tener ningún conocimiento teórico al respecto, realizar las prácticas carecía de sentido. Pretendo realizarlas más adelante, antes de finalizar el curso, una vez los alumnos hayan adquirido los conocimientos necesarios. Con lo que al final, las prácticas realizadas con los alumnos de 3º ESO fueron: PRÁCTICA 1: IDENTIFICAR MATERIAL AISLANTE/ CONDUCTOR PRÁCTICA 2: CONSTRUIR CIRCUITOS ELÉCTRICOS CON DIFERENTES RECEPTORES UTILIZANDO CONEXIONES: SERIE, PARALELO. PRÁCTICA 3: ESTUDIO CÓMO LAS DIMENSIONES GEOMÉTRICAS AFECTAN A LA RESISTENCIA ELÉCTRICA PRACTICA 4: CONCEPTO DE POLARIZACIÓN DIRECTA / INVERSA DEL DIODO LED CÁLCULOS DE LA RESISTENCIA NECESARIA PARA CONECTAR DIODO LED A PILA DE 6 V Desarrollo de las prácticas en el aula taller de Tecnología: - Trabajo en equipo 2-3 personas máximo. - Tiempo requerido para la realización 2 horas (aproximadamente 30 min/práctica) - Observaciones a tener en cuenta (detectadas una vez desarrolladas las prácticas): - La superficie sobre la que se realicen las prácticas debe estar limpia y libre de restos de materiales propios del trabajo del taller, por lo que es conveniente
Cómo motivar a los estudiantes mediante actividades científicas atractivas limpiarla bien, ya que sino éstas quedan adheridas a la plastilina. - Se debe de contar con una bayeta o papel absorbente para limpiar la superficie una vez finalizadas las prácticas. DESARROLLO DE LAS PRÁCTICAS: 1.- Reparto de las prácticas, en formato papel, a cada grupo de trabajo 2.- Explicación de cada uno de los procedimientos a seguir, con ayuda de medios audiovisuales, incluyendo las medidas seguridad y protección a tener en cuenta durante la realización de las mismas 3.- Reparto del material necesario, revisando todos los componentes a utilizar, a excepción de las plastilinas, ya que su identificación forma parte de una de las prácticas. 4.- Tras la realización de la primera práctica, puesta en común de los resultados obtenidos y corrección de los mismos, solventando en ese momento cualquier duda que los alumnos tengan al respecto. 5.- Esta metodología se repite cada vez que se finaliza una práctica. 6.- Tras finalizarlas, se pide al alumnado que anote sus impresiones y valoración de las mismas. 2. Aporte de material gráfico que soporte y documente la realización de la práctica En estas fotografías se pueden ver los ingredientes necesarios para la elaboración de la plastilina casera, conductora y aislante: Ingredientes PLASTILINA CONDUCTORA: 1 taza de agua 1 1/2 taza de harina 1/4 taza de sal 3 cucharaditas de café de ácido tartárico, o 3 cucharaditas de café de jugo de limón 1 cucharadita de aceite vegetal Colorante alimentario (opcional) Ingredientes PLASTILINA AISLANTE: 1 1/2 taza de harina 1/2 taza de azúcar 1/2 taza de agua destilada 3 cucharaditas café de aceite vegetal
En estas fotografías se pueden observar varios momentos de la realización de la práctica. Análisis de los resultados: RESULTADOS PRÁCTICA 1: IDENTIFICACIÓN DE MATERIAL AISLANTE / CONDUCTOR En esta práctica los alumnos debían identificar mediante experimentación cual de las dos plastilina era conductora. El 100 % del alumnado obtuvo la respuesta correcta. Era una práctica bastante sencilla para alumnado de 3º ESO. RESULTADOS PRÁCTICA 2: CONSTRUIR CIRCUITOS ELÉCTRICOS CON DIFERENTES RECEPTORES UTILIZANDO CONEXIONES: SERIE, PARALELO. Esta práctica también les resultó sencilla, pues acababan de estudiar el tema en teoría, pero no habían realizado ninguna actividad al respecto. Con esta práctica pudieron experimentar lo que ocurre con los receptores, según estén conectados en serie o en paralelo, cuando uno de ellos falla.
PRÁCTICA 3: ESTUDIO DE CÓMO LAS DIMENSIONES GEOMÉTRICAS AFECTAN A LA RESISTENCIA ELÉCTRICA Esta práctica les gustó mucho, porque tenían que "investigar" cómo la sección y la longitud influyen en la resistencia del material, utilizando un polímetro. La interpretación de la tabla donde se indican los puntos de medida, al principio les creó un poco de confusión, pero en cuanto despejaron sus dudas les encantó hacer de investigadores y la puesta en común de los resultados fue muy interesante, ya que todos tenían claro que la resistencia aumentaba con la longitud, pero no que disminuía al aumentar la sección. PRACTICA 4: CONCEPTO DE POLARIZACIÓN DIRECTA / INVERSA DEL DIODO LED CÁLCULOS DE LA RESISTENCIA NECESARIA PARA CONECTAR DIODO LED A PILA DE 6 V Aunque el Led no iluminaba demasiado, enseguida comprendieron los conceptos de polarización directa e inversa de los diodos. En cuanto a la realización de los problemas donde se debía calcular la resistencia a conectar en el circuito del LED, los alumnos tuvieron un poco más de dificultad, pero que fue rápidamente solventada al corregirlos en la pizarra. 3. Conclusiones de la práctica: 1. Grado de consecución de los objetivos propuestos Las prácticas que estaban inicialmente diseñadas para 1 ESO, al ser finalmente realizadas por alumnado de 3º, no cumplieron su objetivo principal, que era realizar una primera aproximación a la experimentación con la electricidad, puesto que los estudiantes de tercero ya habían cursado en 1º ESO Tecnología y el "factor sorpresa" no existía. En cambio las prácticas diseñadas para tercero y realizadas por alumnado de tercero, sí que lograron los objetivos previstos, que eran: Comprender conceptos básicos para el estudio de electrónica: 1.- Resistencia: concepto, factores que la modifican. 2.- Polarización directa / inversa del diodo. 2. Capacidades pretendidas y desarrolladas Las capacidades buscadas abarcan dos ámbitos:
- Relacionar los contenidos teóricos con la experiencia: Los alumnos entendieron y comprendieron mejor conceptos explicados en clase al experimentarlos, como los términos de conexión serie, paralelo, resistencia, diodo... - Experimentación: fueron capaces de "investigar", es decir, ellos solos consiguieron llevar a cabo la preparación del material, realización de mediciones y formulación de hipótesis, sobre todo en la práctica donde debían averiguar cómo afectaban las dimensiones geométricas a la resistencia. Para ellos ha sido algo novedoso, ya que suelen tener prácticas más dirigidas. 3. Capacidades pretendidas y no desarrolladas Quizá lo que no todos han logrado es la resolución correcta de los cálculos matemáticos necesario para averiguar el valor de la resistencia necesaria para conectar los LEDS. 4. Capacidades no pretendidas y desarrolladas Tras la realización de las prácticas algunos alumnos manifestaron sus ganas de fabricar sus propia plastilina en casa y enseñarla a sus familiares, especialmente hermanos pequeños. Sorprendentemente, se crearon dos grupos de alumnos que han querido participar en concursos cuyos proyectos se basan en este material: - Piano, cuyo sonido varía al cambiar longitud / sección de la plastilina. - Fabricación de pila a partir de plastilina aislante / conductora. 5. Una vez realizada la práctica, mejoran los alumnos su aprendizaje en las clases ordinarias? Yo creo que les ha servido para romper la rutina o monotonía del trabajo en el taller, ya que son prácticas divertidas. No me atrevería a decir que les ha servido para mejorar su aprendizaje, pero sí para darse cuenta de las posibilidades que tiene el mundo de la "experimentación". 6. Establecen relaciones los alumnos con otros contenidos curriculares tanto de materias científicas como de otras que no lo son? Evidentemente sí, la más directa es con la asignatura de Física y Química, por lo que respecta a la composición de la plastilina. Además mejora las competencias básicas, destacando la Competencia para aprender a aprender y la Competencia de autonomía e iniciativa personal.