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Objetivo Introducción y teoría Descripción de la actividad Recursos y materiales Uso del sensor Experimento Resultados y análisis Conclusiones Actividades de aplicación
Objetivo Relacionar la luminosidad de una fuente de luz con la eficiencia luminosa que esta presenta, a través de la formulación de una hipótesis sobre la cantidad de luz que producen diferentes fuentes, las que serán medidas con el sensor de luz de Labdisc HDT.
Introducción y teoría El objetivo de la introducción es focalizar a los alumnos en el tema de la clase, activando conocimientos previos y planteando una pregunta de indagación que motive el desarrollo de la investigación. Luego, se entregan conceptos claves en el marco teórico que se utilizarán durante la clase. Introducción Muchas veces nos ha pasado, que estando de noche se nos corta el suministro de energía eléctrica y por lo tanto se nos corta la luz. En ese momento acudimos a buscar velas y encenderlas o a buscar una linterna para poder iluminarnos, ya que en la oscuridad no vemos absolutamente nada. Intentamos colocar varias velas encendidas a nuestro alrededor para poder iluminarnos más o simplemente utilizamos una linterna que tenga gran potencia, pero a veces ni varias velas ni varias linternas logran iluminarnos tanto como una lámpara dotada de una ampolleta.? En qué ubicación deberíamos poner varias velas para poder iluminarnos más?
Introducción y teoría? De qué creen que depende la eficiencia de una fuente luminosa? A continuación se invita a los estudiantes a través de una pregunta a plantear una hipótesis, la que deben comprobar mediante la actividad de experimentación. Los invitamos a realizar la clase para que al finalizar puedan responder la siguiente pregunta de indagación!? Qué relación existe entre una fuente luminosa y su eficiencia?
Introducción y teoría Marco teórico El flujo luminoso nos permite tener una idea de la intensidad radiante que emite una fuente de luz en todas las direcciones del espacio, por ejemplo una ampolleta. Pero si tomamos como ejemplo un proyector es fácil darnos cuenta que este, sólo ilumina en una sola dirección (hacia adelante). Por lo tanto, necesitamos conocer cómo se distribuye el flujo de luz en cada dirección del espacio y para eso utilizamos la definición de intensidad luminosa.
Introducción y teoría Se define como intensidad luminosa el flujo luminoso emitido por una fuente de luz, en una unidad y dirección determinada, la cual está dentro de un cono de ángulo sólido unitario, es decir, de un estereorradián. Su símbolo es I y su unidad de medida la candela (cd). La expresión matemática que define la intensidad luminosa es: Dónde: I V es la intensidad luminosa, medida en candelas. F es el flujo luminoso, en lúmenes (unidad de medida de la potencia luminosa percibida por unidad de área). es el elemento diferencial de ángulo sólido, en estereorradianes (unidad de medida)
Introducción y teoría A continuación se invita a los estudiantes a través de una pregunta a plantear una hipótesis, la que deben comprobar mediante la actividad de experimentación.? Si la intensidad luminosa tiene relación con la eficiencia de luminosidad, cómo varía esta última dependiendo de la fuente de luz?
Descripción de la actividad En la siguiente actividad los estudiantes medirán la intensidad de luz de diferentes fuentes luminosas mediante el uso del sensor de luz del Labdisc HDT. Luego a partir de los resultados obtenidos relacionarán cada una de las fuentes medidas con el grado de eficiencia que estas presentan.
Recursos y materiales 1 Labdisc HDT. 1 2 2 3 4 Cable conector USB. Linterna con pilas. Vela. Lámpara con una ampolleta de 40 Watts. Fósforos. Energía eléctrica. 3 4
Uso del sensor a. Configuración del Labdisc Para realizar las mediciones con el sensor de luz, se debe configurar el recolector de datos Labdisc. Para ello, sigan los siguientes pasos: 1 2 3 4 Enciendan el Labdisc, presionando el botón. Aprieten el botón, y seleccionen SETUP con el botón. Seleccionen la opción SET SENSORS con el botón. Seleccionen el sensor de Luz y luego presionen. 5 Una vez que hagan esto, volverán al setup, aprieten el botón vez y seleccionen SAMPLING RATE con el botón. una 6 Seleccionen 1/sec con el botón y luego presionen el botón.
Uso del sensor 7 8 9 Presionen el botón y seleccionen NUMBER OF SAMPLES apretando. Seleccionen 10000 con el botón y, luego, aprieten el botón. Para volver a las mediciones presionen tres veces en el botón. 10 Luego, aprieten el botón las mediciones. del Labdisc para comenzar a tomar 11 Una vez que hayan terminado de realizar las mediciones, detengan el Labdisc. Para hacerlo, aprieten el botón (y saldrá la instrucción Press SCROLL key to STOP ) y luego presionen el botón.
Experimento A continuación se muestran los pasos que deben seguir los estudiantes. 1 Ubiquen las tres fuentes de luz a una distancia aproximada de 30 cm. En el siguiente orden: lámpara, linterna y vela. En una habitación donde no exista mucha luminosidad, para ello cubran las ventanas con cortinas y apaguen toda fuente de luz artificial presente en la sala. 2 Para tomar los datos, coloquen el sensor a una distancia aproximada de 30 3 cm. de la fuente de luz. Luego, aprieten el botón del Labdisc. 4 Enciendan la lámpara, observen como varían las mediciones en la pantalla del Labdisc.
Experimento 5 6 7 8 Esperen a que se estabilice la medición. Esto ocurre cuando el segundo decimal que se muestra en la pantalla del Labdisc varía entre ± 1. Una vez que hayan realizado la primera medición apaguen la lámpara (sin detener el Labdisc) y luego enciendan la linterna y repitan el paso 5. Para medir la intensidad de luz de la última fuente, apaguen la linterna y enciendan la vela y repitan el paso 5. Una vez que hayan terminado de realizar las mediciones, paren el Labdisc. Para hacerlo, aprieten el botón (y saldrá la instrucción Press SCROLL key to STP ) y luego presionen el botón.
Resultados y análisis A continuación se muestran los pasos que deben seguir los estudiantes. 1 2 3 4 5 6 Conecten el Labdisc al computador. En el menú superior hagan click en el botón y seleccionen el botón. De la lista de mediciones que aparecerá, seleccionen el último experimento realizado. Observen la gráfica que aparecerá en la pantalla. Aprieten el botón y coloquen notas en el gráfico especificando las observaciones realizadas en el instante correspondiente. Hagan click en el botón para seleccionar puntos dentro del gráfico y elijan un punto representativo para cada una de las fuenes de luz estudiadas (los puntos representativos se alcanzan cuando la medición llega a un plateau).
Resultados y análisis??? Tienen relación los resultados obtenidos con la hipótesis planteada? Expliquen. En qué varían las curvas obtenidas para cada una de las fuentes de luz? En qué se asemejan las curvas obtenidas para cada una de las fuentes de luz?? De las fuentes de luz analizadas, cuáles iluminaron más y cuáles menos?
Resultados y análisis A continuación se presenta el gráfico al cual debieran llegar los estudiantes. I ntensidad de luz en función del tiempo Light 1.000 800 Light= 1.003 lx Time= 11.8687 s Lámpara eléctrica Light [lx] 600 400 Linterna a pilas Light= 200 lx Time= 39.5435 s Vela Light= 9 lx Time= 74.4449 s 200 0 0 20 40 60 80 Time [s]
Conclusiones A continuación se muestran las preguntas y respuestas que deben desarrollar los estudiantes para elaborar sus conclusiones.? Cómo varió la intensidad de luminosidad entre las fuentes de luz analizadas? Se espera que los estudiantes indiquen que la mayor intensidad de luz se obtuvo a partir de la ampolleta, esto es deducido a través de la disminución del valor de intensidad obtenido con el sensor de luz de Labdisc HDT y el uso de sensor de luz, al cambiar de una fuente a otra.? Cómo se relaciona la cantidad de iluminación de una fuente de luz con su intensidad luminosa? Se espera que los estudiantes relacionen que las fuentes de luz que iluminan más presentan una mayor intensidad luminosa y las que iluminan menos, como una vela que presenta una menor intensidad luminosa.
Conclusiones? Cómo creen que varió el flujo luminoso en cada una de las fuentes de luz estudiadas? Se busca que los estudiantes deduzcan que a mayor intensidad de luz, mayor será el flujo luminoso respecto a la posición relativa en que se encuentra el sensor de luz del Labdisc HDT de la fuente de luminosa. Se busca que los estudiantes logren llegar a las siguientes conclusiones. Se busca que los estudiantes establezcan como conclusión general que la intensidad de luminosidad está directamente relacionada con la eficiencia que presente una fuente de luz, es decir, a mayor intensidad de luz, mayor será la eficiencia de esta, ya que la fuente iluminará aún más.
Actividades de aplicación El objetivo de esta sección es que los estudiantes puedan extrapolar el conocimiento adquirido durante esta clase mediante la aplicación del mismo en diferentes contextos y situaciones. Además, se busca que los alumnos se cuestionen y planteen posibles explicaciones a los fenómenos observados experimentalmente. A continuación se presentan las respuestas de las preguntas planteadas.? Cómo podríamos aumentar la intensidad luminosa de una vela? Se espera que los estudiantes expliquen que podrían aumentar la intensidad luminosa de una vela aumentando la cantidad de luz que esta produzca, es decir, aumentando el tamaño de la llama. Por lo tanto, establecemos la siguiente relación: entre mayor sea el tamaño de la llama de una vela, mayor será la intensidad luminosa que esta produzca, lo contrario sucede cuando el tamaño de la llama es más pequeña.
Actividades de aplicación? Qué relación creen que existe entre la intensidad luminosa y la energía eléctrica? Se espera que los estudiantes relacionen que las fuentes de luz que presentan mayor intensidad luminosa utilizan una mayor cantidad de energía en el proceso de iluminar. En contraste a este último punto, encontramos el caso de la vela, que presenta una menor cantidad de energía disponible para destinarla al proceso de iluminación. En ambos casos, parte de la energía disponible no se destina a producir luz, sino que a disipar calor. Se habla entonces de eficiencia de una fuente luminosa dependiendo de cuánta de la energía total disponible se utiliza en iluminar en vez de disipar calor.? Qué diferencias de luminosidad existe entre una fuente natural de luz como el Sol y una fuente artificial como la ampolleta utilizada en el experimento anterior? Para poder contestar esta pregunta los invitamos a medir la intensidad de luz del Sol utilizando el sensor de luz del Labdisc HDT, para luego comparar este resultado con los obtenidos durante esta experiencia. Se espera que los estudiantes identifiquen que la luminosidad del Sol es mucho mayor que cualquier tipo de luz artificial creada por el hombre, este fenómeno tiene directa relación con la cantidad de energía que existe en el Sol para generar esta intensidad de luz.
Actividades de aplicación I ntensidad de luminosidad del Sol en función del tiempo Light 50.000 Light= 51.312 lx Time= 7.02331 s Luminosidad del Sol 40.000 Light [lx] 30.000 20.000 10.000 0 0 5 10 15 Time [s]
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