EL CALOR DE ADAM. AGUEDA ALEJANDRA MONTES MEDINA. JACQUELINE GONZÁLEZ SOLÓRZANO MARTHA MICHEL ZARATE BEAS. ASESOR: RAFAEL GARCIA RAMIREZ. PREPARATORIA REGIONAL DE SAN MARTIN HIDALGO JALISCO ÁREA: FÍSICA. CATEGORÍA: CIENCIAS EXACTAS Y NATURALES.
Objetivo General: En la unidad de aprendizaje Física II en el estudio del calor encontramos temas referentes a la dilatación y formas de transmisión de calor por lo cual hemos desarrollado prototipos que permiten mostrar a los alumnos de bachiller formas fáciles de aprender, al igual que proporcionarle al profesor una herramienta práctica para agilizar el proceso de aprendizaje y aprovechar al máximo el horario de clases. Objetivo Especifico: Facilitar la enseñanza referente a la dilatación de los cuerpos y formas de transmisión de calor mediante un programa de teoría y práctica, que con los prototipos presentados, se lograra comprobar dicha teoría. Procedimiento: La idea del proyecto nació de la necesidad de materia didáctico en la escuela, después de una exhaustiva investigación acerca de dos aspectos que conlleva el calor: La dilatación y las formas de transmisión del calor. Pudimos separar el proyecto en dos etapas con su fundamento teórico. Calor: Para fabricar nuestros prototipos nos basamos en los dos aspectos que conllevan el calor, La trasmisión de este y La dilatación. Dilatación: Cuando se incrementa la temperatura de un cuerpo, sus moléculas se mueven más a prisa. Los choques de mayor energía entre las moléculas las fuerzan a alejarse más entre sí, dando por resultado que el cuerpo crezca, esto es a lo que le llamamos dilatación y se clasifica en tres formas: Lineal: aumento que experimenta un cuerpo en una dimensión (longitud) al aumentar su temperatura, superficial: aumento en dos dimensiones de un cuerpo (área) al ser sometido al calor, cúbica: implica el aumento en las tres dimensiones de un cuerpo: largo, ancho y alto al ser sometido a un aumento de temperatura. Así mismo para poder medir en unidades que tanto creció un cuerpo se ha tomado una medida unitaria, es decir, por cada grado centígrado que se le aumente que tanto crece un cuerpo, a esta medida se le llama coeficiente de dilatación,
habiendo alfa para la dilatación lineal, beta para la dilatación superficial y landa para dilatación volumétrica; mas sin embargo, esta medida no es la misma para todos los materiales. Para encontrar el coeficiente se utiliza la siguiente fórmula: coeficiente= L f -L o / L o (t f -t o ), para temperatura: t= 5/9(t f -32 ) y para longitud final: L f = L o [1+ coeficiente (t f -t o )) Trasmisión del calor: Conducción: Es una entrega de energía cinética de las moléculas que se muevan más rápidamente a las más lentas, los átomos son bombardeados por moléculas de gran energía, la absorben y oscilan con más violencia que antes. Convección: La convección es un proceso más complicado que el de conducción, no encontraremos en los métodos de cálculo que se utilizan al investigar la convección. La convección es el trasporte del calor mediante fluidos por desplazamiento de sus moléculas, debido a la diferencia de densidad. Para explicar mejor, se da un ejemplo: Las corrientes de aire caliente suben, y se encuentran con las corrientes de aire frío, aumenta la presión y densidad, asiendo que empiecen un movimiento en círculo, esto es lo que ocurre con los ciclones. Radiación La energía solar viaja en forma de ondas electromagnéticas por el vacio a través de la distancia que separa la Tierra del Sol, así es como sucede la detección visual de luz blanca, de la cual solo una cantidad de porcentaje de esta radiación llega a los humanos. Las diferentes longitudes de onda de luz afectan a nuestros ojos de modo distinto. Y esto es interpretado por el cerebro humano en forma de diversos colores. El color es una cualidad de la luz y la luz es la que contiene todos los colores que conocemos.
Un ejemplo muy claro seria, que todos los objetos pueden absorber y reflejar la luz blanca emitida por el sol dando como resultado un color con su respectiva temperatura. La radiación se presenta en tres tipos de onda o rayos, que son; Alfa (α), Gama (γ) y Beta (β). Después de tener la investigación, ingeniamos la mejor forma de representarlos, dando como resultado tres prototipos, uno para la dilatación y dos para transmisión del calor. A continuación una descripción de los prototipos: Primera Etapa: Dilatación. De esta etapa tenemos 3 aparatos correspondientes a las tres formas de dilatación, el primero referente a la dilatación lineal, está construido de madera, tiene una medida general de 30cm x 15cm x 18.6cm. Lo conforman una base de 30x15cm sostenida en dos soportes sólidos en cada extremo de 1.5cm x 2cm x 15cm, dos muros en los extremos de 2cmx 15cm x 15cm de los cuales se desprende una plataforma sólida a la altura de 9cm, que mide 5cm x 2cmx 15cm, en la superficie tiene 3 ranuras en el centro a una distancia de 2 cm entre cada una. De derecha a izquierda en la base se encuentran un riel que empieza a los 2cm hasta los 18 cm la cual atraviesa la plataforma en su ancho, su función es dejar firme el muro derecho que tiene 2 tornillos ajustadores en cada extremo en la parte de abajo para que de esta manera pueda moverse en una distancia de 8 cm para variar la longitud de las varillas a calentar. Además para poder realizar la función de este aparato es necesario un pedazo de hoja milimétrica de 5cmx 19cm en la plataforma del muro izquierdo. El segundo aparato, sobre dilatación superficial consiste en una parrilla de metal con una malla resistente al calor en medio de la misma, en donde se agregaran 3 placas de distintos metales, específicamente; de cobre de 2.2cmx 4.45cm, de fierro de 5cm x 3.9cm y de aluminio de 3.15cmx 3.6cm, además se adiciona un vernier para la medición de la dilatación superficial de las placas.
El tercer aparato consiste en una esfera sujeta a una varilla de metal con un material aislante en el extremo opuesto de la esfera metálica de aluminio, además de un aro con 3mm más que el diámetro del círculo central de la esfera. Cada uno de los aparatos necesitará fuego, para lo cual se utilizarán una lata de alcohol sólido y un encendedor. Segunda etapa: Durante esta etapa se explicarán las formas de conducción de calor. Primeramente, para los dos prototipos de Conducción y convección se utilizaran, como fuente de calor velas ordinarias. Conducción: El aparato consiste en una barra de fierro de 12 cm de largo y 11 cm de un mango (para impedir el paso del calor), que culmina en una tuerca con cinco orificios, donde se colocan barras de 10 cm de diferentes materiales: Cobre, fierro, bronce y aluminio. Convección: Esta conformado por palitos de madera colocados en forma de cruz, que van descendiendo en dos niveles, el de mayor tamaño al de menor. Radiación: El prototipo consta de una caja sencilla de madera con dimensiones de: 30cms L, 20cms A y 6cms H. Que en su interior contendrá circuitos simples para encender pequeñas bombillas de 6 colores diferentes, estas ascenderán por medio de circunferencias circulares y reflejaran ahí su luz. En los lados más largos de la caja se colocaran termómetros hábiles para medir la mayor temperatura presentada.
CONCLUSIÓN: Para finalizar, en este proyecto aprendimos, que es erróneo sentir que aprender una ciencia como lo es la física es complicado, podemos recurrir a métodos más simples, pero que a la vez hagan que los alumnos entiendan fácilmente, sin aburrirse, involucrándolos activamente en una relación profesor-alumno, motivándolos a que ellos mismos vean que esta materia siempre está presente a nuestro alrededor. BIBLIOGRAFÍA: Blackwood, Oswald H. Física General, México, CECSA, 1978. Giancoli Douglas C. Física, Principios con aplicaciones, México, Prentice-Hall, 1997. Hewitt, Paul G. Conceptos de Física, México, Limusa. 1993, reimp.c2001. Pérez Montiel, Héctor, Física 3, México, Patria Cultural, 2000.