“Los Materiales y la Electricidad”

ENCUENTRO 2

Pensemos por un momento en que objetos que nos rodean en este salón está involucrada la electricidad…Luz artificial, relojes pulsera, celulares, calefacción…y hasta en la producción/extracción de cada material y objeto que nos rodea se consumió electricidad.¿Cómo no interesarnos y aprender más acerca de ella?

Un poco de historia…

Los fenómenos eléctricos se conocen desde hace miles de años, especialmente aquellos presentes en la naturaleza: rayos y relámpagos.Sin embargo su estudio sistemático comenzó hace unos 300 años.Una de los primeros conocimientos construidos fue la diferenciación entre materiales conductores y no conductores de la electricidad también llamados aislantes.A partir de allí comenzó una serie de hallazgos que aún hoy siguen perfeccionándose: la pila, el generador eléctrico, la lamparita eléctrica, el motor eléctrico y hasta la posibilidad de producir electricidad en grandes cantidades, almacenarla y distribuirla.

En este encuentro usted va a:

Conocer las características principales de los circuitos eléctricos. Distinguir entre materiales aisladores y conductores de la electricidad. Comprender las propiedades de las conexiones en serie y en paralelo. Familiarizase con algunos elementos de protección eléctrica y su funcionamiento.

Actividad 1¿Cómo hacemos para que con estos materiales se encienda la lamparita?

Materiales: Una pila común, una lamparita de linterna (de 3 voltios),t rozos de cable de un conductor.

Intenten encender la lamparita usando la electricidad generada por la pila. Prueben distintas opciones hasta que consigan hacerlo. Cuando lo logren, realicen un dibujo esquemático que muestre cómo es el camino seguido por la electricidad entre la pila y la lámpara.

Para el circuito de una radio y de otros aparatos electrónicos, hay una única forma posible de conectar las pilas; generalmente está indicada en el cuerpo del aparato. Prueben si ocurre algo semejante con la lamparita, o si en ella la corriente puede entrar o salir por cualquiera de sus dos terminales

Dibujen las diferentes situaciones. Anoten en sus cuadernos todas las observaciones.

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El interior de una lamparita:

Actividad 2¿Cómo funciona una linterna?

Con mucho cuidado desarme una linterna y fíjese qué partes la componen. ¿Para qué sirve cada una?

Le proponemos construir su propia linterna con los siguientes materiales:

Cablecitos Lamparitas de 1,5 a 2,5 volts. Pilas Cinta adhesiva o cinta "scotch".

Discutan en los grupos que sucedería si desconecta (separa) uno de los cables y luego "cierra" (une) el circuito, usando como "conectores" algunos útiles escolares (bolígrafos, resortes del cuaderno, partes de la carpeta, grafito del lápiz, ganchitos, clip de plástico, palito de fósforo, trozo de pajita, tirita de cartón, trocito de papel de aluminio etc.). . Escriban en sus cuadernos estas predicciones y vuélquenlas en un cuadro de doble entrada.b. Prueben y comparen con sus predicciones; para ello, fijen los extremos libres de los cables a la madera con chinches o clavitos y luego vayan probando con los distintos materiales, haciendo contacto con las cabezas de los clavos o las chinches

Los materiales que usó al "conectar", que hicieron que la lamparita se encendiera se llaman conductores. Los otros, aisladores. En general los metales son buenos conductores. La madera, el vidrio, la loza, la mayoría de los plásticos y gomas son aisladores.

El interruptorMientras los cables estén conectados a la pila y a la lamparita, ésta se mantendrá encendida, pues el circuito está cerrado y se produce la circulación de la electricidad. Si se quiere interrumpir la corriente eléctrica, se puede desconectar algún cable o cortarlo y, si se

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quiere restablecer la circulación y encender la lamparita, hay que volver a unirlos. Para poder encender y apagar la lamparita a voluntad sin soltar ninguna de las conexiones, se utilizan los interruptores.

¿Cuáles de los objetos utilizados en la actividad anterior podrían funcionar como interruptor?

A la luz del Diseño Curricular explicar qué tipo de actividades, situaciones de enseñanza y modos de conocer se pusieron en juego en las actividades anteriores.

Para resolver en grupos pequeños:Transforme todas las indicaciones sobre el armado de la linterna en preguntas a través de las cuales los alumnos deban explorar los materiales y armar la linterna. Cada una de las preguntas deberá enunciarse como problema.

A modo de ejemplo le ponemos estas pregunta finales:

¿Con qué materiales fabricaría la manija de un artefacto eléctrico?¿Con qué materiales no la fabricaría? ¿Por qué?

Vamos precisando conceptos:

Las siguientes oraciones están desordenadas. Analicen cada una y pónganlas en orden, de manera que describan correctamente el camino seguido por la electricidad en los circuitos anteriores.• Pasa por el filamento (produciendo luz y calor).• Vuelve a la pila por el extremo (+).• Sale de la lamparita por un conductor interno.• La electricidad sale de la pila por el extremo (-).• Otro conductor lo lleva por el interior de la lamparita hasta el filamento.• Circula por el conductor que está en el interior del cable.• Retorna a la pila por otro cable.

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Actividad 3

Lo que han armado en las actividades anteriores es un "circuito eléctrico". ¿Por qué se llamará así? ¿Por dónde "circula" la electricidad? ¿Por qué no se "escapa" de los cables? ¿Por qué los extremos de los cables deben estar "pelados"?

CircuitosLa corriente eléctrica sale de un extremo de la pila y regresa a ella por el otro,

después de haber recorrido un circuito. Es decir, que un circuito es un camino cerrado por donde pasa la corriente. A continuación le proponemos construir distintos circuitos.

Materiales necesarios:

Dos Pilas Dos o más lamparitas de 1,5 a 2,5 volts Cablecitos Cinta adhesiva o aisladora

De ser posible y para una mejor conexión puede comprarse algunos portalamparitas y portapilas, si no, le mostramos como construir unos caseros:

Conecte una pila y dos lamparitas de distintas maneras. Si alguna de las conexiones le quedó como uno de los dibujos anteriores, se trata de una conexión en serie.

Si el circuito le quedó como este dibujo, las lamparitas están conectadas en paralelo..

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En cada caso, fíjese qué pasa cuando desconecta distintas partes del circuito.

Tome dos pilas y una lamparita de 2,5 volts. Conéctelas como mostramos en las figuras.

Nuevamente desconecte las distintas partes de cada circuito y observe lo que ocurre.

¿Qué ocurre al desconectar alguno de los cables en cada circuito?

Dibujen las diferentes situaciones. Anoten en sus cuadernos todas las observaciones.

MATERIALES PARA EL PRÓXIMO ENCUENTRO:

1 limón y 1 manzana (por grupo), 2 cables de aprox. 15cm de largo 2 o más electrodos: chapitas o pedacitos, uno de zinc y otro de cobre o grafito (lo encontramos por ejemplo en las pilas comunes), lamparitas de linterna;• portalámparas;• portapilas;• interruptores;• pelacables o tijeras; • martillo; cable; • pilas; un cartón grueso (o madera) de unos 30 por 30 cm; chinches; • cinta aisladora.

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ANEXO TEÓRICO

Los materiales según su conductividad eléctrica

Para caracterizar un material, según su conductividad eléctrica, es conveniente hablar de resistividad en lugar de resistencia.

La resistividad de un material es su resistencia al paso de la corriente eléctrica, por unidad de área y unidad de longitud, por ejemplo la resistencia de un cubo de 1m de lado. En este caso el área es 1m2 y la longitud es 1m. y se mide en ohmios por metro (ohm m).

(Tomado de http://www.edenorchicos.com.ar/edenorchicos/jsp/paginas/edenor_chicos.jsp)

Los materiales se clasifican en cuatro categorías en función de su conductividad eléctrica:

Conductores: Materiales a través de los cuales la corriente fluye con relativa facilidad. Metales como plata, cobre,oro y aluminio se cuentan entre los mejores conductores

En este cuadro se muestran ejemplos de buenos conductores. Como las resistividades de estos conductores son muy bajas usaremos como unidad de medida la cien millonésima parte de ohm m (1/ 100 000 000).

Fuente: http://www.edenorchicos.com.ar/edenorchicos/jsp/paginas/edenor_chicos.jsp)

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Cable de cobre desnudo

Aisladores: Materiales que no conducen electricidad. Cerámica, vidrio, plástico, goma, papel seco, aire, etc.

En el siguiente cuadro se muestran algunos ejemplos de buenos aislantes usamos como unidad de medida: el billón de ohm m.Un billón es un millón de millones ( 1.000.000.000.000).

Fuente: http://www.edenorchicos.com.ar/edenorchicos/jsp/paginas/edenor_chicos.jsp)

Semiconductores: Materiales como el silicio o el germanio, que son pobres conductores de la electricidad, hasta que son “dopados” con pequeñas cantidades de otros materiales como arsénico, fósforo o boro. Los semiconductores se utilizan para construir dispositivos como diodos, leds y transistores

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Un operario maneja una oblea de silicio, un material semiconductor, que se utilizará para la fabricación de chips

Estos elementos son tetravalentes, es decir, tienen cuatro electrones de valencia, y forman enlaces covalentes en los que comparten estos electrones con los átomos vecinos. El enlace covalente mantiene «anclados» a los electrones e impide su desplazamiento, por lo que da lugar a materiales que no pueden conducir la corriente eléctrica.

Superconductores: Materiales que al ser enfriados bajo una temperatura crítica (desde unos pocos grados Kelvin hasta unos cientos de grados Kelvin en superconductores detemperatura ambiente) se transforman en conductores perfectos. Son usados para generar campos magnéticos muy grandes, en aplicaciones como máquinas médicas de resonancia magnética, motores y trenes de levitación magnética

Para saber más sobre las aplicaciones de los superconductores: http://ciencia.nasa.gov/headlines/y2003/05feb_superconductor.htm

Una curiosidad¿Qué ocurre con el agua?

El agua (como la que sale de la canilla) es otro buen conductor de la electricidad. Es muy importante recordar esto, porque nuestro cuerpo está constituido en gran parte de agua (un 70% aproximadamente), entonces la electricidad puede circular fácilmente a través de nosotros. Pero si la electricidad viaja por nuestro cuerpo puede causarnos mucho daño.Si comparamos los valores de la resistividad del agua que se muestran en este gráfico, vemos que el agua de mar se parece a un conductor mientras que el agua pura se parece a un aislante. La resistividad del agua común (la de la canilla) y la del agua de mar, dependerán de las sustancias disueltas en ellas y entonces los valores que se muestran son sólo aproximados.

Fuente: http://www.edenorchicos.com.ar/edenorchicos/jsp/paginas/edenor_chicos.jsp)

Anexos:1-La enseñanza de los modos de conocer

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Vehículo de levitación magnética

En el Diseño Curricular de Educación Primaria se explicita que los contenidos incluyen los “conceptos” y los “modos de conocer” y que ambos deben ser objeto de enseñanza. En esta oportunidad nos referiremos a los “modos de conocer” que son “un conjunto de procedimientos y actitudes privilegiados para la transformación de los saberes cotidianos en conocimiento científico escolar que posibilita la interpretación de los fenómenos naturales desde una perspectiva científica”. (Marco teórico de Ciencias Naturales)No se conoce tanto acerca del aprendizaje de procedimientos en comparación con el de conceptos. Sin embargo, hay ciertas cuestiones que parecen favorecer o no la adquisición de los mismos. A continuación desarrollamos algunas ideas vinculadas con ellas:a) Los procedimientos no pueden ser aprendidos por los alumnos en forma espontánea por lo que se le debe destinar el tiempo necesario a su enseñanza para garantizar el empleo eficiente de los mismos cuando la situación lo requiera. b) Los procedimientos como objeto de enseñanza se van construyendo y mejorando gradualmente, volviéndose cada más funcionales y transferibles a nuevas situaciones.c) El docente debe hacer un diagnóstico sobre el nivel de conocimiento y práctica que poseen los alumnos respecto de los procedimientos básicos ya que estos serán los mediadores de niveles de aprendizaje de otros más avanzados. d) Los autores coinciden en que a pesar de que para secuenciar la enseñanza de los procedimientos el docente puede seguir los mismos criterios utilizados para secuenciar los otros tipos de contenidos (el contexto de la práctica, los objetivos que se pretenden, la edad de los alumnos, etc.), existen criterios específicos a tener en cuenta. Es conveniente comenzar por los procedimientos más simples y generales para avanzar luego hacia los más complejos y específicos (que requieren un mayor número de pasos para su concreción). e) Por último, para garantizar un sólido aprendizaje de estos saberes es necesario que el docente conozca las relaciones que tienen algunos procedimientos con otros de mayor complejidad para el alumno. A continuación señalamos algunas de las relaciones entre estos conocimientos.-Observar: a diferencia de “mirar” se tiene una intención y se ejerce un control. La observación puede ser directa (mediante los sentidos) o indirecta (a través de un medio). Está regulada por la finalidad, las características del objeto, los conocimientos previos de quien observa y las condiciones en que se realiza la observación. Sienta las bases para muchos otros como la clasificación-Discriminar: implica diferenciar y la capacidad de separar en clases. Es importante para definir conceptos y hacer generalizaciones.-Clasificar: separar en clases atendiendo a sus semejanzas según la variable considerada. Favorece el aprendizaje significativo. Constituye la base para la definición -Definir: se trata de un procedimiento muy complejo que implica observar, identificar, discriminar, clasificar, etc. Es darle el significado a un concepto descartando las características accesorias. Promueve las actividades con un nivel elevado de abstracción y construye representaciones de los objetos. Favorece la capacidad de resolver problemas.- Evaluar: asignar un valor a algo, emitir un juicio según un criterio. Formar el juicio crítico.(Novedades educativas- Ruina, 2008)

2-El trabajo en grupo.

La modalidad de trabajo grupal, requiere práctica tanto de los niños como de los docentes. Los niños deben aprender algunas habilidades para lograr una buena interacción entre los miembros del grupo y el maestro actúa como facilitador de estos aprendizajes. Es conveniente que los grupos se mantengan a lo largo de todo el módulo.El maestro puede asignar roles con responsabilidades específicas, de esta forma los alumnos desarrollan buena interacción y responsabilidad. Una propuesta puede ser:

Líder: dirige el trabajo en grupo, se asegura de que las diferentes tareas se realizan completamente y ayuda a cada miembro a cumplir con sus responsabilidades

Secretario: recoge y anota las ideas del grupo.

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Administrador de material: coordina la obtención del material de trabajo para el grupo, su posterior recolección y limpieza, y la devolución del mismo.

Vocero: presenta los resultados del grupo al resto de la clase.Al utilizar el sistema de roles es importante ir rotando a los alumnos en las diferentes clases, de manera que todos los niños tengan la oportunidad de asumir los distintos roles.

3- Cuaderno de Ciencias (CdC): Es un elemento esencial del proceso de aprendizaje, ejercicio y comunicación de la ciencia. El niño anota con sus propias palabras sus observaciones a lo largo de las experiencias y los resultados a los que llegó: acompaña al niño durante todo el año en su “paseo por el jardín de la ciencia”. En el CdC el niño dibuja, anota sus propias observaciones, sus ideas, previsiones, argumentos, su propuesta de experiencias, sus resultados y primeras conclusiones. En el trabajo grupal, confrontarán sus escritos e interpretaciones y puede surgir una primera síntesis escrita que proponen a toda la clase. Entonces puede instaurarse una discusión o surgir nuevas preguntas que la clase deberá responder, nuevos argumentos, etc., hasta llegar a una puesta en común de resultados e interpretaciones. De allí podrán surgir escritos validados por el maestro de acuerdo con los nuevos conocimientos adquiridos.

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