introducción al diseño curricular fisicoquímica -...

Serie documentos para capacitación a distanciaSegundo año de la Educación Secundaria

Introducción al Diseño Curricular

Fisicoquímica

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Presentación ................................................................................................................................................Introducción .................................................................................................................................................Unidad 1 El papel de la historia en la enseñanza de las ciencias ..............................................Unidad 2 Los estados de agregación .........................................................................................................Unidad 3 Concepto de elemento y sustancia ...............................................................................................Unidad 4 Circuitos eléctricos ...............................................................................................................................Anexo 1 ............................................................................................................................................................Anexo 2 ............................................................................................................................................................Anexo 3 ............................................................................................................................................................Anexo 4 ............................................................................................................................................................Anexo 5 ............................................................................................................................................................Anexo 6 ............................................................................................................................................................Bibliografía ........................................................................................................................................................

Índice

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Dirección de Producción de Contenidos

Edición: Patricio Miller BertolamiDiseño: Bibiana MarescaCubierta: María CorreaArmado: Eugenia NelliIlustraciones: Eduardo “Taladro” Cejo

Este documento se ajusta a la ortografía aprobada por la Real Academia Española y a las normas de estilo para las publicaciones de la DGCyE.

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Septiembre de 2008

Introducción al Diseño Curricular

Fisicoquímica

Programa de capacitación para Educación Secundaria CoordinadorasLic. Alejandra PazProf. Claudia Venturino

EspecialistasProf. Héctor Pedrol Lic. Oscar TrinidadProf. Raúl Fernández

Introducción al diseño curricular fisicoquímica / coordinado por María Alejandra Paz y Claudia Venturino. - 1a ed. - La Plata : Dir. General de Cultura y Educación de la Provincia de Buenos Aires, 2008.96 p. ; 21x18 cm. ISBN 978-987-1266-53-1

1. Diseño Curricular. 2. Físicoquímica. I. Paz, María Alejandra, coord. II. Venturino, Claudia, coord.CDD 375

Fecha de catalogación: 29/12/2008

© 2008, Dirección General de Cultura y EducaciónDirección Provincial de Educación Superior y Capacitación EducativaCalle 12 y 50, Torre 1, piso 9Provincia de Buenos AiresISBN 978-987-1266-53-1 Hecho el depósito que marca la Ley N° 11.723

Introducción al Diseño Curricular ES 2 | Fisicoquímica

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Presentación

La Plata, septiembre de 2008

Estimados directores y docentes:

En 2005, la provincia de Buenos Aires inició un proceso de transformación y creó una nueva escuela secundaria de seis años que se constituye como el espacio privilegiado para la educación de las y los adolescentes bonaerenses. En función de avanzar en la cons-trucción de la Educación Secundaria se ha elaborado una propuesta de enseñanza que se plasma en el nuevo Diseño Curricular, con el propósito de posibilitar a los jóvenes construir proyectos de futuro y acceder al acervo cultural de la humanidad.

La complejidad de la tarea docente, la actualización disciplinar y didáctica y los cambios curriculares requieren de una formación docente continua que permita la revisión crítica de la propia práctica. La propuesta de capacitación que se inicia persigue el propósito de acompañar a los docentes en los procesos de cambio que se impulsan y de ofrecerles herramientas que incidan en los procesos de enseñanza, mediante la implementación del Diseño Curricular de la nueva Educación Secundaria.

Por todo ello, este módulo constituye un espacio de diálogo e intercambio en relación con la práctica del docente y los posicionamientos teórico prácticos sobre la base de los cuales se deberían ir constituyendo los acuerdos para que el nuevo Diseño Curricular se constituya en una herramienta de la planificación de la enseñanza.

DGCyE | Subsecretaría de Educación

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En este sentido, la propuesta de trabajo no agota –ni en profundidad ni en extensión– los ejes de contenido seleccionados, aunque intenta abrir puertas hacia un saber compartido acerca de la propuesta curricular vigente para construir juntos la escuela que todos queremos.

Los despedimos animándolos a participar de esta capacitación con el mismo compromiso con el que día a día enfrentan el desafío de la enseñanza.

Dirección de Capacitación


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Introducción

El módulo que presentamos en esta oportunidad fue diseñado como material de apoyo para la capacitación a distancia destinada a profesores de Fisicoquímica de la Educación Secundaria (ES) de la provincia de Buenos Aires. En este sentido, los encuentros de capaci-tación y las propuestas de lectura constituyen un acercamiento al nuevo Diseño Curricular para el segundo año de la ES.

La propuesta de capacitación se propone como un espacio de reflexión sobre los fundamentos teóricos y pedagógicos del nuevo Diseño Curricular y como un ámbito de producción en el que se abordarán aspectos relacionados con el diseño y la evaluación de proyectos de enseñanza situados y coherentes con las orientaciones propuestas en el Diseño Curricular. Ante la reformulación del sistema educativo provincial y la creación de la Educación Secundaria, se abre una instancia para renovar la dimensión curricular y para reflexionar sobre los modos en que se efectúan las prácticas de enseñanza en relación con los fines específicos de este nivel, las características peculiares de los estudiantes y los actuales contextos socioculturales.

Objetivos del curso

· Reflexionar críticamente sobre su propia práctica.· Desarrollar competencias profesionales específicas tendientes a la profesionaliza-

ción docente.· Adquirir y afianzar habilidades para el diseño de actividades áulicas a partir del

análisis de la propia práctica y las orientaciones didácticas del Diseño Curricular (particularmente la utilización de modelos y la experimentación).


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· Conocer, analizar y evaluar documentos y materiales curriculares.· Elaborar propuestas de transposición didáctica de contenidos seleccionados para

su posterior aplicación en el aula.· Enriquecer y mejorar las prácticas educativas a partir de la contextualización histó-

rica de los contenidos a enseñar.· Diseñar actividades áulicas y sus correspondientes instrumentos de evaluación.

Contenidos

Unidad 1Análisis de los lineamientos curriculares de Fisicoquímica para 2º año de la ES. Análisis de las principales propuestas relacionadas a la enseñanza de las Ciencias Naturales; la enseñanza de las Ciencias Naturales en la actualidad. La imagen de ciencia e implicaciones didácticas. La ciencia escolar. Propósitos generales de las Ciencias Naturales en la ES. Análisis de las expecta-tivas de logro propuestas por el Diseño Curricular. Explicitación de criterios para la selección y secuenciación de contenidos. Utilización de contenidos organizadores. La visión sistémica en el estudio de propiedades que caracterizan los fenómenos naturales. Análisis de las orientaciones didácticas propuestas por el Diseño Curricular. Reflexión sobre el papel de la evaluación en los procesos de enseñanza – aprendizaje. Criterios de evaluación. Instrumentos. Relaciones entre actividades y evaluación. Autoevaluación, coevaluación y evaluación. Construcción del con-cepto de energía a lo largo de la historia. Transformaciones energéticas.

Unidad 2 Los estados de la materia y características macroscópicas explicadas desde la condición particulada. La historia de los aires y la primera teoría de la química. Mostración experimental que permite reflexionar sobre presión y vacío construyendo desde la naturaleza particulada de la materia. El estado gaseoso: consideraciones sobre volumen, presión, temperatura y conjunto de partículas (masa). Limitación del enfoque para choques donde no ocurre reacción. Construcción del modelo cinético-molecular. Inducción de las relaciones entre presión y volumen, volumen y temperatura, y presión y temperatura. Asociación de estas relaciones a Boyle-Mariotte; Charles y Gay-Lussac. Desde los gases reales y el modelo ideal a la temperatura Kelvin. Análisis de las orientaciones didácticas propuestas por el Diseño Curricular. Reflexión sobre el papel de la evaluación en los procesos de enseñanza – aprendi-zaje. Criterios de evaluación. Instrumentos. Relaciones entre actividades y evaluación.

Unidad 3 Concepto de elemento y de sustancia. El cambio químico desde una mostración expe-rimental. El informe desde la descripción, explicación y justificación. Sistemas homogé-neos: soluciones y sustancias. Construcción del concepto de solubilidad a partir de una posible implementación áulica y caracterización de soluciones saturadas y no saturadas. Modelización de las situaciones que implican disolución con modificación de la tempera-tura del sistema. La sobresaturación. Expresión de composición de soluciones, adopción de criterios para indicar concentraciones de componentes. Vivimos en una solución ga-seosa. Soluciones sólidas.

Desde las observaciones y experimentos de Galvani y Volta a la pila electroquímica. Algunas transformaciones químicas que motivaron la introducción de conceptos como oxidación y reducción. La celda de Daniell. La pila de Volta. Dispositivos que pueden aportar electricidad a partir de cambios químicos. Análisis de las orientaciones didácticas propuestas por el Diseño Curricular. Reflexión sobre el papel de la evaluación en los pro-cesos de enseñanza – aprendizaje. Criterios de evaluación. Instrumentos. Relaciones entre actividades y evaluación. Unidad 4 Circuitos eléctricos. Utilización del circuito hidráulico para caracterizar circuitos eléctricos. Utilización de ideas básicas. Materiales buenos y malos conductores de la electricidad. Movimiento de cargas. Noción de diferencia de potencial, intensidad de corriente y resistencia. Ley de Ohm. Potencia. Construcción de circuitos. Circuitos serie y paralelo. Conexión de resistencias. Baterías en serie y en paralelo. Circuitos hogareños. Dispositivos de seguridad. Análisis de las orientaciones didácticas propuestas por el Diseño Curricular. Reflexión sobre el papel de la evaluación en los procesos de enseñanza – aprendizaje:.Criterios de evaluación. Instrumentos. Relaciones entre actividades y evaluación.

Modalidad de trabajo

La capacitación se desarrollará mediante la modalidad a distancia, con una carga horaria de 32 horas reloj. Todo el trayecto se distribuirá en 3 encuentros presenciales de 3 horas cada uno, más 23 horas de trabajo no presencial, dedicado a la lectura del material de apoyo y a la realización de las actividades. Este módulo irá pautando ambas instancias, ya que fue pensa-do para guiar, orientar y acompañar el proceso de aprendizaje. El mismo se conformará con:


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· Material impreso de capacitación, facilitador del trabajo autónomo a realizar por los cursantes.

· Dos encuentros presenciales (primero y cuarto) que completan el recorrido didác-tico de la capacitación diseñado en el material impreso.

· Un encuentro de evaluación final (séptimo) para la acreditación.

El material impreso está organizado en Unidades de trabajo que orientan la lectura y aná-lisis del diseño curricular de la ES. Como este material se utilizará de manera autónoma, le sugerimos que:

· Organice su tiempo de lectura y trabajo. · Cuando reciba el material realice una lectura rápida del módulo para tener una

percepción global de los contenidos abordados. · No postergue la realización de las actividades propuestas; cada una fue pensada

desde una secuencia didáctica tendiente a facilitar el proceso de autocapacitación. · Destaque los conceptos que identifique en cada lectura.· Registre los comentarios, cuestionamientos y/o preguntas que le vayan surgiendo

a fin de articular el marco teórico con su experiencia profesional. · Anote las certezas, interrogantes o dudas que se le presenten para poder trabajarlas

en los encuentros presenciales.

El material que presentamos contiene textos que estructuran el curso, actividades que deberá realizar para compartir sus resultados con otros cursantes y el capacitador en los encuentros presenciales, propuestas para el aula y anexos que pretenden ser un insumo para el diseño de sus futuras clases.

· Al cerrar cada actividad permítase reflexionar sobre lo leído y propóngase relacionar lo nuevo con lo conocido.

Como se dijo, los encuentros presenciales son: dos de 3 horas cada uno, fuera del horario escolar –de asistencia obligatoria–, y un tercer encuentro que contempla la evaluación final.

Se realizarán en cada región educativa con lugares, fechas y horarios preestablecidos.

Modalidad Característica Actividades a realizar Duración

Entrega de material.

Comunicación de modalidad

de trabajo y cronograma de

trabajo.Encuentro

presencial 1

1° Semana

Trabajo de la Unidad 1. 3 horas

Encuentro

No presencial

Semanas 2° y 3°

Trabajo autónomo con el

material. Trabajo de la Unidad 2.

Encuentro

presencial 2

Semana 4°

Trabajo de la Unidad 3 y

tutoría.3 horas

Encuentro

No presencial

Semanas 5° y 6°

Trabajo autónomo con el

material. Trabajo de la Unidad 4.

Encuentro

presencial 3

Evaluación personal, presen-

cial y escrita.3 horas

Encuentro presencial de evaluación final: previo acuerdo con los cursantes, se realizará la actividad de evaluación final que será de carácter individual y escrita.

Evaluación y Acreditación

En lo referente a la evaluación se tendrá en cuenta: 1. Establecer el cumplimiento obligatorio del porcentaje de asistencia (100%). 2. Explicitar estrategias y/o criterios de evaluación formativa, que permitan la rectifica-

ción o regulación en proceso de la instancia de capacitación que se desarrolla. Entre ellas:

· El análisis de diseños curriculares, libros de textos, modelos y procesos de enseñanza. · Análisis de casos. · Resolución de situaciones problemáticas.· Análisis, discusión de informes y bibliografía.


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Unidad 1

El papel de la historia en la enseñanza

de las ciencias

Empezaremos compartiendo algunas reflexiones que nos permitan conocer y utilizar con el mayor provecho posible el presente Diseño Curricular de Fisicoquímica para el armado, implementación y evaluación del trabajo que realizamos junto a nuestros alumnos de 2º año. Esperamos, a partir de la lectura del Diseño Curricular y de algunos documentos propuestos, posibilitar la revisión de nuestras prácticas de aula, con el único fin de valorar nuestro trabajo y proponernos mejorar, o por lo menos validar y fundamentar nuestras actividades. Con este objetivo le pedimos que relea los apartados La enseñanza de las Ciencias Naturales en la ESB, Imagen de la ciencia e implicaciones para su enseñanza y La cien-cia escolar no es la ciencia de los científicos, y con las consideraciones allí expresadas resuelva las siguientes actividades:

Actividad 1

· Construya un breve texto que ponga de manifiesto la importancia de la contex-

tualización de los conceptos científicos a partir de la consideración de su faceta

histórica.

Actividad 2

· Le proponemos trabajar con el siguiente texto, que pretende servir de introducción

al concepto de transformaciones energéticas. Se espera que usted pueda reflexionar

sobre los procesos de construcción del conocimiento científico y la relación de éste

con el contexto histórico y cultural, tratando de consensuar y afianzar el significado


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de los conceptos sobre los que se habla, esto es, priorizar la cuestión conceptual

por sobre cualquier otra, por ejemplo la operatoria matemática o la formalidad de la

simbología disciplinar, cuestiones todas expresadas en las Orientaciones Didácticas

del Diseño Curricular. En palabras de Galagovsky (1996) “[…] enseñar una disciplina

implica utilizar el contexto semántico conocido por los alumnos y a partir de allí,

consensuar los significados de la nueva terminología”.

Aquí, el texto propuesto:

Un poco de historia: La construcción del concepto de energía Seguramente en los primeros tiempos de la humanidad las condiciones de vida serían ver-daderamente muy duras. En la competencia por la comida, el refugio y el agua, el hombre no llevaba las de ganar. Con extremidades débiles y sin garras, no podía competir con los grandes depredadores. Con una piel de pobre pelaje y mucho más débil que los cueros de otros animales, soportar las inclemencias de la naturaleza se convertía en un problema de vida o muerte. Lejos de ser el amo de la naturaleza, en la oscuridad de su morada, el hom-bre envidiaba el poder. El poder del fuego que con su calor consumía la vida y modificaba el paisaje a su paso, el del viento que agitaba las aguas y derribaba los árboles, el del agua que modificaba los relieves, en pocas palabras: el poder para obrar cambios, cambios en su mundo cercano que mejoraran sus posibilidades de subsistencia. La búsqueda de este poder marcó el camino de la humanidad, y porque no, su futuro.

Los siglos venideros fueron testigos de todo tipo de rituales e intentos por parte del hombre para dominar y hacer benigno el fuego, al cual después de cierto tiempo apren-dieron a conservar, y luego a encender, dejando de ser una fuerza hostil para convertirse en una ayuda para transformar el medio. Este inmenso logro posibilitó desterrar en parte el miedo a un temible enemigo: la oscuridad. Transformó las largas noches frías y alejó ani-males, los cuales –al igual que el hombre–, parecían temer a esta maravilla. La cocción de los alimentos amplió a una variedad antes impensada la dieta, y la alfarería posibilitó vasijas y ladrillos. Con esto, el mundo del hombre cambió para siempre.

El dominio del fuego significó un cambio tan grande para la humanidad que perduró en mitos y tradiciones muy posteriores. En Roma –al igual que en el alba de la humanidad–, el fuego fue principalmente centro de reuniones y de vida social, la palabra latina focus refiere el hogar. Las sacerdotisas de la diosa Vesta, personificadora del hogar, tenían como misión mantener encendido el fuego, siendo condenadas a muerte si lo dejaban apagar.

Por otro lado el dominio de las fuerzas de la naturaleza transformó la relación del hom-bre con el medio, la visión del mundo, y con ello, las creencias. Las divinidades tendieron a adquirir forma humana, por ejemplo en la India las primeras divinidades fueron el cielo, el sol, la luz, la tierra, el fuego, el viento y el agua. Con el paso del tiempo, el cielo se trans-formó en padre y la tierra en madre, aunque la principal divinidad fue por mucho tiempo Agni, Dios védico del fuego.

La mitología griega relata el mito del inicio de su cultura a través del teatro clásico, en la tragedia de Esquilo (año VI a.C.) Prometeo Encadenado. En ella, Zeus manda a encadenar a Prometeo a unas rocas, y allí es azotado por las tormentas por regalar a los hombres el fuego –que hasta aquí sólo pertenecía a los dioses–, y con él, la luz y las técnicas.

En la búsqueda de nuevas formas de realizar trabajo que no dependieran exclusivamen-te del poder de los músculos humanos, comenzaron a utilizarse nuevas estrategias para minimizar esfuerzos, reemplazando la fuerza humana por la proveniente de los animales, del viento y de las corrientes de agua, las cuales movían molinos y vehículos. Asimismo, el fuego simplificaba las cosas facilitando el trabajo con metales, que permitieron –con el correr del tiempo–, mejorar su dureza o maleabilidad a partir de las aleaciones. Con ellos, carretas, arados, molinos y barcos se construían y resultaban más eficientes. Para el 1100 a.C., las herramientas ya son fabricadas con hierro, dos siglos después, los pueblos asen-tados en las riberas del Mediterráneo se comunican por caminos hechos con picos; para el 200 a.C. los carpinteros cuentan con taladros y gubias para la construcción de barcos movidos por la fuerza de remeros y velas.

Las posibilidades del hombre de realizar los soñados cambios de antaño, se hacían rea-lidad más allá de lo imaginado. El ser humano llegó a utilizar el viento, el agua, el fuego, la luz, los animales y vegetales, entre otras cosas, para aprovechar los cambios y trabajos que a partir de su conveniente utilización logró para su provecho. Aunque pasarían muchos siglos para llegar a comprender la relación existente entre los fenómenos que se encontra-ban detrás de la tecnología desarrollada.

Como hemos visto, gran parte del desarrollo logrado por el hombre a lo largo de su his-toria puede ser dimensionado a partir de la observación de los cambios que la implemen-tación de esta tecnología que llegó a dominar produjo en su entorno. Las máquinas del hombre lograron tironear, levantar, girar, romper o cortar objetos. Para fines del siglo XVIII, los científicos describían desde la Física estos cambios producidos al aplicar una fuerza a partir del concepto de trabajo mecánico.

Toda fuerza aplicada sobre un objeto, podrá o no hacer que este se mueva. Si la fuerza en cuestión logra cambiar de posición al objeto (en el sentido de la fuerza aplicada), decimos


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que la fuerza realiza trabajo, y podemos estimar la magnitud del trabajo realizado a partir de la siguiente ecuación:

L = f. d En donde L es el trabajo, f la fuerza aplicada sobre el objeto y d la distancia que se movió.

Por ejemplo, un hombre que levanta una bolsa de cal desde el piso para apoyarla sobre su hombro, deberá realizar (como mínimo) la fuerza necesaria para igualar el peso de la bolsa, la cual recorrerá la distancia medida desde el suelo hasta el hombro de la persona. Una estimación bastante acertada del trabajo realizado será:

p = m.gp = 25 kg . 10 m/s2

p = 250 NEsto es, si aproximamos el valor de la aceleración de la gravedad, si estimamos la masa

de una bolsa de cal en 25 kg y si recordamos que N (newton) es la unidad de medida de la fuerza en el SIMELA (sistema métrico legal argentino).

Estimando que la distancia desde el suelo hasta el hombro es de 1,5 m, el trabajo reali-zado será:

L = f. dL = 250 N . 1,5 mL = 375 J En donde J (joule) es la unidad de medida del trabajo.1

Actividad 3

Teniendo en cuenta el desarrollo anterior:

· ¿Con qué tipo de movimiento ascenderá la bolsa del ejemplo anterior?

· ¿Qué es lo que cambia en el anterior ejemplo si aplicamos una fuerza mayor a 250 N?

1 Como seguramente usted habrá observado, la anterior ecuación del trabajo sólo describe la situación en donde la fuerza que produce el trabajo tiene la misma dirección que el movimiento del objeto. La ecuación correcta sería L = f . d . cos α, donde α es el ángulo formado entre las direcciones de la fuerza y el movi-miento. Presentamos la ecuación simplificada suponiendo que usted pudo haber sido formado en otras disciplinas diferentes a la Física, y quizás con la preconcepción de que el tratamiento de los conceptos de Física están condicionados fuertemente por el manejo de herramientas matemáticas. Así, buscamos un pri-mer encuentro alentador con el contenido, esperando que se perciba que el tratamiento de los conceptos de Física no requieren, en principio, de un gran andamiaje matemático, y que admiten ser trabajados con alumnos que no comenzaron estudios de trigonometría.

· Proponga y resuelva algunos ejercicios que pueda trabajar con posibles alumnos en

referencia al concepto de Trabajo.

· Escriba los anteriores ejemplos propuestos en forma de problema.

· ¿Qué otros contenidos estima que puede trabajar en sus clases a partir del trata-

miento de los anteriores problemas propuestos?

Esperamos que las anteriores actividades sirvan para ratificar conocimientos seguramente ya trabajados, afines a cuestiones básicas de cinemática y dinámica. Por otro lado, espe-ramos comenzar a problematizar el tratamiento de contenidos que, generalmente, solo son trabajados a través de ejercicios en donde se solicita utilizar ecuaciones diferenciando datos e incógnitas. Aspiramos a que perciba la posibilidad de trabajar con estimaciones, búsqueda autónoma de datos faltantes, diferenciación entre datos necesarios e intrascen-dentes. En pocas palabras, trabajar con problemas; otra de las cuestiones fuertemente impulsadas en el Diseño Curricular. A modo de ejemplo: ¿Cuánto trabajo realizamos para subir 1000 ladrillos al techo de nuestra casa?

Se ve claramente que para la resolución se requiere estimar la masa de un ladrillo, la al-tura de la casa y pensar alguna manera de subir los ladrillos que nos permita el cálculo en forma sencilla. También queremos resaltar que trabajo (como habrá notado en el Diseño Curricular) no es un contenido que usted deba tratar con los alumnos en 2º año de la ES, aunque consideramos relevante abordarlo como introducción al tratamiento de uno de los temas centrales del presente módulo: la electricidad.

Actividad 4

Según el Diseño Curricular:

· ¿Qué habilidades busca desarrollar en sus alumnos al trabajar con ellos a partir del

planteo de situaciones problemáticas?

· ¿Qué cuestiones debe tener en cuenta al trabajar con problemas en sus clases de

Fisicoquímica?

Si bien el hombre desde siempre intentó explicar los fenómenos que daban forma a su mundo, es aproximadamente alrededor del año 400 a.C. cuando, en la civilización griega,


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se gestaron un conjunto de ideas que guiaron con increíble impulso la producción de modelos científicos durante los siguientes siglos: en el 450 a.C., el atomismo de Demócrito postulaba un mundo compuesto por partículas impenetrables e indivisibles con la capa-cidad de moverse en el vacío. Y aproximadamente medio siglo después, la teoría de los cuatro elementos formulada por Empédocles –y luego ampliada por Aristóteles con el éter como quinto elemento–, describía la composición de los objetos a partir de combinacio-nes de aquellos, e intentaba explicar sus movimientos asumiendo que era una búsqueda de los elementos por llegar a su lugar prefijado en el mundo.

Admirablemente los siglos transcurrieron y el legado aristotélico continuó firme, mar-cando el camino del conocimiento construido sobre el mundo natural. Hacia fines de la Edad Moderna se seguía postulando que todo lo que existía estaba compuesto por agua, tierra, aire y, por supuesto, fuego. Si bien este era el credo filosófico oficial, un nuevo grupo realizaba trabajos innovadores adscribiendo a una corriente con importantes vertientes místicas, que se valía de la alquimia –junto a un conjunto bien establecido de técnicas para el estudio de la composición de los materiales– para encontrar la piedra filosofal, piedra que permitiría transmutar los metales, destilar el elixir de la larga vida y conseguir el remedio que cura todas las enfermedades: la panacea. Los trabajos realizados por los alquimistas junto con la aparición de la incipiente química moderna, fueron demostrando que los postulados cuatro elementos aristotélicos no eran simples, sino que estaban com-puestos por otros. La alquimia fue practicada por grandes hombres de ciencia como Boyle y Newton, y paradójicamente –o no– el éxito obtenido por este último, sustentándose desde su modelo mecanicista (que explicaba el mundo a partir de un conjunto de tres le-yes que reducían el comportamiento de todas las cosas al movimiento de partículas en el vacío), relegó definitivamente los postulados aristotélicos y ubicó en el centro de la escena científica, a través de los ecos de la alquimia, a las antiguas ideas atomistas.

En los años siguientes, diversos modelos que utilizaban partículas o fluidos que se mo-vían por dentro de los cuerpos, daban explicaciones bastante útiles para la comprensión de los fenómenos eléctricos y térmicos. Particularmente el gran químico Lavoisier alrede-dor de 1787, postuló al calórico como un fluido imponderable, auto repelente e indes-tructible contenido en los cuerpos calientes que, a grandes rasgos, poseía la propiedad de poder pasar a otro cuerpo frío produciendo el observado equilibrio térmico. No es extraña la aceptación –bastante general por aquellos tiempos– de una “materia de calor”, ya que esta útil teoría, que se mostraba en consonancia con las ideas de grandes científicos como Newton y con los avances de la química, prometía proporcionar un enfoque cuantitativo del estudio que antes no parecía posible.

Actividad 5

Le proponemos que participe con nosotros de esta pequeña recopilación histórica

sobre la construcción del concepto de energía.

· Escriba un texto que describa dos de las teorías citadas previamente: el atomismo

de Demócrito y la postulada por Aristóteles sobre los cuatro elementos. Esperamos

que el texto realizado pueda ser un insumo que le permita trabajar en clase sobre la

contextualización de los contenidos que seguramente desarrolla con sus alumnos.

Continuando con esta incursión histórica, nos situaremos ahora en el año 1798, y esta-mos muy cerca de las circunstancias que derivaron en la construcción de una de las ideas científicas más importantes de nuestra historia: la idea de conservación de la energía. Para ello queremos aprovechar una vez más la posibilidad de considerar el contexto en que se construyó parte de la idea que hoy tenemos de energía. Le ofrecemos, entonces, un exce-lente pasaje extraído del libro Física en perspectiva, escrito por Eugene Hecht.

“Benjamin Thompson fue un soldado profesional que tuvo poca acción, pero llegó a alcanzar,

por suerte y astucia, el grado de general mayor. Fue un elegante hombre de mundo que llegó a

ser ministro de la guerra de Baviera. Nombrado caballero por el rey de Inglaterra, con el tiempo

recibió el titulo de conde Rumford del Sacro Imperio Romano. Alto, apuesto y galanteador, un

pícaro de ojos azules, tuvo tres hijos, de los que sólo uno era legítimo. Fue un espía y un bribón

y un bienamado benefactor de los pobres; un soberbio administrador y reformador social. Pero,

sobre todo, se le recuerda como brillante científico práctico.

Sir Benjamin nació de familia humilde en Massachusetts en 1758. A los 19 años marchó a la pe-

queña ciudad de Rumford como maestro de escuela, pero pronto se casó con una viuda de 33

años –rica, por supuesto– y se retiró. Había presenciado la «masacre de Boston» y sin embargo,

no mucho después, se hizo mayor del ejército del rey. Cuando el general británico Gage marchó

sobre Lexington y Concord para empezar la Guerra de la Revolución, lo hizo debido a un men-

saje secreto enviado en una carta (escrita con tinta invisible) por nada menos que B. Thompson.

Thompson impresionó incluso al general Washington, quien a punto estuvo de ofrecerle una co-

misión, y años más tarde también impresionaría al primer cónsul de Francia, Napoleón Bonaparte.

Tenía un talento especial para congraciarse con gente importante. Su segundo matrimonio

(1805), con la acaudalada, graciosa e incorregible viuda de Lavoisier, fue un desastre de corta du-

ración. Era aficionado a cultivar rosas, y a ella le encantaba regarlas con agua hirviendo.


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Después de incontables aventuras y con renombre mundial, nuestro semihéroe el conde imperial

hacía de todo, todo menos regir el diminuto Estado de Baviera. En 1797, habiendo equipado una

vez más el arsenal de Munich, mientras contemplaba cómo perforaban los cañones, observó la

tremenda cantidad de calor liberado en el proceso. Decidió investigar a fondo lo que sucedía,

ordenó que le prepararan un cañón de alma de latón introducido en unos dos galones de agua

fría, girando contra una fresa de acero despuntada. La temperatura subió lentamente hasta que,

después de dos horas y media, “el agua empezó a hervir”. El calentamiento por rozamiento era algo

conocido desde hacia ya mucho tiempo; la gente siempre se habla frotado las manos para calen-

társelas y, por supuesto, los aborígenes (y boy-scouts) todavía encienden fuegos por rozamiento.

Los caloristas hubieran dicho que el calórico era “extraído” del latón por la fresa. Pero Rumford de-

mostró que podía continuarse generando calor mientras se realizara trabajo, mientras los caballos

hicieran girar el barril. Era en apariencia inextinguible, por lo que no podía «ser una sustancia ma-

terial». Rumford aceptó la alternativa –el calor era movimiento– pero habrían de pasar aún varias

décadas antes que el calórico fuera rechazado para siempre […]”

“[…] En la fabrica de cañones, Rumford había llegado muy cerca del concepto crucial; había en-

contrado el círculo de la energía pero no dio el paso final de la cuantificación. «Puede obtenerse

más calor», llegó a asegurar, «usando más pienso para alimentar los caballos». La energía química

potencial del forraje la convertían los caballos en trabajo y este, a su vez, en calor; así todo iba

como en un círculo, convirtiéndose de una forma en la siguiente […] pero era el año 1798. Casi

toda Europa estaba satisfecha con el calórico, y la palabra energía no había encontrado aún un

lugar en el vocabulario científico […]”

Sería James Prescott Joule –un discípulo del gran John Dalton– el que, trabajando la rela-ción numérica entre trabajo y calor, llegó a establecer la imposibilidad de crear o destruir la energía, la cual sólo se transforma de una forma en otra.

Hasta aquí, presentamos una introducción histórica a la construcción del concepto de energía. Elegimos hacerlo debido a que la utilización del contexto histórico asume un papel relevante en el presente Diseño Curricular.

Con lo trabajado hasta el momento, es posible formular algunas ideas básicas con respec-to al concepto de energía, aquí van:

· Entendemos como energía a todo aquello que posibilita poder realizar un cambio;· La energía no puede crearse ni destruirse, sino sólo transformarse de una forma en

otra.

Quizás, siendo estrictos, estas ideas no sean del todo exactas, aunque las consideramos una muy buena aproximación.

Actividad 6

· Con el fin de continuar con el estudio de las formas de energía y sus transformacio-

nes desde una visión conceptual, le pedimos que enumere diversas formas de ener-

gía y justifique proponiendo: un dispositivo, organismo, etcétera, que produzcan

trabajo a partir de la utilización de la citada forma de energía; explique el trabajo o

cambio realizado y por último enuncie algunas de las transformaciones energéticas

que pueden anticiparse a partir del ejemplo propuesto. Ejemplo: La energía química

potencial del forraje podría considerarse como una forma de energía, y así se consi-

dera ya que posibilita a los caballos mover el torno en el cual se agujerea el cañón;

mientras se produce este trabajo, seguramente se podrá observar que la energía

química se transforma en trabajo (realizado por los caballos), en cambio de tempe-

ratura corporal, en movimiento del cañón, en aumento de temperatura del metal

y en evaporación del agua que sirve como refrigerante, entre otras tantas posibles

transformaciones.

Por si aún no lo ha hecho, le pedimos que considere como uno de los ejemplos solicitados en la

actividad anterior, el caso de la obtención de trabajo a partir de la utilización de la electricidad.

Con la misma lógica de proponer algunos ejemplos y cuestiones que ayuden al análisis y aplicación

de las propuestas del presente Diseño Curricular, le presentamos el siguiente modelo para pensar

una de las formas de energía más utilizadas en nuestro tiempo: la energía eléctrica.

Comenzamos considerando uno de los dispositivos mayormente utilizados para la obtención de

energía eléctrica: la pila. Por el momento sólo queremos considerarla como una “caja negra”, esto

es, trataremos de explicar las reacciones químicas que se producen en su interior en otro momento

del presente curso. Por lo pronto, únicamente pretendemos construir un modelo que nos ayude a

representar el funcionamiento de un circuito eléctrico con el que obtendremos trabajo.

En el apartado Unas palabras sobre los modelos científicos y la ciencia escolar se propone “[…] trabajar

en este trayecto de la escolaridad con modelos aceptables desde el punto de vista científico que sean


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comprensibles para los alumnos en tanto pueden dar cuenta de los fenómenos analizados”. Con este

sentido y explicitando que también nos interesa considerar cuales son nuestras ideas previas sobre el

tema, le proponemos:

Actividad 7

Relea el apartado Utilizar y construir modelos de las Orientaciones didácticas para

Fisicoquímica del Diseño Curricular y en base a las recomendaciones que allí se ex-

presan:

· Estudie el siguiente modelo hidráulico de un circuito eléctrico. Utilice este modelo

para explicar cuáles son los componentes fundamentales de un circuito eléctrico y

en qué medida nuestro modelo hidráulico ejemplifica cada uno de los componentes

observados.

· Según el Diseño Curricular: ¿Qué tipo de proceso de modelización se utilizó en

la actividad anterior? ¿Qué cuestiones debería tener en cuenta al trabajar con sus

alumnos a partir del anterior proceso?

· Realice un listado con los contenidos trabajados hasta el momento que pertenez-

can al presente Diseño Curricular.

Tanque agua con EP1

Caño

Bomba

Canilla

Regador

Agua con EP2

EP1 >

EP

2

Interruptor

Conductor

R

I

dV

Introducción al Diseño Curricular ES 2 | Físicoquímica

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Unidad 2

Los estados de agregación

Los estados de agregación de la materia

La presencia de contenidos en el Diseño Curricular sobre los estados de la materia, y con particular atención en el estado gaseoso, pretende focalizar las diversas consideraciones desde la condición particulada y discontinua de esta. Por lo tanto, una de las intenciones de trabajo de la presente unidad, es la exigencia de pasar de lo macro a lo micro, generan-do justificaciones desde el modelo corpuscular cuya construcción se intenta a partir de actividades seleccionadas y un soporte histórico que se distribuye a lo largo de la unidad.

La enseñanza de los estados de agregación

Para los estudiantes, que los sólidos y líquidos son materia y tienen peso, resulta evidente. Aunque diversas investigaciones relacionadas con las ideas previas de los alumnos, pro-ponen que no ocurre lo mismo en el caso de la materia en estado gaseoso. Este estado es algo difuso y vago, es decir, algo no material que desde la experiencia cotidiana también se asocia a invisible.

Solo unos pocos estudiantes aceptan que:· un gas es materia y tiene peso;· hay gases diferentes y tienen propiedades distintas;· el gas ocupa siempre todo el espacio disponible;· los gases, como los líquidos, son fluidos y presentan características comunes a estos

aunque menos marcadas, como el empuje de Arquímedes.


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Actividad 8

· A lo largo de todo el Diseño Curricular se plantea el papel de los experimentos

dentro de la clase de Fisicoquímica. Le pedimos que a partir de estas considera-

ciones, elabore una breve lista de cuestiones a tener en cuenta al trabajar con sus

alumnos desde este tipo de actividades experimentales.

· Le solicitamos que proponga experimentos sencillos que permitan trabajar por lo

menos algunas de las siguientes cuestiones:

- comprender que el aire tiene masa;

- observar la compresibilidad de gases;

- evidenciar la masa de un gas más denso y otro menos denso que el aire;

- observar empuje de Arquímedes.

El aire corpuscular

En 1643 Evangelista Torricelli (1608-1647) prueba que el aire “ejerce presión”; el aire puede sostener una columna de mercurio de más de 70 centímetros de altura dentro de un tubo invertido cerrado en el extremo superior. Nace el barómetro.

La presión ejercida por el peso de la atmósfera se corrobora por el experimento del físico alemán Otto von Guericke (1602-1686). En 1654 von Guericke dispuso dos semiesferas metálicas que encajaban mediante un reborde pulido y engrasado. Después de unirlas y proceder a extraer parte del aire contenido en el interior, mediante una bomba primitiva de su invención, no solo éstas se mantenían unidas, sino que cuatro yuntas de caballos fustigados, tirando de cada semiesfera en sentido opuesto, no consiguieron separarlas. Cuando se permitió la entrada de aire al interior, las semiesferas pudieron separarse sin dificultad.

Esta demostración teatral que tuvo lugar en Magdeburgo, despertó interés en Europa porque si realmente se había logrado el vacío, esto ponía en evidencia la vulnerabilidad de la física aristotélica, reivindicando la propuesta de la naturaleza corpuscular de la materia.

Actividad 9

· ¿Estima que puede resultar pertinente trabajar con sus grupos de alumnos el expe-

rimento de Torricelli? Fundamente a partir de lo que expresó en la actividad anterior,

referida a las actividades experimentales y las consideraciones del Diseño Curricular.

· ¿Qué conceptos considera, se podrían construir en relación con los contenidos de

cualquiera de los núcleos del eje La naturaleza corpuscular de la materia del Diseño

Curricular?

El estado gaseoso

Los aires en la cienciaEn el siglo XVI el aire era pensado como lo que denominaríamos actualmente una sus-tancia. A principios del siglo XVII el médico y químico belga Johann Baptista van Helmont (1577 o 1580 – 1644), estudiando y reflexionando sobre el vapor de los jugos de fruta (CO

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lo reconoció como una sustancia diferente dentro del aire.Se puede admitir que hasta la época de van Helmont, la única “sustancia aérea” consi-

derada, era el aire mismo, que parecía lo suficientemente distinto de las otras “sustancias” como para ser elevado a la categoría de elemento por los griegos y sostenido como tal en la filosofía natural.

No obstante, las prácticas alquimistas habían conducido a la obtención de “aires” y “va-pores” como resultado de experimentos peregrinos. Justamente, el carácter escurridizo de estos, junto con la falta de medios para almacenarlos, atentaban contra la posibilidad de observarlos y estudiarlos, de allí que resultaran ignorados.

Es interesante destacar cómo las “esencias filosóficas o espíritus”, provenientes del calen-tamiento de materiales diversos y destilaciones, permitieron una primera clasificación de acuerdo con “principios” comunes: vapores combustibles y vapores condensables.

El término “espíritus” originalmente significaba “suspiro” o “aire”, y también encerraba un sentido misterioso y sobrenatural con el toque de animismo aristotélico.

El alcohol común (etanol) es el más antiguo y mejor conocido de los líquidos vaporizables. De hecho, la palabra spirits, en inglés, alude a bebidas con considerable graduación alcohólica.

Van Helmont se interesó en la observación y estudio de los vapores que él mismo producía. Encontró que tenían similitud física con el aire, pero no coincidían con este en todas sus propiedades. En el caso de los vapores provenientes de madera que ardía, si


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bien parecían aire, no se comportaban como tal. A este gas (CO2) lo llamó “gas silvestre”.

Van Helmont asimiló estos “aires” que compartían la falta de volumen y forma al “chaos” de la mitología griega que sería la materia original, desordenada y carente de forma, a partir de la cual fuera creado el universo.

La fonética flamenca pronuncia “gas” para la palabra griega “chaos”.Desde los tiempos de van Helmont se utilizan los términos gas y vapor para diferenciar

los materiales que, como el oxígeno, ya se encuentran en ese estado a temperaturas “usua-les”, de aquellos que sólo a temperaturas elevadas se presentan como gases, como por ejemplo el agua en su estado de vapor.

Actualmente, gas y vapor tienen el mismo significado, independientemente del origen.Una observación didáctica que no podemos pasar por alto, es la que se refiere a ciertas

expresiones como: “el agua es un líquido” o “vapor de agua”. Resulta común observar en ideas previas de estudiantes de la ES, considerar al hielo como una sustancia diferente al agua, después de todo, escuchó y anotó que “el agua es un líquido”. Igualmente la conno-tación “vapor de agua” en lugar de “agua al estado de vapor” alienta la preconcepción de un cambio de naturaleza íntima que trasciende el cambio físico del estado de agregación. Por este motivo, es muy importante destacar la condición primera de sustancias y materia-les: “el agua es una sustancia”; “el aire no es una sustancia”; “la sustancia agua se puede tener en distintos estados de agregación”.

Propuesta para el aula En un envase de aluminio vacío (gaseosa, cerveza, etcétera) se agregan alrededor de 20 o 25 cm3 de agua corriente. Sujetar el envase mediante una pinza metálica (sin presionarlo para evitar deformaciones) o en su defecto con alambres, de manera que se lo pueda sos-tener sobre una llama para permitir la ebullición del agua en su interior.

Después de mantenerse el agua en ebullición durante un minuto, con rapidez, se retira el recipiente de la llama y girándolo, se lo sumerge levemente (por el lado de la abertura) en el agua a temperatura ambiente contenida en un recipiente previamente dispuesto al lado de la fuente de calor. De realizarse correctamente, se observará que la lata se deforma como si se la estuviese apretando. El efecto conseguido constituye un muy buen estímulo para que usted, a partir de lo acontecido, proponga a sus alumnos que dibujen en el piza-rrón cómo se imaginan que verían a las partículas en el interior del envase en distintos mo-mentos: antes de agregar agua; cuando se agregó agua y comenzó a calentarse; cuando el agua hirvió durante un minuto y cuando la latita se contactó con agua por la parte abierta.

Identifique cada dibujo con el nombre del autor y aproveche los insumos que aportan sus alumnos para construir en conjunto una explicación de lo ocurrido a partir de la condición particulada de la materia.

Atienda y estimule las preguntas que pueden surgir de los alumnos, que en general pasan por el cambio de condiciones del experimento. No las conteste usted, trasládelas al grupo como reflexión de conjunto. Las más frecuentes son: ¿qué ocurre si se calienta la latita cerrada?, ¿y si se sumerge en agua helada?, ¿y en agua caliente?

Esta actividad es también una excelente oportunidad para que los estudiantes presen-ten informes (individuales o grupales) donde se describa (acompañando con dibujos de las situaciones macro), explique (dibujos que focalizan desde lo micro) y justifique la ocu-rrencia del acontecimiento provocado.

Actividad 10

La confección de informes suele ser una actividad relativamente problemática para

los alumnos en general, por lo cual le pedimos que:

· A partir de la lectura del apartado Hablar, leer y escribir en las clases de Fisicoquímica

del Diseño Curricular, escriba un grupo de consignas que orienten a sus alumnos en

la elaboración de sus informes.3

El modelo cinético molecular

Las observaciones realizadas después de nuestro último experimento constituyen un insumo que ayuda a visualizar y comprender el comportamiento de las partículas en el estado gaseoso. Inclusive, la introducción del término cinético contemplado en el Diseño Curricular, resulta de fácil incorporación pues en todo momento se asume que las partícu-las que conforman estos sistemas están en movimiento.

A continuación, le proponemos que piense de qué manera puede proceder para que los alumnos puedan formular ideas como las siguientes, que constituyen aproximaciones a la teoría cinético molecular.

3 Para mayor ayuda puede también consultar el Anexo 2 del presente módulo.


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· Los gases están formados por partículas muy pequeñas.· Entre las partículas en un sistema gaseoso, las distancias son considerables y esos

espacios no tienen nada.· Las partículas en una masa de gas se mueven en todas las direcciones.· El movimiento de las partículas aumenta con la temperatura.· Las partículas chocan entre ellas y contra las paredes del recipiente que pudiera

contenerlas.

A modo de ejemplo, se podrían realizar preguntas del tipo: ¿por qué percibimos un per-fume que está en el otro extremo de una habitación?, o ¿a qué se debe que en un día caluroso, una cubierta de bicicleta o auto “aparezca más inflada” de lo que estaba?, o ¿qué ocurre con las cubiertas en mañanas muy frías?

No deben tomarse estas propuestas como un método o receta de pasos infalibles. Todo lo contrario, la propuesta es abierta, adaptable y deberá ponerse en práctica en función del contexto y de los objetivos de enseñanza.

El químico escéptico

Robert Boyle (1627-1691) nace unos pocos meses después del deceso de Francis Bacon (1561-1626). La valoración de su tarea científica ha tenido apreciaciones muy diversas en-tre sus contemporáneos y aún en nuestros días cuenta con admiradores y detractores. A pesar de sus cuantiosas publicaciones, su apellido evoca una ley del estado gaseoso que es prácticamente lo único que se conoce de él. En general la referencia a la ley, también alude a otro científico: el francés Edme Mariotte (1620-1684) quien habría arribado a las mismas conclusiones que Boyle pero no las enunció como ley sino hasta 1679. Tampoco pretendió que dicho hallazgo fuese original de él.

La iniciación de Robert Boyle en la química estuvo influida, entre otras, por fuentes con origen en van Helmont y Paracelso. Tal es así que sin prejuicios, escribió sobre Paracelso que era justo tenerlo como “una persona muy estimable en su tiempo y en tiempos pos-teriores”. En opinión de algunos historiadores, Boyle ponía en práctica la novedad del mé-todo de descubrimiento experimental y de demostración experimental, que requerían de un soporte filosófico y una metodología particular que estarían en su conocimiento. No obstante, el mérito en la construcción de una bomba de vacío, se le atribuye a su ayudante Robert Hooke (1635-1703), que no sólo fue un buen matemático, sino que sus habilidades

mecánicas e inventos también se reconocieron como relevantes. De hecho, cuando Hooke en 1662 dejó de trabajar para Boyle, éste nunca retomó estudios cuantitativos como los realizados cuando arribó a la ley también en 1662. Por otra parte, Hooke siguió, entre otras investigaciones, estudiando las propiedades del aire cualitativa y cuantitativamente.

Propuesta para el aula En las ocho situaciones que se presentan a continuación en la gráfica, para cada par de recipientes, el de la izquierda intenta describir cómo se encontraba el aire al principio, y el de la derecha, cómo se encontraría después de extraer lo más posible mediante un dispo-sitivo adecuado (una bomba de extracción). En el modelo gráfico, dicha extracción de aire se realiza por el vástago lateral del recipiente.

· Proponga a sus alumnos que elijan aquellas modelizaciones que consideren más adecuadas.

· Solicite que expliquen el motivo de las elecciones realizadas.· Indague sobre la concepción de continuidad-discontinuidad-vacío que puedan

sostener.· Formule preguntas que permitan resignificar los distintos aportes.· Es interesante indagar cuáles son las opciones de los estudiantes si para las mismas

ocho situaciones planteadas, se cambia la posición del vástago lateral de manera que resulte más cercano a la base.

· Si trabaja con una mitad del curso dibujos con vástago en la parte superior y con la otra mitad, vástago en la parte inferior, tendrá la posibilidad de confrontar más aportes y enriquecer la elaboración que está procurando.


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Un experimento de Robert Boyle La relación encontrada por Boyle entre la presión que ejerce una determinada masa de gas y el volumen que ocupa, se puede construir desde distintas propuestas.

Por ejemplo, utilizando (dibujando) cilindros con émbolos que tienen una masa determi-nada de cierto gas, o con el tubo en u, cerrado en la rama corta y abierto en la rama larga.

Independientemente del dispositivo que seleccione para ilustrar el experimento de Boyle, haga foco en las partículas de la masa de gas para las diversas consideraciones que surjan. A partir del experimento con la latita, los alumnos cuentan con insumos sobre el comportamiento de las partículas del sistema gaseoso frente al cambio de temperatura; utilice ese conocimiento para avanzar en la construcción de la relación entre presión y volumen. Presente algún cuadro de valores experimentales para cambios de p y v a cierta temperatura y promueva explicaciones que tomen en consideración a las partículas para justificar los resultados macroscópicos. Someta la diversidad de propuestas provenientes de sus alumnos (correctas e incorrectas) a la consideración del conjunto, absteniéndose de responder y procurando guiarlos.

Administre cautelosamente las ideas previas de sus alumnos y no las invalide desde su autoridad; así sólo conseguirá reforzarlas.

Un primer arribo a la relación entre p y v es el que los vincula como de cambio inverso.La relación de proporcionalidad inversa, se puede inducir a partir de los valores de la ta-

bla, recreando conocimientos adquiridos en matemática (resulta interesante acordar con los colegas de matemática la posibilidad de que revisen conceptos de proporcionalidad directa e inversa con los alumnos antes de que usted llegue a esta etapa). Si estima que

puede trabajarlo con su grupo, a partir del cálculo de las áreas de las figuras que resultan trazando paralelas a p y v desde distintos puntos de la gráfica, entonces surge p. v = k para cada figura.

Con todas las herramientas adquiridas, construya con sus alumnos enunciados de las relaciones entre p y v, tendiendo a la formulación de la ley de Boyle y su formalización mediante una ecuación.

Actividad 11

Ahora que arribamos a la ley, le proponemos el planteo de una situación conflictiva:

· ¿En los globos se cumple la ley de Boyle? Después de todo, en ellos aumenta el vo-

lumen y también la presión que ejerce el gas, y esto es una contradicción. ¿Las leyes

presentan casos de excepción? ¿A la ley de Boyle, en relación con las experiencias

cotidianas, la caracterizaría como intuitiva o contraintuitiva?

Otro aspecto de los experimentos de Boyle Una faceta no menos importante de toda la experimentación de Boyle, la constituyó el interés despertado en el número creciente de atomistas. La explicación para aceptar la compresión del aire, era que este se encontraba constituido por pequeñas partículas (áto-mos) separadas unas de otras sin nada que llenara ese espacio, es decir aceptando el vacío. De allí que comprimir aire significaba suprimir el espacio vacío en el volumen, colocando a las partículas tanto más cerca unas de otras.

La aceptación de esta explicación para “los gases”, por extensión, implicaba que líquidos y sólidos también podrían estar constituidos por “átomos”. Si el agua como vapor tiene pro-piedades físicas de una “sustancia” semejante al aire, por qué no admitir que está formada por “átomos”.

Habiendo transcurrido más de dos mil años de la propuesta atomista y el átomo, constituyendo aún por esos tiempos una partícula “hereje” que desafiaba el dogma de la transubstanciación, el atomismo comenzó a ganar numerosos adeptos. Entre ellos Isaac Newton (1642-1727), quien se encargará de “bautizar” al átomo, atribuyéndoselo al creador e incorporándolo como partícula necesaria para argumentar justificaciones.

Boyle, Mariotte y el físico francés Guillaume Amontons (1663-1705), tenían conocimiento de la variación del comportamiento de gases al cambiar la temperatura y la presión, sin embargo,


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en 1738 el matemático y físico suizo Daniel Bernoulli (1700-1782), enfoca esas variaciones des-de el punto de vista matemático (técnica del cálculo de probabilidades), admitiendo que los gases estaban constituidos por un gran número de partículas pequeñas “que se expansionan en todas direcciones a menos que estén contenidos”, además de ser el primero en atribuir la presión ejercida por un gas al choque de partículas, llegando a resultados importantes.

Actividad 12

Haciendo uso de los dibujos que ilustraron el experimento de Boyle:

· Le proponemos que considere la realización del mismo experimento, con los

mismos dispositivos, incluyendo la masa de aire contenida, pero a una temperatura

mayor que la del trabajo anterior. Con la condición de que para cada ensayo, cada

volumen sea igual al correspondiente volumen del experimento que usted presentó,

construya cualitativamente cómo quedaría ubicada la gráfica que surja con respecto

a la que construyó a menor temperatura.

· Explique su construcción desde lo que ocurre en esa masa gaseosa a nivel corpus-

cular.

Propuesta para el aula En el año 1823, Michael Faraday consigue pasar el cloro gaseoso a líquido mediante un método ingenioso.

El físico Francés Jacques Charles (1746-1823) en 1785, midió cuantitativamente una observación: la expansión de una masa de gas cuando se calienta. Encontró que para una masa de gas, el cambio de volumen que experimentaba a diferentes temperaturas entre 0oC y t eran proporcionales, con la condición de que la presión se mantuviera constante. Además, por cada grado Celsius que la temperatura aumentaba o descendía, el volumen aumentaba o descendía en 1/273 con respecto al original.

Entonces, ¿cómo construir en el aula esta relación entre v y t?· Aporte una tabla de valores de manera tal que los alumnos construyan la gráfica

resultante. · Asocie la construcción a un dibujo (cilindro con émbolo desplazable) de manera que

se puedan vincular los puntos de la gráfica con los cambios que tendrían lugar en el sistema focalizando desde la condición corpuscular.

· Sugiera secuencias de dibujos.· Es importante considerar situaciones no sólo a temperaturas superiores a 0oC sino

también por debajo, es decir temperaturas negativas.· Una cuestión interesante para plantear a los alumnos es la siguiente: si se parte de

una masa de gas que ocupa cierto volumen a 0oC, ¿qué ocurrirá con el volumen de la misma a medida que la temperatura resulta más baja? Claro, se puede indagar también qué se piensa acerca de la masa, si se conserva o cambia, y qué ocurre con la densidad del gas a esas temperaturas.

· Tenga presente que las representaciones corpusculares serán un nexo importante entre los cambios macroscópicos y la formalización numérica.

· Dentro de las temperaturas negativas, donde los volúmenes son menores, indagar qué concepciones aparecen sobre cambio de estado y conservación de la materia. ¿Las partículas de gas desaparecen cuando la temperatura llega a los –273oC? Si la masa de gas cambia de estado, ¿cómo seguiría la construcción de la gráfica? Y si hay cambio de estado, ¿se puede hablar de estudiar aquello que ya no es un gas?

· Esta es una buena oportunidad para introducir el modelo “ideal”, es decir ese gas que no existe y que resultaría totalmente compresible al extremo de la aniquilación, ya que sus partículas se admiten con un volumen despreciable.

Los gases reales cambian de estado antes de alcanzar los –273oC. En la actualidad, prácti-camente, se habría logrado alcanzar tal temperatura.

En los tiempos de Charles, no constituyó un factor de inquietud lo que pudiera ocurrir con la masa de gas a –273oC, porque carecían de medios para conseguir temperaturas tan bajas y aceptaban la modificación de volumen con el cambio de temperatura como una situación de “dilatación”.

En la década de 1860, el físico inglés William Thomson (1824-1907) conocido como Lord Kelvin, resignificó el sentido de esa temperatura a la cual el gas ideal se aniquilaría, y esa va-riación de 1/273 asociada al volumen, concluyendo que por cada grado Celsius que se modi-ficaba la temperatura la energía de movimiento asociada a las partículas también lo hacía en 1/273, de manera que a –273oC los corpúsculos de materia permanecerían inmóviles.

Esto fue motivo para que propusiera una escala de temperaturas “absoluta”, tomando como punto de partida o cero Kelvin a esta situación de inmovilidad. Por otra parte, cada grado Celsius coincide con cada Kelvin en la relación de 1 a 1.


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Propuesta para el aula · Ahora, aplicando esta nueva escala, solicite a sus alumnos que transporten la gráfica

construida con los datos de la tabla empleada previamente a la escala de Kelvin, y pre-gunte qué pasaría con dicha construcción si ese gas se pudiera comprimir totalmente. Disponga las escalas de manera tal que se infiera la conversión de oC a K. Utilizando la gráfica sobre el sistema de coordenadas volumen-temperatura absoluta (T) y rescatan-do la relación de proporcionalidad entre ambos, promueva la búsqueda que permita establecer si se puede hablar de proporcionalidad directa o inversa entre v y T.

· En uno de esos días soleados y calurosos de verano, se puede experimentar con tres envases de gaseosa cerrados, de plástico flexible, iguales, de 1 dm3 todos ellos, que contengan simplemente aire. Suponiendo que este plástico puede flexibilizarse de manera que se expanda y contraiga sin que cambie la presión en el interior, se pone la botella A en el freezer, la B en otra parte del refrigerador y la C fuera de la casa, al sol. Analiza en grupo cuál de las siguientes afirmaciones sería la que realmente des-cribe lo que ocurre con cada uno de los recipientes después de haber permanecido algunas horas en los lugares asignados.

1. Cada recipiente tendrá en el interior 1 dm3 de aire porque la masa de aire es la misma.

2. En los tres recipientes habrá más de 1 dm3 de aire.3. En A será menor que 1 dm3; en B permanecerá igual y C tendrá más que 1 dm3.4. En A y B habrá menos que 1dm3 y C tendrá más que 1 dm3.5. Falta información para poder decidir.

Actividad 13

Lea y resuelva las siguientes actividades:

· Una habitación para conservar vegetales se encuentra refrigerada a 6oC. Se inte-

rrumpe el suministro de electricidad y la temperatura se eleva a 25oC. La presión que

hay en el interior de la habitación es igual a la exterior y no se encuentra hermética-

mente cerrada. Analice la situación presentada aplicando los conceptos adquiridos

sobre la naturaleza corpuscular en el estado gaseoso, para explicar si entrará aire

del exterior o saldrá aire de la habitación o no entrará ni saldrá aire al modificarse la

temperatura.

· Respetando las consideraciones presentes en el Diseño Curricular en su apartado

“Trabajar con problemas de Fisicoquímica”, le pedimos que elabore cuanto menos tres

problemas relacionados con los contenidos de la presente unidad.


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Unidad 3

Concepto de elemento y de sustancia

Las ideas sobre elementos y sustancias han ido modificándose desde su origen en la anti-gua Grecia. Si bien antes de la era cristiana un motivo de especulación filosófica pasó por plantearse si en el universo había algo fijo, permanente, que no experimentara cambio alguno –o un universo en el que lo único fijo y permanente era el propio cambio–, los partidarios de lo fijo o permanente, que sostenían la propuesta atomista, sucumbieron frente al pensamiento aristotélico. No fue sino hasta los siglos XVI y XVII que reapareció la idea de átomo, tímido sobreviviente que se fortalecería paulatinamente hasta constituir el corpus teórico actual.

En el siglo XVII Robert Boyle, suscribiendo a la filosofía mecanicista, en alguna medida plantea que todos los cuerpos son “textura distinta”, una suerte de “materia universal” y a su vez, como buen escéptico, plantea dudas. Habitualmente, se le adjudica a Boyle el con-cepto “moderno” de elemento y este reduccionismo histórico es un error que se repite en muchos libros de texto.

A mediados del siglo XVIII, el científico ruso Mikhail Vasilevich Lomonosov (1711-1765), desa-rrolla una teoría corpuscular desde un enfoque cinético, que resulta sorprendentemente mo-derna y admite “imperceptibles partículas de materia” agrupadas en “partículas compuestas”.

A fines del siglo XVIII, A.L. Lavoisier conceptualiza la idea de elemento o cuerpo simple desde un arribo experimental: su propuesta es que todas las sustancias que no puedan descomponerse por cualquiera de los modos de análisis disponibles en ese momento, sean consideradas elementos.

En el siglo XIX, la taxativa teoría atómica de Dalton asocia átomo a elemento y represen-ta a estos últimos usando símbolos cada uno de los cuales designa un átomo de materia. Mediante la yuxtaposición de estos símbolos, aparece un esbozo de fórmula química corres-pondiente a sustancia. La diversidad de naturaleza proviene de las uniones “permitidas” entre dos clases de átomos de elementos diferentes, en proporciones simples y arbitrarias.


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A otro científico ruso Ivanovich Dimitri Mendeleiev (1834-1907) autor de la ley periódica publicada en 1869, le cabe la distinción entre cuerpo simple (moléculas formadas por áto-mos del mismo elemento) y elemento asociado a átomo, es decir, las partículas materiales que asociadas constituyen los cuerpos simples y compuestos.

Elemento en la ciencia escolar

Normalmente, la concepción de elemento que tienen los alumnos y alumnas, está asocia-da a la partícula material (átomo) o al símbolo. Entre el átomo concreto (aunque inasible) y el símbolo impreso, fluctúa un elemento confuso y vacío de significado.

A modo de aprendizaje lúdico, le proponemos que realice la siguiente actividad mental y posteriormente podrá reflexionar sobre las fortalezas y debilidades de la analogía, como así también la posibilidad de transferirla al aula: Imagine que solicita a algunos alumnos dibujar en el pizarrón, por ejemplo, “perros de policía”. Una vez que cuente con cuatro, cinco o seis dibujos pregunte al grupo qué tienen en común los dibujos, ya que serán bien diferentes. La respuesta inmediata será “la raza”. Si bien no se trata de “la raza policía”, admitamos que todos ellos pertenecen a la misma raza. Solicite ahora que aquellos que quieran hacerlo, dibujen “la raza”. Nuevamenste, aparecerán los interrogantes: ¿cómo dibu-jar la raza? Aquí está el punto: todos los perros de policía dibujados pertenecen a una mis-ma raza, pero la raza, que es lo que tienen en común, no resulta dibujable, es una alusión vinculada al concepto de pertenencia.

Los alumnos cuentan con la noción de átomo. Si se pudieran fotografiar átomos de so-dio, la comparación de las fotos permitiría decir que no son iguales pues los electrones en unos y otros estarían en posiciones diferentes. A pesar de no ser iguales, todos pertenecen a un mismo elemento.

Con la tabla periódica a la vista, también se puede alcanzar una definición operativa, aso-ciando pertenencia a un mismo elemento para todos los átomos de igual número atómico.

Por último, no se angustie si al preguntar qué se entiende por elemento, la respuesta inmediata es “la raza del perro”; la asociación, al menos, se encontrará establecida.

A continuación le proponemos una actividad para que implemente con sus alumnos.

Propuesta para el aula El quimipensante de las secuencias está asociando en cada una de las escenas, fórmulas de sustancias que recuerda. Entre sus alumnos, probablemente se conozcan muchas de éstas. Por lo tanto la tarea a solicitar es que escriban dentro de la nubecita pensante del personaje, la o las fórmulas que evoca nuestro observador. Las mismas, se deben propor-cionar y son las siguientes:

H2O ; CH

4 ; NH

3 ; CO ; NaCl ; CO

2 ; O

2 ; CH

3 CH

2OH (alcohol común)

A partir de esta tarea, es posible construir una noción de sustancia, preguntando por ejemplo si el cochecito del bebé o el árbol pueden ser representados por fórmulas. Aquí se puede armar una lista de materiales, algunos que resulten sustancias y otros que no lo sean. La propuesta del Diseño Curricular para este año no incurre en la escritura de fórmu-las ni en la nomenclatura de las mismas. La intención pasa por aproximar la idea de que así como los átomos pertenecen a elementos que se simbolizan, los materiales que resultan sustancias también se pueden expresar con fórmulas que se arman con los símbolos de los elementos y números que indican cuántos átomos de cada elemento hay en la fórmula.

Así, tenemos símbolos que agrupan a una misma clase de átomos y fórmulas que repre-sentan a la diversidad de sustancias construidas desde esos átomos.

Se trata de ver en las fórmulas un lenguaje que la comunidad científica ha consensuado. Con la construcción cautelosa de los planos macroscópico, submicroscópico y simbó-

lico, se tendrá la posibilidad de establecer vinculaciones entre materiales y propiedades, desde un marco superador del conocimiento empírico de los estudiantes acerca de los fenómenos científicos.


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Reacciones químicas

En esta etapa, distinguir entre cambios físicos y químicos pretende aproximar a los alum-nos a la idea de conservación de la clase de sustancia en los primeros frente a la forma-ción de nuevas sustancias en los segundos, y la conservación en la clase y número de átomos en ambos casos. La separación de fases ha sido el antecedente de operaciones que permiten obtener las partes de diversos sistemas heterogéneos. Junto al rescate de los componentes de un sistema homogéneo como una solución, aplicando “métodos de fraccionamiento”, constituyen ejemplos concretos de la posibilidad de revertir situaciones para regresar a la instancia de inicio (los materiales originales).

La ocurrencia de una reacción o proceso químico se puede evaluar a partir de la reflexión sobre la aplicación de diversas operaciones y sus resultados infructuosos en el intento de volver al punto de partida, dada la destrucción de los sistemas iniciales, que se transforma-ron en otros donde ya no están las sustancias que había al principio. Una de esas formas posibles es a partir de la siguiente propuesta.

Propuesta para el aula Le ofrecemos una actividad para que ponga en práctica frente a sus alumnos, fuera del aula, en un patio descubierto o espacio aireado de manera que se observe la evolución del sistema a una distancia de 2 m, formando un círculo o semicírculo alrededor del vaso de precipitados de 100 cm3 o, en su defecto, una taza o vaso de vidrio traslúcido resistente al calor.

Los materiales que necesita son: cualquiera de los recipientes mencionados, una canti-dad de azúcar que llene el recipiente hasta la mitad y unos 20 a 25 cm3 de ácido sulfúrico concentrado. Agregue el ácido sobre la masa de azúcar y mediante una cucharita descar-table de plástico, remueva cuidadosamente de manera que se contacten bien el sólido y el líquido. Coloque la cuchara en una bolsa de plástico para descartarla.

Sugiera a sus alumnos, antes de salir del aula, que lleven lo necesario para tomar nota de todo lo que observen.4

A partir de la información recolectada, ya en el aula, solicite la elaboración de un informe donde se describa (y acompañe con dibujos ilustrativos de las distintas situaciones) lo observado. Asigne un tiempo para esta tarea.

4 Sugerimos ver los ítems Describir, Explicar y Justificar del Anexo 2.

Se sugiere, después del tiempo que usted fijó para elaborar esa primera parte descrip-tiva, que se lean algunos informes y se enriquezcan las construcciones con los diversos aportes que realizan los estudiantes. Esta instancia debe aprovecharse para diferenciar descripción de justificación.5

A continuación, estimule a sus alumnos para que busquen explicaciones desde sus sa-beres, para que justifiquen lo ocurrido, parcial o totalmente.

Nuevamente, fije un tiempo y realice la puesta en común.6

Respetando y alentando el empeño puesto en la explicación del fenómeno, el docen-te proporciona una herramienta que por otra parte constituye un objetivo: la ecuación química correspondiente a la transformación que experimenta el azúcar (sacarosa) con el ácido sulfúrico:

C12

H22

O11

(s) → 12 C (s) + 11 H2O (v)

Después de haberse atravesado el nivel explicativo, asociado a ideas espontáneas y sa-beres previos, la justificación desde el saber académico se construye eficazmente a partir de la información que aporta la ecuación. Claro, aparecen cuestiones tales como:

“¿Y el ácido dónde está?”, o “¿el olor picante a qué se debe?”.7 A partir de la justificación, superadora de las explicaciones, el agua producida y transfor-

mada en vapor por la exotermia de la reacción, se constituye en argumento del “humo”, como agua vapor que condensa en el aire, y los poros en la masa de carbono como resul-tantes del escape de dicho vapor.8

La puesta en común debe servir no sólo para dar a conocer las elaboraciones realizadas, sino también para operar en la mejora de las formas implementadas, y la adquisición de otros posibles procedimientos de comunicación de resultados.

5 Habitualmente, en las descripciones aparecen cuestiones tales como: ocurrió una reacción, o el azúcar se quemó o el azúcar se puso oscuro, o se formó un compuesto oscuro, como así también expresiones del tipo: se agregaron 50 cm³ de azúcar en lugar de “se agregó azúcar hasta la marca de 50 cm³”.

6 En general, las explicaciones pasan por frases cortas, de raíz monocausal, inconexas: “se eleva el azúcar por el calor”; “el azúcar se derrite por el ácido”. En las explicaciones generalmente no hay justificación para el “humo”. Una explicación interesante que a veces surge es: “el azúcar se funde y el aire encerrado se escapa por los poros” o “los gránulos de azúcar se dilatan y el azúcar se eleva”.

7 El ácido sulfúrico es deshidratante. Si bien en la sacarosa no hay agua, sí existen los átomos de hidrógeno y oxígeno en la misma relación que en el agua. Parte del ácido se descompone formando SO

2 que es el

responsable del olor picante, parte puede permanecer como tal. Por este motivo, no tocar ni autorizar que los alumnos lleven trozos del material.

8 Nos permitimos el reduccionismo de no incluir al SO2 que se produce como parte de los procesos ocurridos.


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Soluciones

Como prescribe el Diseño Curricular este año, al abordar los distintos sistemas, se propone hacer foco en la condición particulada de la materia, las interacciones entre corpúsculos de misma y diferente naturaleza y la elaboración de explicaciones en función de los mo-delos construidos.

En el caso particular de soluciones, aparecen los conceptos de soluto y disolvente vin-culados al de componentes del sistema (la solución). En general se dice “vamos a agregar soluto” cuando en realidad se agregará una sustancia o material que se constituirá en so-luto como parte de la solución.

Igualmente, cuando ocurre separación de soluto de la solución, se tiene en segunda fase una sustancia o material que ya no es soluto pues dejó de formar parte de la solución.

Estas consideraciones vertidas sobre la presencia de soluto como parte de un sistema, son imprescindibles para construir una noción clara de estados de agregación.

Actividad 14

Reflexione:

· El estado de agregación inherente a un material (sólido, líquido o gaseoso), ¿se

conserva cuando ese material forma parte de una solución?

· Con el fin de trabajar la anteriores cuestiones, le proponemos releer el apartado

Utilizar y construir modelos en Fisicoquímica presente en las Orientaciones Didácticas

de Diseño Curricular. A partir de esta lectura realice la siguiente actividad:

¿Cuál de los siguientes dibujos le resulta más apropiado para modelizar una solución

de agua con azúcar? ¿Tiene otras propuestas?9

Propuesta para el aula La anterior actividad puede ser recreada para ilustrar a sus alumnos; los objetivos de la misma serían:

· Modelizar los sistemas propuestos;· comprender el concepto de solubilidad;· analizar las características del concepto; · conceptualizar soluciones saturadas, no saturadas y sobresaturadas;· asociar la solubilidad a representaciones gráficas;· calcular y expresar concentraciones.

Una posible clase con sus alumnos Se continuará trabajando el tema de soluciones pero teniendo en cuenta un punto de vista hasta ahora no denotado. Trataremos de analizar qué entendemos por solubilidad y su importancia en nuestra vida diaria. Les pediremos a los alumnos que observen con detenimiento los sistemas preparados que detallamos a continuación:

· Iguales volúmenes de agua (son cuatro vasos de precipitados iguales).· El agua a la misma temperatura (para que ellos lo noten, el agua se extrae de la ca-

nilla).· La sustancia a disolver será seleccionada teniendo en cuenta datos bibliográficos

consultados previamente. También las cantidades a disolver. · Deben ser calculadas a partir de dichos datos, de manera que podamos estar seguros

de que tres de las muestras se disolverán completamente, y la última no.· Las masas de las muestras serán presentadas en vidrios de reloj en orden creciente de

las mismas, delante de cada uno de los vasos de precipitados.

Si bien aquí se sugieren vasos de precipitados y vidrios de reloj, los primeros se pueden re-emplazar por vasos de mesa de vidrio incoloro (o frascos) y los vidrios de reloj por platitos, por ejemplo, de café. En cuanto a la sustancia a disolver, puede ser la que usted disponga y por último, sal de cocina o bicarbonato de sodio.

La solubilidad de la sal de cocina cada 100 g de agua cambia de 36 g a 37 g entre 20o C y 60o C. La solubilidad del bicarbonato de sodio cada 100 g de agua cambia de 9,6 g a 16,4 g en el mismo rango de temperaturas.

Empezaremos formulando preguntas que apunten a que los alumnos describan, com-paren: ¿Qué observan? ¿Qué pueden decir acerca de este sistema (la sustancia en uno de los vidrios o platos)? ¿Y de este otro?

9 Aclaración: para los dibujos 1 y 4 se asume que el espacio alrededor de las partículas corresponde a disol-vente y soluto respectivamente

disolvente

soluto


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A continuación se procede al agregado de las masas de sólido en cada vaso agitando suavemente. Para evitar pérdida de sustancia cuando se realice la transferencia de sólido del vidrio (o plato) al vaso, se puede utilizar un pincelito de cerda fina para arrastrar la sustancia.

Después de las preguntas realizadas, estaremos en condiciones de anotar en el pizarrón las posibles observaciones realizadas, como por ejemplo:

· Los vasos contienen igual cantidad de agua.· El sólido es blanco.· La graduación de los vasos es la misma.· El agua utilizada se encuentra a la misma temperatura.· Los vasos son de vidrio.· Las masas de sólido son diferentes.

Otras preguntas que podrían formularse, como anticipaciones:

· ¿La cantidad de sólido que se disuelva dependerá del material del vaso?· ¿La forma de los vasos influirá en los resultados?

Nuevamente preguntaremos: ¿Qué observan? ¿Qué diferencias presentan los sistemas? Reiteramos la pregunta a los alumnos para que vayan surgiendo respuestas que anotare-mos en el pizarrón, y simultáneamente solicitaremos que dibujen los sistemas, imaginados desde la posibilidad de poder ver cómo estarían las partículas en cada uno de ellos.

· Tres masas de soluto se han disuelto y una no.· Se forman tres sistemas homogéneos y uno heterogéneo.· El sólido no se disolvió en todos los vasos.· Tres sistemas presentan una fase y el cuarto dos fases.

Con el fin de que los alumnos lleguen a la elaboración del concepto de solubilidad, comen-zamos a formular preguntas que faciliten dicha construcción. ¿Qué se puede decir acerca de la cantidad de sólido que pudo disolverse? ¿Se disolvieron completamente todas las muestras? Esperamos arribar en algún momento a una propuesta del siguiente tipo, que tomaremos como una primera definición: “Hay una cantidad máxima de sólido que pue-de disolverse”. La anotaremos en el pizarrón. De no haberla obtenido formularemos otras

cuestiones que orienten hacia la respuesta esperada. Algunas respuestas posibles son: “El sólido del último vaso no se disolvió porque es diferente a los otros”. Comunicamos, en-tonces, que el sólido utilizado en cada vaso es el mismo. ¿Qué componentes piensan que tiene el sistema? Es posible que contesten que además de agua contiene sal de cocina o “bicarbonato de sodio”, o azúcar, al asociar el color con materiales que pueden reconocer en su vida cotidiana. Si estas asociaciones se presentan, preguntaremos: ¿por qué?

Si justifican su respuesta tomando como parámetro el color, anotamos la misma en el pizarrón. También pueden contestar que el color no es una constante física y no puede utilizarse como criterio para identificar. Indicaremos la respuesta en el pizarrón.

A partir de este momento introducimos un segundo ejemplo: Dos vasos de precipita-dos; uno es el cuarto vaso y su contenido, el otro contiene un volumen doble de agua, al que agregamos una masa de sólido exactamente como la que está contenida en el cuarto vaso. Ambos a igual temperatura. Nuevamente preguntamos: ¿Qué observan?, ¿Qué se modificó?, ¿Qué se mantuvo constante?

Es de esperar que la contestación sea: “Se modificó la cantidad de disolvente y ahora la misma cantidad de material (sustancia) se disuelve en este volumen”. Bueno, hay una cantidad máxima de material (sustancia) que puede disolverse, pero, ¿es suficiente esta observación o además de la cantidad de material (sustancia) será importante tener en cuenta el uso de otra cantidad de agua? Reelaboraremos o completaremos la primera definición: “Hay una cantidad máxima de material (sustancia) que puede disolverse en una determinada cantidad de disolvente”.

Ahora, observemos esta tercera experiencia:· Dos vasos con igual volumen de agua como en la primera situación.· Igual masa de material (sustancia) como la que tiene el cuarto vaso.· Distinta temperatura para el agua. En el primer vaso agua de la canilla a temperatura

ambiente y en el segundo vaso agua a unos 60o C aproximadamente.

Otra vez formularemos preguntas que permitan obtener el mayor espectro de respuestas:¿Qué observan? ¿Qué se modificó ahora? Ahora el material (sustancia) en el segundo

vaso se disuelve todo. La temperatura es distinta y mayor en el segundo vaso. Cuando nos referimos a la solubilidad, además de la cantidad de soluto y disolvente ¿qué otra magni-tud será necesario considerar? Pregunte, entonces, a sus alumnos: “¿Estiman que la tem-peratura es un factor a tener en cuenta en la solubilidad? ¿Por qué?”. Esperaremos a que resuelvan que si cambiamos la temperatura cambiará la cantidad de material (sustancia)


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que se disuelve. Entonces repreguntaremos: “¿Cómo completamos la definición anterior de solubilidad?”.

Recapitulando los progresos que hicimos desde la primera definición, podremos arribar a una más adecuada: “Hay una cantidad máxima de material (sustancia) que puede disol-verse en una determinada cantidad de disolvente y a una cierta temperatura”.

La anotaremos en el pizarrón. Luego explicaremos que la solubilidad puede expresarse en distintas unidades. La más común es:

g de soluto cada l00 g de disolvente.A continuación vinculamos el concepto de solubilidad con el de solución saturada y no

saturada a través del método expositivo con discusión.

Ejemplo Si sabemos que la cantidad máxima de un cierto material A que puede disolverse en 100 g de agua es de 3,5 g, entonces podemos decir que la solubilidad de A a 20 °C es 3,5 g en 100 g de disolvente:

Solubilidad de A

(20ºC) = 3,5 g soluto / 100 g disolvente

Y que esta solución está saturada pues no será posible disolver más material (sustancia) en esta cantidad de disolvente a la temperatura indicada.

Entonces, si disolvemos 2 g del mismo material en 100 g de agua, ¿la solución estará saturada?, ¿por qué?

Por lo tanto se admite que una solución es o está saturada a una dada temperatura para cierta cantidad de disolvente cuando tiene la máxima cantidad de soluto disuelto; o no satu-rada cuando la masa de soluto disuelto en las mismas condiciones es menor que aquella.

Actividad 15

Analice la pertinencia y la posibilidad de implementación de la anterior propuesta

para un 2° año de Fisicoquímica a partir de la consideración de:

· Los contenidos y las Expectativas de logros propuestas por el Diseño Curricular.

· Las Orientaciones Didácticas.

· La posibilidad de obtención de los materiales necesarios.

· Las características de su grupo de alumnos.

· Otras consideraciones que usted estime relevantes.

En caso de encontrar debilidades en la propuesta actual, le pedimos que reformule

la misma, justificando las modificaciones que desde su criterio y experiencia docente

introduciría, siempre ajustadas a las prescripciones del Diseño Curricular.

Actividad 16

Veamos estas otras situaciones que le proponemos a usted para que las evalúe y

analice la viabilidad de implementarlas con sus alumnos, introduciendo las modifi-

caciones que estime pertinentes. Anote, para discutir con sus colegas de curso, qué

cambios realizaría:

En la tabla siguiente, se indican las solubilidades en agua para ciertas sustancias A

y B a distintas temperaturas:

(g de soluto cada 100 g de agua)

Temp. (en oC) Sustancia A Sustancia B

20 62,5 13040 78 14360 84 16080 96 175

100 105 200

Haciendo uso de las solubilidades de A y B según la tabla, dibuje las gráficas co-

rrespondientes en dos sistemas de coordenadas. Elija las escalas como estime más

conveniente.

Ahora, y siempre en relación con la tabla, indique si cada una de las soluciones pro-

puestas a continuación, es saturada o no saturada.

a) 70 g de A en 100 g de agua a 40 oC

b) 80 g de B en 50 g de agua a 60 oC

c) 83,9 g de A en 100 g de agua a 60 oC

d) 350 g de B en 200 g de agua a 80 oC

e) 21 g de A en 20 g de agua a 100 oC


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1- En el sistema de coordenadas donde representó la gráfica de solubilidad para A,

marque las masas de los puntos a) y c). ¿Qué relación se podría establecer entre tipo

de solución y zona correspondiente, en estos dos casos?, ¿cabe la generalización?

2- Se desea preparar una solución saturada de la sustancia A que aparece en la tabla

de arriba, empleando 100 g de agua. ¿Qué se puede decir acerca de la cantidad de

sólido necesaria si se prepara el mismo día y simultáneamente aquí, en este lugar y

en un patio cubierto de la base Vicecomodoro Marambio?

3- La solubilidad de una sustancia a 10 oC es de 5 g en 100 g de agua. Se “mezclan” a

dicha temperatura las siguientes cantidades:

a) 25 g de sustancia con 500 g de agua

b) 20 g de sustancia con 500 g de agua

c) 15 g de sustancia con 200 g de agua

Para cada sistema justifique a través de cálculo la clase de solución resultante, realice

un dibujo de cada sistema desde lo corpuscular, compare y clasifique los sistemas

obtenidos.

4- La solubilidad de la “sal light” (cloruro de potasio) a 70oC es de 50 g cada 100 g de

agua. Si se agregan 78 g de “sal light” en 100 g de agua a 70oC

a) ¿Qué masa de cloruro de potasio se disolverá?

b) ¿Qué masa de “sal light” permanecerá sin disolverse?

Aún no se llegó a soluciones sobresaturadas. La intención no pasa por hacer de este con-cepto un motivo de discusión profunda, sino que, a partir de lo elaborado hasta aquí, se proponga cómo arribar a este punto sin exceder el alcance prescripto en el Diseño Curricular. La característica trascendente de estos sistemas es que contienen más sustancia disuelta que la correspondiente a su solución saturada a esa temperatura. No resulta posible tener una solución saturada en un sistema heterogéneo donde hay sólido en segunda fase, que a esa temperatura no puede constituirse definitivamente en soluto. La existencia de soluciones sobresaturadas no es compatible con la presencia de sólido en segunda fase.

A continuación, se propone una actividad relacionada con gráficas y zonas de satura-ción, no saturación y sobresaturación. Desde consideraciones cualitativas, los cursantes, podrán constatar en qué medida los constructos realizados pueden ser integrados para resolver esta propuesta.

Actividad 17

Para las sustancias sólidas A, B y C cuyas gráficas de solubilidad en agua aparecen en

el sistema de coordenadas contiguo, le planteamos las siguientes cuestiones:

a. ¿Qué característica presenta la solubilidad de A?

b. ¿Qué puede decir de las solubilidades de B y C en el punto donde se intersectan?

c. ¿A qué clase de soluciones corresponde para A; para B y para C, la zona represen-

tada por el triángulo donde A intersecta a B y C?

d. Marque sobre el eje de abscisas la temperatura por encima de la cual la solubilidad

de A es mayor que la de C.

e. Sombree la zona donde simultáneamente las soluciones de B y C son sobresatu-

radas.

En el sistema de coordenadas de la derecha se representan las solubilidades de tres

gases en agua (las gráficas 1, 2 y 3 podrían corresponder por ejemplo a las solubili-

dades en “moles” del helio; nitrógeno y oxígeno respectivamente, por cada dm3 de

sistema acuoso cuando la presión del gas sobre la solución es constante).

Redacte un texto breve donde se vinculen la solubilidad de algunos gases a distintas

temperaturas con las implicancias que esto puede tener en relación al ambiente

(por ejemplo, aguas que se usan industrialmente con fines refrigerantes y se arrojan

calientes a lagos o ríos).

g de s

oluto

cada

100g

de di

solve

nte

temperatura en oC

A

B

C

solub

ilidad

temperatura en oC

2

1

3


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Vivimos en una solución gaseosa

Una situación interesante para comprender un poco más de nuestra atmósfera, la solu-ción gaseosa en la que estamos sumergidos, puede pasar por el análisis de la presión y composición del aire a distintas alturas. A medida que se asciende, la presión disminuye. Una persona que se traslada a 3000 o 4000 m de altura, experimenta el “apunamiento” o “soroche” (de la voz quichua que significa mercurio).

Actividad 18

Habitualmente las explicaciones para el “mal de puna” son la baja presión y la falta de

oxígeno. Lo llamativo es que la solución gaseosa aire, hasta unos 70 km de altura, man-

tiene constantes las proporciones de oxígeno y nitrógeno, como a nivel del mar.

También es cierto que a mayor altura hay menos oxígeno:

· ¿Cómo se compatibiliza que en el aire se mantengan las proporciones de estos dos

componentes pero que haya menos oxígeno a medida que aumenta la altitud?

· ¿Podría aplicar algún modelo que utilice partículas para aclarar este “enigma”?

Sobre soluciones sólidas

Propuesta para el aula Promueva entre sus alumnos la recopilación de información sobre el significado de “oro 18 quilates”, bronce, peltre, latón, acero, alpaca, nitinol. Distribúyalos en grupos. En la puesta en común de la información recogida, administre los datos de manera que aparezca la asimilación del nombre genérico de estos sistemas. Asocie su significado a soluciones sólidas.

Seguimos con nuestro estudio a partir de la consideración de algunas de las aplicacio-nes tecnológicas de los conceptos hasta aquí tratados.

La pila electroquímica

“La pila sonó como un timbre de alarma para los experimentadores de toda Europa”

Humphry Davy (1778-1829)

La rama de la química que comprende el estudio de los fundamentos de funcionamien-to de una pila es la electroquímica, y de hecho, es a partir de la pila que se materializa una teoría electroquímica. Esta rama de la química, en este tema en particular, se introduce en el mundo de las transformaciones químicas que son capaces de entregar energía para producir trabajo.

Las pilas electroquímicas se han convertido en algo de uso corriente. Para oír las can-ciones grabadas en discos compactos con el discman, para poder mantener en funciona-miento un teléfono celular, un audífono para personas hipoacúsicas, un reloj, para encen-der el motor de un automóvil, etcétera; para todo esto necesitamos de una pila o batería (conjunto de pilas).

A continuación se presenta un texto que introduce un recorte de la perspectiva histórica del hallazgo de la pila. Por otra parte, se vincula esta lectura con la recomendada del Anexo I, a fin de integrar algunos de los acontecimientos científicos que gestaron hitos para cons-truir ciertos conocimientos en el campo disciplinar de la fisicoquímica. Una cuestión sobre la que quisiéramos hacer especial hincapié, es aquella que refiere al proceso de elabora-ción de teorías y modelos que hacen al dinamismo de los constructos científicos, como así también al carácter provisorio del conocimiento.

Para conocer la historia de la pila debemos remontarnos a fines del siglo XVIII, cuando dos científicos italianos argumentaron para explicar un hallazgo. Uno de ellos, Luigi Galvani (1737-1798), mientras estaba anatomizando una rana notó que la pata de la misma tem-blaba a pesar de no estar viva. Galvani intuyó que la pata de la rana pudo haber temblado cuando saltaron chispas de una máquina de electricidad estática que había en el labora-torio o durante una tormenta eléctrica. La deducción fue que el fenómeno era de índole eléctrico. Tras varias pruebas, Galvani logró que la pata de la rana temblara sin necesidad de que se desate una tormenta. Así la teoría expuso que la electricidad provenía de la rana y la denominó electricidad animal.

El otro científico que entra en escena es el físico Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Volta (1745-1827). Él insistía en que la fuente del temblor no residía en la rana. Volta demos-tró que el temblor muscular no podía producirse a menos que se utilizaran dos metales


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diferentes en el escalpelo y la sonda. Sostenía que no era la pata de la rana sino los metales distintos los que causaban el temblor, y llamó a la energía electricidad de contacto.

Galvani revisó una y otra vez su trabajo. Finalmente, logró que la pata de la rana tembla-ra incluso cuando utilizaba escalpelo y sonda del mismo metal. Esto pareció echar abajo las objeciones de Volta. Éste, sin embargo, contaba con la evidencia de que los metales supuestamente similares tenían que ser distintos en algún aspecto para que la pata tem-blara. Continuaba insistiendo en que la energía provenía de la diferencia existente entre los metales, no de la rana.

Finalmente, Galvani concretó un nuevo descubrimiento, sorprendente y convincente: no utilizó los metales. Logró que la pata de la rana temblara simplemente al tocar el extre-mo de un nervio con el extremo de otro. La prueba pareció abrumadora: si no se utilizaba nada más, la energía debía venir de la rana. Debía de ser electricidad.

Frente al descubrimiento de Galvani, ¿qué podía hacer Volta? Para sorpresa de todos, no utilizó la rana. Volta sólo utilizó metales diferentes en un líquido y llevó a cabo un hallazgo mayor. En realidad, fue un descubrimiento que abrió una nueva carrera para la química. Cerró el debate. Utilizando solamente metales disímiles, se producía una gran cantidad de energía. Había descubierto la corriente continua.

Entre otros experimentos, constató la sensación de sabor salino provocada por dos me-tales distintos, en contacto entre sí y con la lengua.

Recuérdese que los científicos que trabajaban con electricidad estática habían pasado siglos buscando la corriente continua. Ahora Volta la había descubierto. Recuérdese tam-bién que con la electricidad estática la energía sólo podía descargarse en un fogonazo o una chispa. No era una corriente continua (incluso las palabras “estática” y “continua” descri-ben las diferencias entre los dos tipos de electricidad).

El descubrimiento de Volta fue tan espectacular que recorrió rápidamente el mundo de las ciencias. En primer lugar, reproducirlo resultaba sencillo para cualquier científico del mundo (en comparación, se requería habilidad de cirujano para reproducir el trabajo de Galvani). En segundo lugar, Volta produjo una gran cantidad de energía, no sólo la necesa-ria para provocar el temblor en la pata de una rana.

La historia de los dos científicos italianos tiene un final triste. Volta presenta a la Royal Society of London un documento con título “Sobre la electricidad excitada por simple contacto de sustancias conductoras de diferentes tipos”. La controversia Galvani-Volta concluye con la victoria de Volta. Galvani cayó en el desprestigio y su carrera se truncó. Murió habiéndose dado por vencido, no obstante, la historia no termina aquí. De haber tenido Galvani la posibilidad de conocer el futuro, la electrofisiología –que tendrá que

esperar algunas décadas–, se encargaría de reparar sus pesares. Hoy sabemos que existe una corriente continua que proviene de las células del individuo. Por ejemplo, el electro-cardiograma y el electroencefalograma son mediciones de la electricidad producida por las células del corazón y del cerebro, respectivamente. Además, la electricidad producida por el nudo atrioventricular de nuestros cuerpos regula el latido del corazón: ¡Resultó que Galvani no estaba tan equivocado! En realidad, ambos tenían algo de razón.

Actividad 19

· En una parte del texto anterior, se puede leer “Había descubierto la corriente con-

tinua”. Este párrafo merece especial atención, pues hace alusión a una fuente capaz

de proporcionar corriente en forma continua. Pero históricamente, en esa época, ¿se

podía hablar de corriente continua en el sentido que se concibe actualmente?

· “Es importante destacar que los conceptos científicos no son para siempre, sino

que cambian en el curso de la historia y esto no los desmerece en el valor racional y

objetivo que pudieron tener en otro momento y contexto”. Justifique la frase previa

utilizando las consideraciones presentes en el Diseño Curricular.

Antes de continuar con el título que aparece abajo, le sugerimos que en Anexo 1 lea

el texto correspondiente a “La Teoría del flogisto”.

Superando la teoría del flogisto Los términos oxidación y reducción fueron adoptados por Antoine Laurent Lavoisier

en 1775. Lavoisier, analizando el experimento de Joseph Priestley donde descomponía

óxido de mercurio (II) y del cual se desprendía un gas que avivaba la combustión de

una vela, concluyó que tal proceso ocurría porque el óxido perdía oxígeno, quedando

en la retorta mercurio. La ecuación química correspondiente a este cambio es:

calor

2HgO(s) 2Hg (I) + O2 (g)


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En otro experimento, calentando al rojo un alambre de hierro, Lavoisier observó un

aumento en la masa del metal, explicó este aumento admitiendo que el metal gana-

ba oxígeno para formar el óxido correspondiente.

Es decir, se producía una combinación según la ecuación:

4Fe(s) + 3O2 (g) 2 Fe

2O

3 (s)

Lavoisier llamó oxidación a la combinación de un elemento con el oxigeno (ganan-

cia de oxígeno) y reducción al proceso contrario, que supone pérdida de oxígeno

de la sustancia que se reduce. El proceso de oxidación puede observarse en una

propuesta como la siguiente:

En un recipiente de vidrio se coloca lana de acero humedecida (o limaduras muy

finas de hierro húmedas). El recipiente, bien tapado, comunica con un matraz, que

contiene agua coloreada, a través de un tubo acodado.

Al cabo de un cierto tiempo (aproximadamente media hora), se observa que la tem-

peratura se eleva, la lana de acero se enrojece y el oxígeno se consume, lo que puede

notarse porque el agua coloreada se eleva en el tubo acodado. Al mismo tiempo se

libera calor del sistema.

Resulta importante destacar que estos diseños experimentales se pueden adaptar a

otros materiales. La carencia de un matraz Erlenmeyer o frascos de vidrio borosilicato,

no son en muchos casos, motivos excluyentes de una implementación experimental.

Por otra parte, si se cuenta con otros recursos que contribuyan al proceso de transpo-

sición didáctica, no dude en utilizarlos en beneficio de la enseñanza-aprendizaje.

Actividad 20

Proponga un dispositivo para realizar el experimento anterior, haciendo uso de ma-

teriales que cualquiera pueda obtener sin costo. Ensaye cómo funciona y socialice el

diseño durante el próximo encuentro presencial.

En el sentido de Lavoisier, una sustancia se oxida cuando toma oxígeno y se reduce cuan-do lo pierde. Así, en el óxido de mercurio (II), HgO, el mercurio combinado se reduce al perder el oxígeno que tiene, quedando mercurio, Hg. El hierro, Fe, por el contrario, se oxida, pasando a óxido de hierro (III), Fe

2O

3.

Siempre que en una reacción una especie se oxida, otra se reduce. Es el caso de la reac-ción química que tiene lugar entre el óxido de cobre (II) y el carbono C:

CuO(s) + C(s) Cu(s) + CO(g)

En esta reacción el carbono se oxida, pasando a monóxido de carbono CO, mientras que el cobre del óxido de cobre (II) se reduce a cobre metálico (Cu).

Este tipo de reacciones se suelen llamar en forma abreviada procesos redox.Aclaramos que estos procesos son independientes de la presencia o ausencia de oxíge-

no. El ejemplo citado, se tomó desde su antecedente histórico y didáctico.

horno

Lana de acero Agua coloreada

Termómetro


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Acumulador de plomo

El acumulador de plomo, conocido habitualmente como “batería de automóvil o moto” es un dispositivo muy especial. Por una parte, proporciona corriente para producir el arran-que de un motor, pero por otra parte, también recibe corriente. De lo contrario se agotaría muy pronto. La corriente que recibe, provoca cambios químicos que recomponen los materiales que necesita el acumulador para producir corriente. Esta ocurrencia de trans-formaciones químicas por la corriente se conoce con el nombre de “electrólisis” y forma parte de la electroquímica.

A continuación y siguiendo con el estudio de contenidos prescriptos en el Diseño Curricular vamos a presentar el caso particular de la celda de Daniell, en la cual queda de manifiesto la relación entre reacción química y producción de electricidad.

Celda Daniell Un dispositivo generador de electricidad se puede construir utilizando dos vasos, uno con disolución diluida de nitrato de plata, AgNO

3, y el otro con disolución diluida de sulfato de

cobre (ll), CuSO4. En el vaso con AgNO

3, se introduce una barra de plata y en el otro, una ba-

rra de cobre. Estas dos barras son los electrodos, que se unen a través de un amperímetro para medir el paso de corriente.

Las dos soluciones se ponen en contacto por medio de un tubo de vidrio en forma de U que contiene una solución de nitrato de sodio cuyos extremos están tapados con algo-dón; los tapones dejan pasar iones de una solución a otra. Al tubo en U con la solución en su interior, se lo denomina puente salino. La pila así construida genera corriente eléctrica, tal como indica la desviación de la aguja del amperímetro.

Cuando la pila lleva funcionando un cierto tiempo, se observa que la barra de cobre se va haciendo cada vez más fina (pierde masa), el color de la disolución de sulfato de cobre se torna de un azul más oscuro y la barra de plata se va recubriendo de un fino polvo de plata metálica (gana masa). Al cabo de un cierto tiempo el amperímetro deja de señalar paso de corriente. La pila se ha agotado. ¿Cómo explicar lo que se observa en este dispositivo?

En cada vaso hay cambios o reacciones químicas que ocurren espontáneamente y la energía química que se pone en juego, por la construcción del dispositivo, se puede trans-formar en corriente eléctrica, con la cual es posible, a la vez, realizar trabajos como por ejemplo mover las agujas de un reloj o hacer funcionar un motor pequeño.

Propuesta para el aula Siguiendo con la idea de adaptar los dispositivos a las posibilidades reales de cada escuela, destacamos la posibilidad de armar celdas de este tipo utilizando distintos metales como “electrodos”. Por ejemplo, Zn, sumergido en una solución de sulfato de cinc (en lugar de Ag

Borne positivo

Borne negativo

Disolución electrolítica (ácido sulfúrico diluido)

Revestimiento protector

Separador de las célulasElectrodo negativo (plomo)

Electrodo positivo (dióxido de plomo)

Conector de las células

Tapas de salida

Puente salino

Tapones de algodón

Ag

e- e-

Na NO3

Ag NO3

Cu SO4

+ -


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y la sal propuesta). Se puede rescatar Zn de la cubierta de pilas comunes (no alcalinas) y pre-parar la sal de cinc por reacción entre el metal y ácido, (Idem con Al de envases de gaseosa).

En lugar de amperímetro, un tester permite verificar la presencia de corriente.

Pila de Volta Fue el primer generador de corriente eléctrica continua. Fabricado hacia 1800 por Volta, originalmente consistió en un cilindro o pila formado por varios discos de metales diferen-tes colocados alternativamente y separados por otros discos de cartón empapados en una disolución de agua salada. Por un hilo de metal que une el último disco metálico con el primero, circula una corriente eléctrica.

Según su propia descripción, preparó cierto número de discos de cobre y de cinc junto con discos de cartón empapados en una disolución de agua salada. Después apiló estos discos comenzando por cualquiera de los metálicos, por ejemplo uno de cobre, y sobre éste uno de cinc, sobre el cual colocó uno de los discos mojados y después uno de cobre, y así alternativamente hasta formar una columna o pila. Al conectar unas tiras metálicas a ambos extremos consiguió obtener chispas.

Otras pilas También pueden construirse dispositivos generadores de electricidad con frutas que con-tengan ácidos, como cítricos, kiwi, frutillas, uvas, manzanas, etcétera.

El principio de funcionamiento también se basa en cambios químicos que tienen lugar entre los metales y partículas presentes en la disolución (agua salada o el jugo de la fruta).

La intención del Diseño Curricular en el tratamiento de estos temas, no persigue de ninguna manera el desarrollo de explicaciones basadas en las reacciones de óxido-reducción. Un arri-bo a semiecuaciones de oxidación y reducción está previsto para 3o año la ES. La idea pasa por iniciar, a partir de la implementación en el aula de las actividades propuestas, la inquietud por conocer y procurar dispositivos que puedan brindar energía capaz de producir distintos trabajos. Asociar transformaciones de energía química en eléctrica y la diversidad de configu-raciones que surjan. Por otra parte, esta presentación, tampoco pretende significar que aquí se agota el tratamiento del tema. Todo lo contrario, constituye apenas un punto de partida para que la meta la establezca cada docente con sus alumnos.

Ahora le proponemos que, aprovechando las transformaciones químicas que suceden en las pilas, utilice esa corriente eléctrica generada para encender leds, hacer funcionar relojes electrónicos (cosas que Volta no pudo realizar pues aún no se habían inventado). Sería más que interesante que usted pueda analizar críticamente las experiencias propuestas para verificar la verdadera posibilidad de implementación en sus clases. Todas sus impresiones y dudas podrán ser compartidas con otros docentes y con el capacitador en el encuentro presencial.

Electrodo de cobreElectrodo de zinc

Flujo de electrones


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Propuestas para el aula Actividad experimental: La pila de Volta Materiales

· Monedas doradas y plateadas o trozos planos de metales distintos que pueda apilar.· Vinagre y/o agua salada.· Cartón o tela o cualquier material absorbente.· Dos trozos de madera (de cajón de frutas) de unos 10 cm por 3 o 4 cm aproximada-

mente.· Un metro de hilo para atar (de lino, lana-algodón o plástico) o en su defecto, 4 ban-

ditas elásticas de goma.· Dos alambres de cobre de 20 centímetros cada uno.· Led de 1,0-1,5 V o reloj o calculadora digital pequeña (que funcione con una sola

pila).

Si los metales son A y B, arme una pila disponiendo sobre una de las maderas primero metal A, luego metal B, cartón embebido con agua salada o vinagre, luego metal A, metal B, cartón embebido, y así alternativamente. Coloque uno de los alambres de cobre en con-tacto con el metal de la base (entre la madera y el metal) y el otro alambre en contacto con el metal de la parte superior de la torre (ver dibujo de pila de Volta), sujetándolo con la ma-dera y con el hilo o las bandas elásticas, enlace las dos maderas por los extremos, de modo que la “pila” de monedas quede en el medio sin desarmarse. Contacte los alambres con el dispositivo que tenga. Si no observa el efecto esperado, sume la energía de otra pila.

Si usó dos o más pilas, ¿las conectó en serie o paralelo? ¿Tomó alguna precaución para conectarlas entre sí?¿En los dispositivos como radios y relojes hay una disposición para acomodar las pilas?

Actividad experimental: La celda de Daniell Materiales:

· 2 frascos de vidrio.· 2 electrodos: uno de zinc y uno de cobre.· Manguera flexible transparente de 10 centímetros de largo.· 1 led de baja luminosidad.· 4 hilos de cobre de 15 cm de largo.· Algodón.

· Solución de cloruro de potasio (o NaCl), 40cm3.· Solución de sulfato de cobre concentrada.· Solución de sulfato de zinc (o cloruro de zinc, si no consigue el sulfato de zinc) diluida.

Procedimiento.1. Preparación del puente salino: humedezca con la solución de cloruro de potasio

dos trozos pequeños de algodón, utilice uno de ellos para obturar uno de los ex-tremos de la manguera flexible. Llene por completo la manguera con la solución de cloruro de potasio y obtúrela con el trozo de algodón restante. Procure que no queden burbujas de aire en el puente salino.

2. Coloque uno al lado del otro los frascos de vidrio, llene uno de ellos con solución de sulfato de zinc y el otro con solución de sulfato de cobre.

3. Ate a un extremo de cada electrodo un hilo de cobre, coloque el electrodo de zinc en la solución de sulfato de zinc y el de cobre en la solución de sulfato de cobre.

4. Incorpore el puente salino cuidando que los extremos de este queden introducidos en las soluciones.

5. Ate el hilo de cobre del electrodo de zinc al terminal más corto del led y el hilo del electrodo de cobre al terminal más largo.

Observaciones:1. Saque e introduzca el puente salino y verifique que sucede en el led. En lugar de

led, se puede conectar un reloj. Con un tester es posible evaluar el sentido de circu-lación de electrones y atribuir signos a los electrodos; ánodo (-) y cátodo (+). Gire la celda 180 o y verifique si cambió el sentido de circulación de electrones.

2. Anote las modificaciones visibles que se dan en ambos electrodos.3. ¿Varía el color de alguna de las soluciones?

Actividad experimental: una “pila natural” Materiales:

· 1 limón maduro.· 2 hilos de cobre de 15 cm de largo.· 2 electrodos, uno de zinc y otro de cobre o grafito.


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Procedimiento:1. Ejerza presión con sus pulgares sobre el limón para ablandarlo; hágalo con precau-

ción para no producir fisuras.2. Ate a uno de los extremos de los electrodos un hilo de cobre, introduzca en el limón

los electrodos de zinc y de cobre o grafito; evite el contacto entre electrodos tanto en el interior como el exterior del limón.

3. Coloque las puntas libres de los hilos de cobre sobre la lengua

Observaciones:1. ¿Qué siente en la lengua?2. ¿Qué diferencia hay en utilizar un electrodo de cobre o uno de grafito?3. ¿Qué papel juega el jugo del limón?

Actividad experimental: Una pila con una lata de aluminio Materiales:

· 1 lata de gaseosa de aluminio.· 2 hilos de cobre de 15 cm de largo.· 1 led de baja luminosidad.· 1 electrodo de grafito.· 15 cm3 de solución de hidróxido de sodio (8 g de NaOH cada 100 cm3).· Plastilina.· 500 cm3 de agua destilada.· 1 clip de plástico.

Procedimiento:1. Coloque en la lata los 15 cm3 de solución de hidróxido de sodio, agregue agua des-

tilada hasta llenarla.2. Ate a un extremo del electrodo de grafito el hilo de cobre.3. Coloque la plastilina amasada alrededor del electrodo de grafito de manera que la

longitud sea mayor del lado opuesto a la unión con el hilo. Introduzca la parte más larga del electrodo por la boca de la lata y obture la misma con la plastilina. Cuide que el electrodo no entre en contacto con la lata.

4. Sujete con el clip de plástico un hilo de cobre al borde superior de la lata.

5. Conecte los dos extremos libres de los hilos a un led; el hilo del electrodo de grafito al terminal más largo y el hilo sujeto a la lata al terminal más corto del led.

Observaciones:1. ¿Qué ocurre con el led?2. ¿Qué ocurre con la intensidad de la luz a medida que transcurre el tiempo?3. ¿Quién actúa como cátodo y quién como ánodo?

Este experimento puede realizarlo también con tapitas de gaseosa llenas con soluciones de ácidos sulfúrico, clorhídrico o acético; también con solución de hidróxido de sodio. Utilice los mismos hilos de cobre con electrodos de grafito y de zinc, magnesio, hierro o aluminio. Los metales conéctelos al terminal más corto del led.

Actividad experimental: disección de pilasSi dispone de una morsa y una sierra, resulta interesante realizar en distintas pilas agota-das de “carbón” cortes longitudinales y transversales en la parte media, en la base y en las proximidades del borne superior.

Es aconsejable que en caso de trasladar esta actividad al aula, los cortes de pilas las realice el propio docente, pues aquí no sólo se exige cierta pericia en el manejo de he-rramientas, sino que también según el deterioro de las pilas, pueden tener lugar lesiones por contacto o goteo, sobre todo en el caso de las pilas alcalinas. Para realizar los cortes se recomienda el uso de guantes de goma y anteojos de seguridad.

¿Considera que solicitar a sus alumnos que describan las partes de una pila consti-tuye una actividad que propicia aprendizajes?, ¿cuáles serían según rescata del Diseño Curricular?

Si el experimento no sale como se esperaba, anote lo sucedido, realícelo de nuevo y saque conclusiones sobre los errores cometidos. No deseche la información que rescata de un experimento fallido. A partir del error también se llega al aprendizaje.


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Unidad 4

Circuitos eléctricos

A lo largo de este curso, quisimos profundizar en algunos conceptos presentes en el Diseño Curricular de Fisicoquímica de 2° año; en esta parte trataremos de caracterizar una de las formas más utilizadas en nuestro tiempo para realizar trabajo: los circuitos eléctricos.

Actividad 21

Es frecuente relacionar algunas de las siguientes actividades con el estudio de la

corriente eléctrica:

· Medir con un amperímetro la corriente que circula por un circuito.

· Describir las reacciones químicas presentes en una batería.

· Calcular la resistencia total de un circuito.

· Determinar la conductividad de un material.

Critique a partir de las consideraciones presentes en el Diseño Curricular las activida-

des citadas precedentemente.

En la Unidad 1 propusimos el modelo hidráulico para estudiar los circuitos eléctricos. ¿Recuerda?


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Queremos detenernos en las siguientes proposiciones que consideramos importantes para la utilización acertada del modelo, y para comenzar a construir una idea de circuito eléctrico, que posiblemente podamos trabajar con nuestros alumnos.

1. El trayecto del agua irá desde un lugar (el tanque) hasta otro (el suelo) mientras el agua en estos puntos posea diferentes alturas (diferentes energías potenciales gra-vitatorias).

2. El caudal del agua que circula por el caño, se entiende como la cantidad de agua que pasa por un cierto lugar del caño en un cierto tiempo.

3. El regador regula el caudal de agua que circula por el caño ya que le ofrece al agua cierta resistencia a su paso.

4. En el regador, gran parte de la energía cinética del agua se transforma en trabajo.5. El caño es el camino permitido para el agua.6. El mismo caño ofrece cierta dificultad al paso del agua. 7. Cada gota de agua se mueve dentro de un caño que no se encuentra vacío, esto es,

cuando la gota entra en él, ya existe agua en su interior.

Consideramos importante la utilización de este tipo de ejercicios de “explicitación” sobre cómo utilizamos el modelo propuesto, esto es, resaltar los aspectos del modelo que nos permiten representar correctamente el fenómeno que modelizamos y tener debidamente

identificado qué usos del mismo pueden inducir errores conceptuales. Por ejemplo: en el modelo hidráulico, el caño representa el conductor eléctrico, aunque

si este caño se lo piensa vacío, puede llevarnos a imaginar que los conductores eléctricos no poseen cargas en su interior y que los electrones se mueven en su interior de forma totalmente libre.

Con el fin de traducir estas proposiciones “hidráulicas” a otras que nos sean útiles para caracterizar conceptos relevantes en el estudio de los circuitos eléctricos, le proponemos analizar el siguiente cuadro.

Proposición referida

al Modelo hidráulicoConcepto Modelo eléctrico

Proposición 1Diferencia de

potencial

En un circuito eléctrico, la fuente de energía posee dos

puntos identificables, bornes + y -. Estos signos no nos

hablan del tipo de cargas que poseen, sino que nos

dicen que sus potenciales eléctricos son distintos

Proposición 2

Intensidad

de corriente

eléctrica

La intensidad de corriente se entiende como la cantidad

de cargas que pasan por una sección del conductor por

segundo

Proposición 3 Resistencia

La resistencia es una medida de la dificultad que le

ofrece un dispositivo o material al paso de las cargas por

su interior

Proposición 4

Transformación

de energía en

trabajo

Todos los artefactos que se conectan a los circuitos po-

seen resistencia y transforman parte de la energía de las

cargas en movimiento en algún tipo de trabajo, en otra

forma de energía además de calor

Proposición 5 Conductor

En los circuitos eléctricos las cargas se mueven por el in-

terior de los cables construidos con materiales llamados

conductores eléctricos

Proposición 6

Resistencia

interna del

conductor

Todos los conductores poseen una resistencia propia

que depende del material, de su sección, su largo y la

temperatura

Tanque agua con EP1

Caño

Bomba

Canilla

Regador

Agua con EP2

EP1 >

EP

2

Interruptor

Conductor

R

I

dV


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Proposición 7

Estructura

interna del

conductor

Las cargas que constituyen la corriente eléctrica están

constituidas por electrones libres, los cuales no se

mueven por un conductor “vacío” ya que estos están

formados por átomos

Actividad 22

Le pedimos que proponga usted algún otro modelo para trabajar la noción de cir-

cuito eléctrico, y a partir de él, realice un estudio similar al anterior (al hecho con la

analogía hidráulica). Encontrará ayuda en la lectura del apartado Utilizar y construir

modelos en Fisicoquímica, del Diseño Curricular.

Esperemos que estas comparaciones lo hayan ayudado en la presentación de los

conceptos relevantes referidos a los circuitos eléctricos. Aquí le presentamos un

circuito eléctrico básico.

Como verá, en el circuito diferenciamos los dos puntos con distintos potenciales

eléctricos en la pila, la intensidad de corriente, el conductor y la resistencia (en estos

circuitos ideales no consideramos la resistencia interna del conductor ni la de la pro-

pia pila). También le presentamos símbolos para representar diversos componentes

de circuitos más complejos.

TABLA DE SÍMBOLOS DE COMPONENTES DE CIRCUITOS

Utilizando estos símbolos, podemos modelizar el anterior circuito de la siguiente manera.

La Física nos muestra que existe una relación matemática entre la diferencia de potencial, la intensidad y la resistencia de un circuito. Esta relación se conoce como ley de Ohm.

dV = I . R En donde dV es la diferencia de potencial medida en Volt (V)

I es la intensidad de corriente medida en Amper (A) R es la resistencia medida en Ohm (Ω)

Intensidad de corriente (I)

Resistencia (R)Dif. de potencial (dV)

Lámpara incandescente resistencia

Pila

Interruptor abierto

Interruptor cerrado

Pulsador normalmente abierto

Pulsador normalmente cerrado

Motor de corriente continua

Cruce de cables sin conexión

Cruce de cables con conexión

Fusible

Objeto Símbolo Dibujo Objeto Símbolo Dibujo

RdV

I


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Esta relación es extremadamente útil para estimar las magnitudes de un circuito, por ejem-plo: una batería de automóvil produce una diferencia de potencial de 12 V, alimenta una lámpara que posee una resistencia de 4 Ω. ¿Cuál es la intensidad de corriente que circula por los conductores?

Recordando que: dV = I . R Entonces: dV / R = I 12 V / 4 Ω = I

La intensidad será 3 A = I

Actividad 23

Le pedimos que intente utilizar la ley de Ohm para resolver los siguientes ejercicios, si

considera que falta algún dato, le pedimos que lo estime convenientemente.

· Dos pilas alimentan una linterna cuya lámpara posee una resistencia de 100 Ω .

· ¿Cuál es la intensidad de corriente que circula por la linterna?

· Sobre el cuerpo humano puede llegar a circular una corriente cercana a los 0,5 A

cuando este se transforma en el conductor entre un cable con tensión sin protección

(pelado) y el suelo. En ese caso el cable es el punto de mayor potencial y el suelo el

de menor. ¿Cuál es la resistencia que presenta el cuerpo al paso de la corriente?

· Le proponemos que lea el apartado Hablar, leer y escribir en Fisicoquímica y presente

alguna posible consigna que demande a sus alumnos la producción de algún tipo de

texto relacionado con los conceptos hasta aquí trabajados, por ejemplo: la seguridad

en la manipulación de artefactos eléctricos. Una ayuda extra que le brindamos son

los aportes presentes en el Anexo 2.

Las pilas y baterías producen una corriente que llamamos continua, ya que su dirección, se considera, no cambia con el tiempo. La corriente que obtenemos de tomacorrientes de un hogar, se denomina alterna ya que cambia de dirección 50 veces por segundo. Para el caso de estos estudios, no necesitaremos diferenciarlas. Creemos que usted conoce cual

es la diferencia de potencial que alimenta los circuitos hogareños. De no ser así, sin duda podrá averiguarlo.

No debe realizarse ningún tipo de experiencia utilizando el tomacorriente del aula o el laboratorio como fuente de diferencia de potencial, ya que como se sabe, cualquier error podría convertirse en un peligroso accidente, y aunque por lo general existen dispositivos en las instalaciones de las escuelas tendientes a resguardar la vida de las personas1 es mucho más prudente trabajar con pilas. Recuerde que el Diseño Curricular hace particular referencia a la diferenciación entre corriente continua y alterna.

Casi todos los dispositivos eléctricos poseen etiquetas que describen valores de algunos de los anteriores parámetros eléctricos bajo los cuales funcionan correctamente. Uno de ellos (que aún no hemos nombrado) es la potencia. No trataremos aquí las consideracio-nes pertinentes sobre este concepto, sólo diremos que tiene una relación directa con el consumo eléctrico del dispositivo en cuestión. Quizá puedan identificar esta magnitud a partir de su unidad: el Watt (W).

Aquí, le presentamos algunas relaciones matemáticas que nos sirven para estimar algu-nas de las magnitudes estudiadas. Es conveniente que para no confundir el tratamiento de estos temas como la sola implementación de ejercicios matemáticos, le pedimos que antes de considerar el uso de las ecuaciones, relea las Orientaciones Didácticas, particular-mente el apartado Trabajar con problemas en Fisicoquímica.

Ahora sí, las ecuaciones:

P = dV . I

OtraP = I 2 . R Donde P es la potencia medida en Watt.

Por ejemplo una lámpara de 200 W tendrá una resistencia aproximada de 247 Ω (le deja-mos a usted la comprobación de esta estimación, sólo debe utilizar las anteriores relacio-nes para calcular primero la intensidad y luego la resistencia. Recuerde que la dV en los tomas del hogar es de 220 V).

Es conveniente destacar que si bien el uso de ecuaciones puede constituir un intere-sante recurso a la hora de trabajar contenidos relacionados a la electricidad, debemos entender que no es el único ni el más importante ya que, como sabemos, muchas veces

1 Ver Anexo 5.


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los alumnos no manejan adecuadamente las herramientas matemáticas necesarias. Por otro lado, la cuantificación y el cálculo no son una condición indispensable para trabajar estos contenidos. De todos modos, en el Anexo 6 proponemos un conjunto de ejercicios y problemas que pueden servir como guía para este tipo de estudios.

Propuesta para el aula A continuación le proponemos otra manera de trabajar con los contenidos en cuestión: La construcción de distintos circuitos.

Materiales necesarios:· Dos Pilas;· dos o más lamparitas de 1,5 a 2,5 V;· cables finos;· cinta adhesiva.

Si puede, trate de conseguir portalámparas, seguramente le facilitarán la realización de esta experiencia, de lo contrario, tenga paciencia con la cinta.

Trate de conectar una pila y dos lamparitas de distintas maneras. Si alguna de las co-nexiones le quedó como uno de los dibujos que le mostramos, se trata de una conexión en serie. Llamamos así a los circuitos en donde una misma intensidad circula por todos sus componentes.

Si le quedó como este dibujo, las lamparitas están conectadas en paralelo. Se llama así al circuito en el que puede haber distintas corrientes que pasan al mismo tiempo, por las distintas partes o ramas del circuito.

Esperamos que haya notado que la intensidad de la luz de las lámparas en los anteriores circuitos no es igual. Si no lo notó le pedimos que reitere los armados de los dos anteriores circuitos, ya que esta observación nos informa de una característica importante de este tipo de conexiones: la resistencia total que presentan al paso de la corriente. Ya podemos aceptar que la intensidad de corriente que circulará por cada circuito dependerá de la resistencia que las lámparas (en conjunto) ofrezcan al paso de las cargas, y también que la intensidad de luz de cada lámpara es un indicador de la cantidad de corriente que está circulando por ellas. Pensando en esto y suponiendo que utilizamos en cada circuito las mismas lámparas y la misma pila, le planteamos lo siguiente:

· ¿Qué podemos decir de la resistencia total que presentan las lámparas conectadas en serie en comparación con la conexión realizada en paralelo?

· Dibuje los anteriores circuitos (los que usted construyó) utilizando símbolos presentes en la tabla de símbolos de componentes de circuitos. Observando las Orientaciones Didácticas: ¿Qué tipo de modelo está utilizando para representar estos fenómenos?

Seguimos considerando conexiones en serie y en paralelo, pero ahora de pilas.· Le proponemos que trate de explicar qué diferencias habrá entre estos dos circui-

tos. Puede estudiar que pasa con la intensidad, la diferencia de potencial o cualquier otro parámetro que considere importante.

I

I2

I3


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Ayuda: puede utilizar el modelo hidráulico para tratar de anticipar alguna conclusión

· ¿Qué ocurre al desconectar alguno de los cables?

Actividad 24

· Le proponemos que realice un croquis de la casa donde le gustaría vivir.

· Luego tendrá que iluminarla. Dibuje todos los circuitos necesarios para llevar luz

(corriente eléctrica) a cada una de las habitaciones.

Puede trasladar esta actividad al aula y dibujar los circuitos necesarios con sus alum-

nos, o incluso decidirse por algo mucho más divertido: armar una casa con cartón y

realizar la instalación eléctrica con cables y pilas. Otra buena opción es incluir inte-

rruptores para que pueda encender y apagar cada una de las lámparas.

· ¿Qué cambios realizaría en la consigna de la presente actividad para reflejar más

cabalmente las consideraciones presentes en el Diseño Curricular en el apartado El

trabajo con problemas y las investigaciones escolares?

Vamos terminando con nuestro estudio, nuevamente aclarando que las presentes pro-puestas no son, ni un método único de tratamiento de estas temáticas, ni las mejores. Sólo intentan poner pequeños ejemplos de aplicación de algunas de las consideracio-nes realizadas en el presente Diseño Curricular. Por ello, instamos a lectura continua y compartida con colegas, con el fin de realizar nuevos análisis que deriven en nuevas

propuestas (seguramente distintas a la presentada en este módulo) que pongan en jue-go el trabajo con algún otro recorte de contenidos disciplinares, u otras aplicaciones de las Orientaciones Didácticas.

Terminando nuestro estudio le pedimos que lea nuevamente el apartado del Diseño Curricular correspondiente a Orientaciones para la evaluación y diseñe instrumentos de evaluación pertinentes a la propuesta de la próxima (y última) actividad y para al menos cuatro de las actividades propuestas en el módulo.

Actividad 25

Observe el siguiente circuito

Explique los cambios que se producirán con respecto a la intensidad de luz de cada

lámpara (esto es si alguna se apaga, disminuye o aumenta su intensidad) si en el

anterior circuito:

1. Se corta el conductor en el punto 1




5. Con un cable se conecta el punto 1 con el 2




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3

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Anexo 1

La teoría del flogisto Si bien en nuestros días no deja de tenerse como una teoría pseudocientífica, ostenta el gran mérito de haber resultado la primera teoría de la química propiciando la autonomía de esta ciencia. Su progenitor fue Johann Joachim Becher (1635-1682), un pintoresco personaje nacido en Speyer (Alemania), hijo de un sacerdote luterano. La naturaleza del fuego residía en una sustancia muy especial que estaba contenida en todos los materiales. Esta sustan-cia a cuya caza se lanzaron los químicos de la época y creyeron encontrar cuando Henry Cavendish (1731-1810) descubrió el hidrógeno, era el “flogisto”. Un discípulo y compatriota de Becher, el doctor Ernst Georg Stahl (1660-1734), médico del rey de Prusia, aportó el “marco teórico” para la concepción flogística. Por otra parte, a los términos tradicionales de la quími-ca tales como afinidad, principio, etcétera, les adjudica una nueva pertinencia despojándolos de atributos mecanicistas. Este desafío a la corriente de la época también lo extendió a la biología, refutando la idea de vida como una máquina explicada desde la física y la química.

Para Stahl, los cuerpos consisten en flogisto (el principio del fuego), unido a una base o soporte. Al arder los cuerpos, el flogisto deja la base combinándose con el aire, flogistizán-dolo, siendo este el motivo que impide que un cuerpo continúe ardiendo en un recinto cerrado: el aire no puede incorporar más flogisto y esto imposibilita la combustión. Según la cantidad de flogisto que tengan, los materiales arden en mayor o menor medida. Esta teoría contemplaba bases o soportes sólidos que eran las cenizas o cales remanentes de la combustión. También se consideraban posibles bases gaseosas. En el caso de la cera, podía descubrirse su base gaseosa haciendo burbujear el gas desprendido en agua de cal, lo cual producía una suspensión blanquecina.

En el caso de los metales, después de ser calcinados y entregar el flogisto, quedaban las correspondientes cales. Expresándolo como ecuación, tendríamos:

Metal cal + flogisto


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Pero, si a la cal se la mezclaba con carbón que tenía mucho flogisto y se hacía arder, enton-ces éste entregaba su flogisto de manera que:

Cal + flogisto Metal

Aquí aparece un valor importante de la química del flogisto: la argumentación que se ge-nera para sostener coherentemente operaciones contrarias.

Si bien el corpus teórico vinculado a la química de estos tiempos es mucho más profun-do y sutil, con la dispensa que exige todo reduccionismo, nos vamos a ocupar de las “cales” provenientes de metales.

Algunas objeciones realizadas sobre cales que pesaban más que los metales que les dieron origen, generó cierta inquietud entre los adeptos a la teoría, que no eran precisa-mente pocos. Habiendo admitido los seguidores de Stahl, que el flogisto era una sustancia lo suficientemente especial (el principio del fuego, la ligereza y el movimiento) como para que el aire siempre se eleve por encima del fuego, ¿por qué dudar que la incorporación del flogisto en la cal para retornar al metal torna a éstos más livianos? El flogisto es muy parti-cular como para compartir el sentido de peso que vulgarmente se atribuye a los materiales concretos. El flogisto tiene peso negativo.

Esta prerrogativa contuvo las críticas e inquietudes por cierto tiempo. La obtención de hidrógeno, una sustancia más liviana que el aire que ardía vivamente y devolvía a las cales su condición metálica, el flogisto mismo (o una sustancia que lo poseía en gran cantidad), presagiaban, por otra parte, un nuevo triunfo de la teoría. El aire desflogistizado (oxígeno) cuyo descubrimiento se adjudicó a Joseph Priestley (1733-1804), a través de los experi-mentos de Antoine Laurent Lavoisier (1743-1794), y sobre todo del beneficio de la duda que tanto este científico como otros no tuvieron reparos en manifestar, permitió pasar de la química del flogisto a la química del oxígeno.

El flogisto, invento progresista del iluminismo, resulta desplazado por el oxígeno y aquí aparece un hito claro del inicio de la química moderna.

En la unidad que trata pilas electroquímicas, encontrará más información sobre los ex-perimentos y la terminología propuesta por Lavoisier. Haciendo uso de todos estos datos, allí le propondremos unas actividades.

Anexo 2

Tipologías textuales Quisiéramos detenernos a observar que en muchas de las consignas o preguntas que realizamos a nuestros alumnos se ponen en juego diversas habilidades denominadas cog-nitivo-lingüísticas. Sin entrar en un estudio exhaustivo de las tipologías textuales veamos que algunas de las preguntas no requieren la elaboración de un texto, más bien solicitan citar algún concepto necesario, algún nombre o proceso, sin que el alumno deba explicitar su razonamiento o proceso de elaboración interno. Éstas son del tipo: ¿qué diferencia de potencial se obtiene en una batería de coche?

En otras, se demanda al alumno elaborar un texto más o menos largo en donde se ponen en juego habilidades cognitivo–lingüísticas algunas de las cuales detallamos a continuación:Habilidades cognitivo–lingüísticas (Jorba y col., 1998)

Definir: Expresar las características necesarias y suficientes para que el concepto no se pueda confundir con otro, con la ayuda de otros términos que se suponen conocidos.

Describir: Producir proposiciones o enunciados que enumeren cualidades característi-cas, acciones, etcétera, de objetos, fenómenos y acontecimientos sin establecer relaciones causales, al menos explícitamente.

Explicar: Presentar razonamientos estableciendo relaciones causales explícitas en un marco de conocimiento en donde lo explicado toma sentido con la finalidad de modificar el estado de conocimiento (comprender).

Justificar: Validar una afirmación, produciendo razones o argumentos, estableciendo relaciones entre ellos y examinando su aceptabilidad.

Argumentar: Producir razones o argumentos, estableciendo relaciones entre ellos con la finalidad de convencer al destinatario sobre el hecho que se pretende argumentar.

Si bien el objetivo del presente material no es el estudio acabado de las anteriores ha-bilidades, nos parece oportuno presentarlas para promover una reflexión, sobre el tipo de


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demandas que realizamos a nuestros alumnos. En especial, si explicitamos correctamente lo que solicitamos en el aula, y si en la clase de ciencias se enseñan estas diferencias con el fin de que el alumno comprenda correctamente qué cuestiones se encuentran involucra-das en la tarea encomendada.

Los textos destinados a evaluaciones escolares pueden basarse sobre descripciones, explicaciones y argumentaciones, y cada uno de estos tipos textuales se diferencia de los otros tanto en su estructura como en sus objetivos didácticos.

Sanmartí, Izquierdo y García (1999) proponen que el trabajo con distintos tipos de textos demanda (según en el contexto en que se los utilice) diversas habilidades cognitivo-lin-güísticas que deben activarse en el momento en que el alumno deba producir un texto o intente comprenderlo. Estas autoras denominan habilidades cognitivo-lingüísticas a las de corte cognitivo, como analizar, comparar, identificar, etcétera, con el repertorio de estructu-ras conceptuales de las diferentes áreas del conocimiento. Así, proponen que una estrategia para que los alumnos comprendan las diferencias de expresión en cada una de las áreas es invitarlos a imaginar que son poetas, y solicitarles la redacción de una descripción del cielo que ven por su ventana. Mediante esta actividad, ellos comprobarán que no sólo pueden realizar distintas descripciones (todas igualmente válidas) sino que éstas serán muy diferen-tes a las descripciones que realizarían si se les pidiera que se imaginen que son meteorólo-gos: en este último caso, al revés de lo que ocurría en la situación anterior, deberían entender que para que las descripciones realizadas se consideren acertadas no debería haber mayores diferencias entre ellas. Esta simple comparación ilustra otra importante característica de los textos de ciencia: la precisión de su lenguaje. En las clases de Prácticas del Lenguaje, la utili-zación de diversos términos para representar una misma idea, así como la comprensión de la riqueza de significados de una misma palabra, son valoradas positivamente, mientras que en las clases de ciencias, por el contrario, tomando conceptos de Física para ejemplificar, la espe-cificidad de los términos utilizados (trabajo, fuerza, carga, etcétera) es un indicador del nivel de comprensión del alumno, el cual debe poder diferenciar el significado que el profesor o el autor de un texto le otorgan a un concepto como energía, de los diferentes significados que el lenguaje cotidiano le confiere. También los verbos utilizados en la clase de ciencias suelen ser bastante específicos: por ejemplo, es válido hablar en la Física escolar de “ejercer” una fuerza, aunque no en cambio de “tener” fuerza.

Quizás la mayor dificultad que encuentra el alumno en la producción de textos de cien-cias radica en comprender que para poder explicar los hechos observables debe recurrir a entidades no observables, de un nivel de complejidad creciente a medida que se requiere mayor precisión descriptiva. Así por ejemplo, imaginemos una situación típica en la que

un alumno comprueba que un bote flota, y explica que esto ocurre “porque no se hunde”: esta explicación, si bien no falta a la verdad, es totalmente insuficiente ya que utiliza un argumento tautológico, puesto que el argumento que se propone y el hecho que se pre-tende explicar corresponden a entidades del mismo nivel (Sanmartí, 1997).

Tal como señala Ogborn (1998), toda explicación es como un iceberg: es decir que uno se pregunta inicialmente sobre aquello que emerge de la superficie; pero al alumno se le pide que explique utilizando conocimientos que forman parte de la porción del iceberg que se encuentra sumergida, es decir del modelo (Sanmartí, Izquierdo y García, 1999). Por ejemplo, para explicar un fenómeno como la lluvia, es necesario utilizar conceptos como calor, energía solar, cambios de estado, etcétera; algunos de estos conceptos no son parte de los hechos de observación, pero dan sustento y sentido a la explicación científica del fenómeno.

Un criterio válido en este contexto es asumir que sólo cuando los alumnos pueden elaborar textos utilizando ideas que relacionen dos niveles cognitivos distintos, que se pueden correlacionar en alguna medida con diferentes niveles de enunciados lógicos, referidos a observaciones empíricas y a la carga teórica de la observación, estos tendrán posibilidades de aprendizaje significativo


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Anexo 3

Recomendaciones sobre escritura de magnitudes fisicoquímicas Actualmente, en los libros de texto de cada área se incorporan las recomendaciones su-geridas desde los organismos correspondientes. Nuestra intención, en esta oportunidad pasa por tener presentes algunas convenciones que en la actualidad rigen la escritura de símbolos, números y unidades.· Se recomienda escribir los símbolos asociados a magnitudes con letra cursiva minúscula. Por ejemplo, para indicar un volumen o una presión:v = 40 cm3 (o mL); p = 980 hPa.· Las unidades fundamentales para longitud, masa y tiempo, de acuerdo son el SI son el m; kg y s respectivamente. No llevan punto al final ni tienen plural.Ejemplos: se escribe 40,4 m o 40,4 metros10,5 s o 10,5 segundos.· Las unidades fundamentales o derivadas provenientes de nombres propios, se escriben generalmente con mayúscula. Tampoco llevan punto al final ni tienen plural.Para el newton es N; para el kelvin K; para el watt W; para el joule JEjemplo: 4,5 J o 4,5 joules.· Hay equivalencias entre SI y diversas unidades que por definición se aceptan como exac-tas, por ejemplo para el litro y el mililitro que aparecen frecuentemente en bibliografía: 1 L = 1.10-3 m3 y 1 mL = 1.10-6 m3

· En el caso de litro, que no proviene de nombre propio, se opta por L mayúscula para evitar confusiones entre l (minúscula) y el número 1. · La unidad que acompaña al número, no debe mezclarse con nombres de unidades, ex-cepto cuando unidad y nombre coincidan.

Por ejemplo, es correcto d = 13,3 g / cm3 y no se recomienda d = 13,3 gramos / cm3.


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Anexo 4

Propuesta para el aulaAurelio se despertó lo suficientemente tarde como para lavarse la cara, tomar un sorbo de café y caminar las cuatro cuadras hasta el lugar por donde debía pasar el micro que lo dejaría en la costa. Sus padres y hermanos ya estaban instalados y él compartiría con ellos siete días. En el apuro, no cerró bien las canillas de las piletas del baño y de la cocina; ambas quedaron goteando. Al salir, observó su reloj y se dio cuenta de que de cada canilla salía una gota por segundo, pero consideró a esa pérdida insignificante, una cantidad despre-ciable. El desafío es averiguar si realmente el agua que corrió representa un volumen sin importancia. Todo lo que dispones es de la jeringa y del recipiente con un poco de agua.

Se les solicitará a los alumnos que lleven una jeringa descartable nueva, o bien una usa-da previamente desinfectada en lavandina. Un émbolo podrá o no ser de utilidad. La aguja no es necesaria y no debe llevarse al aula. La capacidad y graduación de la jeringa puede ser cualquiera. También se necesitará un vasito de plástico u otro recipiente descartable. Con estos materiales resulta posible determinar el volumen de la gota de agua que es la meta que se propondrá los estudiantes. Explique a sus alumnos que antes de llenar la jeringa con agua, piensen cómo van a proceder para responder a la cuestión planteada. Indique que trabajen en grupos y una vez que acuerden cómo proceder, que lo pongan por escrito antes de experimentar. Asigne tiempos de manera tal que la puesta en común permita, por ejemplo, volcar los datos obtenidos en una tabla, y a partir de allí:

1. Evaluar concordancias y diferencias para la información obtenida.2. Analizar posibles causas que determinan la no coincidencia de magnitudes.3. Calcular el valor promedio a partir de los aportados.4. Proponer mejoras operativas que conduzcan a medidas más fiables.


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La discusión y análisis en conjunto de los modos operativos implementados, permitirán la reflexión y la autocrítica como constructos superadores de enfoques siempre perfectibles.

Propuesta para el aula “Lo que en la juventud se aprende, toda una vida dura”, Quevedo.

Cuando Melina pasó frente a la nueva heladería leyó: “helado a $15 el kilo o el litro, vos ele-gís”. Miró al vendedor y le hizo una pregunta que éste contesto sonriente desde un saber académico. Entonces Melina eligió y sintió satisfacción de haber aprendido en la escuela algo que le permitió tomar la decisión más conveniente.

¿Qué eligió?, ¿el litro o el kilo?; ¿económicamente esto le dejó alguna utilidad frente a la otra opción que podría haber tomado? Si así fuera, ¿en cuántos $ se benefició?

Dato que se aporta después de la consulta por los alumnos: d = 0,60 g / cm3

Anexo 5

Seguridad en circuitos eléctricos Una persona se puede electrocutar si toca un cable “vivo” (que por lo común lo es porque el aislamiento se ha desgastado y los conductores están expuestos) mientras está en con-tacto con la tierra. El contacto a tierra se puede establecer tocando una tubería de agua (que normalmente está al potencial de tierra) o estando de pie en el suelo con los pies húmedos, porque el agua impura es buena conductora. Estos escenarios deben evitarse siempre. Una descarga eléctrica puede dar por resultado quemaduras mortales o provo-car el mal funcionamiento de músculos de órganos vitales, como el corazón. El grado de daño al organismo depende de la magnitud de la corriente, del lapso de tiempo durante el cual actúa y de la parte del cuerpo por la que pasa. Las corrientes de 5 mA o menos pueden causar una sensación de descarga pero en condiciones ordinarias causan poco o ningún daño. Si la corriente es de más de alrededor de 10 mA, los músculos de la mano se contraen y la persona puede ser incapaz de soltar el cable vivo. El paso de una corriente del orden de 100 mA a través del cuerpo tan sólo por unos segundos puede ser mortal. Estas corrientes tan grandes paralizan los músculos respiratorios. En ciertos casos, el paso de corrientes de alrededor de 1 A a través del organismo producen quemaduras graves (y a veces mortales).

Como medida adicional de seguridad para el consumidor, ahora los fabricantes de equi-pos eléctricos utilizan cables eléctricos que tienen un tercer conductor, llamado conexión a tierra de caja o carcaza.

Los enchufes de tres patas sirven para prevenir muchos accidentes eléctricos.Se conectan en tomacorrientes de tres ranuras. La tercera ranura está conectada a la

tierra conectándose con la tercera pata del enchufe que lo está a la carcaza del artefacto eléctrico. Si por un desperfecto, la carcaza del aparato toma contacto con la electricidad, la corriente eléctrica circula hacia la tierra y protege a las personas de electrocuciones.


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Una ficha normalizada IRAM cumple con los requisitos establecidos por el Instituto Racionalizador Argentino de Materiales. Este organismo estudia y establece las normas de calidad que aseguran el correcto funcionamiento de los productos utilizados en nuestro país.

Fusibles ¿Alguna vez te quedaste a oscuras porque se quemaron los fusibles, o como se dice habitual-mente saltaron los tapones? El fusible consiste en un alambre delgado que se funde cuando la intensidad de la corriente eléctrica que pasa por él aumenta más allá del valor permitido. Los fusibles se colocan entre el conductor que trae la corriente eléctrica desde la companía que la provee y la instalación hogareña. Por lo general, existen los llamados “pilares” (cajas que poseen un interruptor y los fusibles) en la entrada de los hogares. Desde este lugar salen los cables que darán energía al circuito eléctrico de la casa. Normalmente, durante un cortocircuito la co-rriente eléctrica no sigue el camino “estipulado” y circula entre un punto de mayor potencial (el cable vivo) y otro de menor potencial (generalmente la tierra) a través del cuerpo humano o un cable cortado. En estos casos la intensidad de corriente tiende a aumentar en forma descontro-lada, ya que al circular por otro camino, evita pasar por la resistencia que regula tal intensidad. Muchos artefactos eléctricos tienen su propio fusible.

Llaves termomagnéticas Estos mecanismos más modernos reemplazan con ventajas a los fusibles. Cuando la co-rriente es muy elevada activa un electroimán (un imán que lo es mientras lo recorra la corriente eléctrica) que interrumpe el circuito. Una vez detectada y reparada la falla, se reanuda la corriente tan sólo moviendo la llave.

Disyuntores diferencialesLa compañía que nos provee energía eléctrica envía dos cables, la electricidad entra por uno de ellos y sale por el otro. Normalmente la cantidad de corriente entrante coincide con la saliente. Si esto no ocurre es porque algo de electricidad se “perdió” en el camino. Podría suceder que los cables no estén bien aislados o que haya otro desperfecto.

El disyuntor diferencial es un dispositivo que interrumpe rápidamente el circuito si la corriente que circula por ambos cables no es la misma.

Cuando una persona toca un cable y recibe una descarga la corriente eléctrica que pasa por su cuerpo va a la tierra en vez de regresar por el otro cable. El disyuntor diferencial detecta esa diferencia y actúa enseguida, protegiendo así a las personas de los accidentes eléctricos.

Anexo 6

Problemas, ejercicios y otras cuestiones sobre circuitos eléctricos A continuación le proponemos algunos ejercicios, problemas y cuestiones que pueden servir como insumo para sus clases.1) Se dispone de tres resistencias, una batería y los conectores para armar un circuito eléctrico. ¿Que tipo de circuito armaría para que por cada una de las resistencias circule la mayor intensidad de corriente eléctrica?

Respuesta: Circuito paralelo.

2) Indique en que casos será mayor la resistencia de un cable por el que circula corriente eléctrica:

A. Cuando el cable es largo.B. Cuando el cable es corto.C. Cuando el cable es delgado D. Cuando el cable es grueso

Respuesta: En los casos A y C.

3) De que manera se puede improvisar una resistencia de 100 Ω , si se dispone de dos resistores de 200 Ω cada uno?

Respuesta: Conectándolas en paralelo.


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4) Dado el siguiente circuito, calcular:a) La resistencia total del circuito; b) la intensidad de corriente que circula; c) la potencia

disipada por la resistencia R1.

Respuesta: a) R = 6,8 Ω ; b) I = 0,33 A ; c) P = 0,43 W

5) Una calculadora de venta comercial funciona con una tensión de 8V y una corriente de 0,1 A.

a) Calcular de que potencia es esta calculadora

Respuesta: a) P = 0,8 W

6) Calcular la intensidad de corriente y la potencia eléctrica que disipa un artefacto some-tido a una tensión de 220V y una resistencia R = 10 Ω.

Respuesta: I = 22 A ; P = 4840 W

7) a) Calcule la tensión que debe aplicarse a un circuito que posee dos resistencias en

serie de 4 y 8 Ω respectivamente por las que circula una corriente de 1,5 A. b) ¿cuál debería ser la tensión para tener la misma intensidad de corriente con las

resistencias conectadas en paralelo?

Respuesta: a) 18V ; b) 4V

8) Un circuito posee 3 resistencias en paralelo, cada una de 9 Ω:a) Calcule la intensidad del circuito sabiendo que la fuente de energía es de 12 V.b) Calcule el valor de corriente si las resistencias estuvieran en serie.

Respuesta: a) I = 4 A; b) I = 0,44 A

9) Mencione las principales diferencias que se pueden establecer para:a) Carga eléctrica y corriente eléctrica.b) Aislantes y conductores.c) Conexión en serie y conexión en paralelo.

Respuestas: a) En la corriente eléctrica las cargas están en movimiento. Cuando se habla solamen-

te de cargas se las piensa en reposo. b) En los conductores los electrones pueden moverse libremente por el material,

mientras que en los aislantes no o tienen mucha resistencia al movimiento de los mismos.

c) En una conexión en serie, los componentes a conectar se disponen uno a continua-ción del otro, por lo que la corriente tiene un único camino para circular, mientras que en la conexión en paralelo los componentes se disponen como bifurcaciones en el circuito, por lo que la corriente tiene más de un camino para circular.

10) Se tienen 2 lámparas conectadas en serie a una batería y otras dos lámparas conec-tadas en paralelo a otra batería igual a la anterior como muestra la figura. Teniendo en cuenta que las cuatro lámparas son iguales, indique cuáles afirmaciones son verdaderas y cuáles falsas. Justifique su respuesta en el caso B.

a) Si se quema una lámpara del circuito conectado en serie, la otra tampoco enciende.b) Si se quema una lámpara del circuito conectado en paralelo, la otra tampoco en-

ciende.c) La resistencia que producen las lámparas conectadas en paralelo es menor que la

resistencia que producen las lámparas conectadas en serie.

Respuestas: a) Verdadero. b) Falso. Aunque se queme una lámpara, la otra mantiene ce-rrado el circuito. c) Verdadero.

2V R2=2

R3=1

R4=4

R1=


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11) Si ambas baterías son de 12 V y las cuatro lámparas son de 24 Ω cada una ¿Cuál es la corriente que indicará el amperímetro en cada caso? (Para ambos circuitos se cumple la ley de Ohm).

Respuesta: Para el circuito en serie el amperímetro indicará 0,25 A. Para el circuito en paralelo el amperímetro indicará 1 A.

12) Un operario debe tocar un cable de energía eléctrica para hacer una reparación sin interrumpir el servicio. ¿Qué precaución debe adoptar? Indique la opción correcta y justi-fique su elección.

a) Subirse a una plataforma aislante.b) Tomarse firmemente de tierra con la otra mano.

Respuesta: Opción a) : El operario debe aislarse para no cerrar un circuito, evitando que la corriente circule a través de él.

13) Un calentador eléctrico tiene una especificación técnica de 1600 W /220 V.a) ¿Cuál es la intensidad de la corriente que consume ese calentador?b) ¿De qué magnitud física es la unidad kilowatt hora: energía, potencia, tensión, resis-

tencia o corriente?

Respuestas: a) i = 7,28 b) de energía.

14) Una lamparita de 40 w está conectada a una fuente de 220 V ¿Cuál es su resistencia?

Respuesta: 15. R=1222,23 Ω

15) ¿De qué magnitud eléctrica es la unidad kilowatt? ¿De energía, potencia, tensión, resis-tencia o corriente?

Respuesta: De potencia.16) Se quiere conectar un parlante a 20 metros de un equipo de audio para escuchar música en ambientes alejados. Calcule y responda: ¿Qué sección (S) debe tener el cable de cobre para que su resistencia sea menor a 0,10 Ω?

cobre = 1,7 x 10 -8 Ω.m

Aclaración: Se desprecia la posible variación de resistencia por la temperatura.

Respuesta: Sección: 3,4 x 10-6 m2

17) Si se conectan 3 lamparitas iguales, en serie a una batería de 6V de tensión en un cir-cuito de corriente continua, calcule y responda:

a) ¿Cuántos volts se aplican a cada una de las lamparitas?b) Responda: ¿Y si se conectan en paralelo, la tensión que se aplica a cada lamparita es

mayor, igual o menor que en el caso anterior? c) Justifique su elección en el punto 2 incorporando el análisis de la ecuación corres-

pondiente.

Respuestas: a) V = 2V. b) Es mayor. c) En la explicación debe incluir la idea de que la resisten-cia en paralelo es menor y por lo tanto en la ecuación (ley de Ohm) aumenta la tensión.

18) En cada uno de los dos circuitos se presentan varios elementos de resistencias conoci-das, conectadas como se observan en los gráficos.

Batería

Amperímetro

Circuito en serie

Circuito en paralelo

Amperímetro

Batería

12V 12V

30Ω

60Ω

60Ω 30Ω

A B


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Teniendo en cuenta las conexiones y los datos presentados en los gráficos, responda:a) ¿Cuánto vale la corriente eléctrica en cada circuito si se mide en cada uno de los

lugares marcados con el círculo gris?b) ¿Cuánto vale la resistencia total de cada circuito?

Respuestas: a) IA

= 0,13 A ; IB = 0,40 A. b) R

A = 90 Ω R

B = 20 Ω


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Encarta 2006, Biblioteca Premium.

Ejercicios del Anexo 5 extraídos de la Carpeta de Ejercicios Adultos 2000. C.A.B.A.

El fragmento de la historia de Volta y Galvani fue extraído de las siguientes fuentes:http://es.wikipedia.org/wiki/Pila_voltaicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Pila_voltaica#Historiahttp://es.wikipedia.org/wiki/Luigi_Galvanihttp://es.wikipedia.org/wiki/Alessandro_Volta

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