Índice de
contenido Pág. La cartilla Introducción ECBI (Enseñanza de las ciencias basada en indagación)
1.
6
La energía y la electricidad
10
Los materiales de la caja
16
Instrucciones de uso
19
Consejos de seguridad
21
Explorando la electricidad
23
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
3
Índice de contenido
1
2.
Circuitos eléctricos (I)
31
3.
Circuitos eléctricos (II)
39
4.
Conductores y no conductores
49
5.
El interruptor
59
6.
Actividad de seguimiento: ¡No
7.
Conectando en serie
79
8.
Conectando en paralelo
93
9.
Una alarma para el salón
105
10.
La resistencia eléctrica
117
11.
Luz, calor y fusibles
129
12.
Sin baterías
141
13.
tocar!
Actividad de seguimiento: Carrito a control remoto
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
69
157
Índice de contenido
2
Siemens Discovery Box EnergĂa y Electricidad
Ă?ndice de contenido
3
La cartilla Este material de trabajo es un documento de orientaciones para profesores y profesoras de
cuarto y quinto de primaria de los colegios
distritales que participan en el proyecto Siemens Discovery Box en la escuela.
Su intención es ofrecer orientaciones para el
desarrollo de trece sesiones de trabajo con la caja de Energía y Electricidad, proponiendo
herramientas didácticas y metodológicas que orienten los procesos de la clase. Este NO es un instructivo para seguir al pie de la letra. El material reconoce que los profesores, las profesoras y los y las
estudiantes configuran la experiencia de aula de acuerdo a variables que definen ciertos diferenciales importantes. El profesor o la profesora debe contextualizar el material y las
orientaciones a la situación que mejor caracteriza a su escuela, de manera que las experiencias tengan significado en el contexto en que ocurren.
La cartilla es una introducción a los temas de energía y
electricidad, tanto para los y las estudiantes como para los profesoras y las profesoras. Por esta razón se ofrecen ciertas claridades disciplinares sobre
los conceptos básicos trabajados en cada una de las sesiones y una sección aparte llamada La Energía y la Electricidad que
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
La cartilla
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profundiza en estos temas y otros conceptos relacionados. Se hace referencia a algunas situaciones reales que sirven de
ejemplo y contextualizan la experiencia.
Se incluyen además tres capítulos básicos:
1) Los materiales de la caja, en el que se describen los
materiales incluidos en la Siemens Discovery Box de Energía y Electricidad.
2) Instrucciones de uso, donde se menciona cómo cargar
las baterías y cómo almacenar elementos puntuales que hacen parte de la caja. 3) Consejos de seguridad, en el que se describen
diferentes situaciones que pueden perjudicar el
bienestar de los participantes y la vida útil de los materiales de la Siemens Discovery Box.
Por último, se presentan las orientaciones didácticas de las
actividades propuestas para trabajar con la Siemens Discovery Box de Energía y Electricidad. Cada sesión está organizada en seis secciones:
1. Descripción de la experiencia Presenta un resumen de lo que se realiza en la actividad, sus alcances y sus relaciones de contexto.
2. Objetivos Es la descripción de los propósitos pedagógicos y conceptuales de la actividad (¿qué, cómo y para qué se aprende?).
3. Preparación logística En este espacio se plantea el tiempo estimado y los espacios Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
La cartilla
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requeridos para el desarrollo de la actividad. Adicionalmente se mencionan los materiales que se necesitan
para desarrollar la sesión. Algunos se encuentran en la Siemens Discovery Box y otros es necesario que el profesor o la profesora
los consiga en conjunto con sus estudiantes. Muchos de estos materiales, como las baterías, deben prepararse previamente.
4. Orientaciones disciplinares En esta sección se presentan los conceptos disciplinares básicos que el profesor o la profesora debe repasar antes de realizar la
actividad. Se sugieren algunas referencias de internet para
ampliar la información, como también la introducción básica a Energía y Electricidad presentada en esta cartilla.
5. Orientaciones didácticas Es una descripción detallada de los momentos de la experiencia y de los roles que desempeñan los niños, las niñas y el profesor o
la profesora. Son orientaciones que parten de la propuesta
metodológica y deben ser contextualizadas a la situación del aula y de la escuela.
6. Para explorar el entorno Propone experiencias para realizar fuera de la escuela que complementan la sesión e introducen situaciones cotidianas. Este material se encuentra en proceso de validación y debe ser
entendido de esta manera cuando se realicen las actividades y cuando se realimenten las experiencias.
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
La cartilla
6
Introducció n ECBI Esta cartilla desarrollada en el marco de la Enseñanza de las
Ciencias Basada en Indagación (ECBI), no pretende ser más que una guía para los profesores y las profesoras, quienes deberán
apropiarse de los conceptos y habilidades de la ECBI, para lograr transformar las actividades propuestas en verdaderas experiencias de indagación.
Para utilizar este material es recomendable que los y las docentes tengan en cuenta algunas orientaciones que les permitirán
transformar sus prácticas de aula.
Acerca de la indagación en el aula de clases “La indagación es un paso más allá de ‘la ciencia como proceso’, en el cual los estudiantes aprenden habilidades, como
observación, inferencia y experimentación. La nueva visión
incluye los ’procesos de la ciencia’ y requiere que el estudiante
combine procesos y conocimiento científico al usar razonamiento científico y pensamiento crítico para desarrollar su comprensión de la ciencia” (NAP, 1997) (1).
Consecuente con una idea de la ciencia como proceso dinámico y flexible, y no como un proceso exclusivo de resolución de
problemas a través de un método, Schwab (1962) (2), propuso
que en las clases de ciencias se deben brindar, a los y las
estudiantes, oportunidades para seguir el desarrollo de una
investigación en la cual las conclusiones no son el componente central, sino la ilustración de situaciones problemáticas que sus estudiantes puedan resolver sin que se les diga qué hacer y qué Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Introducción ECBI
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esperar. De esta manera, enseñar ciencias vía indagación, se enfoca en
enseñar a los y las estudiantes cómo aprender: qué observar, qué preguntas formular y cuándo hacerlo, encontrar respuestas para
éstas y ser críticos frente a sus propias explicaciones y a las de sus pares, buscando siempre evidencias que les den soporte.
En ese sentido, la ECBI es mucho más que hacer experimentos o
actividades de clase, ya que busca que los y las estudiantes se involucren activamente en procesos científicos, resolviendo
preguntas genuinas mediante investigaciones y confrontación de ideas.
¿Qué pueden hacer los y las docentes? De acuerdo con esta idea de la Indagación, se espera que los docentes tengan en cuenta permanentemente que: • • •
Se aprende haciendo
Se aprende reflexionando sobre cómo se aprende
Se aprende reflexionando sobre sí mismo (sobre el proceso propio)
•
Se aprende reflexionando sobre los resultados
•
Se aprende resolviendo problemas
•
Se aprende contrastando las conclusiones propias con diversas fuentes de información pertinente y actualizada. En un contexto más amplio, IAP (2006) recomienda a los docentes: a) Brindarle a los y las estudiantes la oportunidad para interactuar con materiales y fenómenos y explorarlos directamente. b) Facilitar las discusiones en pequeños grupos y en la clase completa en torno a procedimientos planeados y
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Introducción ECBI
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utilizados, identificando vías en las cuales la aproximación a investigaciones particulares puede ser mejorada.
c) Promover la tolerancia, respeto mutuo y objetividad en las discusiones en la clase.
d) Facilitar acceso a procedimientos alternativos e ideas por medio de discusiones, libros de referencia,
recursos como internet y otras fuentes de ayuda. e) Proponer tareas retadoras facilitando apoyo, de tal forma que puedan experimentar niveles avanzados.
f) Enseñar técnicas necesarias para habilidades avanzadas, incluyendo el uso seguro de equipos,
instrumentos de medición y símbolos convencionales. g) Motivar a los y las estudiantes por medio de
comentarios y preguntas, a verificar si sus ideas son consistentes con la evidencia disponible.
h) Ayudar a los y las estudiantes a registrar sus observaciones y otra información de forma que promueva el trabajo y la revisión sistemáticos.
i) Motivar reflexiones críticas sobre cómo se aprende y cómo ésto puede ser aplicado en aprendizajes futuros. j) Utilizar la pregunta para promover el uso de habilidades de indagación.
Para esto, es importante que el y la docente use y promueva
permanentemente el cuestionamiento, la recolección de datos, la identificación de evidencias y la construcción de explicaciones e ideas científicas con sustento en las demostraciones.
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Introducción ECBI
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Ahora bien, para poder guiar adecuadamente un proceso de indagación, el profesor o la profesora requiere de conocimientos
disciplinares en las temáticas abordadas con el nivel de
profundidad adecuado, para apoyar con preguntas el proceso de aprendizaje. Entendiendo que el ambiente de aula está mediado por múltiples fenómenos, le proponemos apoyar el proceso de indagación con
algunas estrategias didácticas: Aprendizaje cooperativo: el desarrollo científico y tecnológico no se produce de manera aislada ni
solitaria. En el aula, redes y equipos de trabajo
cooperativo asumen de manera conjunta los retos del
desarrollo científico, aportando a la validación del conocimiento y al proceso de aprendizaje de sus compañeros.
Para esto, es importante que cada uno tenga un rol, de manera
que se fomenten procesos de interdependencia. En este material
se recomienda la conformación de grupos de trabajo de cuatro estudiantes con roles definidos:
Director científico: es quien coordina las actividades que
•
se van a llevar a cabo en la investigación.
•
Responsable de materiales: es el encargado de recoger
los materiales necesarios para la investigación y se asegura de que éstos estén en cantidades suficientes. Además se
asegura de que los materiales se usen eficientemente y que
el lugar de trabajo quede en perfectas condiciones después
de la investigación.
•
Vocero: es el encargado de comunicar a los demás
estudiantes los resultados y observaciones de su grupo. •
Secretario: es el responsable de llevar el registro escrito
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Introducción ECBI
10
de las observaciones, mediciones y resultados de las investigaciones del grupo. Uso apropiado del cuaderno de ciencias: las evidencias científicas deben ser recolectadas, registradas y
analizadas de tal manera que los y las estudiantes tengan la oportunidad de revisar individual y
conjuntamente el progreso de su pensamiento.
El registro escrito organizado y sistemático brinda esta
oportunidad y permite a los y las estudiantes reflexionar sobre sus aprendizajes y revisar sus hallazgos en
investigaciones previas, de esta manera se convierte en una
herramienta para la metacognición y al mismo tiempo una
herramienta para la construcción de explicaciones basadas en evidencia. Disponibilidad de materiales: la disponibilidad de materiales para que los niños y las niñas puedan
explorar los fenómenos estudiados, experimentando e interactuando con el fenómeno, se refleja en un
desarrollo de habilidades de proceso científico y autonomía en el aprendizaje por parte de los niños y las niñas.
Los materiales apropiados permiten que los y las estudiantes
se involucren activamente en investigaciones relacionadas con el fenómeno en estudio en las que se pueda observar, medir y
comparar.
Referencias bibliográficas (1) National Research Council, (1997) "Inquiry and the national science standards: a guide for teaching ands learning," Ed: National Academies Press.
(2) Schwab J J 1962 The teaching of science as enquiry The Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Introducción ECBI
11
Teaching of Science ed J J Schwab and P F Brandwein (Cambridge, MA: Harvard University Press)
Siemens Discovery Box Energ铆a y Electricidad
Introducci贸n ECBI
12
La energía y la
electricidad ¿Qué es energía? La energía está presente todo el tiempo y en todo lugar. Las
plantas la necesitan para crecer y florecer. Los animales y los seres humanos para moverse, pensar y vivir, y las máquinas
la necesitan para trabajar. La energía se manifiesta de
diferentes formas, como por ejemplo el calor, la luz, el
movimiento y el sonido. Sin embargo, un panorama tan amplio no permite obtener una definición de energía
suficientemente precisa, por lo que con frecuencia nos
referimos a los fenómenos asociados y no al concepto específico.
Existen varios maneras de percibir o experimentar la energía: • Energía térmica: se basa en el movimiento de las partículas en la materia. Entre más movimiento entre partículas, más energía térmica. ¿Cómo se mueven las partículas en un cubo de hielo y cómo se mueven en un gas?
• Energía eléctrica: este tipo de energía se basa en el
movimiento de cargas eléctricas en el interior de un material. ¿Alguna vez has sentido pasar una corriente eléctrica por tu cuerpo?
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
La energía y la electricidad
13
• Energía radiante: es la energía que poseen las ondas electromagnéticas,
incluyendo
los
rayos
X,
las
microondas, los ultravioleta y la luz visible. Esta energía no necesita un medio para propagarse, es decir, puede
viajar en el vacío. ¿Qué fuente de energía radiante nos ilumina y nos calienta durante el día?
• Energía química: ésta se genera en las reacciones químicas.
Nuestro
cuerpo,
por
ejemplo,
realiza
diferentes reacciones químicas para tomar parte de lo que comemos y convertirlo en calor.
• Energía nuclear: esta energía se almacena en los
núcleos de los átomos y se libera cuando se unen o se separan dos o más átomos. ¿Recuerdas los daños
causados por las bombas nucleares en Hiroshima y Nagasaki?
Los átomos, los elementos y sus propiedades Antes de entrar a entender la electricidad, es importante entender qué es un átomo y cuál es su relación con la carga eléctrica. Los átomos son considerados las unidades más
pequeñas de un elemento químico y han sido representados por un esquema donde hay un núcleo compuesto por
protones y neutrones, y una nube de electrones que se
mueve alrededor de ese núcleo.
Los protones tienen carga positiva, y los electrones tienen
carga negativa. Teniendo en cuenta que las cargas similares se repelen y las cargas opuestas se atraen, la nube de
electrones (cargas negativas) siempre estará atraída hacia el núcleo del átomo (donde permanecen los protones, cargas positivas).
El átomo suele ser eléctricamente neutro, es decir, tiene la Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
La energía y la electricidad
14
misma cantidad de cargas positivas que negativas. Si el átomo pierde o gana electrones, su carga deja de ser neutra, y el átomo pasa a tener carga positiva o negativa,
respectivamente. Si ahora pensamos en un cuerpo, éste puede ser eléctricamente neutro, pero sus cargas eléctricas
pueden estar distribuidas de forma tal que algunas positivas se encuentran en ciertas zonas y las negativas en otras. Se denomina elemento químico a una sustancia constituida por sólo una clase de átomos, y que no puede ser
descompuesta en partes más simples mediante ninguna
reacción química. Los elementos químicos se clasifican en
tres tipos básicos: metales, no metales y gases nobles. Cada
tipo de elemento tiene una característica específica, dada por el número de electrones en el último nivel de energía. Esto a
su vez proporciona información sobre qué tan conductor es
el elemento, y por lo tanto, qué tan conductor de energía es el material compuesto por dicho elemento.
Los metales tienen dos propiedades claves cuando hablamos de Energía y Electricidad: son buenos conductores tanto de energía eléctrica, como de energía térmica, por ejemplo, lo
que sucede cuando tocas la parte metálica de una olla que se encuentra calentándose en la estufa. Por otro lado, los
elementos no metales son malos conductores, por lo cual se utilizan como materiales aislantes para trabajar con energía
eléctrica y térmica, por ejemplo el mango de madera que se
usa para tomar el sartén sin quemarse.
¿Qué es la electricidad? La electricidad es un fenómeno que resulta de la presencia de
flujo de carga eléctrica, es decir, flujo de electrones por un material. ¿Recuerdas las propiedades de los elementos
metálicos? Esta energía eléctrica se manifiesta generalmente de 3 formas: luz, calor y campo magnético.
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
La energía y la electricidad
15
Para que los electrones puedan moverse de un lado a otro, necesitan de una diferencia de potencial, es decir, una
diferencia entre cualquier punto y la tierra. Esta energía
permite que la carga eléctrica fluya, es decir, que se genere
una corriente eléctrica.
Una posible analogía Para entender el fenómeno de electricidad, pensemos en una
montaña por la que nos desplazamos en bicicleta, desde la
cima (inicio) hasta su base (fin). Si la montaña es muy alta y salimos de su cima, la bicicleta logrará andar a alta velocidad. Si la montaña es más bien baja, casi una planicie, la bicicleta irá despacio. La altura de la montaña puede entenderse como una diferencia de potencial, o una energía potencial, y la
velocidad que alcanza la bicicleta se entiende como una corriente eléctrica, o energía cinética.
¿Qué sucede cuando en la bajada, encontramos pasto,
piedras u obstáculos para nuestra bicicleta? ¡Si existe un camino más sencillo, con menos dificultad, lo tomamos! Eso mismo hace la corriente eléctrica cuando se enfrenta con materiales que generan mucha resistencia, la corriente
intenta pasar por el camino más sencillo.
Antes de iniciar el descenso, debiste llegar a la cima de la
montaña. Para llegar a ella, tu cuerpo debió gastar energía cargando la bicicleta y logrando superar la inclinación de la montaña. ¿De dónde sale la gran mayoría de energía de nuestro cuerpo? ¡De la comida! Pero nuestra energía se acaba, y ahí es cuando nuestro
cuerpo nos pide algo más de comida, una chocolatina, por ejemplo. En los circuitos sucede lo mismo: la batería es la
fuente de energía, pero ésta se gasta con el tiempo. Por eso Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
La energía y la electricidad
16
muchas veces tenemos que reemplazarlas o cargarlas.
Materiales conductores y no conductores Algunos materiales tienen la propiedad de conducir más fácil la corriente que otro tipo de materiales. Esta propiedad la
tienen por los átomos que componen la materia. Recordemos la estructura de los átomos descrita anteriormente: núcleo con protones y neutrones, y una nube de electrones a su alrededor. Cuando los átomos comienzan a interactuar entre ellos, algunos orbitales, zonas en las que los electrones su mueven
en un átomo se combinan con orbitales de otro átomo,
formando orbitales nuevos que pertenecen a la molécula completa.
Estos orbitales tienen energías similares, y crean una
pequeña banda. Dependiendo del tipo de enlaces que tienen
las moléculas que componen un material, éste es conductor
o no conductor, es decir, aislante.
En los materiales conductores, generalmente metales, se forman dos bandas: banda de valencia y banda de
conducción. Estas bandas están puestas una sobre otra,
permitiendo así que los electrones pasen de una banda a la otra sin ningún problema.
En los materiales aislantes la situación es algo diferente: las
dos bandas están presentes, pero existe una distancia entre ellas muy grande. Ésto evita que los electrones pasen de la
banda de valencia a la banda de conducción, y por ésto no
pueden conducir corriente eléctrica al aplicar una diferencia de potencial. Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
La energía y la electricidad
17
Imaginemos nuevamente la montaña que estamos bajando en bicicleta. Si el camino que tomamos es continuo,
podremos bajar la montaña sin problema, así encontremos resistencia en el camino. Pero si en algún momento el
camino se acaba y encontramos un gran río separando el camino, imposible de cruzar, hasta ahí llegará nuestro recorrido.
En el primer caso, nuestro camino hace las veces de material
conductor: nos lleva de un punto a otro sin problema alguno, como lo hacen los electrones cuando saltan de una banda a la otra sin mayor esfuerzo. En el segundo, el río nos impide continuar, tal cual lo hace un material aislante: impide que
haya un flujo de corriente de un punto a otro ya que la distancia entre bandas es sumamente grande.
Interruptores Un interruptor es un dispositivo que permite conectar o desconectar dos puntos de un circuito eléctrico.
Este elemento es usado generalmente para abrir o cerrar un
circuito, es decir, para permitir o no que haya flujo de carga eléctrica circulando por el camino eléctrico. Recordemos la
bajada por la montaña en bicicleta: para poder empezar a
descender, debemos saber si se puede o no transitar por el
camino.
Si por alguna razón no se puede, como en el caso del río,
nadie bajará por el camino. Como no hay flujo de bicicletas por la montaña, podemos entender ésto como si no
tuviéramos flujo de carga eléctrica por el circuito. En este
caso esta interrupción hizo que el camino se desocupara, es decir, aseguró un circuito abierto.
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
La energía y la electricidad
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Si efectivamente se puede transitar, porque quizás hay un puente para cruzar el río, descenderemos por la ladera hasta
llegar al final del camino. El descenso habrá sido realizado, por lo tanto hubo un flujo de corriente eléctrica, y los que
estaban en la cima lograron llegar al final, se creó un circuito
cerrado al conectar los dos lados del río. El puente es
entonces equivalente al interruptor, porque permite o
bloquea el paso de los ciclistas.
Conexión de circuitos: serie y paralelo Existen diferentes formas de conectar circuitos eléctricos. La conexión en serie implica que los bornes de cada uno de los elementos del circuito eléctrico se conectan
secuencialmente. Esto hace que la corriente que sale de la
batería pase por todos los componentes en el mismo camino eléctrico y el voltaje de la batería (Ej. 5 voltios) se distribuya
por los elementos dependiendo de la resistencia de cada uno
(Ej. Bombilla con 2.5 voltios, zumbador con 2.5 voltios),
sumando así la diferencia de potencial de cada uno de los elementos del circuito (Ej. para sumar un total de 5v). Por otro lado, la conexión en paralelo implica que los elementos del circuito eléctrico conectan un borne a un
punto en común (nodo), y el otro lo conectan a otro punto en común (nodo). La corriente eléctrica se distribuye por todos
los caminos, pero la diferencia de potencial es la misma para cada uno de los elementos del circuito (diferente a lo que
sucede en el circuito en serie). La corriente que pasa por cada
uno de los componentes del circuito se suma para dar la
misma corriente que estaba antes y después de cada nodo.
Páginas de consulta •
SERWAY, Raymond; BEICHNER, Robert. PHYSICS For
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
La energía y la electricidad
19
Scientists and Engineers with Modern Physics. Saunders College Publishing. Fifth Edition. 2000. •
Tabla periódica.
http://platea.pntic.mec.es/pmarti1/educacion/3_eso_m ateriales/b_iii/conceptos/conceptos_bloque_3_3.htm •
Elementos químicos.
http://www.profesorenlinea.cl/Quimica/ElementoQumic
oNocion.htm •
Conductividad.
http://www.fisicanet.com.ar/fisica/termodinamica/tb03 _conductividad.php •
Proyecto Newton.
http://newton.cnice.mec.es/3eso/energia/index.html • •
Física 2000. http://maloka.org/fisica2000/
http://iesdolmendesoto.org/zonatic/el_enlace_quimi co/enlace/enlace_metalico.html
•
- http://www.solociencia.com/fisica/carga-electrica-
estructura-materia.htm
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
La energía y la electricidad
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Los
materiales de la caja A continuación se presentan los materiales que encontrará en la Siemens Discovery Box de Energía y Electricidad:
40 bombillas de 3 voltios
14 baterías recargables de 3.6 voltios
30 rosetas
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Los materiales de la caja
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70 caimanes
10 motores de 3 a 12 voltios
10 zumbadores o “chicharras” con cables
12 tablas de madera
3 esponjillas
1 caja de clips por 100 unidades
1 rueda de alfileres por 40 unidades
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Los materiales de la caja
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10 metros de alambre
3 cargadores de baterĂas
Siemens Discovery Box EnergĂa y Electricidad
Los materiales de la caja
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Instrucciones de uso ¿Cómo usar los caimanes?
La Discovery Box cuenta con 40 caimanes,
Los niños y niñas pueden practicar el
adicionales a los utilizados por el cargador
uso de los caimanes con pinzas de
niños y niñas aprendan a utilizar este
manera, y permiten que los niños y
se usa correctamente.
poder utilizar los caimanes.
de las baterías. Es importante que los elemento, ya que puede lastimarlos si no
ropa. Éstas funcionan de la misma
niñas ganen destrezas motoras para
¿Cómo cargar las baterías?
•
Se conectan los caimanes del cargador
•
batería, o bornes, que cuenten
•
a
los
terminales
metálicos
de
la
que
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Se pueden conectar máximo cuatro (4) baterías.
Las baterías deben conectarse en Instrucciones de uso
24
•
cuenten con el mismo color: rojo con
paralelo, es decir, deben unirse los
rojo y negro con negro.
bornes del mismo color, como se
El tiempo de carga para una (1) batería es de 5 horas.
•
Únicamente
muestra en la figura. •
se
debe
utilizar
el
El tiempo de carga para cuatro (4) baterías es de 20 horas.
cargador que viene incluido en la caja.
Otras indicaciones importantes ¿Cómo guardar los caimanes?
Otras instrucciones… •
Almacene
las
baterías
con
los
bornes cerrados y verificando que
no hagan contacto entre ellos. Si es posible,
empaque
por
separado
cada batería en una bolsa plástica seca. •
Corte el alambre y la esponjilla con
una herramienta, como el alicate o •
Arme un grupo grande, doble y amarre con un lazo o un caucho.
•
el cortafrío. •
precaución
No tuerza los cables ni los muerda con objetos cortantes ya que el conductor que tiene por dentro puede dañarse.
los
y
bombillos
verifique
•
su
No atornille el bombillo a la roseta
Instrucciones de uso
25
con
funcionamiento antes de usarlos. con demasiada fuerza.
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Manipule
Consejos de seguridad ¡Los caimanes!
Los
caimanes
pueden
lastimar.
¡La esponjilla!
Es
importante mostrar a los niños y niñas cómo se usan y para qué sirven, así evitamos que se lastimen con ellos.
que
pueden
cortar.
Es
importante
mostrar a los niños y niñas cómo deben manipular este material, para evitar que se lastimen con él.
¡El corto circuito!
¡El sobrevoltaje!
No conectes los dos bornes de la batería, podrías quemarte y dañar la batería y el
caimán. Al conectar estos dos bornes creas un cortocircuito, el cual se manifiesta por alta temperatura.
No conectes más de tres baterías en serie, es decir, conectando el borne rojo
de una batería con el negro de la otra, como se muestra en la figura. Esto hace que se sumen sus tensiones, y creas un sobrevoltaje que puede lastimarte.
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Las esponjillas tienen diferentes hilos
Consejos de seguridad
26
Siemens Discovery Box – Energía y Electricidad
Actividad 1 – Explorando la electricidad
1
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Explorando la electricidad Participan:
Fundación SIEMENS Alianza Pequeños Científicos Universidad de los Andes
Corporación Maloka
Bogota, Colombia, 2009 Documento borrador de trabajo, sujeto a cambios sin aviso previo.
Agradecemos sus comentarios y aportes a la dirección de correo electrónico
dcorrales@maloka.org
Guía para el profesor o la profesora de los grados cuarto y quinto de primaria.
Descripción de la
experiencia Los niños y las niñas han tenido diferentes experiencias con la electricidad, como la
electricidad estática que sentimos cuando
tocamos a veces a otra persona, aparatos
eléctricos como el teléfono celular, los enchufes,
el televisor y otros electrodomésticos.
Además existen otros fenómenos o situaciones cotidianas que emplean la electricidad pero que
no siempre la relacionamos con ella. Es el caso de los rayos, los impulsos eléctricos de nuestro
cuerpo, manifestaciones de la electricidad cuando se transforma por ejemplo en luz, sonido o calor.
También es usual que los niños y las niñas, así como muchos adultos, no diferencien entre los conceptos de electricidad y
energía. En esta primera sesión se van a explorar las ideas
previas de los y las estudiantes y se construirán relaciones conceptuales importantes alrededor de la electricidad. La experiencia inicia proponiendo a los niños y a las niñas que discutan, dibujen y escriban las cosas y las situaciones que
imaginan cuando piensan en la electricidad. De allí aparecen
ideas que indicarán lo que creen saber y lo que se imaginan. Siemens Discovery Box
Actividad 1 – Explorando la
Energía y Electricidad
24
electricidad
Estas ideas se agruparán para luego identificar algunas
relaciones. Algunas tienen que ver con la manera en que se
manifiesta la electricidad, otras con su uso y sus aplicaciones, otras con los fenómenos naturales y biológicos y otras con otros tipos de energía.
Al final se construye un mapa de relaciones que permite identificar fenómenos, situaciones, elementos y actores que están vinculados de manera particular con la electricidad.
Objetivos Los niños y las niñas abordarán los conceptos de electricidad mediante la exposición de sus ideas y saberes previos y la
realización de un mapa de relaciones con las ideas de todos sus compañeros.
Preparación logística Duración estimada La actividad tiene una duración de 45 minutos, sin embargo, éste tiempo puede variar dependiendo del interés de los y las
estudiantes, y del desarrollo general de la actividad.
El espacio de trabajo Siemens Discovery Box
Actividad 1 – Explorando la
Energía y Electricidad
25
electricidad
Es deseable un espacio de trabajo amplio, bien iluminado y con mesas y sillas dispuestas para trabajar en equipos de tres o cuatro estudiantes.
Cada equipo debe mostrar sus resultados al resto del grupo, así que la organización en círculo o un lugar visible al frente serán de mucha ayuda.
Los materiales Para traer aparte: para los dibujos se necesitan papeles lisos y
semi-gruesos como el bond, lápices, colores y vinilos. El tamaño del papel debe ser ¼ de pliego o más ya que trabajarán varios estudiantes al tiempo.
Para los mapas de relaciones se necesita por cada equipo un pliego de papel bond o cartulina, preferiblemente.
Orientacione s
disciplinares (Para el profesor o la profesora) Las siguientes orientaciones disciplinares están escritas para
apoyar conceptualmente el trabajo del profesor o la profesora, y no para el desarrollo de la sesión.
La descripción del trabajo en el aula con los y las estudiantes
está descrita en la siguiente sección: Orientaciones Didácticas. Siemens Discovery Box
Actividad 1 – Explorando la
Energía y Electricidad
26
electricidad
La electricidad, conceptos básicos La electricidad es un fenómeno muy común de la naturaleza que tiene su origen en las cargas eléctricas, como por ejemplo un
electrón. El flujo de estas cargas eléctricas tiene una gran
cantidad de aplicaciones tanto naturales como artificiales. Este flujo de cargas eléctricas denominado corriente eléctrica es
el que permite transportar la energía eléctrica y utilizarla al transformarla como es el caso de la producción de luz (bombilla), calor (plancha), sonido (radio).
Para que se produzca una corriente eléctrica se necesita una
fuerza que obligue a mover las cargas eléctricas en una dirección dada, esta fuerza se relaciona con lo que se denomina voltaje o
tensión eléctrica. Por ejemplo una pila de uso corriente tiene un voltaje de 1.5 Voltios[V] mientras que una toma eléctrica de nuestras casas tiene un voltaje de aproximadamente 110 Voltios[V]. Puede encontrar más información sobre la energía y la electricidad en el segundo capítulo de esta cartilla. Adicionalmente, en los siguientes enlaces de internet puede
encontrar información importante sobre la generación, las manifestaciones, los usos y los principios básicos de la electricidad
Páginas de consulta
Siemens Discovery Box
Actividad 1 – Explorando la
Energía y Electricidad
27
electricidad
•
http://es.wikipedia.org/wiki/Electricidad
•
http://www.isftic.mepsyd.es/w3/recursos/fp/electricidad/
index.html •
http://www.maloka.org/fisica2000/ Seguir la ruta: <Menú vertical izquierdo>, <Jornadas de la Ciencia>, <Ondas EM (electromagnéticas) >, <fuerza eléctrica>
Orientacione s didácticas 1.
La actividad ocurre en dos momentos:
Exploración de referentes, en el que se indaga sobre las
ideas preeliminares que los niños y las niñas tienen 2.
acerca de la electricidad.
Construcción de relaciones, en la que se organizan y se relacionan las primeras ideas y preguntas sobre los fenómenos y las aplicaciones eléctricas.
1. Exploración de referentes Para este ejercicio el profesor o la profesora deberá proponer a sus estudiantes que se organicen en equipos de trabajo de tres o
cuatro personas para que debatan acerca de la electricidad. La discusión puede iniciar con las siguientes preguntas:
Siemens Discovery Box
Actividad 1 – Explorando la
Energía y Electricidad
28
electricidad
•
¿En qué pienso cuando me hablan de electricidad?
•
¿En qué situaciones he tenido contacto con la
electricidad?, ¿la puedo sentir?, ¿la puedo ver?, ¿la puedo escuchar? • •
¿Puedo producir electricidad?, ¿cómo?
¿Qué cosas que conozco funcionan con electricidad?
Luego cada equipo deberá dibujar y escribir las cosas y las situaciones que relaciona con la electricidad.
De allí resultarán muchas respuestas algunas apropiadas, otras que requerirán ser
reformuladas y otras que corresponden a ideas erradas. Es importante en este punto, después
de una discusión, registrar todas estas ideas con el fin de validarlas o reformularlas a partir de las experiencias posteriores.
Es importante que el profesor o la profesora haga caer en cuenta a
los y las estudiantes que estas ideas son las que se tienen
actualmente y que será necesario validarlas o complementarlas en las actividades de indagación que están comenzando. Para que
esto sea posible se recomienda registrar estas ideas en carteleras que serán utilizadas posteriormente.
2. Construcción de relaciones El profesor o la profesora deberá invitar a que dos o más equipos
se unan para que comparen y complementen su trabajo. Este nuevo
equipo de estudiantes construirá un “mapa” en el que las ideas iniciales se organicen y se relacionen entre ellas de acuerdo a características comunes: • • •
La electricidad se produce…
La electricidad se manifiesta… La electricidad se utiliza…
Siemens Discovery Box
Actividad 1 – Explorando la
Energía y Electricidad
29
electricidad
El profesor o la profesora deberá guiar la construcción de los
mapas y aportar otros elementos que aún no se hayan incluido y
que sean necesarios. En el anexo se proponen algunos elementos para tener en cuenta.
Finalmente se presentan los mapas a todo el grupo para identificar si hay ideas o relaciones diferentes o si hay ideas que se pueden
relacionar de varias maneras. En esta parte el profesor o la profesora deberá prestar especial atención a las relaciones que los estudiantes proponen y a la claridad de estas.
Para
explorar el entorno Los aparatos eléctricos de nuestra casa Nuestras casas están llenas de aparatos eléctricos. ¿Cuánto tiempo los usamos? ¿Cada cuánto los usamos? Para esta actividad se propone un ejercicio en el que los niños y
las niñas harán un registro de los aparatos eléctricos que hay en su casa, y el tiempo y la frecuencia de uso de cada uno de ellos.
Al final habrán recogido suficiente información para identificar situaciones como:
Siemens Discovery Box
Actividad 1 – Explorando la
Energía y Electricidad
30
electricidad
•
¿Cuál es el electrodoméstico que usamos por más tiempo?
•
¿Cuál es el electrodoméstico que usamos más seguido durante la semana?
•
¿Cuál es el electrodoméstico que usamos por menos tiempo?
•
¿Cuál es el electrodoméstico que usamos menos seguido durante la semana?
La siguiente tabla se puede usar como ejemplo para registrar las lecturas:
¿Cuánto tiempo lo uso cada día?
¿Cuántos días a la semana lo uso?
Electrodoméstico 1 Electrodoméstico 2
Electrodoméstico 3
Siemens Discovery Box
Actividad 1 – Explorando la
Energía y Electricidad
31
electricidad
Anexo Ideas relacionadas con la electricidad El siguiente cuadro puede utilizarse para complementar las ideas con las que se construye el mapa de relaciones. Es importante
complementarlo con las ideas que surjan de la actividad, entre los niños y las niñas y el profesor o la profesora.
Siemens Discovery Box
Actividad 1 – Explorando la
Energía y Electricidad
32
electricidad
o
En fenómenos: como cuando froto una bomba contra mi cabeza, los rayos, o cuando circula por mi cuerpo corriente eléctrica al tocar a otra
La electricidad se
persona o algo metálico o
Tiene que ver con nuestros sentidos: lo que
oímos, lo que vemos, lo que sentimos, y que
manifiesta…
está relacionado con la electricidad. o
_______________________________________________ _______________________________________________ _______________________________________________
o
Aparatos que producen electricidad: el
LA ELECTRICIDAD
generador, las baterías.
o La electricidad se
Generación de electricidad para llegar a muchas personas: la hidroeléctrica, las termoeléctricas,
genera…
los paneles solares, las plantas nucleares. o
_______________________________________________ _______________________________________________ _______________________________________________
o
En el hogar: transformadores, electrodomésticos (nevera, estufa, licuadora, plancha, etc.), iluminación.
o
En la industria: motores eléctricos, control, transformadores, bobinas, etc.
La electricidad se
o
En el transporte: en los carros (radio, arranque, baterías, luces, etc), semáforos, estaciones de
utiliza…
transmilenio, paraderos. o
De uso personal: celulares, radios portátiles,
reproductores de música, etc. o
_______________________________________________ _______________________________________________ _______________________________________________
Siemens Discovery Box
Actividad 1 – Explorando la
Energía y Electricidad
33
electricidad
2
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Circuitos eléctricos (I) Participan:
Fundación SIEMENS Alianza Pequeños Científicos Universidad de los Andes
Corporación Maloka
Bogota, Colombia, 2008 Documento borrador de trabajo, sujeto a cambios sin aviso previo.
Agradecemos sus comentarios y aportes a la dirección de correo electrónico
dcorrales@maloka.org
Guía para el profesor o la profesora de los grados cuarto y quinto de primaria.
Descripción de la
experiencia En esta experiencia los niños y las niñas construyen circuitos eléctricos simples utilizando elementos eléctricos básicos: baterías, cables y bombillas.
Trabajando en parejas deberán probar todas las maneras posibles de conectar estos tres
elementos de tal forma que logren encender la
bombilla. De esta manera identificarán cuáles configuraciones corresponden a circuitos
eléctricos simples, y cuál es el camino eléctrico.
Los resultados se comparten con el grupo y se comparan las configuraciones probadas por cada equipo, indicando la ubicación de los bornes en la bombilla y en la batería y
explorando los conceptos de camino de corriente y circuito completo.
Como se trata de la primera actividad en la que los y las
estudiantes manipulan el material eléctrico, es fundamental dar
indicaciones claras de cada componente y hacer énfasis en los
consejos de seguridad y en las instrucciones de uso del material.
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 2 – Circuitos eléctricos I
32
Objetivos Los niños y las niñas identificarán que un circuito eléctrico es un camino por el que se mueve la corriente eléctrica, por medio de la experimentación con diferentes componentes eléctricos.
Preparación logística Duración estimada La actividad tiene una duración de minutos, sin embargo, éste tiempo puede variar dependiendo del interés de los y las
estudiantes, y del desarrollo general de la actividad.
El espacio de trabajo Es deseable un espacio de trabajo amplio, bien iluminado y con mesas y sillas dispuestas para trabajar en grupos de cuatro estudiantes. Cada equipo debe mostrar sus resultados al resto del grupo, así que la organización en círculo o un lugar visible al frente serán de mucha ayuda.
Los materiales Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 2 – Circuitos eléctricos I
33
De la Siemens Discovery Box: para un grupo de cuatro estudiantes se necesita una batería, una bombilla y dos caimanes.
Para traer aparte: para un grupo de cuatro estudiantes se
necesita cuaderno de apuntes y un lápiz.
Para preparar con anterioridad El profesor o la profesora deberá recordar cargar las baterías con anticipación y revisar que las bombillas estén funcionando adecuadamente.
Orientacione s
disciplinares (Para el profesor o la profesora)
Para esta actividad es pertinente hacer una revisión de los siguientes temas, de tal manera que el profesor o la profesora
tengan un panorama general de la temática a trabajar.
• Corriente, diferencia de potencial (voltaje) y resistencia • Circuitos eléctricos básicos
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 2 – Circuitos eléctricos I
34
Puede encontrar más información sobre corriente, diferencia de potencial y resistencia en el segundo capítulo de esta cartilla.
Adicionalmente, se incluye una analogía con el contexto de los niños y niñas para entender con claridad estos conceptos.
Orientacion es
didácticas La actividad ocurre en tres momentos:
2. Exploración de referentes, en el que los niños y las niñas indican cómo trabajarían con la electricidad. 2. Experimentación, en el que el profesor o la
profesora presentará los materiales y la actividad.
3. Cierre y reflexión, en el que se concluye sobre las
características de los componentes y los circuitos eléctricos.
1. Exploración de referentes Esta es la primera sesión en la que los niños y las niñas trabajan
con el material de la Siemens Discovery Box. Antes de entregar el
material, el profesor o la profesora puede motivar la exploración con algunas preguntas:
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 2 – Circuitos eléctricos I
35
•
¿Qué materiales necesitaremos para experimentar con la electricidad?
•
¿Cuáles piensas que pueden ser los riesgos de experimentar con la electricidad?
• •
¿Cómo piensan que funcionan las bombillas?
¿Qué piensan que se necesita para que una bombilla encienda?
Luego que los niños y las niñas han propuesto materiales y
pruebas para trabajar con la electricidad, el profesor o la
profesora les pedirá que organicen equipos de trabajo de cuatro
estudiantes y se distribuyan los roles que cada uno desempeñará. Antes de empezar a trabajar con el material, es muy importante
revisar detenidamente con todo el grupo las instrucciones de uso y los consejos de seguridad.
2. Experimentación La actividad consistirá en experimentar con la electricidad mediante la realización de un reto. El profesor o la profesora le
indicará a los niños y a las niñas que el reto consiste en
encontrar el número máximo de posibilidades de conectar los componentes para hacer que la bombilla se encienda.
Cuando el grupo esté listo, el profesor o la profesora llamará al niño o la niña que asume el rol de responsable del material, y
entregará a cada uno los siguientes componentes: una bombilla,
una batería y dos cables con caimanes, indicando a los y las
estudiantes que se tomen un tiempo y observen con detalle cada
uno, para reconocer las partes que tienen y dibujarlos en su cuaderno.
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 2 – Circuitos eléctricos I
36
Es muy importante que el niño o la niña que asume el rol de secretario, registre en la hoja de apuntes cada prueba que el
grupo realice, ya sea que funcione o que no funcione. Este
registro puede hacerse mediante diagramas que muestren las conexiones.
¡CUIDADO! El profesor o la profesora debe recordar a los
estudiantes que NO deben conectar los dos bornes de la batería directamente entre ellos, podrían quemarse y dañar la batería y el caimán. Al conectar estos dos bornes se crea un cortocircuito, el
cual se manifiesta por alta temperatura.
Mientras los niños y las niñas experimentan con el material, el profesor o la profesora pasará por cada grupo revisando que
hayan identificado las partes de la bombilla y de la batería, y que progresen en el tipo de conexiones que realizan, así como en los esquemas que dibujan en su cuaderno.
Es importante resistir la tentación de mostrarles la manera de
hacer las conexiones. Los niños y las niñas deben explorar
abiertamente las diferentes posibilidades y encontrar aquellas
que funcionan como aquellas que no funcionan, haciendo
registros con dibujos. Cada grupo debe tener el tiempo suficiente
para experimentar.
Cuando los grupos hayan conseguido encender la bombilla de
varias maneras utilizando dos caimanes, el profesor o la
profesora deberá pedir a los grupos que utilicen solo un caimán, para así explorar otras configuraciones. Éstas deben registrarse en el cuaderno. Algunas conexiones en que la bombilla se enciende:
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 2 – Circuitos eléctricos I
37
Con 2 caimanes
Con 1 caimán
Con 1 caimán
Algunas conexiones en que la bombilla no se enciende:
La batería no hace parte del circuito cerrado
Circuito abierto
Circuito abierto
3. Cierre y reflexión El grupo se vuelve a reunir para comparar los esquemas que han probado y dibujado en el cuaderno de apuntes.
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 2 – Circuitos eléctricos I
38
El profesor o la profesora puede pedir a algunos voluntarios o
voluntarias que dibujen configuraciones correctas e incorrectas
en el tablero para que el grupo opine sobre el funcionamiento del
circuito.
Las siguientes preguntas pueden orientar la discusión: •
¿La bombilla se enciende?, ¿por qué sí? ¿Por qué no?
•
¿Por dónde va la corriente eléctrica?
• •
¿El camino eléctrico se rompe en algún lugar?
¿Alguno de los extremos de la batería o del bombillo está desconectado?, ¿será necesario conectarlo?
•
Si la configuración no enciende el bombillo, ¿qué conexión podemos modificar para que funcione? ¿Por qué piensan que no funciona?
•
¿Hay alguna diferencia si la bombilla se conecta al revés en los circuitos en que efectivamente se encendió?
Si los grupos no se ponen de acuerdo con alguna configuración, el profesor o la profesora deberá pedir a uno de ellos que repita
el montaje para corroborar el resultado.
Luego de probar con varias configuraciones es conveniente
aclarar con todo el grupo algunos términos claves:
•
Cuáles son los bornes de la bombilla y de la batería.
•
Cuál es el camino eléctrico que conecta el bombillo con la batería cuando el primero se enciende.
•
En dónde se corta el camino eléctrico cuando el bombillo no enciende.
•
En qué dirección piensan que se recorre el camino eléctrico.
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 2 – Circuitos eléctricos I
39
Para
explorar el entorno ¿Por qué los enchufes tienen más de una pata? Los niños y las niñas preguntarán a sus
familiares y a sus amigos si saben por qué los enchufes tienen más de una pata, o por qué no puede tener sólo una. En el cuaderno de apuntes deben tomar nota de todas las versiones diferentes que
escuchen y luego darles una calificación según crean que son correctas o no.
Después de esta consulta los niños y las niñas
identificarán en sus casas los caminos de
corriente que hacen funcionar sus aparatos eléctricos (una lámpara, un televisor, una
licuadora, una radio, un cargador de celular, etc.)
Dibujarán tres de ellos indicando el camino de corriente, desde la
toma de la pared hasta el artefacto y describiendo con detalle cómo son los cables que forman el camino.
Es importante que el profesor o la profesora adviertan sobre los
peligros de manipular la electricidad doméstica. La actividad no requiere que los niños o las niñas manipulen los artefactos
eléctricos, únicamente que observen los que estén accesibles y tracen el camino de corriente en sus cuadernos de apuntes.
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 2 – Circuitos eléctricos I
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Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 2 – Circuitos eléctricos I
41
3
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Circuitos eléctricos (II) Participan: Fundación SIEMENS
Alianza Pequeños Científicos Universidad de los Andes
Corporación Maloka
Bogota, Colombia, 2008 Documento borrador de trabajo, sujeto a cambios sin aviso previo.
Agradecemos sus comentarios y aportes a la dirección de correo electrónico dcorrales@maloka.org
Guía para el profesor o la profesora de los grados cuarto y quinto de primaria.
Descripción de la
experiencia En la sesión anterior los niños y las niñas probaron diferentes conexiones eléctricas e
identificaron el camino de corriente a través de un circuito eléctrico completo.
Ahora probarán diferentes maneras de conectar un motor eléctrico a una batería para hacerlo
girar en sus dos sentidos, según la forma como se conecten los bornes.
Estos experimentos permitirán identificar que la corriente en los circuitos eléctricos tiene una dirección determinada y que la batería tiene
polaridad: un extremo positivo y uno negativo. Aunque en la sesión pasada se hayan indicado algunas medidas
de seguridad, es importante reiterar las condiciones de uso y las medidas de prevención de accidentes.
Objetivos Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 3 – Circuitos eléctricos II
43
Los niños y las niñas reconocerán que algunos elementos como el motor se comportan de forma diferente según como se
conecten, mientras una bombilla se puede conectar cambiando sus terminales sin que suceda nada.
Preparación logística Duración estimada La actividad tiene una duración de 45 minutos, sin embargo, éste tiempo puede variar dependiendo del interés de los y las
estudiantes, y del desarrollo general de la actividad.
El espacio de trabajo Es deseable un espacio de trabajo amplio, bien iluminado y con mesas y sillas dispuestas para trabajar en equipos de tres estudiantes. Cada equipo debe mostrar sus resultados al resto del grupo, así que la organización en círculo o un lugar visible al frente serán de mucha ayuda.
Los materiales De la Siemens Discovery Box: para un grupo de tres estudiantes se necesita una batería, un motor y dos caimanes. Para traer aparte: trozos de cinta adhesiva de colores, un cuaderno de apuntes y un lápiz.
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 3 – Circuitos eléctricos II
44
Los trozos de cinta adhesiva de colores tienen dos funciones:
1. Colocar banderas en los motores para ver en qué dirección giran.
2. Marcar uno de los bornes del motor para indicar en qué
polaridad se conecta la batería.
Para preparar con anterioridad El profesor o la profesora deberá recordar recargar las baterías un día antes de desarrollar la actividad.
Orientacion es disciplinares (Para el profesor o la profesora) Para esta actividad es pertinente hacer una revisión de los
siguientes temas, de tal manera que el profesor o la profesora
tengan un panorama general de la temática a trabajar. •
Circuitos eléctricos básicos
•
Corriente y voltaje
•
Motores eléctricos
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 3 – Circuitos eléctricos II
45
Puede encontrar más información sobre estos temas en el capítulo de energía y electricidad de esta cartilla.
Orientacion es
didácticas La actividad ocurre en tres momentos:
1. Exploración, en el que los niños y las niñas predicen el comportamiento del motor. 2. Experimentación, en el que prueban diferentes
conexiones entre el motor y la batería.
3. Cierre y reflexión, en el que todo el grupo obtiene
conclusiones acerca de las características de los circuitos eléctricos y de la dirección de la corriente.
1. Exploración Para comenzar, el profesor o la profesora deberá pedir a sus estudiantes que se reúnan en grupos de tres personas y se
distribuyan los roles que cada uno desempeñará, teniendo en cuenta que uno de ellos deberá asumir dos roles.
Después, el profesor o la profesora iniciará una charla sobre los motores eléctricos. Primero deberá mostrar el motor e indagar
que piensan los niños y las niñas sobre su funcionamiento.
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 3 – Circuitos eléctricos II
46
•
¿Alguna vez habían visto este objeto?, ¿en dónde lo han visto?
• •
¿En qué han visto que se utilice?, ¿para qué?
¿Cómo piensan que este motor se relaciona con la electricidad?
Una vez se hayan identificado estos aspectos de los motores
eléctricos, el profesor o la profesora deberá entregarle a cada niño o niña que asume el rol de responsable del material un
motor eléctrico de la Siemens Discovery Box.
A continuación el profesor o la profesora propone otras preguntas acerca del nuevo componente:
•
¿Cómo piensan que funciona?
•
Si es eléctrico, ¿en dónde se conecta?
•
¿Qué piensan que pasará cuando se conecte?
Los niños y las niñas harán predicciones y el niño o la niña que asume el rol de secretario de cada equipo las registrará en su
cuaderno de apuntes. Al final de la actividad se revisarán nuevamente.
2. Experimentación El profesor o la profesora le recordará a todo el grupo los consejos de seguridad. Luego les indicará que organizados en
sus equipos harán experimentos con una batería, un motor eléctrico y un par de caimanes.
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 3 – Circuitos eléctricos II
47
Una vez que el niño o la niña responsable del material los haya recogido, el profesor o la profesora les indicará la manera en que se
coloca la bandera de cinta en la parte móvil del motor. También debe indicarles que hay que marcar
uno de los bornes del motor para recordar exactamente como lo conectaron. Esto es
importante para que puedan reconocer que el
sentido de giro cambia dependiendo de qué
borne del motor se conecta a cada borne de la batería.
Todos los equipos deben marcar el mismo borne del motor para que se puedan comparar las conexiones. Para esto, pueden
ayudarse utilizando características de la carcasa del motor. El experimento consiste en diseñar y probar diferentes
conexiones entre los componentes para hacer mover el motor.
Los niños y las niñas deben registrar en el cuaderno de apuntes
el esquema y luego armar el circuito, plantear hipótesis y comprobar sus diseños.
Para garantizar que todos utilicen el mismo punto de referencia, el profesor o la profesora deberá señalar que el motor se observa desde el frente, donde está la bandera. La descripción se puede
hacer refiriéndose al sentido de las manecillas del reloj. Mientras los estudiantes realizan las conexiones, el profesor o la profesora pasa por cada equipo revisando que se haya marcado
uno de los bornes del motor con la cinta adhesiva y que se tenga en cuenta la marcación al dibujar el esquema en el cuaderno.
Puede utilizar algunas preguntas para animar al equipo a experimentar y a registrar sus pruebas:
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 3 – Circuitos eléctricos II
48
•
¿La bandera siempre gira en el mismo sentido?, ¿en cuál?
•
¿De qué manera se puede cambiar el sentido de giro?, ¿qué bornes conectan los caimanes?
•
(Haciendo referencia a la sesión anterior) En la sesión anterior, ¿había alguna diferencia si el bombillo se conectaba en un orden o en el otro?
Conexiones del motor a la batería:
El profesor o la profesora puede preguntar a cada equipo de
dónde piensan que proviene la energía que hace girar el motor.
Cuando los y las estudiantes hagan referencia a la batería, el profesor, la profesora, o algún estudiante deberá explicar que
hay un camino eléctrico, y que por él está circulando una corriente eléctrica.
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 3 – Circuitos eléctricos II
49
En este momento los y las estudiantes ya deben haber identificado que la batería tiene dos bornes diferentes: uno
positivo de color rojo y otro negativo de color negro. Si los niños y las niñas aún no han hecho esta diferencia es preciso que el
profesor o la profesora invite a observar la batería. ¿Qué tiene escrito? ¿Qué piensan que significa esto?
Esta característica también debe quedar registrada en los esquemas dibujados en el cuaderno de apuntes.
3. Cierre y reflexión El grupo se vuelve a reunir para comparar los esquemas que han probado y dibujado en el cuaderno de apuntes.
Al igual que en la sesión anterior, el profesor o
la profesora puede pedir a algunos voluntarios
y voluntarias que dibujen configuraciones en el tablero para cada sentido de giro y que el grupo
opine sobre el funcionamiento de cada circuito.
La polaridad de la batería debe relacionarse con el hecho de que el motor cambie el sentido de
giro cuando se invierte la conexión.
El profesor o la profesora deberá orientar a los y las estudiantes para que sean ellos y ellas quienes lleguen a esta conclusión, aunque
puede incentivarla con algunas preguntas y ejercicios:
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 3 – Circuitos eléctricos II
50
•
¿De qué borne de la batería piensas que sale la corriente?
•
¿Por dónde pasa la corriente?, tracemos con flechas el camino que recorre.
•
¿El camino de la corriente es diferente cuando el motor gira en una dirección o en la otra?
•
Cuando le ponemos las baterías a un radio, ¿debemos tener en cuenta la polaridad de las pilas?
Para explorar el entorno ¿Para qué se utilizan los motores eléctricos? Los niños y las niñas invitarán a sus familiares a emprender una búsqueda de los motores eléctricos de la casa.
Pueden encontrar motores en la mayoría de los
electrodomésticos: la licuadora, la lavadora, el extractor de la cocina, el ventilador, el horno microondas, el secador, la nevera, etc.
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 3 – Circuitos eléctricos II
51
Cada nuevo artefacto que descubran deberá ser colocado en una
lista indicando quién lo encontró y, según él o ella, qué función cumple el motor que hay adentro.
La lista de motores deberá dar una idea de que existen motores de diferente tamaño o de diferente fuerza, y esto se puede ver
relacionado posteriormente con el consumo de corriente eléctrica.
Por ejemplo, el motor de la lavadora es grande y debe cargar
varias libras de ropa, por lo tanto debe consumir más corriente que el motor de la licuadora o el motor de un ventilador que son pequeños y no tienen mucha carga.
Estas conclusiones deberán revisarse con todo el grupo antes de
iniciar la siguiente sesión.
La siguiente tabla puede utilizarse para registrar la lista de motores y las características que describen los participantes:
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 3 – Circuitos eléctricos II
52
¿En qué
¿Quién lo
¿Qué función
electrodoméstico?
encontró?
cumple el motor?
Motores
pequeños Motores medianos Motores grandes
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 3 – Circuitos eléctricos II
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4
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Conductores y no conductores Participan: Fundación SIEMENS
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Corporación Maloka
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Agradecemos sus comentarios y aportes a la dirección de correo electrónico
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Guía para el profesor o la profesora de los grados cuarto y quinto de primaria.
Descripción de la
experiencia En esta actividad los niños y las niñas descubrirán que existen materiales que conducen la electricidad y otros que no lo hacen.
Lo primero será recordar algunas experiencias cotidianas al manipular objetos eléctricos
comunes, como los electrodomésticos o los enchufes. Allí se identificarán los diferentes
tipos de materiales de los que están hechos estos artefactos.
Luego, los niños y las niñas diseñarán un circuito de prueba para probar la conducción
eléctrica de algunos materiales que recogerán en el salón de clase.
Los clasificarán entre conductores y aislantes y reconocerán las características que tengan en común.
Al final, reconocerán que para manipular la electricidad son tan importantes los materiales conductores como los materiales aislantes.
Siemens Discovery Box
Actividad 4 – Conductores y no
Energía y Electricidad
56
conductores
Esta será una buena oportunidad para repasar los consejos de seguridad de la Siemens Discovery Box Energía y Electricidad.
Objetivos Por medio de un ejercicio de experimentación con materiales
conductores y aislantes, los niños y las niñas identificarán sus características básicas y su comportamiento en los circuitos eléctricos.
Preparación logística Duración estimada La actividad tiene una duración de 45 minutos, sin embargo, éste tiempo puede variar dependiendo del interés de los y las
estudiantes, y del desarrollo general de la actividad.
El espacio de trabajo Es deseable un espacio de trabajo amplio, bien iluminado y con mesas y sillas dispuestas para trabajar en equipos de tres estudiantes.
Cada equipo debe mostrar sus resultados al resto del grupo, así que la organización en círculo o un lugar visible al frente serán de mucha ayuda. Siemens Discovery Box
Actividad 4 – Conductores y no
Energía y Electricidad
57
conductores
Los materiales De la Siemens Discovery Box: para un grupo de tres estudiantes
se necesita una batería, una roseta, una bombilla y tres caimanes.
Para traer aparte: para un grupo de tres estudiantes se necesita un cuaderno de apuntes y un lápiz.
Para preparar con anterioridad El profesor o la profesora deberán recordar cargar la batería con mínimo 5 horas de anterioridad
Orientacione s disciplinares (Para el profesor o la profesora) Para esta actividad es pertinente hacer una revisión de los siguientes temas: •
Materiales conductores de electricidad
Siemens Discovery Box
Actividad 4 – Conductores y no
Energía y Electricidad
58
conductores
•
Materiales aislantes de la electricidad
•
Consejos de seguridad con electricidad
Puede encontrar más información sobre materiales conductores y no conductores en el segundo capítulo de esta cartilla.
Adicionalmente, en los siguientes enlaces de Internet puede
encontrar información adicional sobre estos temas:
Páginas de consulta •
http://iesdolmendesoto.org/zonatic/el_enlace_quimico
/enlace/enlace_metalico.html •
http://www.solociencia.com/fisica/carga-electrica-
estructura-materia.htm
Orientacion es
didácticas La actividad ocurre en tres momentos: 1. Exploración, en el que dialogará acerca de las experiencias cotidianas de los niños y las niñas con materiales que conducen y que no conducen la electricidad.
Siemens Discovery Box
Actividad 4 – Conductores y no
Energía y Electricidad
59
conductores
2. Experimentación, en el que construye un circuito de pruebas, se experimenta y se clasifican diferentes materiales. 3. Cierre y reflexión, en el que todo el grupo obtiene conclusiones acerca de las características y las aplicaciones de cada material. Al final se incluye una actividad adicional para experimentar la conducción del agua. Puede realizarse con los materiales de la
Siemens Discovery Box y otros materiales fáciles de obtener en el colegio.
1. Exploración El profesor o la profesora iniciará una charla con todo el grupo a partir de las situaciones
cotidianas en las que podemos identificar
materiales que conducen y que no conducen la electricidad: •
¿Cómo son los cables de los aparatos eléctricos de la casa?
•
¿De qué materiales están hechos?
•
¿Qué piensan que pasaría si los cables no estuvieran recubiertos?
En algún momento de la charla deben aparecer los términos conductor y aislante. Es posible que los niños y las niñas los incorporen o que utilicen otros términos similares cuando participen en la charla. El profesor o la profesora deberá
detenerse para hacer que estos términos sean evidentes y claros para todo el grupo.
2. Experimentación
Siemens Discovery Box
Actividad 4 – Conductores y no
Energía y Electricidad
60
conductores
El profesor o la profesora reunirá a todo el grupo para recordarle los consejos de seguridad al trabajar con electricidad y lo
aprendido en las sesiones anteriores sobre circuitos simples y polaridad.
Primero les pedirá que piensen en una estrategia para identificar si un material conduce o no la electricidad. ¿Qué pruebas puedo hacer?, ¿Qué herramientas puedo utilizar?
A continuación les indicará que cuentan con algunos elementos de la Siemens Discovery Box y que el reto consiste en armar un
circuito eléctrico que les permita probar con diferentes
materiales para conocer si son conductores o aislantes eléctricos. El dispositivo debe indicar la respuesta de alguna manera. El profesor o la profesora pedirá a los niños y a las niñas que se organicen en grupos de tres personas. Antes de empezar la
actividad, los participantes deben establecer el rol que va a
desempeñar cada uno en el grupo, teniendo en cuenta que uno
de ellos deberá asumir dos roles.
El profesor o la profesora pedirá al niño o la niña que asume el rol de secretario de cada grupo que dibuje en su cuaderno de
apuntes el circuito eléctrico que utilizarán para probar la conducción.
Luego sugerirá al niño o a la niña que asume el rol de vocero que comparta su diseño en el tablero para que entre todos se
verifique el funcionamiento del dispositivo.
Se dará un tiempo prudente para la construcción del circuito. El profesor o la profesora deberá verificar que todos los montajes
funcionen y que exista un espacio en el circuito para conectar el material de prueba.
Siemens Discovery Box
Actividad 4 – Conductores y no
Energía y Electricidad
61
conductores
Lo siguiente es dar inicio a la “búsqueda de materiales”. Las parejas tendrán un tiempo
limitado (10 minutos) para recorrer el salón
de clase en busca de diez o más objetos que quieran probar. Se sugieren clips, borradores, tajalápices,
lápices, hojas, cintas, chinches y todo
material de oficina y de uso personal que no resulte deteriorado en la prueba.
El profesor o la profesora puede hacer un sondeo rápido de los objetos recolectados antes de continuar con el ejercicio.
Cada grupo debe iniciar su sesión de pruebas y en el cuaderno debe registrar los resultados en una tabla. Se invita a que
primero predigan qué va a suceder y por qué piensan eso, para
después sí experimentar con los objetos.
Se recomienda la siguiente tabla para la actividad:
Material
¿Prenderá el
bombillo? ¿Por
qué pienso que
Prende el bombillo
No prende el bombillo
sucederá esto? Tajalápiz de plástico Clips metálicos Borrador Tijeras …… …… El siguiente es un posible circuito de pruebas: Siemens Discovery Box
Actividad 4 – Conductores y no
Energía y Electricidad
62
conductores
3. Cierre y reflexión Luego de que los grupos han terminado su experimento, el profesor o la profesora dirigirá una puesta en común de los resultados.
Para ello registrará en un cartel o en el tablero los resultados de los y las estudiantes sin repetir los elementos que ya han sido
probados, pero fijándose en que todo el grupo esté de acuerdo
en la clasificación de los materiales. Si no lo están, podrían
probar dicho material en alguno de los circuitos de prueba. Conductores
No Conductores
Clips
Lápiz
Tajalápiz
Borrador
Hebilla
Cartón
Hay algunas preguntas importantes para hacer en este momento: Siemens Discovery Box
Actividad 4 – Conductores y no
Energía y Electricidad
63
conductores
•
¿Qué características en común tienen los materiales que conducen la electricidad?
•
¿Qué características en común tienen los materiales que no conducen la electricidad?
La segunda parte de la reflexión tiene que ver con los elementos de seguridad que empleamos cuando trabajamos con la electricidad. El profesor o la profesora puede iniciar la discusión con estas preguntas: •
¿Todos los artefactos eléctricos que utilizamos tienen materiales no conductores?
•
¿En qué partes están estos aislantes?, ¿de qué materiales son?
•
¿Los materiales conductores también nos protegen?, ¿cómo lo hacen?
Con la última pregunta el profesor o la profesora deberá indicar que los materiales conductores muchas veces permiten que la
corriente se desvié por ellos antes de pasar por nuestro cuerpo.
Este es el caso de los pararrayos.
Una actividad adicional: ¿El agua conduce la electricidad? Este es un ejercicio que se puede realizar con los materiales de la
Siemens Discovery Box, complementado por el siguiente material por grupo:
•
Un vaso transparente de vidrio o de plástico.
•
Agua
•
Una cucharadita de sal.
Siemens Discovery Box
Actividad 4 – Conductores y no
Energía y Electricidad
64
conductores
El profesor o la profesora deberá indicar a los y las estudiantes que después de cada prueba deben secarse muy bien las manos
antes de volver a manipular el material eléctrico.
Cada grupo debe tomar un vaso y llenarlo hasta la mitad con
agua limpia. Luego debe utilizar el mismo circuito de pruebas de
la actividad anterior, e introducir los caimanes en el vaso
manteniéndolos separados, de extremo a extremo del vaso. ¿La electricidad se conduce a través del agua? A continuación, mientras uno de los
estudiantes aún sostiene los caimanes dentro
del vaso, otro agrega lentamente sal y la agita hasta que se mezcle muy bien con el agua. ¿Ha cambiado el resultado? Se pueden ir acercando lentamente los
extremos de los caimanes hasta unirlos. ¿Qué ocurre mientras tanto? ¿Qué pasa con el camino eléctrico?
Al final de la actividad los niños y las niñas deben lavar los caimanes con agua limpia y secarlos muy bien antes de guardarlos.
Siemens Discovery Box
Actividad 4 – Conductores y no
Energía y Electricidad
65
conductores
Para
explorar el entorno Materiales conductores y aislantes usados en nuestras casas Los niños y las niñas consultarán de qué material están hechos diferentes elementos de nuestras casas.
Para empezar pueden preguntar entre sus familiares y amigos si
saben de qué están hechos los interruptores, las rosetas, los bombillos y los tomacorriente de sus casas.
Pueden dibujar un diagrama en el que muestren cada uno de los
elementos, de qué tipo de materiales está compuesto (aislantes o conductores) y dónde se ubican en sus casas.
Después pueden observar cada uno de estos elementos con detenimiento. Pueden pedir a sus padres que los ayuden con una
escalera o una silla para ver las rosetas, que quiten el bombillo
para observar los materiales con los que hace contacto con ella, y observar con mucho cuidado el tomacorriente. Encontrarán
materiales conductores y aislantes en cada uno de los elementos. Es muy importante preguntarse en cada caso ¿Cuáles son los materiales más comunes? ¿Alguno nos protege de la energía
eléctrica?
Siemens Discovery Box
Actividad 4 – Conductores y no
Energía y Electricidad
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conductores
5
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
El interruptor Participan:
Fundación SIEMENS Alianza Pequeños Científicos Universidad de los Andes
Corporación Maloka
Bogota, Colombia, 2008 Documento borrador de trabajo, sujeto a cambios sin aviso previo.
Agradecemos sus comentarios y aportes a la dirección de correo electrónico
dcorrales@maloka.org
Guía para el profesor o la profesora de los grados cuarto y quinto de primaria.
Descripción de la
experiencia En esta práctica los niños y las niñas identificarán el interruptor como el elemento de control más
usado y a la vez más sencillo de los circuitos eléctricos.
Este dispositivo que se usa en todas nuestras casas es también el más usado en la industria y en muchas aplicaciones cotidianas.
El papel más importante del interruptor es
permitir encender o apagar los artefactos que utilizamos diariamente. Los que hay en nuestra
casa (el televisor, la radio, la luz, el celular, los
juguetes, etc.) y fuera de ella (los timbres, el pito
de los carros, la maquinaria, etc.)
Para entender el funcionamiento del interruptor,
los y las estudiantes construirán uno que permita encender y apagar un bombillo utilizando
diferentes materiales de la Siemens Discovery Box.
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 5 – El interruptor
68
Al final del ejercicio se hace referencia a otros elementos de control similares al interruptor que bloquean o permiten el paso, como las puertas, los semáforos, entre otros.
Objetivos Los niños y las niñas identificarán el funcionamiento de los
interruptores como elementos de control, mediante un ejercicio
de experimentación con circuitos eléctricos.
Preparación logística Duración estimada La actividad tiene una duración de 45 minutos, sin embargo, éste tiempo puede variar dependiendo del interés de los y las
estudiantes, y del desarrollo general de la actividad.
El espacio de trabajo Es deseable un espacio de trabajo amplio, bien iluminado y con mesas y sillas dispuestas para trabajar en equipos de tres a cuatro estudiantes.
Cada equipo debe mostrar sus resultados al resto del grupo, así que la organización en círculo o un lugar visible al frente serán de mucha ayuda. Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 5 – El interruptor
69
Los materiales De la Siemens Discovery Box: para un grupo de tres o cuatro
estudiantes se necesita una batería, tres caimanes, una roseta, un bombillo, un clip, dos alfileres, y una tabla de madera. Para traer aparte: para un grupo de tres o cuatro estudiantes se necesita un cuaderno de apuntes y un lápiz.
Para preparar con anterioridad El profesor o la profesora deberá cargar las baterías con mínimo 5 horas de anterioridad y revisar el correcto funcionamiento de las bombillas.
Orientacione s
disciplinares (Para el profesor o la profesora)
Un interruptor es un dispositivo que permite conectar o
desconectar dos puntos de un circuito eléctrico. Este elemento es
usado generalmente para abrir o cerrar un circuito, es decir, para permitir o evitar que haya flujo de carga eléctrica.
En la sección La Energía y la Electricidad hay información disciplinar adicional y enlaces de Internet para consultar. Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 5 – El interruptor
70
Orientacione s didácticas La actividad ocurre en tres momentos:
1. Exploración, en el que los niños y las niñas exponen sus saberes previos sobre el uso de los interruptores. 2. Experimentación, en el que diseñan y construyen un interruptor usando los materiales de la Siemens Discovery Box.
3.
Cierre y reflexión, en el que todo el grupo obtiene
conclusiones acerca de las características del interruptor y su función en los circuitos eléctricos y en otros artefactos.
1. Exploración Se realiza a partir de preguntas que buscan evidenciar una característica muy importante del interruptor: prender y apagar artefactos.
Para ello nos apoyamos en la experiencia de los niños y las niñas, incentivando a reflexionar sobre:
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 5 – El interruptor
71
•
¿Para que se utilizan los interruptores en nuestra casa?
•
¿En que aparatos o en qué lugares encontramos interruptores?
•
¿Todos los aparatos tiene interruptores?
•
¿Hay interruptores en los aparatos no eléctricos?, ¿cuáles conoces?
Estos elementos iniciales nos permiten construir un diálogo con los y las estudiantes que está basado en las experiencias que
ellos tienen como usuarios de estos artefactos. Esta exploración es muy breve y sirve de motivación para comenzar la experimentación.
2. Experimentación El profesor o la profesora reunirá a todo el grupo para recordarle los consejos de seguridad. Les indicará que se organicen en
grupos de tres o cuatro estudiantes y distribuyan los roles a desempeñar por cada uno de ellos.
El ejercicio comienza haciendo un circuito simple como el que habían construido en las sesiones anteriores.
Para ello, el profesor o la profesora deberá entregar al niño o a la niña que asume el rol de responsable de material en cada grupo
una batería, una roseta y dos caimanes. Una vez se tenga armado el circuito es importante pensar cómo funciona el circuito, es decir, cuándo se apaga y cuándo se prende el bombillo. Lo
importante aquí es evidenciar qué hacen los niños y las niñas cuando quieren apagar el bombillo.
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 5 – El interruptor
72
Se debe permitir que los niños y las niñas se pongan de acuerdo
en qué hacen y cuántas opciones encuentran para armar el
circuito. Una vez hecha esta motivación se les pide que diseñen
un interruptor usando un clip, dos alfileres, y una tabla de madera. Esté interruptor debe tener las siguientes características:
•
Debe ser de fácil control
•
Debe poderse usar repetidas veces sin deteriorarse.
Se debe pedir a los niños y las niñas que dibujen el diseño que
van a realizar y que planeen qué y cómo se va a hacer. El secretario o la secretaria será quien haga este dibujo.
Mientras los niños y las niñas están realizando el diseño es importante que el profesor o la profesora se acerque a las mesas haciéndoles preguntas orientadoras como:
•
¿De qué manera se utiliza el interruptor que diseñaron?
•
¿Qué hace el usuario?
•
¿Cómo hago para que vuelva a su posición inicial?
•
¿Cómo funciona el encendido y cómo el apagado?
•
¿Por qué no enciende la bombilla cuando el interruptor está abierto?
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 5 – El interruptor
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3. Cierre y reflexión El grupo se vuelve a reunir para comparar los interruptores que
han diseñado y construido. Al igual que en la sesión anterior, el profesor o la profesora puede pedir a algunos voluntarios o
voluntarias que expliquen a sus compañeros su diseño en el tablero y que el grupo opine sobre el funcionamiento de cada interruptor.
El funcionamiento del interruptor está basado en la interrupción del flujo de corriente en un circuito al introducir un espacio de
aire entre los cables, el cual se comporta como un aislante. Se
debe permitir que los niños y las niñas lleguen a está conclusión, para ello es importante reflexionar sobre cómo lograron hacer funcionar el dispositivo que construyeron.
Se debe incentivar la reflexión sobre qué cosas de la vida
cotidiana se parecen a un interruptor: un semáforo cuando
detiene el flujo de carros, un timbre, la entrada de transmilenio,
etc., es decir, los dispositivos que controlan el movimiento de algún elemento.
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Actividad 5 – El interruptor
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Para
explorar el entorno ¿Contando el gasto de energía eléctrica? Los niños y las niñas emprenderán una
búsqueda con ayuda de sus padres y madres para conocer el consumo de diferentes
electrodomésticos. Para ello es importante
orientarlos de la siguiente manera:
Primero deberán encontrar el contador de la casa y hacer una lista de los artefactos
conectados a diferentes horas del día, y cuál es la velocidad del disco o la frecuencia de
encendido / apagado del Led del contador.
Después deberán hacer una lista de artefactos independientes.
Pueden pedir el apoyo de los familiares para encender un
artefacto a la vez y mirar cómo se ve reflejado en el medidor. La información debe clasificarse y analizarse. Para ello es importante ordenar diferencias, coincidencias, y otras observaciones por ejemplo:
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Actividad 5 – El interruptor
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Electrodoméstico
Hora del día encendido
Lavadora
Noche
Velocidad del medidor (Led, disco o contador)
30 vueltas por minuto
Plancha
…
…
…
…
…
Finalmente en la clase, debe darse una discusión sobre los resultados obtenidos, permitiendo que un grupo de voluntarios exponga sus hallazgos.
Anexo Construyendo el interruptor Los niños y las niñas deberán diseñar y construir un interruptor para la actividad. Esta es una forma de construir uno: 1. Tome el clip y haga un protector con cinta adhesiva, de tal forma que los niños y niñas tengan un espacio para mover el clip y así encender y apagar el circuito.
2. Tome la tabla de balso y ubique en cualquier lugar el clip.
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Actividad 5 – El interruptor
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3. Cuando lo haya ubicado, tome el alfiler o el chinche y fije un extremo del clip a la tabla de balso. Este será el extremo fijo del interruptor.
4. Tome el otro alfiler o chinche y ubíquelo en el otro extremo del clip. Este será el punto donde el clip abrirá o cerrará el circuito.
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Actividad 5 – El interruptor
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6
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad de seguimiento: ¡No tocar! Participan: Fundación SIEMENS
Alianza Pequeños Científicos Universidad de los Andes
Corporación Maloka
Bogota, Colombia, 2008 Documento borrador de trabajo, sujeto a cambios sin aviso previo.
Agradecemos sus comentarios y aportes a la dirección de correo electrónico dcorrales@maloka.org
Guía para el profesor o la profesora de los grados cuarto y quinto de primaria.
Descripción de la
experiencia En esta actividad los niños y las niñas resuelven un reto de circuitos eléctricos partiendo de lo que han experimentado y aprendido en las sesiones anteriores.
Podrán utilizar todos los componentes eléctricos que conocen y uno adicional llamado buzzer o zumbador, para proponer un
circuito eléctrico con el cual se pueda jugar “no tocar”. Esta
actividad consiste en intentar pasar una argolla de un extremo a otro de un alambre retorcido sin tocarlo. El profesor o la profesora deberá estar muy atento a las
propuestas de los y las estudiantes para identificar la manera en que han apropiado las experiencias anteriores y las utilizan para resolver el reto.
La actividad puede orientar ampliamente al profesor o la
profesora acerca de los avances de sus estudiantes al aplicar lo aprendido en las sesiones anteriores para solucionar el reto. Se
trata de una oportunidad para evaluar la comprensión lograda por los y las participantes.
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 6 – No tocar
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Para ello, el profesor o la profesora puede hacer seguimiento de algunos elementos propuestos en la guía.
Objetivos Los niños y las niñas diseñarán y construirán un circuito eléctrico para solucionar un reto, de manera que evidencien los
aprendizajes logrados y a partir de ellos propongan soluciones a un problema específico.
Preparación logística Duración estimada La actividad tiene una duración de 45 minutos, sin embargo, éste tiempo puede variar dependiendo del interés de los y las
estudiantes, y del desarrollo general de la actividad.
El espacio de trabajo Es deseable un espacio de trabajo amplio, bien iluminado y con mesas y sillas dispuestas para trabajar en equipos de cuatro estudiantes.
Cada equipo debe mostrar sus resultados al resto del grupo, así que la organización en círculo o un lugar visible al frente serán de mucha ayuda. Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 6 – No tocar
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Los materiales De la Siemens Discovery Box: para un grupo de cuatro
estudiantes se necesita una batería, cuatro caimanes, una roseta, un bombillo, un zumbador, dos clip, dos alfileres, una tabla de madera, 1.50 metros de alambre desnudo.
Para traer aparte: para un grupo de cuatro estudiantes se
necesita un cuaderno de apuntes y un lápiz.
El equipo debe escribir una lista de los materiales que va a utilizar y entregarla al momento de recogerlos. El profesor o la profesora debe verificar que no se soliciten materiales
adicionales o que las cantidades no sobrepasen los valores señalados. Si esto sucede, los y las estudiantes deben justificar su uso en el diseño.
Para preparar con anterioridad El profesor o la profesora deberá cargar las baterías con mínimo 5 horas de anterioridad y revisar el correcto funcionamiento de las bombillas.
Orientacione s
disciplinares (Para el profesor o la profesora) Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 6 – No tocar
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El juego “¡No tocar!” es una de las experiencias más divertidas para niños y niñas que están aprendiendo sobre circuitos eléctricos. ¿Cómo funciona?
Cuando una persona toca el alambre con el anillo metálico, el zumbador o el elemento que esté encargado del control se
manifestará, sea en forma de sonido, luz, etc. Esto sucede ya
que, en el momento en que el anillo y la ruta se tocan, cierran el
camino eléctrico, y la batería queda conectada directamente con ese elemento actuador.
Es por eso que el zumbador se enciende cada vez que una
persona toca el alambre que forma el camino del juego.
Cuando el jugador o la jugadora pasa el anillo metálico por el alambre sin tocarlo, el circuito eléctrico se mantiene abierto, evitando así que la corriente circule y que ésta llegue al zumbador para encenderlo.
Existen diferentes factores que pueden modificar el desempeño del circuito diseñado para el juego. Debe tenerse en cuenta que: 1. El zumbador tiene una polaridad específica, la cual se evidencia por cables de colores rojo y negro, con la
longitud de sus patas, o con un gravado en la parte superior de su carcasa. Según sea el caso, los niños y las niñas deben concluir acerca de la manera correcta de
conectar el zumbador en un circuito eléctrico. El diseño debe tenerlo en cuenta para que el zumbador suene
cuando el anillo toque el camino metálico. Por esto se realiza una
primera actividad de experimentación, en la que los niños y niñas reconocen esta condición.
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 6 – No tocar
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2. Es importante que las uniones de todos los elementos se hagan correctamente, ya que cualquier error abre el
circuito e impide que la corriente eléctrica encuentre un
camino. Los caimanes suelen soltarse si no están bien ubicados.
Orientacion es
didácticas La actividad ocurre en cuatro momentos: 1.
2. 3.
Recordar, en el que los y las estudiantes identifican los elementos que han aprendido hasta el momento.
Exploración, en el que descubren el funcionamiento del
zumbador.
Experimentación, en el que resuelven el reto del juego
“no tocar”.
4.
Cierre y reflexión, en el que obtienen conclusiones
acerca de las diferentes soluciones propuestas para el reto.
1. Recordar El profesor o la profesora inicia una charla con el grupo recordando las experiencias de las sesiones anteriores.
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 6 – No tocar
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Es importante que los estudiantes describan, con sus palabras, cómo recuerdan el desarrollo de cada sesión, ¿De qué hablamos?,
¿Qué hicimos?, ¿Cómo?, ¿Con qué materiales?, ¿Cómo funcionaba?, ¿Qué hicimos fuera del colegio?
En el tablero se pueden registrar estas descripciones a medida que los y las estudiantes participan. El profesor o la profesora deberá conducir y recoger la charla
alrededor de puntos clave para esta actividad:
• •
Los circuitos eléctricos y el camino de la corriente.
Baterías y elementos que actúan en el circuito al tener un flujo de corriente (actuadores: bombillos, motores y otros).
•
Materiales conductores y aislantes y elementos de seguridad.
•
Interruptores, abrir y cerrar circuitos.
2. Exploración El profesor o la profesora reunirá a todo el grupo para recordarle los consejos de seguridad. Luego organizará grupos de cuatro
estudiantes y presentará la actividad de exploración. En cada grupo se deberá definir el rol que cumplirá cada participante durante la actividad.
El niño o la niña que asume el rol de responsable del material
tomará una batería, un zumbador y dos caimanes. La primera actividad consistirá en construir un circuito simple, como el que se realizó en la sesión Circuitos eléctricos I, pero reemplazando el bombillo por el zumbador.
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 6 – No tocar
85
Es posible que en algunos circuitos el zumbador suene y en otros no, ya que este trabaja con una polaridad específica. Si esto
último sucede, el profesor o la profesora deberá pedirle a los
niños y las niñas que intercambien la conexión de la patas del zumbador, para así trabajar con la polaridad correcta. Los niños y las niñas deben darse cuenta que el zumbador
funciona sólo con la polaridad correcta.
Conexión incorrecta
Conexión correcta
3. Experimentación Luego que los niños y las niñas han explorado el funcionamiento del zumbador, el profesor o la profesora indicará que el reto
consiste en diseñar y construir un dispositivo eléctrico para el juego “no tocar”.
En este juego los y las participantes debe pasar un anillo metálico a través de un alambre, de un extremo a otro, sin que se toquen entre si.
Cuando el participante toque el alambre con el anillo, se debe
activar una señal de alerta. El y la participante que toque el alambre menos veces habrá ganado el juego.
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 6 – No tocar
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Para todos los equipos debe establecerse una misma longitud de alambre y un mismo diámetro para el anillo. Los demás
materiales del dispositivo y el diseño son el aporte que cada
equipo hace al juego y de ellos dependerá el nivel de dificultad.
Cada niño o niña que asume el rol de secretario de cada grupo, debe registrar en un cuaderno de apuntes el esquema del circuito
y una lista con las cantidades de material que se requiere.
El niño o la niña que asume el rol de responsable del material de
cada equipo debe pasar con el diseño y la lista para recoger los materiales que hacen falta en su mesa. El profesor o la profesora dará un tiempo prudente para la
construcción de los dispositivos y pasará por las mesas
identificando si las conexiones son correctas. También debe
revisar que las conexiones estén bien hechas, es decir, que las
uniones entre los elementos estén haciendo contacto, logrando así cerrar el circuito eléctrico. Es importante que el docente haga diferentes preguntas, para así promover el diálogo en los y las participantes y obtener información que pueda servir como
evaluación de las actividades previas.
Es posible que en algunos grupos quieran agregar un bombillo al
circuito para la señal de alerta o incluir un interruptor para
encender o apagar el juego. Estas y otras ideas son muy válidas y deberán recogerse en la reflexión final.
Una posible solución para el reto del juego “no tocar” es:
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 6 – No tocar
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Una vez que los equipos han finalizado y probado sus dispositivos, el profesor o la profesora indicará la dinámica del juego. Puede hacerse de la siguiente manera:
En cada equipo se elige un encargado para dirigir la mesa. Él o
ella está fijo para el resto de la actividad y lleva el registro de los y las participantes y sus puntajes. Los demás niños y niñas se inscriben en las mesas en las que quieran jugar. El profesor o la profesora define un número
máximo de inscritos por mesa, según la cantidad de juegos y el tiempo disponible.
El profesor o la profesora dará la señal de inicio de los juegos. Los y las participantes van concursando según el orden de
inscripción y el encargado o la encargada llevará el registro.
4. Cierre y reflexión
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 6 – No tocar
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Es importante hacer una reflexión final con todo el grupo para recoger las experiencias de los diseñadores y de los participantes del juego. Las siguientes ideas pueden orientar el ejercicio: •
En el diseño básico del juego, ¿cómo era el camino de
la electricidad? ¿Por qué piensan ustedes que funciona de esa forma? •
¿Qué elementos innovadores se incluyeron?, ¿más señalización, interruptores, niveles de dificultad?
•
¿Qué condiciones hacían para que el juego fuera más fácil o más difícil?
•
¿Qué cosas han visto antes que funcionen como el juego que construyeron?
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 6 – No tocar
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Para
explorar el entorno Una alarma para la casa El profesor o la profesora propondrá un reto a
los niños y a las niñas para que diseñen una alarma que pudiera funcionar en sus casas.
La alarma se debe activar cuando alguien abra la ventana o la puerta de la casa. Siempre debe sonar el mismo zumbador. Los niños y las niñas deben dibujar el
esquema del circuito eléctrico y hacer una
lista de los materiales que necesitan.
También pueden hacer un prototipo sencillo a manera de maqueta utilizando los materiales de la Siemens Discovery Box.
En la siguiente sesión el profesor o la profesora deberá invitar a algunos estudiantes a que compartan sus diseños al grupo.
La charla debe incluir aspectos claves como:
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 6 – No tocar
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•
¿En qué parte de la ventana o de la puerta se pueden colocar los elementos del circuito?
• •
¿Qué debe hacer el intruso para activar la alarma?
¿Cómo son los caminos de la corriente cuando está apagada y cuando está encendida la alarma?
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 6 – No tocar
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Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Conectando en serie Participan: Fundación SIEMENS
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Guía para el profesor o la profesora de los grados cuarto y quinto de primaria.
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Actividad 7 – Conectando en serie
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Descripción de la
experiencia En esta actividad se recoge la experiencia de las sesiones
anteriores para empezar la exploración de circuitos eléctricos con diferentes configuraciones. La primera configuración se conoce como circuito en serie. Es una conexión eléctrica en la que hay un camino de corriente que
atraviesa varios componentes del circuito, uno tras otro.
Los y las estudiantes exploran las variaciones de la intensidad de luz de los bombillos y la velocidad de los motores al agregar o
quitar estos componentes en el circuito o al conectar otra batería en serie.
La experimentación cuenta con diferentes niveles de profundización, de manera que el profesor o la profesora puede
avanzar en la actividad de acuerdo a las características del grupo. Es importante continuar el trabajo en la sección para explorar el entorno. Continúa el ejercicio de medición del consumo de
energía eléctrica en casa, a partir de la lectura del medidor.
Objetivos Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 7 – Conectando en serie
95
Por medio de ejercicios de experimentación con circuitos en serie
los niños y las niñas reconocerán cómo varía la intensidad de luz de una conexión de bombillos en serie, al agregar o quitar elementos del circuito.
Preparación logística Duración estimada La actividad tiene una duración de 90 minutos, sin embargo, éste tiempo puede variar dependiendo del interés de los y las
estudiantes, y del desarrollo general de la actividad.
El espacio de trabajo Es deseable un espacio de trabajo amplio, bien iluminado y con mesas y sillas dispuestas para trabajar en equipos de 4 estudiantes. Las actividades de inicio y de cierre se realizan con todo el grupo.
Es importante contar con un espacio abierto, organizado en
círculo o similar para que todos los participantes puedan verse.
Los materiales De la Siemens Discovery Box: para un grupo de cuatro
estudiantes se necesita una batería, cinco caimanes, tres rosetas, tres bombillas, un motor, un zumbador.
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 7 – Conectando en serie
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Para traer aparte: para un grupo de cuatro estudiantes se
necesita un cuaderno de apuntes y un lápiz.
El profesor o la profesora debe cargar las baterías con mínimo 5
horas de anterioridad y revisar el correcto funcionamiento de las bombillas.
Orientacione s
disciplinares (Para el profesor o la profesora) Las siguientes orientaciones disciplinares están escritas para
apoyar conceptualmente el trabajo del profesor o la profesora.
La descripción del trabajo con los y las estudiantes en el aula
está descrita en la siguiente sección: Orientaciones Didácticas.
Conceptos claves Recordemos algunas ideas claves sobre la electricidad.
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 7 – Conectando en serie
97
La electricidad es un fenómeno muy común de la naturaleza que tiene su origen en las cargas eléctricas, por ejemplo, un electrón.
El flujo de estas cargas eléctricas tiene una gran cantidad de
aplicaciones tanto naturales como artificiales. Este flujo de cargas eléctricas, denominado corriente eléctrica, es el que permite
transportar la energía eléctrica y utilizarla al transformarla en otros tipos de energía, como es el caso de la producción de luz
(bombilla), calor (plancha), sonido (radio).
Para que se produzca una corriente eléctrica se necesita una
fuerza que obligue a mover las cargas eléctricas en una dirección dada. Esta fuerza se relaciona con lo que se denomina voltaje o
tensión eléctrica. Por ejemplo una pila de uso corriente tiene un voltaje de 1.5 Voltios[V] mientras que una toma eléctrica de nuestras casas tiene un voltaje de aproximadamente 110 Voltios[V]. Cuando varios componentes se conectan entre si de manera que por ellos circula una misma corriente eléctrica, se habla de un
circuito eléctrico. En los circuitos eléctricos puede variar la
corriente eléctrica y el voltaje. En los circuitos eléctricos que
trabajamos en este módulo la corriente eléctrica es directamente
proporcional al voltaje, es decir, si aumenta el voltaje, aumenta la corriente, y viceversa.
Circuitos conectados en serie En esta sesión se construyen circuitos con componentes conectados en serie, es decir, en secuencia uno detrás de otro.
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 7 – Conectando en serie
98
La principal característica de este tipo de circuitos es que tienen un único camino de corriente que atraviesa todos los
componentes. Teniendo en cuenta esto, se pueden observar
diferentes manifestaciones en el funcionamiento de los
componentes, como una menor intensidad de luz o menor
velocidad de giro del motor, a medida que se agregan más
componentes al circuito. Para comprender este fenómeno debemos recordar que la
resistencia eléctrica de un componente se opone al paso de la corriente eléctrica por el.
De esta forma, entre más componentes se conecten en serie (uno detrás del otro), más oposición habrá al paso de la corriente. Esto se define como una relación inversamente proporcional
entre la resistencia y la corriente eléctrica, es decir, si aumenta la resistencia disminuye la corriente eléctrica, y viceversa1.
La ventaja de las conexiones en serie tiene que ver con el control
del flujo de la corriente eléctrica (utilizando interruptores y
sensores) y la suma de voltaje de las baterías conectadas en serie
(teniendo en cuenta la polaridad) para lograr mayores intensidades de voltaje.
A continuación se resumen las configuraciones en conexión serie utilizadas en esta actividad:
1 Estos fenómenos se han generalizado en una ley básica de la electricidad que se aplica a la mayoría de las situaciones, llamada la ley de Ohm. Esta ley relaciona el voltaje, la
resistencia y la corriente eléctrica. Se expresa algebraicamente de la siguiente manera: VVoltaje = I Corriente ⋅ R Re sistencia Esta relación indica por ejemplo, que en un componente de resistencia eléctrica constante,
a mayor voltaje o fuerza eléctrica aplicada, mayor será la corriente eléctrica que pase. En otro ejemplo, con una fuente de voltaje constante (las baterías en algunos casos se
pueden aproximar a esto) a medida que aumenta la resistencia eléctrica de un componente conectado ella, disminuye la corriente eléctrica que la atraviesa.
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 7 – Conectando en serie
99
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 7 – Conectando en serie
100
En este circuito pasa la misma corriente por todos los
componentes, pero el voltaje de la batería se distribuye en ellos.
Generalmente el bombillo no
Componentes en serie
enciende cuando está conectado en serie con otros componentes,
aunque los demás sí funcionen de manera atenuada. Esto
ocurre porque la corriente
eléctrica del circuito es menor y
no alcanza para encender el bombillo.
El motor utiliza una gran cantidad de corriente para Bombillo y motor en serie
(frenando el motor)
arrancar.
Cuando el motor está frenado pasa suficiente corriente por él y
por el bombillo y este último se enciende.
La intensidad del bombillo varía según la velocidad del motor.
El voltaje de las baterías se Baterías en serie
suma o se resta según la
polaridad en que se conecten. Así, podríamos tener una batería del doble de voltaje o de 0V
Se puede consultar el capítulo de energía y electricidad para tener más claridades sobre los temas a trabajar en esta sesión. Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 7 – Conectando en serie
101
Orientacione s didácticas La actividad ocurre en tres momentos:
1. Recordar las sesiones anteriores, en el que los y las estudiantes hacen un recuento de lo que han aprendido hasta el momento.
2. Experimentación, en el que los y las estudiantes prueban
conectando componentes eléctricos en serie.
3. Cierre y reflexión, en el que obtienen conclusiones acerca de
los diferentes circuitos armados.
1. Recordar las sesiones anteriores El profesor o la profesora organizará equipos de cuatro
estudiantes y dará las indicaciones generales para esta
actividad, incluyendo la distribución de roles dentro de los equipos y recordará con todo el grupo los consejos de
seguridad y las recomendaciones de uso al trabajar con la caja de energía y electricidad. La actividad empieza con un recuento de los temas vistos hasta el momento.
Los y las estudiantes deben dar cuenta de sus aprendizajes
valiéndose de argumentos válidos. Puede hacerse a manera de
diálogo mientras el profesor o la profesora registra en el tablero.
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 7 – Conectando en serie
102
A continuación se listan los conceptos explorados en las actividades anterior para orientar el diálogo entre los y las estudiantes:
•
La corriente eléctrica tiene un camino por donde circula.
•
Las baterías y otros componentes tiene polaridad, esta polaridad está relacionada con la dirección de la corriente eléctrica.
•
Hay materiales conductores y materiales aislantes de la electricidad. Ambos son importantes cuando nos referimos a la seguridad eléctrica.
•
Los interruptores son elementos que permiten abrir y cerrar circuitos.
•
Hay varios componentes eléctricos que hemos puesto a funcionar: motores, bombillos, zumbadores y cada uno tiene características particulares.
Es importante incluir las experiencias de los ejercicios “para
explorar el entorno” y hacer evidentes las conclusiones que se lograron en cada actividad.
2. Experimentación Cada equipo deberá recordar la tarea que le corresponde a cada uno de los integrantes, dependiendo de su rol en el grupo.
El profesor o la profesora puede iniciar el ejercicio de
exploración con algunas preguntas para que los y las estudiantes hagan predicciones de lo que puede ocurrir en la
experimentación. Es importante hacer este ejercicio en equipos y luego socializar con todo el grupo.
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 7 – Conectando en serie
103
•
¿Recuerdan cómo era el camino de la electricidad en un circuito Batería-Bombillo? (Ayudaría dibujarlo en el tablero)
•
¿Qué pasaría si a ese circuito le colocamos otro
bombillo en serie? o
¿Cómo sería el camino de la electricidad?
o
¿Qué piensas que pasaría con la luz de los
bombillos? •
¿Y si colocamos otro bombillo más? o o
•
¿Por dónde iría la electricidad?
¿Qué pasaría ahora con la luz de los bombillos?
¿Qué pasaría si saco uno de los bombillos de la roseta?
Los y las estudiantes pueden discutir sus hipótesis en el equipo y luego el niño o la niña que asume el rol de vocero
participa en la charla. Es importante que el profesor o la profesora incentive a los y las estudiantes para que soporten sus opiniones con
argumentos claros y preferiblemente a partir de evidencias retomadas de experiencias anteriores. Luego de la discusión anterior, el profesor o la profesora recordará los consejos de seguridad de la caja Discovery
Energía y Electricidad.
El niño o la niña que asume el rol de responsable del material deberá llevar a su mesa una batería, tres bombillos, tres rosetas, un motor, un zumbador y cinco caimanes.
El profesor o la profesora pedirá a los equipos armar un circuito
simple: batería y bombillo. Luego pedirá que conecten otro bombillo en serie (después del otro bombillo) y luego otro bombillo más.
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 7 – Conectando en serie
104
Es importante permitir a los y las estudiantes elegir la ubicación de los bombillos adicionales, de manera que pongan en práctica los esquemas que habían pensado al hacer las predicciones.
El niño o la niña que asume el rol de secretario deberá hacer el registro en su cuaderno, construyendo una tabla y dibujando los esquemas de los circuitos y los resultados obtenidos. ¿Qué pasó al conectar el segundo bombillo?, ¿y el tercero?, ¿cómo es la intensidad de la luz en cada caso?
El profesor o la profesora deberá aprovechar este momento para
hacer algunas preguntas muy precisas, mientras los equipos siguen experimentado. El niño o la niña que asume el rol de vocero del equipo sigue siendo el encargado de responder
después de que el grupo ha discutido las preguntas: • • •
¿Cuál es el camino que sigue la electricidad?
¿Qué ocurre si desconectamos uno de los bombillos?
¿Por qué piensan que ilumina menos cada bombillo al conectar otros?
•
¿Por qué piensan que esta conexión se llama conexión
en serie?
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 7 – Conectando en serie
105
El profesor o la profesora deberá indicar al niño o la niña que asume el rol de líder de cada equipo que desconecte la batería y
la guarde un momento. La intención es ganar más atención en los equipos para que en cada uno se puedan discutir estas
preguntas durante un tiempo. El vocero o vocera será el único encargado de anunciar la respuesta del equipo:
•
¿Piensan que la corriente eléctrica cambia cuando se conectan más bombillos?, ¿cómo cambia?
•
¿Qué pasaría si conectamos...
o
...un bombillo y un motor en serie?
o
...un bombillo y un zumbador en serie?
o •
...todos los componentes en serie?
¿Qué pasaría si en lugar de una, conectamos dos
baterías en el circuito, una después de la otra?
Luego de escuchar las predicciones de los y las estudiantes, el profesor o la profesora le indicará al líder o a la líder de cada
grupo que puede devolver la batería al circuito para que prueben
los montajes que se discutieron antes:
1. Un motor y un bombillo en serie (el profesor o la profesora les debe pedir que prueben con el motor en
movimiento y frenado con los dedos). Cuando el motor se frena la corriente en el circuito aumenta y entonces el bombillo enciende con mayor intensidad.
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 7 – Conectando en serie
106
2. Un zumbador y un bombillo en serie (tener en cuenta la polaridad del zumbador). En este caso la corriente eléctrica es suficiente para que el zumbador suene pero no para que el bombillo encienda.
3. Dos baterías y tres bombillos en serie (comparar lo que ocurre con una sola batería. La segunda batería se puede pedir prestada a otro equipo y sólo se debe
colocar cuando estén los tres bombillos conectados en
serie. En caso de que solo haya un bombillo conectado, con las dos baterías en serie, el bombillo se quemaría por exceso de voltaje).
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 7 – Conectando en serie
107
El niño o la niña que asume el rol de secretario de cada equipo continuará registrando los esquemas y las conclusiones obtenidas. El profesor o la profesora dará fin a la
experimentación cuando todos los equipos hayan terminado y cerrará preguntando al vocero o a la vocera por los resultados obtenidos:
•
¿Qué ocurre con el motor y el bombillo conectados en serie?
•
¿Qué ocurrió cuando el motor se frenó?, ¿Qué pasó con
la corriente eléctrica? •
¿Qué ocurre con el zumbador y el bombillo conectados
en serie? , y ¿qué ocurre cuando están todos los componentes? •
¿Qué pasa con los bombillos cuando la segunda batería
se conecta en serie?
3. Cierre y reflexión El profesor o la profesora debe retomar con el grupo las conclusiones de los ejercicios de experimentación.
En esta actividad de cierre se deben registrar las conclusiones de grupo. El profesor o la profesora puede usar una cartelera para
construir un mapa de relaciones o una lista de las conclusiones del grupo. Se pueden retomar las preguntas del momento anterior y hacer otras más generales:
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 7 – Conectando en serie
108
•
¿Qué ocurre con el funcionamiento de los componentes en el circuito serie a medida que se
conectan varios de ellos?, ¿por qué ocurre esto? Es importante analizar caso por caso: 1. Bombillo – motor.
2. Bombillo – zumbador. 3. Bombillos – baterías. •
¿Qué diferencia hay en conectar en serie componentes
de diferente tipo: bombillos, zumbadores, motores? El profesor o la profesora debe garantizar que las explicaciones y las propuestas de cada uno de los y las participantes sean escuchadas y discutidas por todo el grupo.
Para
explorar el entorno El medidor de energía El medidor de energía eléctrica de nuestras casas permite hacer la lectura de un valor numérico que generalmente está disponible en el frente del aparato medidor.
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Actividad 7 – Conectando en serie
109
Para esta actividad se propone un ejercicio en el que los niños y las niñas hacen un registro de los valores de consumo de electricidad
diferentes momentos del día. Para hacer el registro pueden tomar la lectura del medidor durante periodos iguales de tiempo en
diferentes horarios, por ejemplo: tomar la
lectura en intervalos de media hora, en la tarde y en la noche, durante tres días.
Al final habrán recogido suficiente información para identificar situaciones como: •
¿Cuál es la hora del día y el día de la semana en que más y en que menos utilizamos energía eléctrica?
•
¿Cuál electrodoméstico utiliza más electricidad en mi casa?
A partir de este ejercicio se puede pedir a los y las estudiantes
que propongan algunas alternativas para ahorrar electricidad en sus casas. •
¿Cómo se puede ahorrar electricidad en casa?
La siguiente tabla se puede usar como ejemplo para registrar las lecturas:
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Actividad 7 – Conectando en serie
110
Lectura
Lectura
(A)
(B)
inicial
final
Consumo
estaban
(B-A)
encendidos? -
Tarde
-
¿Cuál creo
que consume más?
-
-
Día 1
-
Noche
-
-
-
Tarde
-
-
-
Día 2
-
Noche
-
-
-
Tarde
-
-
-
Día 3 Noche
¿Qué aparatos
____
____
____
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-
-
-
Actividad 7 – Conectando en serie
111
8
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Conectando en paralelo Participan: Fundación SIEMENS
Alianza Pequeños Científicos Universidad de los Andes
Corporación Maloka
Bogota, Colombia, 2008 Documento borrador de trabajo, sujeto a cambios sin aviso previo.
Agradecemos sus comentarios y aportes a la dirección de correo electrónico dcorrales@maloka.org
Guía para el profesor o la profesora de los grados cuarto y quinto de primaria.
Descripción de la
experiencia En esta actividad se prueba la conexión en paralelo, donde hay tantos caminos de corriente como componentes conectados en paralelo al circuito.
Los y las estudiantes exploran cómo varía el comportamiento de los componentes al quitarlos o ponerlos en el circuito.
Siguen existiendo diferentes niveles de profundización en la experimentación, de manera que el profesor o la profesora puede
avanzar en la actividad de acuerdo a las características del grupo. En el capítulo de la Energía y la Electricidad se hace un recuento
de los contenidos relacionados con esta sesión. Se proponen algunas relaciones y analogías con situaciones cotidianas.
La sección para explorar el entorno continúa la exploración del
sistema eléctrico de la casa y propone la construcción de un mapa del recorrido de la energía eléctrica.
La participación de los familiares y amigos es fundamental para el desarrollo de esta serie de ejercicios de contexto.
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Actividad 8 – Conectando en paralelo
94
Objetivos Los niños y las niñas reconocerán cómo varía el comportamiento de los componentes eléctricos al agregarlos o quitarlos de un
circuito en paralelo, por medio de la experimentación con este tipo de circuitos.
Preparación logística Duración estimada La actividad tiene una duración de 90 minutos, sin embargo, éste tiempo puede variar dependiendo del interés de los y las
estudiantes, y del desarrollo general de la actividad.
El espacio de trabajo Es deseable un espacio de trabajo amplio, bien iluminado y con mesas y sillas dispuestas para trabajar en equipos de cuatro estudiantes.
Las actividades de inicio y de cierre se realizan con todo el grupo. Es importante contar con un espacio abierto, organizado en
círculo o similar para que todos los participantes puedan verse.
Los materiales De la Siemens Discovery Box: para un grupo de cuatro estudiantes se necesita una batería, seis caimanes, tres rosetas, tres bombillos, un motor, un zumbador.
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 8 – Conectando en paralelo
95
Para traer aparte: para un grupo de cuatro estudiantes se
necesita un cuaderno de apuntes y un lápiz.
Para preparar con anterioridad El profesor o la profesora debe cargar las baterías con mínimo 5
horas de anterioridad y revisar el correcto funcionamiento de las bombillas.
Orientacione s
disciplinares (Para el profesor o la profesora)
Las siguientes orientaciones disciplinares están escritas para apoyar conceptualmente el trabajo del profesor o la profesora. La descripción del trabajo con los y las estudiantes en el aula
está descrita en la siguiente sección: Orientaciones Didácticas.
Circuitos conectados en paralelo La principal característica de los circuitos conectados en paralelo tiene que ver con la distribución de la corriente.
En el circuito serie sólo hay un camino de corriente, mientras que
en el circuito paralelo hay tantos caminos de corriente como
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 8 – Conectando en paralelo
96
ramas en paralelo. El valor de la corriente en cada rama depende de la resistencia
eléctrica del componente que se hayan conectado en cada una2. Esto quiere decir que la corriente eléctrica que proviene de la
batería se distribuye por las ramas del circuito en paralelo. En los circuitos conectados en paralelo se puede conectar una
gran cantidad de componentes, claro está, dentro de los límites técnicos de la batería y de los cables.
A continuación se resumen las configuraciones en conexión paralelo utilizadas en esta actividad:
Todos reciben el mismo voltaje, pero la
corriente que pasa por cada uno depende de Componentes en paralelo
su resistencia eléctrica.
La corriente total es la suma de las corrientes de cada rama.
I batería = I bombilla + I zumbador + I motor
2
También se puede calcular mediante la ley de Ohm: I Corriente
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
=
VVoltaje R Re sistencia
Actividad 8 – Conectando en paralelo
97
Conectados en paralelo los dos funcionan Bombillo y motor en
normalmente.
Si se frena el motor aumenta la corriente a través de él, pero el bombillo sigue
encendido con la misma intensidad.
paralelo
La batería entrega suficiente corriente a los dos.
Baterías en
paralelo (tener en cuenta la polaridad)
El voltaje se equilibra entre las dos baterías, no se suma.
Puedes consultar el capítulo de energía y electricidad para tener
más claridades sobre los temas a trabajar en esta sesión.
Páginas de consulta • http://www.alltestpro.com/pdf/Energyarticle_spanish.pdf • http://es.wikipedia.org/wiki/Impedancia
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Actividad 8 – Conectando en paralelo
98
Orientacione s didácticas La actividad ocurre en cuatro momentos:
1. Recordar la sesión anterior, en la que se trabajó circuitos
conectados en serie y la analogía con el sistema eléctrico de una casa.
2. Exploración de ideas, para identificar los referentes previos de los y las participantes sobre las conexiones en paralelo. 3. Experimentación, en el que los y las estudiantes prueban
conectando componentes en paralelo.
4. Cierre y reflexión, en el que se obtienen conclusiones acerca
de los circuitos armados.
1. Recordar la sesión anterior Se organizará al grupo en equipos de cuatro estudiantes, y se definirá el rol a desempeñar por cada uno de ellos.
La actividad empieza con un recuento de lo ocurrido en la sesión anterior. El profesor o la profesora puede apoyarse de las siguientes preguntas:
•
¿Qué sucede con un circuito simple cuando
empezamos a agregar en serie componentes como motores y zumbadores? •
¿Qué ocurre con el comportamiento de los componentes eléctricos en un circuito en serie cuando
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 8 – Conectando en paralelo
99
se colocan o se quitan del circuito? •
¿Qué ocurre en una extensión navideña cuando se daña un bombillo?
2. Experimentación Para empezar, cada equipo deberá recordar las tareas que le
corresponde a cada uno de los integrantes del equipo dependiendo de su rol.
El profesor o la profesora puede sugerir algunas situaciones para
que los y las estudiantes construyan hipótesis sobre lo que pasará en el momento de experimentación.
Recuerda nuevamente el circuito sencillo: Batería-Bombillo (Ayudaría dibujarlo en el tablero). •
Cuando colocamos otro bombillo al lado del primero, en paralelo... o
¿Cómo sería el camino (o los caminos) de la electricidad? (Pueden dibujar un diagrama para ver el recorrido de la corriente eléctrica.)
o
¿Qué piensan que va a pasar con la luz de los bombillos? ¿Por qué?
•
Cuando colocamos un tercer bombillo al lado de los otros dos… o o
•
¿Por dónde iría la corriente?
¿Qué pasaría ahora con la luz de los bombillos?
¿Qué pasaría si saco uno de los bombillos de la roseta?
Los y las estudiantes pueden discutir sus hipótesis en el equipo y luego el niño o la niña que asume el rol de vocero
participa en la charla.
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 8 – Conectando en paralelo
100
Es importante que el profesor o la profesora incentive a los niños y a las niñas para que soporten sus opiniones con
argumentos claros y evidencia de otras experiencias.
Luego de la discusión anterior el profesor o la profesora reunirá a todo el grupo para recordarle los consejos de seguridad
vistos en las primeras sesiones. Debe hacerse énfasis en la conexión de las baterías en serie o en
paralelo y a los riesgos de corto circuito.
El niño o la niña que asume el rol de responsable del material
deberá ir por una batería, tres bombillos, tres rosetas, un motor, un zumbador y seis caimanes y llevarlos a su mesa.
Al igual que en la sesión anterior, el profesor o la profesora les pedirá a los equipos armar el
circuito simple: Batería y bombillo. Luego les
pedirá que conecten otro bombillo en paralelo
(al lado del primer bombillo) y luego otro
bombillo más. El profesor o la profesora debe verificar que la conexión se haga en paralelo y no en serie.
Para esto, debe revisar que una de las borneras
de las bombillas queden conectadas en un
mismo punto, y las borneras restantes queden
conectadas a un segundo punto en común, como se ve en la figura de la derecha.
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Actividad 8 – Conectando en paralelo
101
El niño o la niña que asume el rol de secretario deberá hacer el registro en su cuaderno
dibujando los esquemas de los circuitos y los
resultados obtenidos. ¿Qué pasó al conectar el segundo bombillo?, ¿y el tercero?, ¿cómo es la
intensidad de la luz en cada caso?
Los y las estudiantes deben comparar los resultados obtenidos entre las conexiones serie y paralelo.
El profesor o la profesora deberá aprovechar este momento para
hacer algunas preguntas muy precisas, mientras los equipos siguen experimentado. El niño o la niña que asume el rol de vocero del equipo sigue siendo el encargado de responder
después de que el grupo ha discutido las preguntas: •
¿Por dónde circula la electricidad?
•
¿Cuántos caminos hay en el circuito?
•
¿Qué ocurre si desconectamos uno de los bombillos?
•
¿El resultado es diferente a la conexión en serie?, ¿Qué diferencias encuentran?
El profesor o la profesora deberá indicar al niño o la niña que
asume el rol de líder de cada equipo que desconecte la batería y
la guarde un momento. La intención es ganar más atención en los equipos para que en cada uno se puedan discutir estas
preguntas durante un tiempo. El vocero o la vocera será el único encargado de anunciar la respuesta del equipo:
•
¿Cambia la corriente eléctrica cuando se conectan los bombillos en paralelo?, ¿Cómo cambia?
•
¿Qué pasaría si conectamos: o
un bombillo y un motor en paralelo?
o
un bombillo y un zumbador en paralelo?
o •
todos los componentes en paralelo?
¿Qué pasará si conectamos dos baterías en paralelo?
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 8 – Conectando en paralelo
102
o
¿Qué precauciones hay que tener?
Luego de escuchar las predicciones de los estudiantes, el
profesor o la profesora le indicará al líder que puede devolver la
batería al circuito para que prueben los montajes que se discutieron antes:
1. Un motor y un bombillo en paralelo (probar frenando el motor con los dedos).
2. Un zumbador y un bombillo en paralelo (tener en cuenta la polaridad del zumbador).
3. Dos baterías en paralelo con otros componentes en paralelo o en serie (comparar lo que ocurre con una sola
batería. La segunda batería se puede pedir prestada a otro equipo pero es importante revisar la polaridad antes de conectar. Deben conectarse los polos iguales).
El niño o la niña que asume el rol de secretario de cada equipo
continuará registrando los esquemas y las conclusiones obtenidas. El profesor o la profesora dará fin a la
experimentación cuando todos los equipos hayan terminado y cerrará preguntando al niño o la niña que asume el rol de vocero
por los resultados:
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 8 – Conectando en paralelo
103
•
¿Qué ocurre con el motor y el bombillo conectados en paralelo?
• •
¿Qué ocurre cuando el motor se frena?
¿Qué ocurre con el zumbador y el bombillo conectados en paralelo? , y ¿qué ocurre cuando están todos los componentes?
•
¿Qué pasa con los bombillos cuando la segunda batería se conecta en paralelo?
3. Cierre y reflexión El profesor o la profesora debe reorganizar al grupo para retomar
la situación con la que se abrió la actividad y para hacer la comparación entre las conexiones serie y paralelo.
•
¿Qué diferencias importantes se identifican entre los circuitos serie y paralelo? o
¿Cómo circula la corriente en cada circuito?
o
¿Qué pasa con las baterías conectadas en serie y las baterías conectadas en paralelo?
•
¿Conoces alguna aplicación en la que se conecten componentes en paralelo?
El profesor o la profesora debe garantizar que las explicaciones y las propuestas de cada uno de los y las participantes sean escuchadas y discutidas por todo el grupo.
También debe procurar que al finalizar esta sesión las relaciones de voltaje-corriente de cada tipo de conexión (serie,
paralelo) sean claras y se puedan relacionar con situaciones similares y con aplicaciones reales.
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 8 – Conectando en paralelo
104
Para explorar el entorno Construyendo mapas Se invitará a los participantes a dibujar un mapa del recorrido de la corriente eléctrica por la casa.
Los y las estudiantes deben consultar con sus familiares y amigos. Les pueden hacer preguntas como:
• •
¿Sabes cómo se transporta la electricidad por la casa? ¿En dónde empieza el recorrido, por dónde pasa y en dónde termina?
Pueden consultar también en los planos de la casa, si los tienen, o preguntando a un técnico o un profesional conocido si lo hay. Luego, con la información que han recogido, deberán dibujar el
mapa del recorrido de cada elemento por un lugar de sus casas (la cocina, una habitación, el baño, etc.)
Deben identificar los componentes que hacen parte del recorrido colocando sus nombres encima del mapa. La siguiente ilustración se presenta a manera de ejemplo de lo
que los y las estudiantes podrían lograr en la construcción de un mapa del recorrido de la electricidad por sus casas.
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Actividad 8 – Conectando en paralelo
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Siemens Discovery Box EnergĂa y Electricidad
Actividad 8 â&#x20AC;&#x201C; Conectando en paralelo
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Una alarma para el salón Participan: Fundación SIEMENS
Alianza Pequeños Científicos Universidad de los Andes
Corporación Maloka
Bogota, Colombia, 2008 Documento borrador de trabajo, sujeto a cambios sin aviso previo.
Agradecemos sus comentarios y aportes a la dirección de correo electrónico dcorrales@maloka.org
Guía para el profesor o la profesora de los grados cuarto y quinto de primaria.
Descripción de la
experiencia En esta actividad se exploran las conexiones mixtas, es decir, combinación de conexiones de tipo serie y paralelo en un mismo circuito eléctrico.
La exploración parte de la revisión del concepto de interruptor y su utilidad en los circuitos eléctricos. La experimentación tiene un ejercicio adicional en el que los y las estudiantes deben resolver un reto. Este reto consiste en diseñar
y construir un circuito eléctrico para un sistema de alarma en el salón de clase.
Este ejercicio permite vincular una idea de circuito mixto con una
aplicación real, que incluso puede implementarse en el aula como actividad de extensión.
La actividad “Para explorar el entorno” continúa la exploración del sistema eléctrico doméstico a partir de la identificación de conexiones serie o paralelo en cada uno.
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Actividad 9 – Una alarma para el salón
106
Objetivos Los niños y las niñas relacionarán los aprendizajes previos de
circuitos en serie y en paralelo mediante el proceso de diseño y
construcción de una alarma para el salón basada en circuitos mixtos.
Preparación logística Duración estimada La actividad tiene una duración de 90 minutos, sin embargo, éste tiempo puede variar dependiendo del interés de los y las
estudiantes, y del desarrollo general de la actividad.
El espacio de trabajo Es deseable un espacio de trabajo amplio, bien iluminado y con mesas y sillas dispuestas para trabajar en equipos de cuatro estudiantes. Las actividades de inicio y de cierre se realizan con todo el grupo.
Es importante contar con un espacio abierto, organizado en
círculo o similar para que todos los participantes puedan verse.
Los materiales Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 9 – Una alarma para el salón
107
De la Siemens Discovery Box: para un grupo de cuatro estudiantes se necesita una batería, cinco caimanes, tres rosetas,
tres bombillos, un motor, un zumbador, alfileres, clips y una tabla de madera.
Para traer aparte: para un grupo de cuatro estudiantes se necesita un cuaderno de apuntes y un lápiz.
Para preparar con anterioridad El profesor o la profesora debe cargar las baterías con mínimo 5
horas de anterioridad y revisar el correcto funcionamiento de las bombillas.
Orientacione s
disciplinares (Para el profesor o la profesora) Las siguientes orientaciones disciplinares están escritas para apoyar conceptualmente el trabajo del profesor o la profesora. La descripción del trabajo con los y las estudiantes en el aula
está descrita en la siguiente sección: Orientaciones Didácticas.
Circuitos mixtos: serie y paralelo En esta sesión se utilizan los dos tipos de conexiones vistos en
las sesiones pasadas: serie y paralelo. Los circuitos compuestos Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 9 – Una alarma para el salón
108
de estos dos tipos de conexiones se conocen como circuitos mixtos y se caracterizan porque la corriente y el voltaje varían en cada componente según el lugar en que se conecte.
Una configuración básica consiste en conectar
dos bombillos en serie, y luego a uno de ellos,
conectar otro bombillo en paralelo. En este circuito hay un camino de corriente principal que se deriva en dos caminos de
corriente para los bombillos en paralelo y luego vuelve a ser un solo camino que llega a la batería.
Se pueden armar otras configuraciones incluyendo el motor y el zumbador. Hay que
tener en cuenta que cada componente consume
una corriente diferente de acuerdo a su resistencia eléctrica.
Orientacione s didácticas Esta actividad ocurre en cuatro momentos: 1. Recordar la sesión anterior, en el que los y las estudiantes hacen un recuento de las conexiones serie y paralelo.
2. Experimentación, en el que se arman circuitos mixtos.
3. Diseño y construcción, en el que proponen la solución a un reto.
4. Cierre y reflexión, en el que se obtienen conclusiones acerca Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 9 – Una alarma para el salón
109
de los diferentes circuitos armados.
1. Recordar la sesión anterior El profesor o la profesora organizará equipos de cuatro estudiantes y dará las indicaciones generales para esta actividad.
La actividad empieza con una charla en la que se recuerda lo ocurrido en las sesiones anteriores, puede apoyarse de las siguientes preguntas:
•
¿Qué diferencias encontramos entre las conexiones en serie y paralelo? o ¿Qué pasa con el camino eléctrico en cada caso?
•
¿Cómo se deben conectar las baterías para sumar los voltajes? o
¿Qué precauciones se deben tener? Sobre la experiencia “para explorar el entorno”:
•
¿Cómo es el recorrido que sigue la electricidad por la casa?
•
¿Existe algún interruptor que abra el circuito de una zona en especial de la casa?
2. Experimentación Para empezar cada equipo deberá asignar los roles de sus integrantes y recordar las tareas que le corresponde a
cada uno. Se organizará al grupo en equipos de cuatro estudiantes, y se definirá el rol a desempeñar por cada uno de ellos.
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Actividad 9 – Una alarma para el salón
110
El profesor o la profesora puede sugerir algunas situaciones para que los y las estudiantes construyan hipótesis sobre lo que pasará en el momento de experimentación:
•
Piensa en un circuito con dos bombillos en serie. Luego a uno de los bombillos le colocamos otro bombillo en
paralelo (Es importante dibujarlo en el tablero para que sea claro para todos) o o o
¿Cómo sería el camino de corriente de este circuito? ¿Qué pasaría con la luz de los bombillos?
¿Qué pasaría si desconectamos el bombillo que está solo y que hace parte del circuito serie?
o
¿Qué pasaría si desconectamos uno de los bombillos que está en paralelo?
o
Si en lugar del bombillo colocamos un motor en paralelo, ¿qué pasaría con el camino de corriente?
Los y las estudiantes pueden discutir sus hipótesis en el equipo y luego el niño o la niña que asume el rol de vocero
participa en la charla. Es importante que el profesor o la profesora incentive a los y las estudiantes para que argumenten sus opiniones con claridad y para que registren sus predicciones. Luego de la discusión anterior, el profesor o la profesora recordará los consejos de seguridad de la caja Discovery Energía
y Electricidad. Debe hacer énfasis en la conexión de las baterías en serie o en paralelo y a los riesgos de corto circuito. El niño o la niña que asume el rol de responsable del material
deberá ir por una batería, tres bombillos, tres rosetas, un motor, un zumbador y seis caimanes y llevarlos a su mesa.
El profesor o la profesora pedirá a los equipos armar un circuito serie con dos bombillos. Luego pedirá que conecten otro
bombillo en paralelo a uno de los dos bombillos.
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 9 – Una alarma para el salón
111
El niño o la niña que asume el rol de secretario deberá hacer el
registro en su cuaderno dibujando el esquema del circuito y los resultados obtenidos. ¿Qué pasó al conectar el bombillo en
paralelo?, ¿cómo es la intensidad de la luz en cada bombillo? El profesor o la profesora deberá insistir en que los estudiantes comparen los resultados obtenidos en este circuito mixto con los obtenidos en las conexiones serie y paralelo.
Además se puede aprovechar este momento para hacer algunas
preguntas muy precisas, mientras los equipos siguen experimentado:
•
¿Cuántos caminos para la electricidad hay en el circuito?
•
¿Qué ocurre si desconectamos el bombillo que está solo?
•
¿Qué ocurre si desconectamos uno de los bombillos que están en paralelo? A continuación el profesor o la profesora le indicará a los
equipos que prueben cambiando la configuración del circuito
mixto por otro similar. Estas son algunas sugerencias:
1. Un bombillo en serie con el paralelo de un bombillo y Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 9 – Una alarma para el salón
112
un motor (pueden probar frenando el motor). 2. Un bombillo en serie con el paralelo de un bombillo y un zumbador.
3. Otras configuraciones que ellos deseen probar.
Es muy importante que el niño o la niña que asume el rol de
secretario de cada equipo continúe registrando los esquemas y las conclusiones obtenidas. El profesor o la profesora dará fin a
la experimentación cuando todos los equipos hayan terminado y cerrará preguntando al vocero o vocera por los resultados: •
¿Qué ocurre con el circuito del motor y los dos bombillos?
•
¿Qué ocurre en este caso cuando se frena el motor?, ¿cambia la intensidad de luz de los bombillos?
•
¿Qué ocurre con el circuito del zumbador y los dos bombillos?
3. Diseño y construcción El profesor o la profesora presentará el reto para el grupo.
Deberán diseñar y construir una alarma que se encienda cuando se abra la puerta o la ventana del salón de clase.
La alarma puede funcionar con un bombillo o un zumbador. Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 9 – Una alarma para el salón
113
Por medio de una charla, el grupo llegará a características que
deben compartir las alarmas. Entre ellas están:
• •
La alarma tiene un interruptor de encendido y apagado.
Ocurre una acción cuando se activa: se ilumina un
bombillo, suena un zumbador, se mueve un banderín. El equipo lo elige. •
Se activa con cualquier evento: si se abre la puerta o si se abre la ventana.
Cada equipo contará con los mismos materiales que tiene en la
mesa más los que necesite para construir los interruptores: clips,
tabla, alfileres, etc. El niño o la niña que asume el rol de
responsable del material debe llevar estos materiales a la mesa.
Mientras los y las estudiantes están realizando el diseño es
importante que el profesor o la profesora se acerque a las mesas haciendo preguntas orientadoras como: •
¿Cuál es el camino que debe seguir la corriente para encender la alarma?
•
¿Cómo se detecta que se abre la ventana o la puerta? Es importante que en esta actividad se
identifiquen en dónde está y qué función
cumple cada tipo de conexión: serie y paralelo.
El esquema eléctrico de la derecha es una
posible conexión para solucionar el reto.
Hay un interruptor en serie con el zumbador,
la batería y un arreglo en paralelo de dos
interruptores que representan el estado de la
ventana y la puerta.
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 9 – Una alarma para el salón
114
Cuando todos los equipos hayan terminado la conexión y las pruebas, el profesor o la
profesora debe indicarles que cambien de
mesa para que observen y prueben el circuito
de otro equipo.
•
¿Cumple con las reglas que se dieron al comienzo?
•
¿El circuito que se diseñó y el que se construyó es el mismo?
•
¿Son evidentes las conexiones en paralelo y en serie?
4. Cierre y reflexión El profesor o la profesora debe reorganizar el grupo para socializar la actividad y obtener conclusiones en relación con los circuitos mixtos.
•
¿Cómo resultó el proceso de diseño del sistema de alarma?, ¿se cumplió como se requería?
•
¿En dónde se utilizaron conexiones serie y en dónde conexiones paralelo?, ¿Qué uso se dio a cada una?
•
¿Qué otras aplicaciones conoces en las que se empleen conexiones en serie y en paralelo simultáneamente?
Para
explorar el entorno Descubriendo conexiones Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 9 – Una alarma para el salón
115
En las sesiones anteriores los y las estudiantes identificaron los
diferentes electrodomésticos de su hogar y dibujaron mapas del
recorrido de la corriente eléctrica por la casa.
En esta actividad, el objetivo es identificar las conexiones eléctricas y qué sucede cuando se realizan múltiples conexiones en paralelo que no pueden ser soportadas por el sistema eléctrico. Este ejercicio depende de los resultados de las actividades anteriores, así que son claves la continuidad y la revisión permanente del proceso.
Los y las estudiantes pueden acudir nuevamente a sus familiares y amigos para
hacer algunas preguntas. Deben registrar las respuestas en su cuaderno de apuntes:
•
¿Por qué piensas que algunas veces baja la intensidad de la luz en un bombillo cuando prendemos
artefactos como el horno o la ducha eléctrica o la plancha? •
¿Puedo conectar muchos
electrodomésticos a una misma toma?, ¿hay un límite?, ¿por qué? •
¿Sabes por qué decimos en algunas ocasiones “se bajó o se saltó el taco”?
•
¿Cómo piensas que están
conectados los tacos al sistema eléctrico?, ¿se parecen a un interruptor? También pueden revisar el mapa que hicieron la sesión anterior. Pueden ubicar:
•
Los puntos donde se unen o se separan los caminos de
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 9 – Una alarma para el salón
116
electricidad. •
Los caminos que se pueden abrir o cerrar por un interruptor.
Con la información que recogen pueden identificar algunas conexiones en serie y en paralelo del sistema eléctrico.
Estos resultados los pueden organizar en una tabla como la siguiente:
En el circuito eléctrico… Cuántos caminos son: ______ Qué se conecta: Hay conexiones en
paralelo
Cuántos caminos son: ______ Qué se conecta:
Cuántos componentes son: Hay conexiones en
______
Para qué se utiliza:
serie
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 9 – Una alarma para el salón
117
10
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
La resistencia eléctrica Participan: Fundación SIEMENS
Alianza Pequeños Científicos Universidad de los Andes
Corporación Maloka
Bogota, Colombia, 2008 Documento borrador de trabajo, sujeto a cambios sin aviso previo.
Agradecemos sus comentarios y aportes a la dirección de correo electrónico dcorrales@maloka.org
Guía para el profesor o la profesora de los grados y quinto de primaria.
Descripción de la
experiencia Hasta la actividad anterior se trabajaron tres sesiones dedicadas a las configuraciones de los circuitos eléctricos: serie, paralelo y mixto.
En esta actividad se retoma el concepto de materiales
conductores y no conductores, para explorar en detalle el fenómeno de la resistencia eléctrica. Se experimenta con un hilo de esponjilla que sirve de resistencia
eléctrica variable en un circuito sencillo. Se prueba modificando la longitud y el número de hilos, que puede compararse con
conectar otros hilos en serie o en paralelo. A partir de la variación de esta resistencia se observan cambios en la iluminación, el movimiento o el sonido, según el componente que esté conectado. En la actividad “Para explorar el entorno” se retoma el ejercicio de observación en casa para identificar aparatos que aprovechan
este fenómeno de variar la resistencia eléctrica, y reconocer su
consumo de energía eléctrica.
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 10 – La resistencia eléctrica
118
Objetivos Los y las estudiantes reconocerán la posibilidad de variar la
resistencia eléctrica mediante la experimentación con un hilo metálico y un circuito eléctrico simple.
Preparación logística Duración estimada La actividad tiene una duración de 90 minutos, sin embargo, éste tiempo puede variar dependiendo del interés de los y las
estudiantes, y del desarrollo general de la actividad.
El espacio de trabajo Es deseable un espacio de trabajo amplio, bien iluminado y con mesas y sillas dispuestas para trabajar en equipos de cuatro estudiantes. Las actividades de inicio y de cierre se realizan con todo el grupo.
Es importante contar con un espacio abierto, organizado en
círculo o similar para que todos los participantes puedan verse.
Los materiales Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 10 – La resistencia eléctrica
119
De la Siemens Discovery Box: para un grupo de cuatro estudiantes se necesita una batería, un bombillo, una roseta, tres caimanes y dos hilos de esponjilla de aprox. 30 cm.
Para traer aparte: para un grupo de cuatro estudiantes se
necesita un cuaderno de apuntes y un lápiz.
Para preparar con anterioridad Los hilos de esponjilla deben ser cortados por el profesor o la profesora antes del desarrollo de la actividad. Puede utilizar unos
alicates “cortafríos”, unas tijeras, o con los dedos retorcer
durante un punto varias veces hasta que el alambre se rompa. El profesor o la profesora debe cargar las baterías con mínimo 5 horas de anterioridad y revisar el correcto funcionamiento de las bombillas.
Orientacione s
disciplinares (Para el profesor o la profesora) Las siguientes orientaciones disciplinares están escritas para
apoyar conceptualmente el trabajo del profesor o la profesora.
La descripción del trabajo con los estudiantes en el aula está descrita en la siguiente sección: Orientaciones Didácticas.
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 10 – La resistencia eléctrica
120
Valores de resistencia eléctrica Los componentes eléctricos de la caja Discovery Box cumplen
alguna función particular cuando se conectan a la batería: iluminan, suenan o se mueven.
Por cada uno de estos componentes pasa cierto flujo de carga eléctrica que depende de diferentes factores, incluyendo su
resistencia eléctrica. Recordemos que la resistencia es la
capacidad de un material para oponerse al paso de la corriente eléctrica.3
Páginas de consulta • http://www.alltestpro.com/pdf/Energyarticle_spanish.pdf • http://es.wikipedia.org/wiki/Impedancia
Orientacion es
didácticas Esta actividad ocurre en cuatro momentos:
1. Recordar sesiones anteriores, en el que los estudiantes hacen
un recuento de las conexiones de circuitos serie, paralelo y mixto.
3
El valor de la resistencia eléctrica se puede calcular utilizando la Ley de Ohm:
R Re sistencia =
VVoltaje I Corriente
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 10 – La resistencia eléctrica
121
2. Exploración de ideas, para trabajar con una analogía de resistencia eléctrica.
3. Experimentación, en el que se realizan experimentos con un
hilo metálico que funciona como resistencia eléctrica.
4. Cierre y reflexión, en el que se obtienen conclusiones de la
experimentación y se reflexiona sobre algunas aplicaciones prácticas.
1. Para recordar sesiones anteriores Para iniciar la actividad el profesor o la profesora organizará equipos de cuatro estudiantes y asignará los roles.
En esta primera parte se hace un repaso corto de los aspectos claves de las sesiones anteriores.
El profesor o la profesora debe incluir en el repaso las actividades “para explorar el entorno” y retomar los
descubrimientos que los y las estudiantes han conseguido en sus casas. Se debe trabajar sobre las siguientes relaciones e incluir otras que los y las estudiantes o el profesor o la profesora consideren importantes para esta parte.
•
En la sesión de “Conductores y no conductores” encontramos materiales que conducen corriente
eléctrica y otros que la aíslan. Estos materiales fueron clasificados según su capacidad de conducir, más o menos, la corriente eléctrica. •
En los circuitos en serie hay un único camino de corriente que atraviesa todos los componentes. La
ausencia de uno de los componentes “abre” el circuito.
•
En los circuitos en paralelo hay varios caminos de corriente, uno por cada componente. Uno de los
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 10 – La resistencia eléctrica
122
componentes se puede retirar sin afectar el funcionamiento de los demás •
La corriente eléctrica varía en los circuitos serie y paralelo según el número de componentes en el
circuito y el tipo de componentes agregados: cuando se agregan componentes en un circuito serie, la
corriente disminuye; cuando se agregan componentes en un circuito paralelo, la corriente se distribuye por
todas las ramas, y los componentes solicitan aún más corriente hasta el límite que la batería entrega. •
Cuando se conectan dos baterías en serie hay dos posibilidades: que el voltaje aumente cerca del doble
del valor de una batería (de 3.6V se aumenta a 7.2V) o que el voltaje disminuya, casi a cero. •
En un circuito mixto hay diferentes caminos de corriente, y según como se conecten los componentes, la corriente aumentará o disminuirá en los segmentos del camino.
El ejercicio anterior permite consolidar los aprendizajes
logrados hasta este momento y entender la manera como se hará en adelante la experimentación con las resistencias
eléctricas.
2. Exploración de ideas Pueden explorarse algunos referentes cotidianos sobre la resistencia eléctrica a través de las siguientes preguntas: • ¿Conoces cómo se puede variar la intensidad de la luz de un bombillo? ¿o el calor de una plancha o de una estufa eléctrica?
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 10 – La resistencia eléctrica
123
3. Experimentación Luego de la discusión anterior el profesor o la profesora recordará los consejos de seguridad de la caja Discovery Energía
y Electricidad. Debe hacer énfasis en evitar las conexiones de corto circuito. Cada equipo deberá reasignar los roles de sus integrantes y
recordar las tareas que le corresponde a cada uno. El niño o la
niña que asume el rol de responsable del material deberá llevar
a su mesa una batería, un bombillo, una roseta, tres caimanes y dos hilos de esponjilla de aprox. 30 cm. cada uno.
El primer ejercicio de cada grupo será armar un circuito de
pruebas: una conexión en serie de batería, bombillo y un espacio entre caimanes para conectar otro componente. Se les debe indicar que unan por un momento los caimanes para
cerrar el circuito y que observen la intensidad de luz del bombillo encendido. Es importante que lo recuerden para más adelante y
que registren en su bitácora una descripción de la intensidad de la luz.
Luego deben tomar uno de los hilos de esponjilla, estirarlo y conectar sus extremos a los caimanes:
El niño o la niña que asume el rol de secretario de cada equipo Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 10 – La resistencia eléctrica
124
debe dibujar el esquema de este circuito y los resultados en el cuaderno de apuntes. La experimentación se puede guiar con las siguientes preguntas. El niño o la niña que asume el rol de líder acuerda con su grupo
de trabajo las ideas y conclusiones de estas preguntas, y el niño o la niña que asume el rol de vocero será quien responda por el
equipo.
•
¿Qué sucedió con la intensidad de luz en el bombillo?
•
¿Por qué ha cambiado la intensidad de luz?
•
¿Qué piensas que ha pasado con la corriente eléctrica en el circuito?
A continuación el profesor o la profesora indicará la manera de probar cambios de resistencia eléctrica. 1. Un extremo del hilo de esponjilla debe seguir conectado al caimán y un estudiante lo debe mantener fijo contra la mesa para que no se mueva.
2. El otro extremo del hilo se debe soltar del caimán y otro estudiante lo debe halar suavemente hasta que se estire completamente.
3. Finalmente otro estudiante debe tomar el caimán que se
soltó y sin abrirlo, por su borde exterior, deslizarlo sobre el hilo de esponjilla.
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 10 – La resistencia eléctrica
125
Mientras el caimán se desliza entre los extremos del hilo los estudiantes deben observar lo que ocurre en el circuito. •
¿Qué se puede observar en esta actividad?
Se sugiere hacer un registro de la relación entre la intensidad de
luz del bombillo y la longitud del hilo que está cerrando el
circuito. ¿Cómo se relaciona la longitud del hilo con la intensidad de luz del bombillo, y esta con la corriente eléctrica?
Las respuestas deben concluir que la corriente eléctrica aumenta
cuando la longitud del hilo es más corta, por lo cual la
luminosidad del bombillo aumenta cuando la longitud del hilo es menor.
El profesor o la profesora debe indicar a los y las estudiantes que prueben conectando otro hilo de esponjilla en paralelo al primero.
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 10 – La resistencia eléctrica
126
•
¿Qué ocurre con la luz?, ¿y con la corriente eléctrica?
•
¿Cómo es el camino de la corriente?
•
¿Qué piensan que pasaría si se colocan más hilos en paralelo? ¿Por qué?
Los y las estudiantes, orientados por el profesor o la profesora, deben concluir sobre la relación entre el número de hilos y la cantidad de corriente eléctrica que pasa a través de ellos.
Hay dos características importantes de la resistencia eléctrica que se pueden concluir en esta parte. El profesor o la profesora debe
estar atento a lograr que el grupo se acerque a conclusiones de este tipo:
•
A mayor longitud de hilo, mayor resistencia y menos luminosidad.
•
A mayor grosor o número de hilos, menor la resistencia, y mayor luminosidad.
Estas conclusiones deben ser guiadas por el profesor o la profesora, pero serán los y las estudiantes quienes las
construyan a partir de los resultados de su experimentación. Para ampliar su lista de resultados, los y las estudiantes pueden utilizar otros componentes eléctricos (el motor y el zumbador),
variar la resistencia en serie (el hilo de esponjilla) y registrar los resultados en el cuaderno de apuntes. Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 10 – La resistencia eléctrica
127
4. Cierre y reflexión El profesor o la profesora debe reorganizar el grupo para
socializar las conclusiones de la experimentación y cerrar la actividad con una reflexión sobre las características de las resistencias eléctricas.
•
¿Qué piensan que pasaría con el circuito del
experimento si el hilo de esponjilla fuera más delgado? •
¿Qué otro material se podría utilizar, diferente al hilo de esponjilla?, y ¿qué resultados se esperarían?
Según los resultados del experimento en el que se desliza el
caimán por el hilo de esponjilla:
•
¿Para qué puede ser práctico variar la corriente
eléctrica de un circuito?, ¿en dónde se podría aplicar? Esta charla debe hacer evidentes diferentes aplicaciones prácticas de la variación de la resistencia eléctrica, como:
•
Cambiar el volumen de la radio o de un televisor.
•
Cambiar la intensidad de luz de un bombillo.
•
Variar el calor de una estufa eléctrica.
•
Variar la velocidad de un motor, como el de una licuadora.
Para
explorar el entorno Las resistencias eléctricas en casa Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 10 – La resistencia eléctrica
128
Este es un ejercicio de observación y registro en el que los y las estudiantes recorren sus casas en busca artefactos que usan
resistencias eléctricas y lo relacionan su consumo de energía eléctrica.
Dado que la mayoría de las resistencias no están a la vista, los y las estudiantes deberán observar fenómenos como la producción de calor.
Además es importante comentar la actividad con sus familiares o amigos para que ellos les ayuden identificando artefactos útiles para el ejercicio. Finalmente podrán tener una lista extensa de
artefactos en los que puede, o no, producirse calor a partir de una resistencia eléctrica. Para este ejercicio es importante registrar todos los hallazgos, de modo que en la siguiente sesión de clase se haga la
clasificación. Entre los muchos componentes que pueden
identificar están: la plancha, la estufa y la
ducha eléctrica, la licuadora, los variadores de iluminación (dimmer), el volumen del radio, etc.:
Para el registro de los artefactos con resistencia eléctrica se puede emplear una tabla como la siguiente: ¿En cuál aparato?
¿En dónde está la
¿Para qué se usa la
resistencia?
resistencia?
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Actividad 10 – La resistencia eléctrica
129
Luego deberán registrar el consumo de electricidad de los aparatos que cuentan con resistencia eléctrica. Para esto deberán recurrir a la sección Para explorar el entorno de la actividad 5, en
la que registraron en una tabla la velocidad del medidor presente en el contador de la casa para diferentes electrodomésticos. El objetivo es comparar el consumo de aquellos aparatos que
producen calor con los que no. ¿Existe alguna relación entre el uso de resistencia eléctrica y el consumo de electricidad?
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Actividad 10 – La resistencia eléctrica
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Agradecemos sus comentarios y aportes a la dirección de correo electrónico dcorrales@maloka.org
Guía para el profesor o la profesora de los grados cuarto y quinto de primaria.
Descripción de la
experiencia Esta actividad complementa el trabajo de la sesión anterior sobre resistencia eléctrica.
En este ejercicio se elimina el bombillo para conectar el hilo de esponjilla directamente a la batería.
Los y las estudiantes podrán observar tres fenómenos: luz, calor y fusión, los tres debidos al paso de una corriente eléctrica muy
alta a través de un segmento corto de hilo de esponjilla.
Esta actividad tiene un ejercicio opcional que puede proponerse a manera de reto y consiste en calentar agua con electricidad. Esta es una de las aplicaciones que los estudiantes deben descubrir en la exploración de este fenómeno.
La exploración continúa en la casa con el rastreo de otros
artefactos que utilicen resistencias eléctricas. Hay tres usos
identificados en clase: calentamiento, iluminación y protección eléctrica (fusibles).
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Actividad 11 – Luz, calor y fusibles
130
Objetivos Los participantes reconocerán las manifestaciones de la corriente eléctrica en los materiales conductores por medio de la
experimentación con un hilo metálico y una batería.
Preparación logística Duración estimada La actividad tiene una duración de 90 minutos, sin embargo, éste tiempo puede variar dependiendo del interés de los y las
estudiantes, y del desarrollo general de la actividad.
El espacio de trabajo Es deseable un espacio de trabajo amplio, bien iluminado y con mesas y sillas dispuestas para trabajar en equipos de cuatro estudiantes. Las actividades de inicio y de cierre se realizan con todo el grupo.
Es importante contar con un espacio abierto, organizado en
círculo o similar para que todos los participantes puedan verse.
Los materiales Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 11 – Luz, calor y fusibles
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De la Siemens Discovery Box: para un grupo de cuatro estudiantes se necesita una batería, un bombillo, una roseta, tres
caimanes, una tabla, seis alfileres y dos hilos de esponjilla de aprox. 30 cm.
Para traer aparte: para un grupo de cuatro estudiantes se necesita un cuaderno de apuntes y un lápiz.
Para preparar con anterioridad Los hilos de esponjilla deben ser cortados por el profesor o la
profesora antes del desarrollo de la actividad. Puede utilizar unos alicates “cortafríos”, tijeras o con los dedos retorcer durante un punto varias veces hasta que el alambre se rompa.
El profesor o la profesora debe cargar las baterías con mínimo 5
horas de anterioridad y revisar el correcto funcionamiento de las bombillas.
Orientacion es
disciplinares (Para el profesor o la profesora) Las siguientes orientaciones disciplinares están escritas para apoyar conceptualmente el trabajo del profesor o la profesora. La descripción del trabajo con los y las estudiantes en el aula está descrita en la siguiente sección: Orientaciones Didácticas. Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 11 – Luz, calor y fusibles
132
La resistencia eléctrica y el calor Cuando circula corriente eléctrica por un material, parte de la energía del movimiento de los electrones (energía cinética) se
transforma en calor debido al choque entre las moléculas del material por el que circulan.
Este choque eleva la temperatura del material y ocurre un fenómeno de calentamiento. En este caso haremos pasar una corriente
eléctrica alta (entre 1 y 2 amperios), a través del hilo de esponjilla. Esta corriente producirá tanto calor, que el material llegará al punto de
incandescencia, e iluminará como lo hace un bombillo.
Si la corriente eléctrica se deja pasar por más tiempo, el calor en
el hilo aumentará, tanto que podría alcanzar la temperatura de fusión y se rompería el hilo. Este es el principio de
funcionamiento del fusible eléctrico.
Orientacion es
didácticas Esta actividad ocurre en cuatro momentos: 1. Recordar la sesión anterior, sobre cambios de resistencia eléctrica y aplicaciones comunes.
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 11 – Luz, calor y fusibles
133
2. Exploración de ideas, para trabajar con una analogía de resistencia eléctrica.
3. Experimentación, con un hilo metálico que funciona como resistencia eléctrica.
4. Cierre y reflexión, en el que se obtienen conclusiones de la
experimentación y se reflexiona sobre algunas aplicaciones prácticas.
1. Para recordar la sesión anterior Para iniciar la actividad, el profesor o la profesora organizará los equipos de cuatro estudiantes y asignará los roles a cada uno.
En esta primera parte se revisa la actividad “para explorar el
entorno” de la sesión anterior y se comenta con todo el grupo las siguientes relaciones. •
¿Cómo cambia la intensidad de luz en el bombillo
cuando varía la longitud del alambre de esponjilla? • • •
¿Qué ocurre si el hilo es más largo?
¿Qué ocurre si se colocan más hilos en paralelo?
De los aparatos registrados en la casa, ¿cuáles créen que usan resistencias eléctricas?
•
¿Qué usos de las resistencias eléctricas descubrieron?, ¿Se pueden clasificar?
2. Exploración de ideas Pueden explorarse referentes cotidianos sobre las características de la resistencia eléctrica a través de las siguientes preguntas: •
¿Por qué piensan que los bombillos se calientan
después de que han estado encendidos por un tiempo? ¿Cómo puedes saber si un bombillo está fundido o no? •
¿Todos los bombillos se calientan?, ¿qué ocurre con los bombillos ahorradores?
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 11 – Luz, calor y fusibles
134
•
¿Qué piensas que ocurre para que la plancha o el horno eléctrico se calienten empleando electricidad?
•
¿Conoces otros elementos eléctricos que se calienten?, ¿Cuáles?
3. Experimentación Para empezar, el profesor o la profesora recordará los consejos de seguridad de la caja Discovery Energía y Electricidad. En este caso hay que tener especial cuidado con las
recomendaciones de corto circuito. El profesor o la profesora deberá estar muy atento durante toda la parte de
experimentación. También debe tener cuidado con la esponjilla, ya que sus hilos son muy finos y pueden cortar.
Cada equipo deberá reasignar los roles de sus integrantes y recordar las tareas que le corresponde a cada uno. El niño o la
niña que asume el rol de responsable del material deberá llevar a
su mesa una batería, un bombillo, una roseta, tres caimanes, una
tabla, seis alfileres y dos hilos de esponjilla de aproximadamente 30 cm. cada uno.
El primer ejercicio de cada grupo será armar la estructura que aparece dibujada a continuación:
Se trata de clavar los seis alfileres sobre la tabla, en las esquinas y en el centro, de manera que el hilo de esponjilla se pueda
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 11 – Luz, calor y fusibles
135
enredar desde una esquina hasta la otra, en zigzag. Entre menos segmento de hilo quede entre alfiler y alfiler, mejor. El profesor o la profesora debe indicar la manera de hacer las pruebas: Para probar con el bombillo:
Se conectan en serie: la batería, el hilo de esponjilla (de extremo a extremo) y un bombillo. El bombillo debe encender con poca intensidad, igual que en la sesión anterior.
Para probar sin el bombillo: En esta actividad el hilo de esponjilla se calienta por el paso de la corriente eléctrica. El profesor o la profesora deberá estar muy
atento para que las pruebas se realicen con cuidado. A
continuación se proponen los pasos a seguir para esta prueba: •
Primero se retira el bombillo y se prueba solamente el hilo de esponjilla, conectado de extremo a extremo, a la batería.
•
Los estudiantes deben esperar un poco menos de un
minuto y luego pueden tocar el hilo de esponjilla con los dedos o con la palma de la mano. •
¿Sienten que la temperatura del hilo cambió?
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 11 – Luz, calor y fusibles
136
•
Si aún no notan cambio, puede saltarse el primer segmento de hilo y conectar el caimán al segundo alfiler. •
•
¿La temperatura del hilo cambió?
Si aún no notan muy bien que el hilo está
calentándose, pueden pasar al tercer alfiler, pero SOLO hasta ahí para esta prueba.
•
•
¿Por qué el hilo está más caliente?
•
¿Los otros componentes también se calientan?
NOTA: Cuando no estén en periodo de prueba, los estudiantes deben desconectar el circuito de la batería. Para esto pueden soltar uno de los caimanes que están conectando los alfileres al circuito.
La experimentación debe tener una pausa para poder discutir algunas preguntas.
El niño o la niña que asume el rol de líder del grupo recopilará
las respuestas de los integrantes del equipo, y el vocero o vocera
será quien responda cuando el profesor o la profesora le de la palabra: •
¿Qué sucede con el hilo de esponjilla? ¿Por qué
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 11 – Luz, calor y fusibles
137
sucederá esto? ¿Los caimanes y la batería se calientan?, ¿por qué?
•
Sin probar aún, ¿qué creen que pasaría si el hilo se
•
hace aún más corto?
En la siguiente parte de esta actividad, se quiere probar la resistencia máxima del hilo de esponjilla al paso de la corriente. Es importante que los estudiantes tengan claro que NO se debe
tocar el hilo en esta prueba. Sólo para observación: •
Deben conectar los caimanes a un solo segmento del hilo de esponjilla y esperar unos segundos. El
segmento del hilo debe estar completamente estirado para que esta prueba funcione. •
Después de un tiempo, ¿qué pueden observar que pasa con el hilo? (Hasta este punto sólo puede ocurrir que el hilo se caliente tanto que salga humo por el
calentamiento del componente orgánico en el hilo metálico)
•
Luego deben acercar aún más los caimanes, medio segmento o quizás un poco menos, para que el hilo se caliente tanto que llegue a la incandescencia. Todos podrán ver brillar el hilo durante algunos segundos,
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 11 – Luz, calor y fusibles
138
aunque es posible que el hilo se rompa. ¡Esta es una prueba en la que hay que tener mucho cuidado de
no tocar el hilo y de no acercarlo a ningún otro objeto! Es
importante que los niños y niñas no se acerquen mucho al hilo, ya que algún segmento del hilo puede saltar al romperse, y puede herirlos. Cuando finalice la experimentación, se deben desconectar todos
los circuitos e incluso pedir de regreso las baterías. El profesor o la profesora puede iniciar una charla final con estas preguntas: •
¿En esta prueba pasa más o menos corriente eléctrica que en la prueba anterior?
•
¿Los caimanes y la batería se calientan?, ¿por qué?
•
¿Qué sucede con el hilo? ¿Por qué piensan que sucede eso?
•
¿Para qué podría ser útil este fenómeno?
•
¿Por qué piensan que se rompe el hilo después de un tiempo?, ¿esto también podría tener un uso?
El profesor o la profesora orientará a los y las estudiantes para concluir sobre la relación entre la cantidad de corriente eléctrica
y las dos manifestaciones que se producen: calor y brillo.
Una prueba adicional Al finalizar las pruebas anteriores se puede hacer una corta
experiencia de aplicaciones del fenómeno de calentamiento eléctrico. •
Para esta prueba se necesitará un vaso con agua por
equipo. La cantidad de agua no debe ser mayor a 5ml, que es equivalente a la carga máxima de una jeringa mediana. •
Los equipos deben sumergir en el agua un segmento
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 11 – Luz, calor y fusibles
139
de hilo de esponjilla sujetado en los extremos por dos caimanes. El hilo debe ser de aproximadamente 1 centímetro y debe tratar de mantenerse lo más estirado posible durante la prueba. •
Cuando el agua cubra completamente el hilo se puede conectar el circuito a la batería.
En esta prueba no brillará el hilo de esponjilla, pero los estudiantes notarán que después de
un tiempo habrá un cambio en la temperatura del agua. Los equipos deben registrar este cambio de
temperatura. Si poseen un termómetro podrán
hacer el registro de las temperaturas cada minuto. Si no poseen termómetro pueden
hacer un seguimiento cualitativo.
Al final es importante discutir sobre el tipo de aplicaciones que se pueden desarrollar utilizando este fenómeno.
•
¿En dónde han visto que se utilizan?
•
¿Para qué otras aplicaciones podría usarse?
4. Cierre y reflexión El profesor o la profesora debe reorganizar al grupo para
socializar los resultados de las pruebas y discutir algunas ideas. • •
¿Por qué piensan que se calienta el hilo?
¿Qué pasaría si el hilo fuera más grueso, o más delgado?
•
¿Hay un límite para la corriente que puede pasar por el hilo?
•
¿Qué pasa con el hilo cuando alcanza una temperatura muy alta y que se manifiesta por la cantidad de luz emitida?
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 11 – Luz, calor y fusibles
140
•
¿Estos fenómenos puede ser útiles de alguna manera?
•
¿Has escuchado hablar de los fusibles?, ¿sabes para qué se utilizan?
Para explorar el entorno ¿Para qué sirven las resistencias? Este ejercicio complementa la actividad anterior en la que se
registraron aparatos que utilizan resistencias eléctricas y su consumo de energía eléctrica.
En la actividad de clase, los y las estudiantes identificaron otras aplicaciones de las resistencias eléctricas que es importante incluir en el registro anterior.
La tabla de registro puede tener la siguiente estructura: ¿En cuáles
Las resistencias… … producen
¿En dónde está la
aparatos?
resistencia?
¿Cómo es la resistencia?
o
calor.
o
… producen luz.
o
… se rompen.
o
o o
Una última actividad consiste en comparar el consumo de energía Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 11 – Luz, calor y fusibles
141
durante un tiempo específico de dos tipos de bombillos: los ahorradores y los no ahorradores. Para esto es posible que en
una misma casa tengan bombillos de los dos tipos, en ese caso se puede recurrir nuevamente al contador de la casa para
comparar el consumo de los dos bombillos por 2 minutos.
¿Es muy grande la diferencia de consumo entre uno y otro?
Aún si hubiese los dos tipos de bombillos en la casa es conveniente hacer la actividad de comparación con todo el grupo.
Hay que identificar qué estudiantes hicieron registro de bombillos ahorradores y quienes de bombillos no ahorradores y comparar sus registros. Hay que fijarse en que los espacios de tiempo que se comparan sean iguales.
Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 11 – Luz, calor y fusibles
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Guía para el profesor o la profesora de los grados cuarto y quinto de primaria.
Descripció n de la
experienci a
Esta actividad introduce a un tema de amplio trabajo y de
diversas discusiones actuales: las fuentes alternativas de energía. Se exploran tres métodos de obtención de energía eléctrica a
partir de transformaciones de tres tipos de energía: mecánica, solar y química. Cada transformación se evidencia con un ejercicio de
construcción y experimentación. Se prueba con los diferentes componentes eléctricos de la caja Discovery: bombillos,
zumbadores, motores, etc., de manera que se identifica la
cantidad de energía eléctrica que se obtiene en cada caso. Durante la actividad se pregunta frecuentemente por las posibles aplicaciones de cada tipo de energía, promoviendo la
construcción de relaciones con los usos del contexto cercano de los estudiantes.
La actividad “para explorar el entorno” también tiene un fuerte componente de reflexión sobre el contexto. Se presenta la situación de uso de baterías recargables en Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 12 – Sin baterías
142
comparación con las tradicionales desechables. Se proponen comparativos de precios, rendimiento, impacto, etc. Esta exploración abre el tema a reflexiones más agudas acerca de las posibilidades de reuso y reciclaje de basura electrónica y al impacto de este tipo de desechos en el medio ambiente.
Objetivos Mediante la construcción y prueba de algunas instalaciones, los niños y las niñas descubrirán diferentes formas de transformar la
energía solar, química y mecánica, en energía eléctrica.
Preparación logística Duración estimada La actividad tiene una duración de 90 minutos, sin embargo, éste tiempo puede variar dependiendo del interés de los y las
estudiantes, y del desarrollo general de la actividad.
El espacio de trabajo Es deseable un espacio de trabajo amplio, bien iluminado y con mesas y sillas dispuestas para trabajar en equipos de cuatro estudiantes.
Las actividades de inicio y de cierre se realizan con todo el grupo. Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 12 – Sin baterías
143
Es importante contar con un espacio abierto, organizado en círculo o similar para que todos los participantes puedan verse.
Los materiales De la Siemens Discovery Box: para un grupo de cuatro
estudiantes se necesita un bombillo, una roseta, cuatro caimanes, dos motores y un zumbador.
Para traer aparte: para un grupo de cuatro estudiantes se necesita un LED, una celda solar, tres vasos plásticos de 5oz., vinagre, tres piezas de zinc, tres piezas de cobre, cinta de
enmascarar y un trapo limpio.
Orientacion es
disciplinares (Para el profesor o la profesora) Las siguientes orientaciones disciplinares están escritas para
apoyar conceptualmente el trabajo del profesor o la profesora.
La descripción del trabajo con los y las estudiantes en el aula está descrita en la siguiente sección: Orientaciones Didácticas. Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 12 – Sin baterías
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Fuentes de energía eléctrica En esta actividad se exploran tres fuentes de energía y tres maneras de transformación en energía eléctrica:
A partir de energía mecánica El motor eléctrico, siendo utilizado de manera inversa, puede generar un flujo de electrones a partir del movimiento. En el
interior del motor ocurre un fenómeno de inducción de corriente eléctrica debido al movimiento de un arreglo de alambres en presencia de un campo magnético.
Esta corriente eléctrica “inducida” es proporcional al número de espiras y a la intensidad del campo magnético.
A partir de energía solar Las celdas solares son dispositivos construidos a partir de materiales semiconductores, como silicio, que aprovechan
el efecto fotoeléctrico. Cuando la luz choca contra las
celdas solares, una porción de esta luz es absorbida por el material semiconductor.
La energía libera electrones, los cuales comienzan a fluir en dirección impuesta por un campo eléctrico creado por la
celda. Este flujo de electrones es la manifestación final de
la transformación de energía lumínica en energía eléctrica.
A partir de energía química Es el principio de las baterías eléctricas y se base en un proceso Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 12 – Sin baterías
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químico transitorio en el que dos metales sumergidos en un líquido experimentan fenómenos de oxidación y reducción.
Esto implica el transporte de cargas eléctricas de un metal a otro. En este proceso se genera una diferencia de potencial (o voltaje)
eléctrico entre los metales debida a la acumulación de cargas en uno de los “polos” eléctricos.
Es importante aclarar que entender estas transformaciones requiere más experiencias que permitan explorar los
fenómenos a profundidad. Esto es solo un acercamiento a estas transformaciones de energía.
Orientacione s didácticas Esta actividad ocurre en cuatro momentos: 1. Recordar las sesiones anteriores, y las actividades en las que han observado transformaciones de energía.
2. Exploración de ideas, de la generación de energía eléctrica.
3. Experimentación, con tres configuraciones que transforman diferentes tipos de energía a energía eléctrica.
4. Cierre y reflexión, sobre la actividad y sobre los usos de las fuentes de energía alternativas.
1. Para recordar las sesiones anteriores Para iniciar la actividad, el profesor o la profesora organizará los equipos de 4 estudiantes y asignará los roles a cada uno. Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 12 – Sin baterías
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En la primera parte se revisa la actividad “para explorar el
entorno” de la sesión anterior acerca de las tres maneras de
utilizar las resistencias eléctricas y el consumo de los bombillos ahorradores y no ahorradores. Luego se puede discutir con el grupo las siguientes situaciones: •
¿Qué sucede con la resistencia en el hilo de la
esponjilla o en algunos electrodomésticos, como la ducha, la estufa eléctrica o la plancha? • •
¿La electricidad se puede sentir?
¿Qué sucede al encender un bombillo?
•
¿La electricidad se puede ver?
•
¿Qué sucede al encender un zumbador?
•
¿La electricidad se puede escuchar?
Las preguntas secundarias de cada punto ya se habían realizado en la primera sesión de esta cartilla. En este caso los estudiantes
deben diferenciar entre la energía eléctrica, que no se escucha ni
se ve, y las manifestaciones de incandescencia, en el caso del
bombillo, de calor en el caso de la plancha o la estufa y de vibración, en el caso del zumbador.
2. Exploración de ideas Se pueden realizar las siguientes preguntas para explorar las ideas previas de los estudiantes acerca de las fuentes de energía: •
¿Conocen algún artefacto eléctrico que funcione sin
conectarse a la toma o sin baterías?, ¿cuál?, ¿en dónde se utiliza? •
¿Cómo piensan que se produce la energía eléctrica que utilizamos en la casa?
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Actividad 12 – Sin baterías
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3. Experimentación Para empezar, el profesor o la profesora recordará los consejos de seguridad y las instrucciones de uso de los materiales de la caja Discovery Energía y Electricidad.
La experimentación tiene dos partes:
A. La exploración del motor y de la celda solar como elementos para transformar la energía mecánica y solar en energía eléctrica.
B. La construcción de una batería de vinagre para transformar energía química en energía eléctrica.
El motor y la celda solar El salón se divide en dos grupos para realizar estos ejercicios en
paralelo. La mitad del grupo experimenta con el motor y la otra mitad con la celda solar.
Si dispone de suficiente tiempo, el profesor o la profesora puede intercambiar las actividades entre los grupos, de lo contrario,
puede dirigir una charla al final de la experimentación para que los grupos compartan sus experiencias.
Los equipos deben reasignar los roles de sus integrantes y recordar las tareas que les corresponden a cada uno. El niño o la niña que asume el rol de responsable del material
deberá llevar a su mesa los siguientes materiales, según el experimento que van a realizar:
o
Para el motor eléctrico: un bombillo, una roseta, tres caimanes, un motor, un zumbador y un LED.
o
Para la celda solar: un bombillo, una roseta, tres
caimanes, una celda solar, un motor, un zumbador y un LED. Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 12 – Sin baterías
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En cada experimento se puede probar con los diferentes
componentes eléctricos que contiene la caja: el motor, el
zumbador, y el bombillo. También se recomienda adquirir especialmente para esta actividad el LED. A continuación se describen por separado los dos ejercicios.
El profesor o la profesora puede trabajar con los dos grupos al tiempo: observando, preguntando y orientando la experimentación.
Al final es importante que el grupo se reúna nuevamente para compartir sus resultados.
El motor como generador Este ejercicio puede empezar con una pregunta interesante para discutir con el grupo: •
¿Es posible poner a funcionar alguno de los
componentes eléctricos de la caja sin utilizar la batería?, ¿cómo lo harían?
El profesor o la profesora dará algunos minutos para que los y las estudiantes piensen en la pregunta y propongan algunas
alternativas. Deben registrarlas, socializarlas y discutirlas con su grupo. Luego pueden intentar algunas conexiones con los componentes que tienen a mano. El niño o la niña que asume el rol de
secretario del equipo debe registrar las pruebas en el cuaderno de apuntes.
Los y las estudiantes deben probar por si solos durante un
tiempo, permitiendo que entre los equipos compartan los
resultados y que el profesor o la profesora oriente los resultados. Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 12 – Sin baterías
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El motor se puede conectar (como si fuera la batería) a cualquiera de los otros componentes: el bombillo, el zumbador o el LED. El
profesor también puede invitar a probar el circuito conectando
un motor al motor, en este caso se puede pedir prestado por un momento a otro equipo.
Cuando se gira el eje del motor con los dedos, se genera una
corriente eléctrica que es suficiente para encender el LED, el motor o el zumbador.
Posiblemente la corriente eléctrica generada no sea suficiente
para encender el bombillo. El profesor debe preguntar al grupo por qué piensan que ocurre esto. ¿Recuerdan el zumbador? ¿Qué debemos pensar siempre al
conectarlo a un circuito eléctrico? Teniendo en cuenta esto,
¿afectará en algo hacia dónde gire el motor? Debido a que el LED y el zumbador tienen polaridad, el motor debe girar en una
dirección determinada para que estos enciendan. Por esta razón hay que probar en las dos direcciones con cada componente.
Una actividad adicional: La celda solar Este es un ejercicio que se puede realizar con algunos materiales de la Siemens Discovery Box. Se necesita un material que no está
incluido en la caja y es precisamente la celda solar.
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Esta celda se puede adquirir en algunas ferreterías o con distribuidores de componentes eléctricos.
El profesor o la profesora debe indicar las precauciones al
manejar la celda solar, debido a que su cara libre es de vidrio y puede romperse fácilmente con un golpe.
La exploración se puede motivar con algunas preguntas: •
¿Recuerdan haber visto una celda solar en otra parte?, ¿en dónde?, ¿para qué se utiliza?
•
¿Cómo se puede conectar la celda a los otros componentes de la caja?
•
¿Qué pasará en cada caso si conectamos el zumbador, el bombillo, el LED o un motor a la celda solar?
•
¿Cómo se comporta la celda solar?, ¿podemos utilizarla en la noche?
El profesor o la profesora dará algunos minutos para que los estudiantes discutan las preguntas y prueben algunas conexiones. El niño o la niña que asume el rol de secretario del equipo debe registrar en el cuaderno de apuntes todas las pruebas que se realicen.
La celda solar se puede conectar (como si fuera la batería) a cualquier componente: el bombillo, el zumbador, el motor o el LED.
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Actividad 12 – Sin baterías
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La celda genera un voltaje proporcional a la intensidad de luz que recibe en su superficie. Si la intensidad de luz es mayor,
también será mayor la cantidad de corriente eléctrica, entonces el motor girará más rápido, el LED encenderá con mayor intensidad o el zumbador sonará más fuerte.
Acá también habrá que probar la polaridad del zumbador y del LED. Para hacerlo hay que intercambiar la conexión de los componentes a los bornes de la celda solar. Es posible que el día en que se realizan las pruebas no haya
mucha luz solar. Si este es el caso, puede utilizarse una lámpara para alumbrar a la celda solar y obtener algo de energía eléctrica
de ella. Es importante aclarar que esto es solo a modo de prueba,
y que la celda siempre debe utilizarse con luz solar para
aprovechar todas sus características y no gastar energía eléctrica innecesariamente.
Algunas preguntas de cierre Luego de que los y las estudiantes han probado diferentes alternativas con el motor y con la celda solar, el profesor o la
profesora deberá hacer un recuento con el grupo sobre lo que sucedió en cada caso: Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 12 – Sin baterías
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•
¿Por qué el motor puede encender el LED o el zumbador, pero no el bombillo?
•
¿Qué componentes se pueden encender con la celda
solar? •
¿De dónde proviene la energía eléctrica que genera cada componente: el motor y la celda solar?
•
¿Qué pasa si el motor gira más rápido, o más lento?
•
¿Qué pasa si llega más o menos luz a la celda solar?
•
¿Qué podríamos hacer para que el motor gire
continuamente y siempre esté generando electricidad? •
¿En qué aplicación puede ser útil cada forma de
obtener electricidad?, ¿las hemos visto en otra parte?
Una actividad adicional: La batería de vinagre Para esta actividad el profesor o la profesora debe reunir
nuevamente a todo el grupo y recordar las indicaciones de cuidado de los materiales. Debe insistirse en que los caimanes y los bornes metálicos de
todos los componentes se laven con abundante agua y se sequen
muy bien después de utilizarlos, para disminuir la oxidación de estos materiales.
El niño o la niña que asume el rol de responsable del material de
cada equipo debe llevar a su mesa los siguientes materiales: o
Tres piezas de cobre, tres piezas de zinc, tres vasos
plásticos de 5oz., cuatro caimanes, un motor, un
bombillo, un LED, un zumbador, trozos de cinta de enmascarar y vinagre. El profesor o la profesora le debe pedir a los estudiantes que sigan estos pasos:
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•
Conectar un caimán a una pieza de cobre y otro caimán a una pieza de zinc.
•
Colocar vinagre en un vaso plástico
hasta la mitad y sumergir las piezas de cobre y de zinc. •
Pegar con cinta de enmascarar cada caimán que sale de las piezas de
zinc y de cobre al borde del vaso plástico, para que no se muevan. Es importante que dentro del vaso de vinagre las piezas de zinc y de cobre no se toquen. Los estudiantes deben observar durante medio minuto lo que
ocurre dentro del vaso. El profesor o la profesora puede hacer algunas preguntas:
•
¿Qué esperaran que pase con el vinagre, con el zinc o con el cobre?
•
¿Qué ocurre realmente? Se puede conectar un LED a los extremos sueltos de los
caimanes, cerrando el circuito. Debe probarse conectando en las •
¿Ocurre algo con el LED?
dos direcciones del LED.
Independientemente del resultado, los estudiantes deben armar otro conjunto como el primero para conectarlo en serie.
En esta conexión se comparte un caimán: el que sale de la pieza de cobre del primer conjunto se conecta con la pieza de zinc del Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 12 – Sin baterías
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segundo conjunto.
Nuevamente quedan dos caimanes libres. Se puede probar
nuevamente conectando el LED, en las dos direcciones.
•
¿Esta vez ocurre algo diferente?, ¿por qué?
•
¿Hay una corriente eléctrica en este circuito?
•
¿Por dónde circula la corriente?
Los estudiantes pueden probar con otra batería de vinagre conectada en serie, como en el paso anterior. En este caso
pueden intentar también con el zumbador, el bombillo y el motor.
•
¿Qué componentes se pueden encender?
•
¿De dónde se obtiene la energía de esta batería?
•
¿Cómo se puede hacer sonar más fuerte el zumbador o iluminar con más intensidad el LED?
•
¿Qué le ocurre al vinagre y a las piezas de cobre y de zinc?
4. Cierre y reflexión Todo el grupo se debe reorganizar para socializar los resultados de las pruebas.
El profesor o la profesora puede orientar charlas en diferentes temas relacionados con las fuentes de energía. A continuación proponemos algunos temas de reflexión:
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Actividad 12 – Sin baterías
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•
¿Qué sabes sobre el origen de la energía eléctrica que llega a tu casa?, ¿en dónde y cómo se genera?
•
¿En dónde utilizarías cada una de las fuentes de energía eléctrica que hoy vimos?
•
¿Qué otras fuentes de energía eléctrica conoces o crees que podrían funcionar?
•
¿Por qué es importante ahorrar energía eléctrica?
Para
explorar el entorno Una batería de larga vida Esta actividad prepara un ejercicio de reflexión acerca de la situación actual de uso, reuso, desecho y reciclaje de basura
electrónica en el país.
Para este ejercicio los y las estudiantes emprenden una búsqueda
de información que les permita documentarse y construir una discusión acerca de la vida útil y el uso de los artefactos
eléctricos y electrónicos, particularmente de las baterías.
El profesor o la profesora deberá dar indicaciones que orienten el ejercicio fuera del aula. Se proponen las siguientes actividades para los estudiantes:
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Actividad 12 – Sin baterías
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•
Haz un listado de los aparatos eléctricos de tu casa que utilizan baterías. Consulta cada cuánto se deben cambiar las baterías y cuál es su costo aproximado.
•
Pregunta a tus familiares y amigos si conocen o usan cargadores de baterías y para qué aparatos los utilizan.
•
Haz un listado de los aparatos eléctricos
que utilizan baterías recargables. Pregunta a algunas personas cuáles creen que son las
ventajas de utilizar baterías recargables y si saben cuál es su costo aproximado. •
Se puede comparar el costo de usar baterías desechables contra baterías recargables,
¿cuántas veces se puede utilizar una batería recargable?, ¿en qué caso se ahorra más?,
¿sólo se ahorra dinero?, ¿hay otra ganancia? Con la siguiente tabla se pueden recoger los resultados de los tres puntos anteriores:
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Actividad 12 – Sin baterías
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¿Qué aparatos las utilizan?
¿Cada cuánto deben cambiarse?
Las pilas y las
baterías...
¿En qué aparatos se utilizan?
¿Cómo son las baterías recargables?
Los
cargadores.. .
¿Qué ventajas y desventajas tiene utilizar este tipo de baterías? Las baterías
Encuestado 1:
recargables. ..
Encuestado 2:
El dinero que se invierte... ¿Cuánto cuesta una batería
Los costos... (Utiliza
valores
aproximado s)
La energía que se ahorra...
desechable?
¿Cuántas veces se puede
¿Cuánto cuesta una batería
_________
_________
se dejan de botar a la basura
_________
utilizar una batería recargable?
recargable?
¿Cuántas baterías desechables
¿Cuántas baterías desechables
cuando se utilizan baterías
batería recargable?
_________
se pueden comprar con una
recargables?
_________
¿Cuántas baterías desechables dejo de comprar si uso una batería recargable? _________ Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 12 – Sin baterías
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Este ejercicio puede continuarse en una reflexión más detallada
sobre aspectos de impacto al medio ambiente y políticas de
reciclaje locales y nacionales. Algunos temas que se pueden abordar: •
¿Por qué las baterías desechables no se deben botar a la basura?
•
Impacto de las baterías sobre el medio ambiente: los suelos, el agua, los cultivos, etc.
•
Iniciativas de reciclaje de teléfonos celulares en la ciudad y en el país.
•
Programa “Computadores para educar”
•
Políticas del Ministerio de Medio Ambiente sobre el reciclaje de la basura electrónica.
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Actividad 12 – Sin baterías
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Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad de seguimiento:
Carrito a control remoto Participan: Fundación SIEMENS
Alianza Pequeños Científicos Universidad de los Andes
Corporación Maloka
Bogota, Colombia, 2009 Documento borrador de trabajo, sujeto a cambios sin aviso previo.
Agradecemos sus comentarios y aportes a la dirección de correo electrónico dcorrales@maloka.org
Guía para el profesor o la profesora de los grados cuarto y quinto de primaria.
Descripción de la
experiencia En esta actividad los niños y las niñas resuelven un reto de
circuitos eléctricos partiendo de lo que han experimentado y aprendido en las sesiones anteriores.
Podrán utilizar todos los componentes eléctricos que conocen para proponer la solución a un reto: la construcción de un carro a control remoto alámbrico.
El profesor o la profesora deberá estar muy atento a las
propuestas de los estudiantes para identificar la manera en que los estudiantes han apropiado las experiencias anteriores y las utilizan para resolver el reto.
Esta actividad tiene la intención de hacer un seguimiento a los aprendizajes de los y las estudiantes al aplicar lo aprendido en las sesiones anteriores para solucionar el reto.
Objetivos Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 13 – Carro a control remoto
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Los niños y las niñas diseñarán y construirán un carro a control remoto para solucionar un reto, de manera que apliquen lo aprendido acerca de circuitos eléctricos.
Preparación logística Duración estimada La actividad tiene una duración de 45 minutos, sin embargo, éste tiempo puede variar dependiendo del interés de los y las
estudiantes, y del desarrollo general de la actividad
El espacio de trabajo Es deseable un espacio de trabajo amplio, bien iluminado y con mesas y sillas dispuestas para trabajar en equipos de cuatro estudiantes. Cada equipo debe mostrar sus resultados al resto del grupo, así que la organización en círculo o un lugar visible al frente serán de mucha ayuda.
Los materiales De la Siemens Discovery Box: para un grupo de cuatro estudiantes, la cantidad máxima de material será dos baterías, Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 13 – Carro a control remoto
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seis caimanes, cuatro clips, seis alfileres, una tabla de madera y dos motores. Para traer aparte: para un grupo de cuatro estudiantes se necesita un cuaderno de apuntes y un lápiz. El equipo debe escribir una lista de los materiales que va a
utilizar y entregarla al momento de recogerlos. El profesor o la profesora debe verificar que no se soliciten materiales
adicionales o que las cantidades no sobrepasen los valores señalados. Si esto sucede, deben argumentar por qué lo necesitan.
Para preparar con anterioridad El profesor o la profesora debe cargar las baterías con mínimo 5 horas de anterioridad.
Orientacion es
disciplinares (Para el profesor o la profesora) El carro a control remoto utiliza un juego de interruptores que intercambian la polaridad de las baterías, para que el giro de los motores del carro cambie de sentido. ¿Cómo funciona?
Los interruptores tienen siempre conectado un punto fijo, o
anclado, y dos puntos que se accionan o no, dependiendo de la Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 13 – Carro a control remoto
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posición del interruptor. Cuando el interruptor está en la posición 1, el punto anclado se conecta con la opción uno, y el
punto dos se desconecta del circuito. Cuando el interruptor está
en la posición 2, se desconecta el punto uno y el punto dos se conecta con el punto anclado.
Este interruptor actúa entonces como un relevo, el cual permite
cambiar la polaridad de conexión de los motores. Esto, a su vez, cambia el sentido de giro del motor, y nos permite controlar hacia dónde queremos que se vaya.
¿Cómo logramos cambiar de polaridad? Si conectamos dos
baterías en serie, duplicando su voltaje, tendremos tres puntos de donde conectar los motores: +7.2, +3.6 y 0. Ahora bien, el hacer un relevo entre opción 1 y opción 2, lo que
realmente estamos haciendo es cambiando uno de los puntos de conexión del motor entre +7.2 y 0, y manteniendo fijo el punto
+3.6. De esta forma el motor puede cambiar de voltaje de alimentación: +3.6 o -3.6.
La siguiente es una posible configuración para el circuito:
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Actividad 13 – Carro a control remoto
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Conexiones: El punto X es el ancla del interruptor. Este se conecta/desconecta
con clip a los círculos verdes. Los caminos de colores deben conectarse con caimanes.
Puntos a tener en cuenta Ya que la polaridad de los motores es fundamental para el desempeño del carro, es posible que en la primera conexión el
carro no se desplace como se espera. Esto puede modificarse al cambiar las conexiones de uno de los motores para así cambiar el sentido de giro de este actuador.
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Actividad 13 – Carro a control remoto
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Orientacion es
didácticas La actividad ocurre en tres momentos: 1. Recordar, en el que los estudiantes identifican los elementos
que han conocido hasta el momento, incluyendo interruptores y motores.
2. Experimentación, en el que se diseña y construye un carro a
control remoto.
3. Cierre y reflexión, en el que se obtienen conclusiones acerca de las diferentes soluciones propuestas para el reto.
1. Recordar El profesor o la profesora inicia una charla con el grupo recordando las experiencias de las sesiones anteriores. Es importante que los y las estudiantes describan, con sus palabras, qué aprendieron durante dichas actividades. En el tablero se pueden registrar estas descripciones intentando
clasificarlas a medida que los estudiantes participan. Es importante que el profesor o la profesora conduzca la charla hasta llegar a tocar los temas de interruptores y motores.
2. Experimentación El profesor o la profesora indicará a los y las estudiantes que el
reto consiste en diseñar y construir un dispositivo eléctrico para
controlar un carro a control remoto alámbrico. Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 13 – Carro a control remoto
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La idea es que el carro tenga dirección, y esta puede lograrse al
cambiar el sentido de giro de los motores. ¿Cómo se hace? ¿Qué
necesitaremos? Debe hacerse evidente el conocimiento de los participantes sobre la polaridad de algunos componentes eléctricos, en este caso el motor.
Cada equipo debe registrar en un cuaderno de apuntes el esquema del circuito y una lista con las cantidades de material que se requiere. Es importante que el o la docente revise el
diseño para constatar que no haya corto circuitos, y que
efectivamente el motor pueda cambiar de sentido de giro al hacer un cambio en los interruptores. Es importante que el docente
recuerde a los estudiantes los temas vistos durante las sesiones
anteriores, para que los niños y niñas recuerden puntos clave que pueden ser de utilidad en el diseño del carrito (Ej. circuitos eléctricos, componentes, polaridad, interruptores, etc.).
El responsable o la responsable de los materiales de cada equipo debe pasar con la lista para recoger los elementos que necesitan para armar su carro. El profesor o la profesora dará un tiempo prudente para la
construcción de los dispositivos y pasará por las mesas identificando si las conexiones son correctas.
También debe revisar que las conexiones estén bien hechas, es decir, que las uniones entre los elementos estén haciendo
contacto, logrando así cerrar el circuito eléctrico. Es importante que los grupos justifiquen lo que hacen, para lograr así realizar una evaluación de lo aprendido previamente sobre Energía y Electricidad.
3. Cierre y reflexión Todos los equipos mostrarán sus diseños al grupo, explicando cómo funciona. Después mostrarán el resultado final de su Siemens Discovery Box Energía y Electricidad
Actividad 13 – Carro a control remoto
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trabajo. Se sugiere que el profesor o la profesora oriente una reflexión
final para recoger las experiencias de los equipos durante el diseño y la construcción del carro a control remoto, y cómo
aplicaron lo aprendido para lograr realizar el reto:
•
¿Qué apliqué para mi diseño? ¿Conocimiento de materiales aislantes? ¿Conductores? ¿Interruptores?
• •
¿Qué elementos innovadores se incluyeron?
¿Cómo podría aplicar esto en mi casa? ¿En mi barrio?
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Actividad 13 – Carro a control remoto
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Esta versión de la cartilla se finalizó el 30 de diciembre de 2009 en Maloka
¡La fascinante aventura del conocimiento!
Coordinación del proyecto
Diego Alejandro Corrales Caro – Maloka Diseño de actividades Diego Alejandro Corrales Caro – Maloka Manuel Franco Avellaneda – Maloka Asesoría pedagógica y metodológica Manuel Franco Avellaneda – Maloka Desarrollo disciplinar Diego Alejandro Corrales Caro - Maloka Laura Becerra Fajardo - Maloka
Validación estrategia de enseñanza de las ciencias Programa Pequeños Científicos – CIFE – Universidad de los Andes Revisión de redacción Diana Carolina Flórez Niño – Maloka Ilustración Pilar Torres Serrano – Maloka
Siemens Discovery Box EnergĂa y Electricidad
Actividad 13 â&#x20AC;&#x201C; Carro a control remoto
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