viernes, 24 de junio de 2011

experimentos para realizar con propagación de calor

1. Transmisión por conducción
Como actividad adicional sobre la transmisión por conducción, se puede proponer una experiencia cuyos resultados complementarán y orientarán la secuencia presentada en la Propuesta.
Materiales necesarios
·         Varillas de igual longitud, pero distintos materiales: hierro, aluminio, cobre, bronce, plomo, otros metales y aleaciones, vidrio, madera, plástico.
·         Una vela.
·         Una fuente de calor para fundir vela.
·         Un recipiente de boca ancha que soporte agua caliente.
Procedimiento
·         Colocar en uno de los extremos de cada varilla una gota de cera de vela fundida.
·         Introducir cada una de las varillas en el recipiente, dejando fuera del mismo el extremo cubierto con cera, como se ve en la figura 1.
·         Verter agua caliente en el recipiente.
Resultados y conclusiones
Al recibir el calor, algunas varillas lo conducirán hacia los respectivos extremos que se hallan fuera del recipiente, a diferente velocidad, de acuerdo con su material; en algunas varillas, la cera de vela endurecida volverá a fundirse.
Se demostrará entonces que:
·         distintos materiales conducen el calor a diferentes velocidades;
·         ciertos materiales son aislantes (la cera no se derrite).
2. Transmisión por convección
La convección puede observarse a través de varios experimentos clásicos, tales como los que aparecen en el Manual para la enseñanza de las ciencias de Unesco (Buenos Aires, Sudamericana, 1997) u otros textos de actividades experimentales.
Uno experimento simple consiste en introducir algún tipo de partículas no solubles en un recipiente transparente con agua, calentar el agua y observar el movimiento que adquieren las partículas al ser arrastradas por las corrientes convectivas.
La acción de estas corrientes en el aire se puede ilustrar arrojando partículas de ceniza sobre el fuego de una hornalla o mechero: las cenizas serán arrastradas por el aire caliente ascendente.
Armados de cierta paciencia, también puede realizarse una observación del vuelo de algunas aves que ascienden sin aletear, arrastradas por las corrientes convectivas.
Así como las aves emplean la convección para subir sin gastar energía, diversos tipos de aeronaves, como los planeadores y los parapentes, usan el mismo recurso para mantenerse en el aire sin emplear un motor.
Las corrientes de aire ascendente en la atmósfera
A través de una animación se muestra cómo se forman las corrientes de aire ascendente en la atmósfera. Puede ver la animación en línea o descargarla a su computadora .
3. Transmisión por radiación
La radiación puede ser explorada a través de la siguiente actividad.
Materiales necesarios
·         Dos latas (como las de leche en polvo).
·         Dos termómetros.
·         Dos tapones de corcho.
·         Pintura blanca y pintura negra.
·         Pinceles y herramientas.
Procedimiento
·         Agujerear cada corcho de modo que pueda pasar un termómetro por el orificio (ver figura 2).
·         Agujerear cada lata en una cualquiera de sus bases. El diámetro de los orificios debe corresponderse con el tamaño del corcho con el termómetro.
·         Pintar las superficies exteriores de las latas, una de blanco y otra de negro.
·         Una vez secas, tapar ambas latas mediante el corcho con el termómetro y colocarlas al sol, tratando de que queden en condiciones semejantes.
·         Registrar la temperatura inicial de cada termómetro. Luego de media hora, se vuelve a registrar la temperatura de cada termómetro.
Resultados
Lo esperable es que la variación de temperatura del aire encerrado en la lata negra sea mayor que el de la blanca.
A partir de los resultados obtenidos puede proponerse el diseño de un dispositivo que aproveche la absorción de radiación para calentar agua.
4. Problemas y asociaciones para revisar conocimientos
a. Cuando algunas aves duermen, "inflan" su plumaje de modo que quede aire retenido entre su cuerpo y el medio externo. ¿Para qué lo harán?
Para resolver este problema debe tenerse en cuenta el comportamiento del aire frente a la conducción del calor, una cuestión presentada en la Propuesta.
b. El oso polar es, como se sabe, de color blanco. ¿Representa esto una ventaja para él en términos del mejor aprovechamiento del calor corporal?
Si en el experimento de las latas se ha comprendido la influencia del color en la absorción de la radiación, la respuesta debe ser: "No, ser blanco no es ventajoso". En efecto, desde esta perspectiva al oso polar le convendría ser negro. Pero seguramente algún alumno alertará sobre la desventaja energética que representa un color oscuro en medio de un paisaje predominantemente blanco. Se podría plantear, además, una investigación que provea mayores precisiones acerca del color de pelo de este animal.
c. Una persona desea saber si el hielo es o no es un buen conductor del calor. Se le ocurre que en estos dos hechos debe estar la respuesta: I) los esquimales usan hielo para construir sus iglúes; II) cuando hay hielo adherido a las paredes de la heladera, ésta no enfría. ¿Cuál es la respuesta correcta?
Los alumnos tendrán que diseñar alguna actividad para decidirlo.
d. Los lagos de zonas frías se congelan sólo en su parte superficial. ¿Qué beneficios representa esto para los seres vivos que habitan las profundidades del lago?
Para responder, los alumnos deben considerar la discusión anterior en relación con la capacidad del hielo para conducir el calor.
e. ¿Qué se puede hacer para estar fresco durante un día caluroso?
Los alumnos pueden plantear otras respuestas aparte de las mencionadas en la Propuesta, por ejemplo: "Me mojaría la piel para refrescarme." Un comentario como éste admite un análisis de lo que ocurre al mojarse.
Un fenómeno bastante conocido es que al contacto con la piel, el alcohol se evapora rápidamente. La evaporación requiere del suministro de energía (calor); parte de esa energía proviene precisamente de la piel. Al "quitarnos" calor, la sensación es de frescura.
Puede ser interesante realizar una experiencia que muestre la relación entre la frescura sentida y la velocidad de evaporación del agua y del alcohol. Con líquidos más volátiles, como por ejemplo el éter, el efecto será bien evidente. Puede observarse, además, que si se sopla la zona mojada, la evaporación es más intensa y, por lo tanto, la sensación de frío aumenta.
Estos planteos conducen naturalmente a pensar en una de las funciones de la transpiración. El fenómeno también puede relacionarse con otras situaciones de la vida cotidiana.
f. Entre los amantes del cámping, se sabe que el momento en que se siente más frío no tiene lugar durante el rocío nocturno, sino después del mismo, durante la madrugada, cuando aparece el sol. ¿Por qué será?
5. La propagación del calor y los objetos de uso doméstico
Hace unos ciento cincuenta años, un impresor australiano advirtió que, al limpiar con éter los tipos de su imprenta, éstos se enfriaban. De este descubrimiento a la concreción de una heladera a éter pasó poco tiempo. Más tarde se encontraron líquidos más apropiados para cumplir esa función, pero el principio no varió.
Se puede profundizar la discusión con el estudio de otros objetos de uso doméstico, con el termo, las camperas infladas con aire o las ventanas de doble vidrio que se utilizan en lugares con climas fríos.

fuente: www.educ.ar

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