Corriente eléctrica: Experimentos con tensión
Con estos tres experimentos parciales sobre el tema electricidad, orientados el Experimento |10+, se debe promover el aprendizaje investigativo en las clases de ciencias de los grados inferiores.
Los materiales son modificables y se pueden adaptar individualmente al grupo de estudio o complementarse por medio de otros contenidos interesantes del portal de medios de la fundación Siemens Stiftung (https://medienportal.siemens-stiftung.org).
Los experimentos parciales son:
1. ¿Es la célula solar una fuente de tensión?
2. ¿Puede el viento generar tensión?
3. Creamos nuestra propia fuente de tensión
1 Relevancia para el plan de estudios
Los temas al rededor de la electricidad (corriente, tensión, circuito eléctrico) se pueden encontrar en casi todos los planes de estudios a nivel global. Los presentes experimentos tratan sobre los siguientes temas:
Manejo de la electricidad
Tensión eléctrica e intensidad de corriente
Diseñar y construir circuitos y modelos sencillos para aparatos eléctricos
Circuitos eléctricos. Fuentes de tensión
Tensión, unidad: 1 V; intensidad de corriente, unidad: 1 A; Alessandro Volta, André Marie Ampère
Medir con el voltímetro y el amperímetro en diferentes circuitos (en paralelo o en serie).
Diagrama eléctrico
Repasar, practicar, aplicar, profundizar
Ensayar formas de pensar y de trabajar: experimentar, medir.
Conocer los términos y los símbolos de los circuitos: tensión, intensidad de corriente, resistencia; unidades: 1 V, 1 A, 1Ω; fuente de tensión, voltímetro, amperímetro.
Conocer los efectos de la corriente eléctrica.
2 Instrucciones generales 2.1 Estructura de la hoja de trabajo
Los experimentos complementan las lecciones, pero no son suficientes por sí solos para desarrollar los objetivos del aprendizaje. Para cada experimento hay una hoja de trabajo que contiene una lista de los equipos y materiales necesarios, una guía ilustrada para la preparación y ejecución del experimento, así como diversas tareas que se pueden modificar.
Como consejo para las tareas, es posible reducirlas o complementarlas en cualquier momento.
Tenga en cuenta que el material en cursiva en la lista de equipos y materiales, debe proporcionarse por separado. Este material tampoco está en la foto.
2.2 Advertencia de seguridad
Tenga en cuenta las etiquetas de sustancias peligrosas y las advertencias de seguridad y de
Experimento | 10+: A3 Los limones y otras pilas, y de Experimento | 10+: A5 Las propiedades de las células solares.
Como base siempre se puede utilizar papel de periódico. Pero esto no es necesario si las mesas se pueden limpiar. En el experimento 3 los alumnos y alumnas trabajan con ácido cítrico.
Opcionalmente reparta recipientes de plástico. Los alumnos y alumnas pueden poner en éstos los materiales a utilizar, p. ej., los clavos.
Esté atento a que no se muevan las conexiones de las pinzas cocodrilo porque se podría causar un corto circuito. Como que la tensión cae, deja de funcionar el experimento. Sin embargo, no existe ningún peligro para las personas.
Infórmese previamente en Experimento | 10+ sobre el funcionamiento de los multímetros digitales.
Allí encuentra un pequeño curso básico de introducción a las mediciones y los circuitos.
No debería surgir ningún peligro si se utilizan estos materiales de la forma indicada en la instrucción para los profesores o en la instrucción del experimento.
2.3 Instrucciones de limpieza
Los líquidos pueden eliminarse a través del desagüe, por favor después de hacerlo enjuague bien.
Por favor, recuérdele a sus alumnos y alumnas que todos los materiales ensuciados durante el experimento solo se pueden devolver a la caja limpios y secos.
3 Indicaciones para el experimento parcial
3.1 Experimento parcial 1: ¿Es la célula solar una fuente de tensión?
3.1.1 Indicaciones para los profesores
En este experimento se comprueba el efecto de una celular solar. Aquí estamos trabajando solamente con el fenómeno, por lo que intencionalmente no se tratan la tensión en vacío y la carga de tensión de una célula solar. El porqué una célula genera tensión, no se debe explicar en estos grados. Otros experimentos y el trasfondo teórico de las células solares las encuentra en Experimento | 10+: A5 Las propiedades de las células solares.
Durante el transcurso del experimento también se manejan los circuitos en serie, la medición de la tensión y el dibujo de diagramas eléctricos sencillos. Los conceptos y los diagramas eléctricos deberían ser temas ya abarcados en la clase.
3.1.2 Competencias Los alumnos y alumnas …
saben que las células solares pueden generar una tensión que depende de la intensidad de la iluminación.
pueden construir un circuito eléctrico a partir una célula solar y un motor con hélice.
conocen los símbolos provistos para célula solar, motor y voltímetro.
conocen el principio de los circuitos en serie y lo pueden aplicar en la práctica.
3.1.3 Diferenciación, otros ejercicios
Tarea abierta: Enciende un LED con ayuda de células solares.
Intenta encender un LED usando más células solares conectadas en serie.
Para la tarea 4: Partes del experimento se pueden eliminar para los alumnos más avanzados.
Para la tarea 7: Se pueden ordenar los símbolos del circuito y los alumnos más rezagados pueden dibujar el cable.
En el experimento |10 + A5 Las propiedades de las células solares: ¿Cómo afecta a la célula solar el estar bajo la sombra o la distancia a la fuente luminosa?
En el experimento |10 + A5 Las propiedades de las células solares: ¿Cómo se comportan las células solares en circuitos en serie y en paralelo?
3.1.4 Respuesta Tarea 1
Pon la célula solar bajo distintas fuentes de luz.
¿Qué observas? Completa la tabla.
Fuente de luz Observación
Iluminación del aula
de clase La hélice gira / no gira.
Luz de la ventana La hélice gira / no gira / gira solo un poco.
Celular - Linterna …
Iluminación de una
vela …
Tarea 2
Con el multímetro digital mide la tensión generada por la célula solar.
Pon la célula solar bajo distintas fuentes de luz.
Fuente de luz Tensión (voltios)
Iluminación del aula
de clase alrededor de 0.5 V
Luz de la ventana alrededor de 1 – 1.5 V
Celular - Linterna alrededor de 0,8 – 1,5 V
Iluminación de una
vela 0.1 – 0.4 V
Tarea 4
Pon la célula solar bajo distintas fuentes de luz.
Anota tus observaciones con ayuda de las burbujas de diálogo.
Ejemplo: Yo pongo la célula solar bajo la iluminación del aula. Yo veo que la hélice gira ligeramente. Yo mido una tensión de 0,43 V.
Tarea 5
Completa los espacios en blanco con los términos:
En un circuito eléctrico fluye corriente cuando hay presente suficiente tensión.
Cuando incide suficiente luz sobre una célula solar, se genera tensión.
Entre más luz cae sobre una célula solar, más tensión se genera.
Si se colocan células solares en serie, la tensión aumenta.
Las instalaciones solares están compuestas de muchas células solares y pueden generar grandes cantidades de corriente eléctrica.
Tarea 6
Busca el error en la foto. Explica por qué debido a esto no se puede ejecutar el experimento.
Explicación: Hace falta la conexión entre las células solares para que éstas estén conectadas en serie. Se interrumpe el circuito eléctrico, por lo que no fluye la corriente.
Tarea 7
Dibuja el circuito eléctrico de la tarea 2. Utiliza los símbolos provistos.
Experimento parcial 2: ¿Puede el viento generar tensión?
3.1.5 Indicaciones para los profesores
En este experimento un motor (que se usa como generador) con la ayuda de una hélice genera tensión. Aquí también se trabaja exclusivamente un fenómeno. En estos grados no se debe explicar el funcionamiento de un generador (magnetismo/inducción). Tampoco se debe
profundizar sobre las propiedades de conducción de corriente del LED (sentido de conducción, sentido de bloqueo). Ambos componentes electrónicos son puramente ilustrativos para mostrar cómo se puede producir energía a partir del viento.
Durante el transcurso del experimento también se manejan las conexiones en serie y paralelo, la medición de la tensión y el dibujo de diagramas eléctricos sencillos. Los conceptos y el diagrama eléctrico debería ser temas ya abarcados en la clase.
La determinación de la tensión en las tareas 1, 2 y 3 depende entonces de cuán fuerte, débil, corto, persistente o uniformemente soplan los alumnos y alumnas. El multímetro digital muestra los resultados por un tiempo corto. Por eso los resultados de la tensión mínima son relativamente variables.
3.1.6 Competencias Los alumnos y alumnas …
reconocen un molino de viento como una fuente de tensión.
saben que la cantidad de tensión depende del "molino de viento" utilizado.
pueden explicar los conceptos teóricos y prácticos de las conexiones en serie o paralelo.
conocen los LED como fuentes de luz.
3.1.7 Diferenciación, otros ejercicios
En la tarea 1 pueden esperar distintas formulaciones.
En la tarea 3 se puede experimentar con otros LED u otras lámparas.
Para la tarea 4 también puede servir como instrucción para un circuito en paralelo un diagrama eléctrico más sencillo.
3.1.8 Respuesta Tarea 1
Sopla con diversas intensidades. ¿Qué observas?
Cuando soplo la hélice suavemente y corto, entonces se enciende levemente el LED o no se enciende en absoluto.
Cuando soplo la hélice con fuerza, entonces se enciende el LED brillante y fuerte.
Tarea 2
Mide la tensión con el multímetro digital. Calcula la tensión y regístrala.
Tensión mínima necesaria para encender el LED:
alrededor de 0.9 voltios Tensión máxima que puede generar la hélice:
alrededor de 1.84 voltios
Tarea 3
Conecta en el medio un segundo LED en serie.
Calcula la tensión y regístrala.
Tensión mínima necesaria para encender ambos
LED: alrededor de 1.6 voltios
Tensión máxima que puede generar la hélice:
alrededor de 1.84 voltios
Tarea 4
Conecta los dos LED en paralelo.
Calcula la tensión y regístrala.
Tensión mínima necesaria para encender ambos
LED: alrededor de 0.9 voltios
Tensión máxima que puede generar la hélice:
alrededor de 1.84 voltios
Tarea 5
Organiza las frases para que tengan sentido. Únelas con flechas.
Conecto un LED a un motor impulsado por medio de una hélice, entonces ...
Ahora conecto en serie un segundo LED, así
necesito …
Ahora conecto en el medio un segundo LED en paralelo, así necesito...
… doblar la tensión para encenderlos a los dos.
... puedo encender el LED soplando.
… la misma tensión que con un solo LED, para poder encenderlos a los dos.
Tarea 6
Dibuja el circuito eléctrico simple de la Tarea 1 con un LED más conectado en serie como en la Tarea 3. Utiliza los símbolos provistos.
3.2 Experimento parcial 3: Creamos nuestra propia fuente de tensión
3.2.1 Indicaciones para los profesores
En este experimento se demuestra que una "batería" sencilla compuesta por dos pasadores metálicos diferentes y un electrolito (líquido eléctricamente conductor) puede servir como una fuente de tensión. Aquí no se discutirán los procesos químicos, solo se observarán y evaluarán los fenómenos. Un trasfondo más elaborado y otros experimentos más detallados se pueden
consultar en Experimento | 10+: A3 Los limones y otras pilas.
Para que el experimento funcione, los clavos en el líquido no deben tocarse.
Atención: Antes de manipular los materiales en este experimento, instruya a los alumnos y alumnas sobre el manejo seguro de los ácidos (instrucciones de seguridad).
3.2.2 Competencias Los alumnos y alumnas …
pueden crear una fuente de tensión sencilla (batería) a partir de cobre, zinc y ácido cítrico.
saben cómo se mide la tensión con un multímetro.
pueden manejar de forma segura el ácido cítrico.
pueden construir circuitos eléctricos sencillos por sí solos.
3.2.3 Diferenciación, otros ejercicios
Tarea abierta: Construye una fuente de tensión. Usa para esto otros materiales, p. ej., otros líquidos o barras metálicas.
Realiza el experimento con salmuera o con soda. ¿Qué observas?
Del Experimento | 10+: A3 Los limones y otras pilas: ¿Qué sucede cuando usas agua de la llave?
Del Experimento | 10+: A3 Los limones y otras pilas: ¿Qué sucede cuando disuelves sulfato de cobre en el agua? ¿Está cargada la batería?
3.2.4 Respuesta Tarea 1
¿Qué sucede cuando sostienes ambos clavos dentro del líquido?
Escribe tus suposiciones.
La hélice gira brevemente, pero luego se detiene.
Tarea 2
Mide la tensión que se genera por la combinación cinc-cobre-batería.
La combinación cinc-cobre-batería genera una tensión de 0.6 – 1.0 voltios.
Tarea 3
¿Cómo cambia la tensión cuando conectas el motor con la hélice al circuito eléctrico?
La tensión cae de forma relativamente rápida del valor inicial (alrededor de 0.6 - 1.0 V) a 0.00 V.
La batería no proporciona más tensión.
Tarea 4
Lee el siguiente texto y marca con una X la respuesta correcta.
Mediante un proceso químico se genera una tensión eléctrica entre los metales y la solución de ácido cítrico.
Esta tensión puede utilizarse para ...
accionar un consumidor, p. ej., un motor con una hélice.
accionar una célula solar.Esta batería construida por nosotros
proporciona una tensión de corta utilidad.
puede utilizarse por mucho tiempo.Por lo tanto la batería construida por nosotros es
práctica de usar.
poco práctica de usar.Sin un consumidor (motor), la batería mantiene
la tensión por un tiempo corto.
la tensión.Las baterías se vacían cuando se le conectan consumidores. Sin consumidores las baterías mantendrían la tensión por un tiempo más largo.
