Contextualización
El tema 'Intercambios de calor' es uno de los más fascinantes en la física, ya que permite comprender diversas situaciones de nuestro día a día. ¿Alguna vez te has preguntado por qué sientes frío al salir de la ducha? ¿O por qué un helado se derrite si se deja fuera del congelador? Estas son situaciones que pueden explicarse mediante la comprensión de los intercambios de calor. De esta manera, esta parte del currículo de física es extremadamente relevante e interesante, ya que permite entender fenómenos comunes en nuestra cotidianidad.
La termodinámica, la parte de la física que se encarga de estudiar los intercambios de calor, tiene muchas aplicaciones prácticas. Por ejemplo, en la ingeniería, es fundamental para el diseño de motores de combustión, refrigeradores, sistemas de climatización y muchos otros dispositivos que nos rodean.
Teóricamente, los intercambios de calor se basan en algunos conceptos fundamentales de la física. El primero de ellos es el concepto de energía, particularmente la energía térmica. Además, es fundamental entender los mecanismos de transferencia de calor - conducción, convección y radiación - y cómo ocurren en diferentes materiales. Finalmente, es necesario comprender cómo el calor es capaz de cambiar la temperatura de los materiales y causar cambios de estado.
Actividad Práctica
Título de la actividad: 'Construcción y Análisis de un Refrigerador Ecológico'
Objetivo del proyecto
Este proyecto tiene como objetivo proporcionar a los alumnos una comprensión práctica de los conceptos de transferencia de calor, energía térmica, aislamiento térmico y cambios de estado, mediante la construcción de un refrigerador ecológico simple. Además de la física, la actividad involucra conceptos de ingeniería, ecología y gestión de recursos.
Descripción detallada del proyecto
Los alumnos, en grupos de 3 a 5, deben diseñar, construir y probar un refrigerador ecológico que utilice la evaporación del agua para enfriar su interior, un proceso conocido como refrigeración por evaporación. Durante el proceso, deben seguir y registrar los cambios de temperatura y estado dentro del refrigerador. Después de la construcción, los alumnos deben realizar pruebas para verificar la eficacia de su refrigerador, midiendo las temperaturas interna y externa en intervalos regulares y analizando los resultados.
Materiales necesarios
- Dos recipientes de tamaños diferentes que puedan encajar uno dentro del otro (por ejemplo, dos cubos, donde uno cabe dentro del otro).
- Arena.
- Agua.
- Paño o toalla.
- Termómetro.
- Cronómetro.
- Alimentos o bebidas a enfriar para la prueba.
Paso a paso detallado para la realización de la actividad
- Llena el cubo más grande con una capa de arena de aproximadamente 5 centímetros.
- Coloca el cubo más pequeño dentro del más grande. El borde de los dos recipientes debe estar a la misma altura.
- Rellena el espacio entre los dos cubos con arena.
- Humedece la arena con agua, pero no la empapes. La arena debe quedar húmeda.
- Coloca los alimentos o bebidas a enfriar en el cubo más pequeño.
- Cubre la abertura de los cubos con un paño o toalla húmeda.
- Registra la temperatura inicial dentro del cubo y también la temperatura ambiente.
- Deja el sistema durante algunas horas en un lugar donde pueda recibir el viento (pero no directamente al sol).
- Cada hora, registra la temperatura dentro del cubo y la temperatura ambiente.
- Continúa el experimento durante al menos 12 horas.
Los alumnos deben anotar todas sus observaciones, incluyendo cómo las temperaturas cambiaron a lo largo del tiempo y cualquier cambio en la humedad de la arena o en el paño utilizado para cubrir los cubos.
Entregas del proyecto
Después de la conclusión de la parte práctica del proyecto, los alumnos deben redactar un informe detallado con los siguientes temas: Introducción, Desarrollo, Conclusiones y Bibliografía utilizada.
- Introducción: En este tema, los alumnos deben contextualizar el tema, explicar su relevancia y aplicación en el mundo real, y explicar el objetivo del proyecto.
- Desarrollo: Aquí, los alumnos deben detallar la teoría detrás de los intercambios de calor y del proceso de refrigeración por evaporación, explicar en detalle cómo se construyó el refrigerador, indicar la metodología utilizada para recopilar y analizar los datos, y presentar y discutir los resultados obtenidos.
- Conclusiones: Los alumnos deben retomar los puntos principales del trabajo, explicitar los aprendizajes obtenidos y sacar conclusiones sobre la eficacia del refrigerador ecológico que construyeron.
- Bibliografía: Por último, los alumnos deben indicar las fuentes que utilizaron para fundamentar el trabajo, como libros, páginas web y videos.
Los informes deben entregarse en formato digital, con los resultados organizados de forma clara y lógica, y las conclusiones bien fundamentadas.
