Laboratorio de Ciencias Naturales : El termo.

En este laboratorio  trataremos de comprender el concepto de temperatura y calor en el funcionamiento de diferentes tipos de “termos” y “cooler” o “nevera”.

Esto es parte de los conocimientos en Ejes temáticos de programa de 6to básico 2014: "Demostrar, por medio de la investigación experimental, el fenómeno de calor".

Introducción

Hoy en día muchas personas usan “termos”, por ejemplo existen de diferentes marcas, como la de “Thermos” que suele tener vidrio adentro y otras más económicas que usan las personas que beben mate, que vienen con poliestireno expandido o “plumavit” y plástico. Si comparamos los dos tipos de termos, podremos saber cuál es el que sirve más para tener agua caliente.

Además, si quiero ir a un pic nic, en el parque metropolitano, preparo la parrilla, la carne del asado, el carbón y además té, café y un “termo” para llevar el agua, también llevo una botella de agua fría, y bebidas en un “cooler” o “nevera”.

Si comprende estas nociones de calor y temperatura podrá explicar cómo funciona un termo, o una nevera y eventualmente inventar algunas usted mismo/a.

Desarrollo

En clase hemos desarrollado cuatro montajes, usando diferentes tipos de termos hechos por nosotros. En grupos de a cuatro personas aproximadamente, los y las estudiantes de 20 a 40 años de edad, han preparado:

1. Una botella sin nada (control)

1. Una botella tapada con un chaleco, en una caja

1. Una botella tapada con diario, en un tarro

1. Una botella tapada con globitos de plástico (envoltura)

1. Una botella tapada con alumino

En cada situación hemos colocado 250mL de agua recién hervida y hemos medido la temperatura, al dejar pasar 5min con el termómetro sumerjido: se mide y se vuelve a medir varios minutos después, 10 minutos después, hemos vuelto a medir temperando el termómetro por 5 minutos antes de leer.

Enfin, los resultados los hemos puesto en una tabla.

La botella sin cubierta nos permite notar cuanta temperatura pierde en situación común, sin protección a los cambios locales del tiempo, le llamamos situación control, o blanco.

En la clase de la Universidad*, para Pedagogía en Educación Básica, abrimos las apuestas para indicar cuál botella pensábamos que iba a dejar escapar menos el calor ya que pocas personas tenían ideas previas, sino “tincadas”. Escriba cuáles son sus ideas respecto de cuáles botellas mantienen mejor la temperatura que otras. Las "tincadas", en el fondo son percepciones no catalogadas sobre nuestra experiencia anterior, se basa en evidencia, pero no estamos muy conscientes de ello.

Sabrina: "Yo pienso que la botella envuelta con diario, mantendrá mejor el calor, que todas las otras botellas, porque yo, cuando tengo frío, me envuelvo los pies con diario y me da calor en los pies, muy pronto"

 Control (sin envoltorio)

La Docente dice:  "¿Pero cómo van a saber si la botella envuelta es "mejor" para mantener la temperatura? ... mejor es comparado con algo, entonces ¿la comparas con qué?
Los estudiantes se quedan pensando y dicen que la comparación es contra una botella sin envolver.

Botellas con aluminio y sin nada (control)

Con burbujitas plásticas

Valeska: "La botella cubierta con aluminio, mantendrá por más tiempo el agua caliente que la botella con diario, ya que el aluminio actúa como aislante, manteniendo las moléculas con un movimiento más o menos constante."

Priscilla: "Yo creo que el aluminio, mantendrá más la temperatura del agua, porque  en muchos sitios se emplea para envolver y yo creo que es porque es aislante"

Debajo de la tabla, anotamos en cada columna vacía, cuantas personas pensaron que ese componente iba a mantener más la temperatura que los otros componentes.

Observaciones sobre el procedimiento
En el procedimiento fue muy importante dejar varios minutos para que el termómetro recibiera la energía calórica del agua, por ejemplo, es bueno dejar 5 a 10 minutos el termómetro dentro de la botella con agua.

Al hervir el agua, y servirla en la botella graduada, bajaba immediatamente 10 grados. Luego al servir el agua en la botella de vidrio, bajaba otros 10 grados más. Al momento de medir ya había 80 a 70 grados C.

Luego también anotamos que era importante no sacudir el termómetro, a diferencia del termómetro casero, este otro si es sacudido, se mezcla el aire con el mercurio o el aire con el alcohol, pues el tubito que lleva el líquido (mercurio o alcohol rojo) es mucho más grueso que el que hay en casa)

Resultados

Botella	Control	Aluminio	Papel de diario	Chaleco en caja	Plástico con burbujas
Temperatura inicial °C	64	71	68	71	69
Temperatura final en °C	56	64	66	68	66
Diferencia de Temperatura

Compare lo que esperaba que ocurriera: anote la diferencia de temperatura y lo que realmente ocurrió para cada botella

¿Se cumplió lo que se esperaba?

Conclusión

Los y las estudiantes tuvieron varios comentarios sorprendentes, digo me sorprenden por la edad que tienen y yo pensaba (mis ideas previas sobre lo que pueden saber de calor y temperatura) que ellos ya manejarían ciertos conceptos aunque no se los enseñaran formalmente.

Comentarios de las y los estudiantes tras comparar los resultados de los diferentes grupos en el pizarrón:

Romina: "Yo pensaba que el chaleco no iba a mantener la temperatura"

Yo pienso ante esto: "¿Pero y acaso uno no usa un chaleco para mantener el calor corporal en invierno?"

Carolina: "Yo pensaba también que el aluminio tenía más poder de mantener la temperatura, me sorprendió ver que su efecto es tan parecido como no usar ninguna cosa alrededor de la botella"

Sabrina: "¿Vieron? El diario es el mejor para mantener la temperatura"

Moisés: "Yo pensaba que la caja con el chaleco iba a actuar como mejor conservante del calorcito, pero veo que es el diario"

Diego: "Me sorprendió que las burbujas de plástico ayudarán en algo en la conservación de la temperatura"

Botella con papel de diario

Concluí comentando que podemos hacer otros experimentos para probar nuestras ideas, y les expliqué por qué el caso del chaleco, las burbujas, el diario, la temperatura se mantiene alta por más tiempo: pues el aire que está entremedio, ayuda a conservar la energía calórica. En cambio el aluminio, apegado a la botella, y bueno para transferir energía calórica, no tiene aire suficiente, ni capacidad de mantener la temperatura.

En la clase siguiente vimos el video "Mi amigo el átomo" de Disney, donde se puede apreciar una animación de cómo hierve el agua, solo nos tomó dos minutos ver la selección. También pudieron apreciar la diferencia entre Energía Calórica (Calor en Ciencias) y Temperatura.

http://youtu.be/N0aAwb2rivA

Tambien observamos el video de Tyler de Witt para comprender cómo es la diferencia entre una clase expositiva y experimental o contada con muñecos, para los estudiantes, incluso de secundaria. Esto era en inglés, con subtítulos en castellano.

http://www.ted.com/talks/tyler_dewitt_hey_science_teachers_make_it_fun 

He llegado a la convicción que para evitar confusiones en los jóvenes, no debería ser usado jamás el término "Calor" en clase de física o de ciencias naturales, solamente debería emplearse "Energía Calórica". Evitaría muchos problemas en los jóvenes que ponen poca atención, que tratan de aprender, pero que se distraen en clase y no alcanzan a comprender la diferencia de Calor en la vida cotidiana con Calor en Física. 

Finalmente no sólo enseñamos a los jóvenes que ponen atención, debemos empeñarnos a que la mayoría de los jóvenes aprendan. Por eso agregué mi comentario sobre Calor y Energía Calórica.

Anotaciones en el pizarrón

A los estudiantes les he facilitado una lista de preguntas para que se dieran cuenta de cómo funciona el "termo" o el "cooler" y de sólo intentar de responder me han comentado dos personas que les ha hecho reflexionar sobre cómo funcionan las cosas y que les ha servido mucho para darse cuenta de sus propios pensamientos.

Ha sido entonces un buen ejercicio de metacognición.

Saludos cordiales

* Universidad Los Leones, Carrera de Pedagogía en Educación Básica, 3er año, 2014. Proceso de entrada a la carrera: sin selección. Situación bajo conocimiento de Ciencias Naturales. Esto lo hemos hecho en la Clase de Didáctica de las ciencias naturales, para reflexionar de cómo enseñar usando prácticas experimentales para probar ideas personales.