PROPUESTA DIDACTICA EN CIENCIAS (FÍSICA, QUÍMICA Y BIOLOGIA) NIVEL BASICO Y MEDIO SUPERIOR

TITULO:ENERGÍA MOTOR DE LA HUMANIDAD

ALIMENTOS CONDUCTORES DE ENERGÍA

Esta propuesta didáctica va dirigida a los alumnos(as) de nivel básico y medio superior con la finalidad de que pongan a prueba

Las Siguientes competencias:

Fortalezca habilidades, valores y actitudes que rigen el comportamiento de la materia y la energía en los alimentos.

Conoce en forma teórica y experimental algunos aspectos que rigen el comportamiento de la materia y la energía.

Identifique la importancia de la nutrición en la obtención de la energía y conservación de la salud.

Obteniendo un cambio en la concepción de las ciencia, de sus procesos e interacciones con otras áreas del conocimiento, así como de sus impactos sociales y ambientales y valore la importancia que tiene en su vida cotidiana.

PERFIL Y CARACTERISTICAS DEL GRUPO

EXIGENCIAS COGNITIVAS

LOS ALUMNOS DESDE LA PESPECTIVA PEDAGOGICA PARA DESARROLLARUNA COMPETENCIA DEBEN TENER: La capacidad de resolver problemas utilizando el conocimiento, desde tres perspectivas

reciprocas: Saber (organización y sistematización de ideas), saber hacer (secuenciación ordenadas para una

resolución practica) y saber ser (demostración de actitudes y valores positivos).(Miguel Rimari Arias).

Sabiendo que las Competencias deben cumplir el siguiente Perfil de egreso, en toda la asignatura: COMPETENCIAS PARA EL APRENDIZAJE PERMANENTE: Capacidad de aprender, asumir y dirigir el propio aprendizaje a lo largo de la vida. Competencia para el manejo de información: Capacidad de buscar, evaluar y sistematizar información con un propósito concreto; pensar,

argumentar y expresar juicios críticos. COMPETENCIA PARA EL MANEJO DE SITUACIONES: Capacidad de organizar y diseñar proyectos de vida, considerando diversos aspectos como los

sociales, culturales, ambientales, económicos, académicos y afectivos además de tener iniciativa para llevarlos a cabo.

Competencias para la convivencia: Capacidad de relacionarse armónicamente con otros; comunicarse con eficiencia; trabajar en

equipo; tomar acuerdos y negociar con otros; crecer con otros; manejar armónicamente las relaciones personales y emocionales; desarrollar la identidad personal; reconocer y valorar los elementos de la diversidad ética, cultural y lingüística que caracterizan a nuestro país.

EXIGENCIAS COGNITIVAS

COMPETENCIAS PARA LA VIDA EN SOCIEDAD: Capacidad para tomar decisiones y actuar con juicio crítico frente a los valores y las

normas sociales y culturales; actuar favorecer la paz, el respeto y los derechos humanos, participar teniendo en cuenta las formas de trabajo individual o colectivo; combatir discriminación y el racismo.

Competencias para el aprendizaje permanente: Se pretende que el alumno logre por si solo, descubrir por medio de un experimento que se

le mostrara y realizara. Competencia para el manejo de información: Investigara los conceptos Competencia para el manejo de situaciones: Competencias para la convivencia: Competencias para la vida en sociedad:

Esto nos lleva a una

IDEAS PREVIAS Y CONOCIMIENTOS PREVIOS RELACIONADOS CON EL TEMA

IDEAS PREVIAS Y CONOCIMIENTOS PREVIOS RELACIONADOS CON EL TEMA

OBJETIVOS DE LA UNIDAD DIDACTICA

Identificar la presencia de iones en algunos alimentos como base del funcionamiento en los seres vivos.

Identificar la Intensidad de energía, cuantitativamente y cualitativamente en diferentes alimentos a través de un circuito abierto y un voltímetro.

Cuantificar la energía en volts y realizar la con versión en Joules.

UBICACIÓN O CONEXIÓN CON EL CURRICULO

I. EDUCACION BASICA

CIENCIAS II (FÍSICA)

Bloque II Las fuerzas, la explicación de los cambios

TEMA: 3. La energía: una idea fructífera y alternativa a la fuerza.

SUBTEMA: 3.1. La energía y la descripción de las transformaciones y la idea de energía en la cotidianidad.

ENCUADRE TEORICO O MARCO TEORICO

Energía, capacidad de un sistema físico para realizar trabajo. La materia posee energía como resultado de su movimiento o de su posición en relación con las fuerzas que actúan sobre ella. La radiación electromagnética posee energía que depende de su frecuencia y, por tanto, de su longitud de onda. Esta energía se comunica a la materia cuando absorbe radiación y se recibe de la materia cuando emite radiación. La energía asociada al movimiento se conoce como energía cinética, mientras que la relacionada con la posición es la energía potencial. Por ejemplo, un péndulo que oscila tiene una energía potencial máxima en los extremos de su recorrido; en todas las posiciones intermedias tiene energía cinética y potencial en proporciones diversas. La energía se manifiesta en varias formas, entre ellas la energía mecánica, térmica, química , eléctrica, radiante o atómica. Todas las formas de energía pueden convertirse en otras formas mediante los procesos adecuados. En el proceso de transformación puede perderse o ganarse una forma de energía, pero la suma total permanece constante.

CONTENIDOS A ENSEÑAR

*Conceptuales : explique los diferentes términos relacionados con la energía y energéticos y reconozca e Identifica los recursos energéticos alternativos así como sus usos en diversos contextos históricos y culturales.

*Procedimentales: Identifica los recursos energéticos alternativos así como sus usos en diversos contextos históricos y culturales.

Explica distintos procesos y fenómenos cotidianos estudiados en el curso en términos de la transformación de la energía.

El alumno identifique donde se lleva a cabo el proceso de fotosíntesis y cuide de los vegetales.

* Actitudinales: Enumera y justifica acciones básicas orientadas al consumo responsable de los recursos energéticos en la escuela y el hogar.

Reflexiona sobre las formas de generación de energía con fundamento en lo analizado en el curso.

OBJETIVOS DIDACTICOS DE APRENDIZAJE

Que los alumnos fortalezcan habilidades, valores y actitudes que rigen el comportamiento de la materia y la energía.

Conoce en forma teórica y experimental algunos aspectos que rigen el comportamiento de la materia y la energía.

Diferenciara entre energía y energéticos.

Establezca de la fusión nuclear (proceso que se lleva a cabo en el Sol).

Valore las importancias de las transformaciones de la energía potencial y cinética

Interaccione la ciencia y la tecnología con la sociedad.

Analice las ventajas y desventajas de obtener energía a partir del Sol y sus transformaciones.

Identifique la importancia de la nutrición en la obtención de la energía y conservación de la salud.

 

ACTIVIDAD DIDACTICA

EXPERIENCIAS 2Para esta actividad necesitas una lata de leche en polvo vacía, un embudo pequeño de plástico, una manguera de hule para mechero, una vela de cera y harina muy seca.En la base de la lata de leche has un agujero por donde quepa la cola del embudo. Pon el embudo dentro de la lata como se indica en la figura. Conecta la manguera en la cola del embudo. Al embudo ponle harina hasta el borde. Pon la vela adentro, sujeta con cera derretida. Cuida que no se caiga. Prende la vela y cierra la lata. Por la manguera sopla con fuerza. Al quemarse la harina con gran rapidez ocurrirá una explosión que hará brincar la tapa hasta el techo. Si esto no ocurre inténtalo de nuevo. Puede ser que la vela se haya apagado antes de soplar o puede ser que la harina estuviera algo húmeda.

PROCEDIMIENTO

Calor es una cantidad de energía.

Cuando  el calor entra en un cuerpo se produce calentamiento y cuando sale enfriamiento.

Para medir este fenómeno se introdujo el concepto de temperatura. Para relacionar calor y temperatura  debemos tener en cuenta lo siguiente:

Cuanto mayor la cantidad de calor más calentamos el cuerpo, por consiguiente mayor será la variación de temperatura. Una misma cantidad de calor calentará mucho más un cuerpo pequeño que un cuerpo grande, o sea, la variación de temperatura es proporcional a la cantidad de calor.

t 

Q                                                                        (1)

e inversamente proporcional a la masa:

t  1 / m                                                                    (2)

Juntando las dos ecuaciones, obtenemos:

t  Q / m                                                                   (3)

Podemos transformar esta última ecuación en una igualdad,

colocando una constante de proporcionalidad c, obteniéndose:                                                    

c t = Q / m                                                                (4)  que puede ser reexpresada como:   

Q = m c t 

La constante c es denominada de calor específico y depende del material del cuerpo que estamos calentando ( agua, hierro, etc.)

El calor específico es medido en  cal/goC

El calor es medido en calorías, la masa en gramos y la temperatura en grados Celsius.

Fue establecido que el hielo es derretido a 0o C , y el agua en ebullición a 100oC.

O calor é medido em calorias, a massa em gramas e a temperatura em graus Celsius.

Estabelece-se que o gelo derretendo está a 0º C, e a água em ebulição a 100º C.  

Experimento casero

Queremos descubrir la cantidad de calorías que una llama de fogón de gas proporciona en un minuto. Para esto utilizamos la ecuación (5).

Necesitamos determinar la masa, el calor específico y la variación de temperatura. Después, calculamos el valor de Q. Haremos un experimento de calentar agua, a la temperatura que ella sale del grifo (22 oC  más o menos)  hasta hervir (100 oC).

Para la agua, tenemos c = 1 cal / goC. Para la masa de la agua tenemos que recordar que 1 litro de este líquido tiene una masa de un  kilogramo. Para separar una masa menor que 1 litro (1 litro es mucho y puede gastar mucho gas) en su casa, no se olvide que la mayor parte de las botellas y frascos tienen gravado en el fondo el volumen en mililitros.

Método Experimental:

Coloque una determinada cantidad de agua (300ml @ 300g)  en una  olla que es puesta en el fogón (Fig 40).

 

Figura 40: Experimento de calentar agua

Si usted tiene un termómetro mida la temperatura de la agua (en caso contrario usted debe suponer que la agua sale del grifo a 22 OC)  encienda el fogón y con un reloj mida el tiempo necesario para que la agua comience a hervir.

Cálculos

Substituya los  datos obtenidos en la ecuación (5), o sea:

m = masa usada en gramos

c = 1 cal /g oC

T - To = 100 - 22

Usted obtendrá el valor de Q en calorías, para el tiempo (en minutos) en que realizó el experimento. Dividiendo el resultado por el tiempo usted tendrá el número de calorías por minuto que una llama de fogón proporciona:

Q’ = X cal / min.

Cuestionario

1. Analizando el texto y experimento realizado dé algun ejemplo para diferenciar calor de temperatura.

1. Si calentamos una cantidad de agua, estamos suministrando energía a ella. Esa energía es el calor. La agua se calentará hasta entrar en ebullición.  En este momento, podemos medir la temperatura, o sea, cuanto  energía fué transferida para la agua. Mientras la agua está hirviendo, estamos suministrando energía (calor), no entanto, su temperatura en ese estado no cambia.  

 Pregunta introductoria 

¿Podemos cambiar el estado físico de los objetos calentándolos o enfriándolos?

 

Marco teórico

Cambios de estado    Ya has visto cómo se puede cambiar el estado físico de los cuerpos. Lo que quizás no sepas es que esos cambios de estado tienen diferentes nombres y características.  Haz clic sobre las flechas para conocer más cosas sobre ellos:

Calentando o enfriando un cuerpo podemos hacer que este cambie de estado. Mientras dura el cambio de estado la temperatura del cuerpo no varía.

¿Cómo se propaga el calor?

Cuando nos preguntamos acerca de la propagación del calor, en realidad lo que queremos saber es cómo se propaga la energía desde los cuerpos calientes a los fríos. Decir “propagación del calor” es una forma de hablar: lo que en realidad se propaga es la energía, que es lo que poseen los cuerpos.   Existen tres maneras en las que la energía térmica se propaga de unos cuerpos a otros: conducción, convección y radiación.  La transmisión de energía en forma de calor puede realizarse de tres formas:

Conducción, por contacto y sin movimiento de materia.

Es el paso de energía entre dos cuerpos en contacto que están a diferente temperatura, sin que exista transporte de materia. Los cuerpos que conducen la energía con rapidez se llaman buenos conductores de calor(metales). Los que lo transmiten con lentitud son malos conductores de calor( madera, corcho, lana)

Convección, con movimiento de materia.

Es una forma de propagación de la energía que se producen en los líquidos y gases. Sucede cuando se calienta un líquido las zonas calientes son mas ligeras que las frías, la caliente asciende y la fría desciende forma corrientes de convección.

Radiación, sin necesidad de materia.

Es la propagación de la energía a través del espació vació, sin requerir presencia de materia. Así es como el sol, que esta mucho mas caliente que los planetas y el espacio de alrededor, nos transmite su energía y nos calienta.

Energía cinética y energía potencial

La energía es una magnitud física que se muestra en múltiples manifestaciones. Definida como la capacidad de realizar trabajo y relacionada con el calor (transferencia de energía), se percibe fundamentalmente en forma de energía cinética, asociada al movimiento, y potencial, que depende sólo de la posición o el estado del sistema involucrado.

Energía cinética

El trabajo realizado por fuerzas que ejercen su acción sobre un cuerpo o sistema en movimiento se expresa como la variación de una cantidad llamada energía cinética, cuya fórmula viene dada por:

El producto de la masa m de una partícula por el cuadrado de la velocidad v se denomina también fuerza viva, por lo que la expresión anterior se conoce como teorema de la energía cinética o de las Fuerzas Vivas.

La energía cinética de un cuerpo es una energía que surge en el fenómeno del movimiento. Esta definida como el trabajo necesario para acelerar un cuerpo de una masa dada desde su posición de equilibrio hasta una velocidad dada. Una vez conseguida esta energía durante la aceleración, el cuerpo mantiene su energía cinética sin importar el cambio de la rapidez. Un trabajo negativo de la misma magnitud podría requerirse para que el cuerpo regrese a su estado de equilibrio.

Cuando un cuerpo está en movimiento posee energía cinética ya que al chocar contra otro puede moverlo y, por lo tanto, producir un trabajo.

Para que un cuerpo adquiera energía cinética o de movimiento, es decir, para ponerlo en movimiento, es necesario aplicarle una fuerza. Cuanto mayor sea el tiempo que esté actuando dicha fuerza, mayor será la velocidad del cuerpo y, por lo tanto, su energía cinética será también mayor.

Otro factor que influye en la energía cinética es la masa del cuerpo.

Por ejemplo, si una bolita de vidrio de 5 gramos de masa avanza hacia nosotros a una velocidad de 2 km / h no se hará ningún esfuerzo por esquivarla. Sin embargo, si con esa misma velocidad avanza hacia nosotros un camión, no se podrá evitar la colisión.

La fórmula que representa  la Energía Cinética es la siguiente:

E c   =   1 / 2 ·  m  ·  v 2

E c  = Energía cinética                                                                

m  =  masa       

                                                       v  =  velocidad

Cuando un cuerpo de masa  m  se mueve con una velocidad  v  posee una energía cinética

que está dada por la fórmula escrita más arriba.

En esta ecuación, debe haber concordancia entre las unidades empleadas. Todas ellas deben

pertenecer al mismo sistema. En el Sistema Internacional (SI), la masa  m se mide en  kilogramo (kg)

y  la velocidad  v en  metros partido por segundo ( m / s), con lo cual la energía cinética resulta

medida en Joule ( J ).

Energía potencial gravitatoria

Todo cuerpo sometido a la acción de un campo gravitatorio posee una energía potencial gravitatoria, que depende sólo de la posición del cuerpo y que puede transformarse fácilmente en energía cinética.

Un ejemplo clásico de energía potencial gravitatoria es un cuerpo situado a una cierta altura h sobre la superficie terrestre. El valor de la energía potencial gravitatoria vendría entonces dado por:

siendo m la masa del cuerpo y g la aceleración de la gravedad.

Si se deja caer el cuerpo, adquiere velocidad y, con ello, energía cinética, al tiempo que va perdiendo altura y su energía potencial gravitatoria disminuye.

Energía potencial elástica

Otra forma común de energía pot encial es la que posee un muelle cuando se comprime. Esta energía potencial elástica tiene un valor igual a:

donde x es la posición del extremo del muelle y k una constante de proporcionalidad. Al soltar el muelle, se libera energía potencial elástica, al tiempo que el extremo del muelle adquiere velocidad (y, también, energía cinética).

Al comprimir un muelle, se realiza un trabajo que se acumula como una energía potencial elástica.

Energía mecánica

En los procesos físicos, la energía suele almacenarse en los cuerpos en forma combinada de tipo cinético y potencial. Esta suma de energías se denomina energía mecánica, y se escribe genéricamente como:

Fuerzas que intervienen en un cuerpo lanzado hacia arriba: una genera movimiento (energía cinética) y la otra, el peso, va acumulando energía potencial gravitatoria hasta el punto más elevado de la trayectoria.

Conservación de la energía mecánica

Uno de los principios básicos de la física sostiene que la energía no se crea ni se destruye, sino que sólo se transforma de unos estados a otros. Este principio se extiende también a la energía mecánica. Así, en un sistema aislado, la suma de energías cinética y potencial entre dos instantes de tiempo se mantiene constante.

De este modo, la energía cinética se transforma en potencial, y a la inversa, pero la suma de ambas siempre se conserva (cuando el sistema está aislado y no se aplican fuerzas disipativas).

BIBLIOGRAFIA

Martínez Vázquez Ana, Castro Acuña Carlos M., 2007, Química, 2da. Edición, Santillana ,pp 264

Mosqueira Pérez Salazar Salvador,2007, Introducción a la química y el ambiente,3era reimpresión, Editorial Patria, pp19-20

Bueche Federick J, 1986, Física general,2da edición, Serie Schaum, pp. 289

Programa de Estudio de la Asignatura de Química 3 ,UNAM,ENEP

Programa de Estudio 2006 ,Ciencias

Guía de Trabajo ,Ciencias II

Antología, Ciencias II Curso Básico de Formación Continua 2008-2009.