1. PROPUESTA DIDACTICA EN CIENCIAS (FÍSICA, QUÍMICA Y BIOLOGIA) NIVEL BASICO Y MEDIO SUPERIOR TITULO: ENERGÍA MOTOR DE LA HUMANIDAD ALIMENTOS CONDUCTORES DE ENERGÍA

5. Esto nos lleva a una

6. IDEAS PREVIAS Y CONOCIMIENTOS PREVIOS RELACIONADOS CON EL TEMA

7. IDEAS PREVIAS Y CONOCIMIENTOS PREVIOS RELACIONADOS CON EL TEMA

10. 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.

13. ACTIVIDAD DIDACTICA EXPERIENCIAS 2 Para 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.

14. 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/g o C El calor es medido en calorías, la masa en gramos y la temperatura en grados Celsius. Fue establecido que el hielo es derretido a 0 o C , y el agua en ebullición a 100 o C. 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.

15. 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 o C más o menos) hasta hervir (100 o C). Para la agua, tenemos c = 1 cal / g o C. 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.

16. C á lculos 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.

17. Pregunta introductoria ¿Podemos cambiar el estado físico de los objetos calentándolos o enfriándolos? Marco te ó rico 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:

18. 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.

19. 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 energ í a 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 aceleraci ó n , 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.

20. 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 = 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 ). E c = 1 / 2 · m · v 2

21. 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.

22. 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.

23. 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 ).