Baterías de limón

Objetivo

Entender el funcionamiento de las baterías eléctricas y cómo es posible aumentar la tensión para iluminar una bombilla mediante su conexión en serie. Familiarizarse con los aparatos de medida de tensión eléctrica.

Introducción

Son innumerables los aparatos que utilizamos todos los días en nuestra vidad diaria que requieren de corriente eléctrica para su funcionamiento. Sin ella nuestra vida cambiaría por completo. Piensa en que derepente dejaran de funcionar los teléfonos móviles, los electrodomésticos de nuestras casas... Todos estos dispositivos necesitan una energía eléctrica que pueden tomar de dos maneras distintas:

• Directamente de la red eléctrica: por ejemplo los refrigeradores. 
• De un pila o batería: por ejemplo los reproductores de música mp3. 

En este caso nos centraremos en las pilas y baterías como generadores de electricidad, las cuales se utilizan principalmente en aquellos aparatos que necesitan ser desplazados de un lugar a otro.

Y como ya se sabe, la corriente eléctrica consiste en electrones (una de las partículas que forman los átomos) que se mueven por el interior de un material conductor (cables normalmente). Para conseguir mover esos electrones una batería consta de dos materiales: uno que "atrae" electrones y otro que los "repele", de esta manera se consigue que los electrones que salen de uno se desplacen hacia el otro, generando así una corriente eléctrica. Por último es necesario unir esos dos materiales mediante lo que se llama un electrolito (una disolución de agua con una sustancia como la sal por ejemplo), que cierre el circuito, ya que de lo contrario no puede establecerse la corriente.

En esta práctica se construirán varias pilas caseras con limones y se conectarán entre sí para conseguir iluminar una pequeña bombilla (led). Además se medirá la tensión (magnitud que representa la "fuerza" con que una pila empuja a los electrones por un circuito) que está generando la pila con un aparato llamado multímetro.

Para ampliar sobre el tema se puede acceder a un documento a través de este enlace.

Material necesario

• Un limón 
• Un clavo recubierto de zinc (galvanizado) 
• Una moneda de cobre (de 5 centimos preferiblemente) 
• Cable de cobre 
• Una bombilla led 
• Un multímetro

Instrucciones

Esta actividad se realizará en parejas, ya que no requiere mucho montaje.

La duración será aproximadamente de 40 minutos:

• Introducción: 10 minutos
• Construcción: 5 minutos
• Acoplamiento en serie de las baterías y conexión del led: 15 minutos
• Mediciones con el multímetro y discusión de los resultados: 10 minutos 

Aplicaciones en el mundo real

• Baterías para móviles
• Pilas para marcapasos
• Baterías de coches eléctricos
• Pilas para mandos a distancia

Fluidos impredecibles

Objetivo

Conocer lo que es un fluido y experimentar con un tipo particular de ellos (los no Newtonianos), que presentan características muy interesantes y múltiples aplicaciones.

Introducción

Llamamos fluidos a aquellos cuerpos cuya forma se adpata a la del recipiente que los contiene, es decir, a los líquidos y a los gases. Estos poseen una propiedad característica, que no tienen los sólido, llamada viscosidad la cual nos da una idea de lo que cuesta remover el fluido en cuestión. Algunos valores de la viscosidad (medida en centipoises, que es una medida muy utilizada) de fluidos conocidos son:

Cuando Newton, hace 300 años estudiaba el comportamiento de los fluidos pensaba que estos siempre tenían la misma viscosidad, independientemente de lo que les ocurriera. Sin embargo, hace no muchos años, se descubrieron algunos ejemplos en los que esa propiedad varía al cambiar la temperatura o la presiónn que se ejerce sobre ellos.


En esta práctica vamos a fabricar un fluido cuya viscosidad aumenta cuando se aplica una presión (fuerza) sobre él. A los fluidos que presentan esta característica se les denomina fluidos no Newtonianos, ya que no tienen el comportamiento que Newton predijo en su tiempo.

Para ampliar sobre el tema se puede acceder a un documento a través de este enlace.

Material necesario

• Maicena (unos 400 g)
• Agua (unos 200 ml, un vaso de agua normal)
• Recipiente de plástico

Instrucciones

Esta actividad se realizará en grupos de 4 alumnos. Cada grupo dispondrá de una jarra de agua, y un paquete de maicena.

La duración de la actividad es de unos 40 minutos:

• Introducción: 10 minutos
• Fabricación del fluido: 15 minutos
• Experimentación con las propiedades de la mezcla:10 minutos
• Aclaraciones y debate sobre las aplicaciones: 5 minutos

Aplicaciones en el mundo real

• Chalecos antibala
• Vehículos blindados
• Rodilleras y protecciones deportivas

¿De qué color es?

Objetivo

Experimentar con compuestos químicos y trabajar con material de laboratorio. Además, entender cómo la forma en que se organizan las moléculas de una sustancia pueden hacer que cambie su color.

Introducción

Aunque no solemos preguntarnos a qué se deben las propiedades de los materiales la respuesta suele hallarse en su interior, es decir, en la forma en que se agrupan sus átomos y moléculas. 

En esta práctica podremos observar cómo una sustancia, llamada nitrato de cobalto, varía de color dependiendo de la sustancia en que es disuelta. Este cambio de color se debe a que sus moléculas se organizan de manera distinta dependiendo del medio en que se encuentren:

Al disolverse en agua adquiere un color rojizo y si pudiéramos mirar con un microscopio cómo se han organizado las moléculas veríamos que lo han hecho en forma de octaedros.

Por el contrario, al disolverse en acetona, las moléculas se organizan en forma de tetraedros, y el color que adquiere es el azul.

Material necesario

• Agua con sal.
• Sal.
• Acetona.
• Nitrato de cobalto.
• Pipetas (para las dosis de agua y acetona).
• Un tubo de ensayos. 

Instrucciones

Esta actividad se realizará en grupos de tres o cuatro alumnos.

La duración será aproximadamente de 40 minutos:

• Introducción: 10 minutos 
• Preparación de la disolución: 15 minutos 
• Experimentación (pequeñas variaciones de sal o cobalto): 10 minutos 
• Explicación de la reacción: 5 minutos

Aplicaciones en el mundo real

• En la industria alimentaria es muy frecuente añadir pequeñas cantidades de sustancias que evitan precisamente que se produzcan reacciones que puedan estropear la comida. Por ejemplo, las bolsas de patatas se rellenan con gas nitrógeno para evitar que estas reaccionen con el oxígeno del aire.
• Todos los medicamentos se fabrican mediante reacciones químicas complejas a través de las cuales se logra sintetizar compuestos con propiedades muy especiales.
• Los pesticidas también se producen a partir de productos químicos cuyas características evitan el ataque de las plagas.

Elevador de agua

Objetivo

Comprender el concepto de presión de un fluido, gas o líquido, y en particular la presión que el aire ejerce sobre todos los cuerpos que se encuentran inmersos en la atmósfera de la Tierra (presión atmosférica).

Introducción

Antes de nada, hay que recordar que llamamos fluidos a todos los cuerpos que toman la forma del recipiente que los contiene. En otras palabras, llamamos fluidos tanto a los líquidos como a los gases. Algunos ejemplos de esto son:

• El agua 
• El aire 
• El aceite 
• El gel de baño 
• La miel 

Todos los fluidos ejercen sobre las paredes del depósito en el que se encuentran una cierta presión. Por ejemplo, cuando se hincha un globo el aire en su interior (que es un fluido) realiza una presión sobre el plástico. Cuanto más aire se introduce mayor es esa presión, pudiendo llegar a romperse el globo si esta crece demasiado. De la misma manera, las paredes de una piscina tienen que diseñarse para soportar la presión de todo el agua que va a contener.

La presión que más directamente nos afecta en nuestra vida cotidiana es sin duda la de la atmósfera. Aunque no solemos ser conscientes de ello, nuestros cuerpos soportan en todo momento una presión muy elevada, equivalente nada menos que a la presión que realiza sobre nosotros el agua cuando buceamos a 10 metros de profundidad. Lo que ocurre es que ya nos hemos acostumbrados y no nos supone ningún inconveniente.

Centrándonos en las aplicaciones tecnológicas del estudio de los fluidos, numerosas máquinas como gruas, brazos robóticos, excavadoras... se basan en la presión de un fluido (normalmente agua, aire o aceite) para realizar su trabajo. Además, en medicina, existen numerosas aplicaciones relacionadas con la física de los fluidos, ya que entre otros, la sangre al circular por venas y arterias se comporta de manera similar a como lo hace el agua por los circuitos de tuberías. Todo esto sin contar con la importancia en el diseño de los medios de transporte, al fin y al cabo un avión es un vehículo que "bucea" en una piscina de aire. Y un barco es una máquina que se desplaza parte bajo el agua y parte a través de la atmósfera.

En esta práctica se pretende comprender cómo se comportan dos fluidos: el agua y el aire, cuando interaccionan entre sí. analizando el efecto de sus respectivas presiones.
Material necesario

• Un bote de cristal con tapa 
• Un baso grande de plástico 
• Dos pajitas 
• Agua 

Instrucciones

Esta maqueta se construirá en grupos de 4 o 5 alumnos dada su relativa complejidad de montaje.

La duración de la actividad será de 40 minutos:

• Introducción: 10 minutos 
• Construcción de la maqueta: 15 minutos 
• Experimentación con el montaje: 10 minutos 
• Dudas y aclaraciones sobre el funcionamiento: 5 minutos 

Los pasos que se deberán seguir para preparar el experimento son:

 1. Realizar dos agujeros en la tapa del recipiente con un punzón:

 2. Hacer marcas en las pajitas como se indica en la imagen:

 3. Pegar las pajitas con la silicona a la altura de las marcas:

 4. Llenar el recipiente con agua (entero menos dos dedos) y enroscar la tapa:

 5. Una vez hecho esto se puede pasar a la práctica:

Aplicaciones en el mundo real

• Gruas, excavadoras...
• Máquinas elevadoras
• Brazos robóticos
• Instrumentación médica, jeringuillas...
• Diseño de medios de transporte: aviones, barcos, coches...