Linternas y Baterías
Esta lección explora cómo funciona una linterna, mostrando el circuito eléctrico y las funciones del interruptor de este artículo doméstico de uso diario. Los estudiantes aprenden cómo funcionan las baterías, cómo proporcionan energía al circuito simple dentro de una simple linterna y cómo el interruptor controla el flujo de electrones. Los estudiantes trabajan en equipos para desmontar una linterna y dibujar un esquema del diseño del circuito de una linterna.
- Aprenda cómo los interruptores controlan el flujo de electricidad.
- Aprenda a dibujar diagramas esquemáticos eléctricos básicos.
- Aprenda cómo funciona el circuito eléctrico y la batería de una linterna.
- Aprender sobre el trabajo en equipo y el trabajo en grupo.
Rangos de Edad: 8 - 11
Materiales de construcción
Materiales Requeridos
- Linterna
- 2 D baterías
- Interruptores 2
Reto de Diseño
Sois un equipo de ingenieros a los que se les ha planteado el reto de desmontar y volver a montar una linterna para que funcione. Luego, diseñarás y dibujarás un esquema para una linterna mejorada (nuevos materiales, múltiples bombillas, baterías adicionales) y compartirás tu diseño con la clase.
- Divida la clase en equipos de 3-4.
- Reparta la hoja de trabajo Linternas y baterías, así como algunas hojas de papel para dibujar diseños.
- Analice los temas de la sección Conceptos básicos. Muestre a los estudiantes una linterna que funcione y explique cómo el interruptor de la linterna controla el flujo de electricidad a lo largo del circuito de la linterna.
- Proporcione a cada equipo sus materiales.
- Pida a los equipos que desmonten y vuelvan a montar la linterna para que funcione.
- Pida a los equipos que dibujen un esquema de circuito eléctrico para una linterna en la posición "encendida".
- A continuación, los equipos de estudiantes diseñan una linterna mejorada y dibujan otro esquema electrónico para su nuevo diseño. (Ideas: nuevos materiales, varias bombillas, pilas extra)
- Los equipos presentan su nuevo diseño a la clase.
- Para obtener más contenido sobre el tema, consulte la sección "Explora Más."
Modificación de Tiempo
La lección se puede realizar en tan solo 1 período de clase para estudiantes mayores. Sin embargo, para ayudar a los estudiantes a no sentirse apresurados y asegurar el éxito de los estudiantes (especialmente para los estudiantes más jóvenes), divida la lección en dos períodos para que los estudiantes tengan más tiempo para intercambiar ideas, probar ideas y finalizar su diseño. Realice las pruebas y el informe en el próximo período de clases.
¿Qué es un circuito simple?
Circuito Simple
Un circuito simple consta de tres elementos mínimos que se requieren para completar un circuito eléctrico en funcionamiento: una fuente de electricidad (batería), un camino o conductor por el que fluye la electricidad (cable) y una resistencia eléctrica (lámpara) que es cualquier dispositivo que requiera electricidad para operar. La siguiente ilustración muestra un circuito simple que contiene una batería, dos cables, un interruptor y una bombilla. El flujo de electricidad es desde el terminal de alto potencial (+) de la batería a través de la bombilla (encendiéndolo), y de regreso al terminal negativo (-), en un flujo continuo cuando el interruptor está en la posición de encendido, por lo que la corriente puede fluir.
Diagrama Esquemático de un Circuito Simple
El siguiente es un diagrama esquemático del circuito simple que muestra los símbolos electrónicos de la batería, el interruptor y la bombilla.
Simulando un interruptor
Simular un interruptor desconectando un cable o agregando un lápiz
Hay varias formas de simular un interruptor en un circuito simple. Simplemente quitar y reemplazar el cable de la bombilla puede servir como interruptor. Se puede hacer otro cambio simple conectando el extremo de uno de los cables al extremo del borrador de un lápiz con una banda de goma. Luego, coloque otra banda elástica en el otro extremo del lápiz y, simplemente colocando el otro extremo encima y luego fuera del cable de conexión, habrá creado un interruptor. También se pueden usar otros tipos de conductores en el diseño de interruptores, como papel de aluminio, pinzas para el cabello, clips, sujetadores de papel y algunos bolígrafos de metal.
Pilas y linternas
Historial de la batería
La primera batería fue demostrada en 1800 por el Conde Alessandro Volta. Sus experimentos demostraron que diferentes metales en contacto entre sí podían generar electricidad. Construyó una pila de discos de zinc alternando con papel secante empapado en agua salada y plata o cobre. Cuando se unieron alambres hechos de dos metales diferentes a los discos superior e inferior, Volta pudo medir un voltaje y una corriente. También descubrió que cuanto más alta es la pila, mayor es el voltaje. La corriente se produce debido a una reacción química que surge de las diferentes capacidades de atracción de electrones de los dos metales. Puede encontrar información adicional sobre el historial de la batería en el Wiki de historia de ingeniería y tecnología (https://ethw.org/Batteries).
Historia de la linterna
En la década de 1890, el fundador de American Ever-Ready Company, Conrad Hubert, inventó la antorcha manual eléctrica. Hubert adquirió la patente de la primera linterna Eveready en 1898. Las primeras linternas de Hubert estaban hechas de tubos de papel y fibra, con una bombilla y un reflector de latón. En ese momento, las baterías estaban muy bajas y las bombillas aún se estaban desarrollando, por lo que las primeras linternas produjeron solo un breve "destello" de luz, lo que dio nombre a la invención.
Cómo funcionan las linternas
Hay siete componentes principales en una linterna:
- Estuche o tubo: contiene todos los demás componentes de la linterna.
- Contactos: resorte delgado o tira de metal generalmente hecha de cobre o latón que sirve como conexión entre la batería, la lámpara y el interruptor.
- Interruptor: puede estar en posición de encendido o apagado.
- Reflector: plástico recubierto con una capa de aluminio reflectante para ayudar a iluminar la luz efectiva de la bombilla.
- Bulbo: generalmente muy pequeño.
- Lente: cubierta de plástico delante de la bombilla para proteger la lámpara que podría romperse fácilmente.
- Pilas: proporcionan energía a la linterna.
Cuando el interruptor está en la posición de "encendido", conecta las dos tiras de contrato que permiten que fluyan los electrones. Las baterías proporcionan energía a la linterna y se colocan sobre un pequeño resorte que está conectado a una de las tiras de contacto. Esta tira de contactos se extiende a lo largo de la carcasa y hace contacto con el interruptor. Otra tira de contactos conecta el interruptor con la bombilla. Finalmente, otro contacto conecta la bombilla a la batería superior, completando el circuito.
- Batería: dispositivo que puede almacenar electricidad.
- Circuito: un camino completo alrededor del cual puede fluir la electricidad.
- Restricciones: limitaciones de material, tiempo, tamaño del equipo, etc.
- Criterios: Condiciones que debe satisfacer el diseño como su tamaño total, etc.
- Flujo de electrones: electricidad.
- Ingenieros: inventores y solucionadores de problemas del mundo. Se reconocen veinticinco especialidades importantes en ingeniería (ver infografía).
- Proceso de diseño de ingeniería: los ingenieros de procesos utilizan para resolver problemas.
- Hábitos de la mente de ingeniería (EHM): Seis formas únicas en que piensan los ingenieros.
- Iteración: Probar y rediseñar es una iteración. Repetir (múltiples iteraciones).
- Prototipo: Modelo funcional de la solución a probar.
- Diagrama esquemático: diagrama que muestra los símbolos electrónicos de un circuito.
- Circuito simple: Consta de tres elementos mínimos que se requieren para completar un circuito eléctrico en funcionamiento: una fuente de electricidad (batería), un camino o conductor por el cual fluye la electricidad (alambre) y una resistencia eléctrica (lámpara) que es cualquier dispositivo que requiera electricidad para operar.
- Interruptor: Dispositivo para hacer, romper o cambiar las conexiones en un circuito eléctrico.
Enlaces a Internet
Lectura Recomendada
- Serie DK Eyewitness: Electricidad (ISBN: 0751361321)
- Electricidad de testigo presencial, por Steve Parker (DK Publishing, ISBN: 0789455773)
- Cómo funciona la ciencia, por Judith Hann (Readers Digest, ISBN: 0762102497)
- The Usborne Book of Batteries & Magnets (How to Make Series), por Paula Borton, Vicky Cave (Publicaciones EDC, ISBN: 074602083X)
Actividad de Escritura
Escribir un ensayo o un párrafo que describa cómo funcionan las linternas de manivela.
Alineación con los marcos curriculares
Nota: Los planes de lecciones de esta serie están alineados con uno o más de los siguientes conjuntos de estándares:
- Estándares de educación científica de EE. UU. (http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=4962)
- Estándares de ciencia de la próxima generación de EE. UU. (http://www.nextgenscience.org/)
- Estándares de Alfabetización Tecnológica de la Asociación Internacional de Educación Tecnológica (http://www.iteea.org/TAA/PDFs/xstnd.pdf)
- Principios y estándares para las matemáticas escolares del Consejo Nacional de Profesores de Matemáticas de EE. UU. (http://www.nctm.org/standards/content.aspx?id=16909)
- Estándares Estatales Básicos Comunes de EE. UU. Para Matemáticas (http://www.corestandards.org/Math)
- Estándares de Informática de la Asociación de Maestros de Ciencias de la Computación K-12 (http://csta.acm.org/Curriculum/sub/K12Standards.html)
Estándares Nacionales de Educación Científica Grados K-4 (de 4 a 9 años)
ESTÁNDAR A DE CONTENIDO: La ciencia como investigación
Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben desarrollar
- Habilidades necesarias para realizar investigaciones científicas.
- Comprensión de la investigación científica
ESTÁNDAR DE CONTENIDO B: Ciencias Físicas
Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben desarrollar una comprensión de
- Luz, calor, electricidad y magnetismo.
ESTÁNDAR DE CONTENIDO E: Ciencia y Tecnología
Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben desarrollar
- Comprensión de ciencia y tecnología.
Estándares Nacionales de Educación Científica Grados 5-8 (edades 10-14)
ESTÁNDAR A DE CONTENIDO: La ciencia como investigación
Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben desarrollar
- Habilidades necesarias para realizar investigaciones científicas.
- Comprensión de la investigación científica
ESTÁNDAR DE CONTENIDO B: Ciencias Físicas
Como resultado de sus actividades, todos los estudiantes deben desarrollar una comprensión de
- Transferencia de energía
ESTÁNDAR DE CONTENIDO E: Ciencia y Tecnología
Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben desarrollar
- Comprensión de ciencia y tecnología.
Estándares de ciencias de la próxima generación: grados 3-5 (edades 8-11)
Los estudiantes que demuestren comprensión pueden:
- 4-PS3-4. Aplique ideas científicas para diseñar, probar y perfeccionar un dispositivo que convierte energía de una forma a otra.
Estándares de alfabetización tecnológica: todas las edades
Diseño
- Estándar 8: Los estudiantes desarrollarán una comprensión de los atributos del diseño.
- Estándar 9: Los estudiantes desarrollarán una comprensión del diseño de ingeniería.
- Estándar 10: Los estudiantes desarrollarán una comprensión del papel de la resolución de problemas, la investigación y el desarrollo, la invención y la innovación y la experimentación en la resolución de problemas.
Ingeniería Industrial
Ingeniería InformáticaDibuje un diagrama esquemático del diseño del circuito para la linterna estándar en la posición "encendida" en el cuadro a continuación.
|
|
Dibuja el diagrama esquemático de tu linterna mejorada en el cuadro a continuación.
|
|
