Dificultades en la enseñanza de termodinámica. Temperatura

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Luego de este análisis, podemos decir entonces que la temperatura efectivamente puede medirse con termómetros pero que ésta no es la medida del calor, si no, de la energía cinética promedio de todas las partículas.

Ya teniendo una definición de temperatura planteamos la siguiente pregunta: ¿Dependerá de la cantidad de agua que hay en el vaso?

Para responder a esta pregunta escogemos uno de los vasos y registramos su temperatura. Luego sacamos un poco de agua del mismo vaso, la vaciamos en un recipiente vacío y tomamos la temperatura de este último. ¿Cómo son las temperaturas registradas? (se espera que los alumnos noten que la temperatura no varió, y si es que llega a variar será muy poco y producto de factores externos)

Podemos notar entonces, que, para cantidades diferentes de masa, obtuvimos la misma temperatura, por lo tanto, la temperatura no depende de la masa y podemos clasificarla como una propiedad intensiva.

Recordemos que las propiedades intensivas son aquellas que no dependen de la cantidad de sustancia presente, por este motivo no son propiedades aditivas.

Parte II actividad: (simulación)

Es interesante la idea de que la temperatura depende del movimiento de las partículas. Se dice que el movimiento de los átomos es aleatorio. Cuando hablamos de movimiento aleatorio de los átomos, nos referimos a que éstos no tienen un velocidad ni dirección de movimiento determinada, es decir, su movimiento es al azar.

¿A cuál de los siguientes modelos atribuirías un movimiento aleatorio? ¿Por qué?

(La idea de esta comparación es que los alumnos comprendan cómo se plantea el modelo cinético molecular, de manera de incorporarlo a su modelo mental)

[pic 3][pic 4]

Ya que no es posible observar a simple vista un átomo, se vuelve mucho más complejo distinguir su movimiento. Sin embargo, es posible simular este movimiento de manera que se magnifique miles de millones de veces. A continuación, se presenta una simulación del movimiento de las partículas del aire en las diferentes estaciones del año

[pic 5]

¿Cómo crees que será el movimiento de las partículas del aire en verano? Compara este movimiento con el de las partículas del aire en las otras estaciones del año.

(Se espera que los alumnos manipulen el programa y que puedan distinguir que en verano hay mayor movimiento de partículas en relación a épocas del año donde la temperatura es menor)

¿Es posible relacionar el movimiento con la temperatura que indica el termómetro del costado derecho?

(Se espera que los alumnos comprueben lo visto en la actividad I y que relacionen que, a mayor temperatura, mayor es el movimiento de las partículas y viceversa)

¿Qué sucedería si las partículas no se movieran? (El objetivo de esta pregunta es que los alumnos reflexionen con respecto al cero absoluto e introducir los conceptos de escalas de temperatura)

Como pudimos apreciar, la temperatura se relaciona con el movimiento al azar de los átomos. Si este movimiento se detiene, la temperatura es tan baja como sea posible. Esto es lo que se denomina “cero absoluto” de temperatura. Es importante mencionar que esta temperatura es una temperatura teórica ya que nunca ha sido posible alcanzar el cero absoluto, pues la termodinámica asegura que es inalcanzable.

En ciencia, la escala de temperatura más usada es la escala Kelvin [K], la cual comienza con el cero absoluto, es decir 0 K. El incremento de la escala Kelvin coincide con el incremento en la escala Celsius, por lo tanto, al aumentar un K, también se aumenta un ºC.

Si el punto de congelación es de 273 K y la temperatura ambiente es alrededor de los 293 K (considerando la temperatura ambiente en 20 ºC) ¿cuál será la relación entre ambas escalas?

(Con este ejercicio, se espera que los alumnos puedan encontrar la relación entre las dos escalas de temperatura: K= ºC + 273)

¿Dónde crees que se registra la temperatura más baja en la tierra? La menor temperatura registrada en la tierra es de -89 ºC, bastante frío ¿no? Sin embargo, pensando esta temperatura en escala kelvin, pareciera que no lo es tanto (184 K). En el sistema solar, sin embargo, el lugar más frío es Tritón (la Luna de Neptuno). En 1989, la nave Voyager 2 fue lanzada al espacio y pudo medir que la temperatura de Tritón es de 38 K. ¿A cuantos ºC equivale esta temperatura?

¿Crees que es posible encontrar temperaturas menores que la de Tritón en el Universo?, Pues sí! El satélite COBE, lanzado en 1989 midió la menor temperatura registrada naturalmente: ¡radiaciones infrarrojas del fondo del universo, con temperaturas de 2,73 K!

(La idea de este breve relato es que los alumnos dimensionen las temperaturas registradas en lugares mucho más fríos que la tierra, aplicando la transformación de escalas encontrada en el ejercicio anterior)

3. Fundamento

- Dificultad de los alumnos en la comprensión de conceptos.

“Una extensión lógica de la concepción de que el conocimiento nuevo debe construirse a partir del conocimiento preexistente es que los maestros necesitan prestar atención a las comprensiones incompletas, a las falsas creencias y a las versiones ingenuas de conceptos con los que los aprendices llegan a abordar una materia de estudio.” (Bransford, et al. 2000)

Para poder construir un nuevo conocimiento, primero es necesario conocer las experiencias previas que los alumnos han tenido con los conceptos a estudiar. Estas ideas intuitivas, permitirán darle un sentido al estudio, pues explicaran situaciones que ellos ya han vivido en su vida diaria permitirán contextualizar el contenido y que la construcción del conocimiento provenga de un ejercicio mental de los alumnos, guiado por el docente, en que podrán dar sentido a sus ideas correctas y poner en juego las incorrectas para finalmente construir un nuevo conocimiento que pueda ser aplicado a todos los contextos a los que se enfrenten.

Es por esto que, para diseñar nuestra actividad, en primer lugar, identificamos cuáles eran los posibles errores conceptuales y de qué forma los pondremos en juego. Para esto realizamos preguntas guiadas a lo largo de toda la actividad, comenzando por preguntas que nos permitirían conocer en qué contexto observaron o utilizaron el concepto, y luego