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Los materiales y la interacción con el calor. Orientaciones docentes

Orientaciones didácticas para la implementación de las actividades vinculadas a cómo interactúan los diferentes materiales con el calor.

Creado: 16/09/2022 | Actualizado: 23/09/2022

Para acercar a las chicas y los chicos al estudio de los materiales y su interacción con el calor, se propone recuperar las experiencias que tienen sobre este fenómeno, problematizar las ideas que tienen construidas y tomarlas como punto de partida para profundizar y sistematizar los conocimientos en torno a cómo interactúan los diferentes materiales con el calor.

Esperamos que las y los estudiantes puedan reconocer que el comportamiento de los materiales, por efecto del calor, es una propiedad de cada material que se relaciona con el uso que le damos a los objetos que se fabrican con esos materiales. No obstante, no es propósito de la escuela primaria conceptualizar la noción de calor dada su complejidad.

A continuación, compartimos algunas orientaciones en torno al trabajo experimental, que cobra protagonismo en el recorrido de actividades propuesto acerca de los materiales y su interacción con el calor. Nos parece central pensar que el abordaje de estos contenidos conlleva la enseñanza de unos modos de conocer particulares: la formulación de anticipaciones, el registro de las observaciones en tablas y cuadros comparativos, el análisis de los resultados, la elaboración de esquemas, la discusión y el intercambio de ideas, el diseño de experimentos con control de variables, la organización con otras y otros para realizar una tarea, por mencionar algunos ejemplos. Asimismo es clave enmarcar dichas actividades experimentales dentro de un itinerario con un propósito compartido, de modo de brindar múltiples y variadas situaciones de enseñanza, que se complementen y propicien un aprendizaje progresivo y gradual.

Orientaciones didácticas para la implementación de las actividades

 

ACTIVIDAD 1

El propósito de esta actividad es favorecer la explicitación de las ideas que las chicas y los chicos tienen acerca de los materiales y la relación que existe entre las propiedades de los materiales y los usos que les damos a los objetos que se fabrican con ellos.

En ese sentido, algunas respuestas esperables podrían ser: 

  • Manuel eligió los vasos de plástico porque no se rompen.
  • Manuel prefería no usar los vasos de metal para no quemarse.
  • Se fabrican vasos con distintos materiales para que sean más lindos y divertidos.

No será este el momento de realizar correcciones ni revisiones. Esta instancia es un buen momento para registrar los saberes iniciales y dejar planteados interrogantes, sobre los que podrán volver en diferentes momentos del recorrido. 

Lean la siguiente situación y compartan sus ideas en grupos:

Manuel estaba junto a su hermano Marco ayudando a su mamá con los preparativos de la merienda de cumpleaños. Se pusieron de acuerdo en que debían preparar algunas bebidas frías y otras calientes; hicieron jugos, chocolatadas y mate cocido con leche. Pero al momento de elegir los vasos sus ideas eran distintas, Manuel quería utilizar solo vasos de plástico, Marco, en cambio, pensó que no había problemas en usar los vasos de vidrio y los vasos de metal.

Si tuvieran que elegir los vasos para la merienda, ¿cuáles elegirían? ¿Qué tendrían en cuenta en la elección? ¿Qué habrá tenido en cuenta Manuel para elegir solo vasos de plástico? ¿Por qué piensan que se fabrican vasos con materiales tan distintos?

 

ACTIVIDAD 2

En esta actividad la finalidad es avanzar en el establecimiento de relaciones entre las propiedades de los materiales con los que se fabrican los objetos y los usos que les damos las personas. Para esto, proponemos la lectura de un texto centrado en la propiedad de los materiales de conducir el calor.

En un primer momento, previo a la lectura del texto, se plantea una nueva situación que problematiza acerca de los materiales de los objetos que se usan para calentar líquidos, análoga a la de la actividad 1. Es esperable que algunos interrogantes puedan ser respondidos y que algunos no, o al menos no en forma completa. Por ejemplo: ¿Qué propiedades habrán tenido en cuenta las y los fabricantes de cucharas? También esperamos que haya más de una respuesta para algunas preguntas como por ejemplo: ¿Se podrían fabricar con otros materiales? ¿Con cuáles? O en algunas preguntas, la maestra o el maestro podrá propiciar el debate de ideas, como en: ¿Cuál de las dos cucharas les parece más adecuada para revolver la leche que se está calentando en el recipiente? ¿Por qué?

De este modo, los interrogantes que no puedan ser respondidos en forma completa o las controversias que se susciten a partir de este problema, son las que proveen el sentido de realizar la lectura del texto a continuación. 

En la fabricación de los objetos que utilizamos a diario se usan distintos materiales, y para decidir con cuáles materiales producirlos, se tienen en cuenta sus propiedades y el uso que se le dará a cada objeto. 

 Por ejemplo, observen la siguiente imagen del jarrito con la cuchara sobre una hornalla. Para revolver la leche del jarrito en un caso usaron una cuchara de metal y, en otro caso, usaron una cuchara que tiene la mitad de metal y la mitad de madera. 

Para pensar y anotar: 

¿Por qué les parece que las y los fabricantes hicieron las cucharas con esos materiales?

¿Qué propiedades habrán tenido en cuenta?

¿Se podrían fabricar con otros materiales? ¿Con cuáles? ¿Les parece que hay alguna relación entre esas características y los usos que se les dan a las cucharas? ¿Cuál de las dos cucharas les parece más adecuada para revolver la leche que se está calentando en el recipiente? ¿Por qué?

Para seguir pensando sobre los materiales y el calor, les proponemos la lectura del siguiente texto:

Los materiales y el calor

Para preparar la chocolatada de cumpleaños, calentamos la leche en una jarra de metal y para que no se queme la revolvemos con una cuchara. ¿Qué preferimos: usar una cuchara toda de metal o una cuchara que tenga el mango de madera? Probablemente nos inclinamos por la opción de evitar quemarnos, por tanto, preferimos no usar la cuchara que está toda hecha de metal. 

Y cuando la leche ya se calentó y para evitar que se rebalse, sacamos la jarra del fuego, pero… ¿la agarramos directamente del asa de metal? ¿O preferimos usar una agarradera o un repasador de tela para interponerlo entre nuestra mano y el asa de metal? Probablemente volvamos a elegir no quemarnos.

Entonces, si para revolver sin quemarnos usamos una cuchara con el mango de madera y para sujetar la jarra caliente usamos una agarradera de tela, ¿por qué elegimos una jarra que sea de metal para calentar la chocolatada? Por el mismo motivo que sabemos que es preferible elegir una cuchara con mango de madera que de metal o no agarrar el asa de metal directamente: ¡porque el metal se calienta más que la madera o que la tela!

Materiales conductores y aislantes del calor

En Ciencias Naturales decimos que los materiales conducen el calor. Todos los materiales son conductores del calor, pero algunos materiales conducen el calor más rápido que otros. A los materiales que conducen mejor el calor o con mayor rapidez, como es el caso de los metales, se los llama materiales que son “buenos conductores del calor”. En cambio, a los materiales que no resultan ser buenos conductores del calor, como la madera, la cerámica y algunos plásticos, se los suele llamar materiales aislantes del calor, ya que al interponerlos entre la fuente de calor y otro objeto hacen que el proceso de transmisión de calor sea más lento.

A la propiedad que tienen los materiales de conducir el calor se la llama conductividad térmica.

A partir de la lectura del texto, se podrán retomar las preguntas del primer momento de esta actividad y reflexionar acerca de si modificarían o completarían las respuestas que pensaron inicialmente. También esta resulta una buena instancia para retomar las ideas de la actividad 1.

Por último, se podrá plantear un nuevo problema en el cual poner en juego lo aprendido hasta el momento acerca de los materiales buenos y malos conductores del calor.

A partir de lo que leyeron y conocieron sobre los materiales que son buenos y malos conductores del calor, lean la siguiente situación del cumpleaños de Manuel y compartan sus ideas:

Durante la merienda de cumpleaños, Eva, una de las invitadas, agarró el vaso demetal con cuidado porque pensó que se iba a quemar y contó que cuando probó el mate cocido con leche ya estaba casi frío. En cambio, Juana probó su bebida que estaba en el vaso de plástico y dijo: “el mío está calentito, no hace falta calentarlo más”.

¿Por qué les parece que la misma bebida, luego de un tiempo, tiene distinta temperatura en un vaso y en otro? ¿Cómo lo podrían explicar?

En esta oportunidad se espera que las chicas y los chicos respondan por ejemplo: 

  • El mate cocido se enfrió en el vaso de Eva porque el metal es buen conductor del calor y dejó pasar el calor. 
  • El mate cocido en el vaso de Juana no se enfrió porque no era de metal.
  • El vaso de plástico no dejó pasar el calor como el vaso de metal.

 

ACTIVIDAD 3

Esta actividad tiene como propósito que las alumnas y los alumnos profundicen en el estudio acerca de la capacidad que tienen los diferentes materiales de conducir el calor y, por otro lado, aprendan algunos aspectos centrales del trabajo experimental. 

Nos parece relevante resaltar que este experimento mantiene una continuidad con las actividades anteriores; no es un experimento aislado, sino que provee información acerca de cómo se comportan los materiales con los que se hacen las cucharas, en relación con la conducción del calor. Con el propósito de compartir este objetivo con las chicas y los chicos, se podría plantear algo así como: “ahora vamos a hacer una actividad para comparar experimentalmente cómo conducen el calor las cucharas de diferentes materiales”.

Les proponemos el uso de un dispositivo en el que la fuente de calor es el agua a 40°C aproximadamente. Si bien el diseño del dispositivo y el control de las variables es realizado por parte de la o del docente, resulta importante analizar estos aspectos con las y los estudiantes, en función de los objetivos planteados y sobre todo porque es parte de la enseñanza acerca de los procedimientos experimentales. 

Teniendo en cuenta esto, a continuación se comparten algunas intervenciones docentes posibles para realizar antes del experimento y para analizar los resultados obtenidos:

  • Será necesario analizar primero que la fuente del calor es el agua a 40°C y que el calor se puede transferir a través de la cucharita, desde el extremo donde quedó sumergida en el agua hasta el otro extremo donde se colocó un poco de manteca con el botón. 
  • Además, será clave explicitar el objetivo de realizar la experiencia: “Queremos averiguar cuál de estas cucharitas puede conducir mejor el calor, para eso vamos a usar un dispositivo que hay que armar así…” “¿Cómo nos vamos a dar cuenta cuál es la cucharita en la que se conduce mejor el calor? ¿Qué tendremos que observar?”. Se espera que en esta instancia comenten que el calor primero llega a través de la cucharita a la manteca y de la manteca se conduce al botón. En los casos en que los materiales de la cucharita conduzcan mejor o más rápido el calor, la manteca se va a fundir y el botón se terminará despegando. La caída de los botones, entonces, será lo que permita “visualizar” la conducción del calor desde el agua hacia el otro extremo de las cucharas.
  • Para pensar las anticipaciones posibles se podrá preguntar: ¿Cuál de los botones piensan que se va a despegar primero? ¿El de la cucharita de plástico, el de la cucharita de madera, el de la cucharita que es mitad de madera y mitad de metal? ¿Por qué? Podrían realizar un primer intercambio acerca de esto con el grupo total, y luego podrán responder en los grupos de trabajo a las preguntas planteadas con la misma intención: ¿Qué resultados esperan obtener? ¿Qué botón piensan que se va a despegar primero de la cuchara? ¿Por qué?
  • Algunos interrogantes están formulados con la idea de analizar la importancia de controlar las variables: “¿Por qué les parece que es necesario que las cucharas tengan tamaños similares pero que sean de materiales diferentes? ¿Por qué les parece que es necesario que los botones sean del mismo tamaño y material?” Es importante comentar que si las cucharas fueran todas de materiales y tamaños diferentes, no será posible interpretar los resultados ni comparar si los botones se cayeron antes porque la cuchara era más corta que las otras o porque el material de esa cuchara conduce más rápido el calor que el material de las otras cucharas. Para poder comparar cómo interactúan los materiales de las cucharitas con el calor, habrá que fijar todas las otras variables (tamaño y forma de la cucharita; material, tamaño y forma de los botones); es decir que lo único diferente sea el material de las cucharitas.
  • Para interpretar los resultados observados se podrá plantear: ¿Tendrá algo que ver si los materiales de las cucharitas son buenos o malos conductores del calor con el orden en que se despegaron los botones? ¿Cuál les parece que puede ser esa relación?

Teniendo en cuenta todas estas consideraciones, podemos subrayar la importancia de haber abordado con las alumnas y los alumnos algunos contenidos acerca de la conducción del calor antes de realizar el experimento de la actividad 3. 

Para pensar después de hacer la experiencia:

¿Cuál les parece que es una explicación posible para los resultados que obtuvieron? 

Pueden leer el texto que sigue a continuación para elaborar una respuesta más completa.

Después de realizar la actividad experimental, es central analizar los resultados obtenidos y propiciar el establecimiento de relaciones entre estas observaciones experimentales y las ideas que pensaron en las clases anteriores. 

El calor y el frío

En nuestro lenguaje cotidiano hablamos del frío y del calor como sensaciones opuestas. Pero para el lenguaje de las ciencias, el frío en realidad no existe. Para las científicas y los científicos, lo que existe es el calor, en todo caso, en mayor o menor cantidad.

Para entender esta idea podemos pensar en las formas en que un material puede recibir calor. Una forma es exponerlo directamente a una fuente de calor, como el Sol, el fuego o una estufa. Otra manera es ponerlo en contacto con un material que esté a mayor temperatura. Veamos algunos ejemplos de estas formas de transmitir el calor: cuando derretimos chocolate para cubrir una torta, se lo puede colocar en un baño de agua caliente. En ese caso, el calor de la hornalla se transfiere al agua y a su vez, el calor del agua se transfiere al chocolate. O cuando se colocan bolsas con semillas o con agua caliente adentro de la cama para calentar los pies, se transfiere calor desde el interior de la bolsa hacia nuestro cuerpo.

Cuando un material o un objeto se enfría lo que sucede es que disminuye su temperatura porque pierde calor. Y siempre que un objeto o material pierde calor es porque está en contacto con otro material u objeto que gana calor. 

Entonces cuando dos objetos que se encuentran a diferente temperatura se ponen en contacto, el que se encuentra a mayor temperatura le transfiere calor al que se encuentra a menor temperatura; la conducción del calor ocurre siempre desde donde hay más calor a donde hay menos calor.

Veamos otros ejemplos para seguir aprendiendo sobre la conducción del calor. ¿Cuántas formas de enfriar un té conocés? Por ejemplo, revolviendo con la cucharita, o trasvasando el té de una taza a otra. ¿Por qué se enfría el té? Porque pierde calor al revolverlo o trasvasarlo. ¿Y a dónde va el calor? Como el té se encuentra a una temperatura mayor que la temperatura del aire del ambiente donde se encuentra, por ejemplo, en la cocina, entonces el calor se transmite desde el té hacia el aire de la cocina. El aire de la cocina recibe ese calor. 

Otra forma de enfriar el té también podría ser agregando un cubito de hielo. Cuando una bebida disminuye su temperatura porque la ponemos en contacto con hielo, decimos que se enfría pero no porque el hielo le entregue frío sino que por el contrario la bebida le entrega calor al hielo.

En esta instancia, se propone una nueva lectura con la intención de sistematizar las ideas sobre la conducción del calor. Por medio del análisis de diferentes ejemplos, pueden reflexionar acerca de lo que sucede cuando los materiales que se encuentran a diferente temperatura interactúan entre sí, es decir, algunos ganan calor y algunos pierden calor. Luego de la lectura del texto podrán retomar los resultados del experimento para poner en juego el concepto de conducción del calor, con preguntas como las que siguen:

Para seguir pensando a partir de la información que aporta el texto:

En la experiencia que realizaron, ¿cuál es la fuente de calor? ¿Qué material es el que cede calor? ¿Qué material es el que recibe calor? ¿Qué material es el que transmite mejor el calor que recibe? ¿Cómo nos podemos dar cuenta?

Esperamos que puedan arribar a algunas ideas como: “la cucharita de metal condujo el calor más rápido que las otras cucharitas porque el primer botón que se cayó es el de esa cucharita”, “el plástico transmite más lento el calor que el metal porque el botón de la cucharita de plástico se cayó después que el de la cucharita de metal”, “la madera es un material que no es buen conductor del calor”.

 

ACTIVIDAD 4

Nos parece importante comentar que si bien tanto en la actividad 3 como en la 4 se proponen situaciones de experimentación, es recomendable realizar ambas y en ese orden, primero la 3 y luego la 4. Por un lado, porque en la actividad de las cucharitas el análisis está centrado en comparar cómo se conduce el calor a través de diferentes materiales. En cambio, en la actividad de los hielos, el acento está puesto en reconocer que los materiales aislantes impiden o retardan la conducción del calor. Y, por otro lado, porque en este segundo caso el intercambio del calor se realiza entre los hielos y el aire que los rodea, es decir, que el calor se conduce desde el aire que rodea a los hielos. Esto implica el reconocimiento por parte de las chicas y los chicos de la presencia de un material que no se ve, que es el aire y que, al igual que otros materiales, intercambia calor cuando está en contacto con los objetos. 

Del mismo modo que en la actividad 3, es importante destinar un tiempo para pensar el dispositivo experimental, elaborar anticipaciones y dejarlas registradas; en esta actividad sugerimos organizar las instancias para ello. En este sentido, sería bueno formular preguntas análogas a las planteadas en la actividad anterior. Por ejemplo: ¿Qué resultados esperan obtener? ¿Qué cubito de hielo piensan que se va a derretir más rápido? ¿Por qué? ¿Por qué les parece que es necesario que los platos sean del mismo tamaño y material? O bien para la situación posterior a la experiencia: ¿Tendrá algo que ver si el algodón o la lana son materiales buenos o malos conductores del calor con los resultados que observamos? ¿Cuál les parece que puede ser esa relación? ¿Cuál es el material que entrega calor? ¿Qué material es el que recibe calor? ¿Les parece que el algodón y la lana son buenos conductores del calor? ¿Qué material es el que aísla mejor el calor que se transfiere entre estos dos materiales? ¿Cómo nos podemos dar cuenta? ¿Cuál les parece que es una explicación posible para los resultados que obtuvieron? 

 

ACTIVIDAD 5

Hasta la actividad 5, la secuencia de actividades permitió abordar contenidos relacionados con la transferencia de calor entre los materiales. A partir de esta actividad, por medio de nuevas discusiones, proponemos una aproximación a los cambios de estado de los materiales. Nuevamente, se sugiere partir de los saberes y las experiencias que las chicas y los chicos de estas edades tienen acerca de los cambios de estado y anticipando que probablemente no se hayan detenido a reflexionar acerca de los mismos.

Como ya comentamos, no es esperable para la escuela primaria conceptualizar acerca de la noción de calor. Lo que nos parece importante es que puedan acercarse a la idea de que los cambios de estado ocurren cuando se les agrega o se les quita calor a los materiales (se calientan o se enfrían) y que es posible reconocer estos cambios porque las características de los materiales (color, olor, sabor, otras propiedades) no se modifican sino que solo cambia su forma o su estado. En la siguiente actividad, se propone modelizar algunos de estos cambios de estado. Esa experiencia requiere que, previamente, hayan nombrado y explicado los cambios de estado del agua para que puedan reconocer cuáles son observables durante la observación.

 

ACTIVIDAD 6

Se espera que a lo largo del primer ciclo las chicas y los chicos hayan tenido oportunidad de conocer una diversidad de materiales líquidos y sólidos y de caracterizar cada uno de los estados de agregación. Será importante recuperar estas ideas antes de abordar el estudio de los cambios de estado. Algunas de las generalizaciones que podrían retomar son: 

  • Los materiales en estado sólido tienen forma propia, en cambio los materiales líquidos no tienen forma propia, se desparraman o adoptan la forma del recipiente que los contiene.
  • Los materiales sólidos pueden tener distintas texturas, olores, colores, algunos son opacos, transparentes o translúcidos y tienen distinta dureza y flexibilidad. 
  • Los materiales líquidos también tienen diferentes olores, colores y pueden ser opacos, transparentes o translúcidos. Además, los líquidos tienen viscosidad, fluyen de diferentes formas. 
  • Con relación al estado gaseoso, reconocer que se trata de materiales que ocupan espacio y, a diferencia de los materiales en los otros estados, se pueden comprimir. 

La intención de esta actividad experimental es que las alumnas y los alumnos reconozcan los diferentes cambios de estado que pueden ocurrir en un mismo material, en este caso, el agua. Para ello se propone el armado de un dispositivo previamente probado por la o el docente.

Algunas preguntas que pueden orientar la observación podrían ser del siguiente estilo: ¿Qué pasó con los cubitos de hielo? ¿Por qué piensan que pasó eso? ¿Por qué les parece que se empaña el interior del recipiente 1? ¿Por qué está mojado, si al principio estaba seco? ¿Qué piensan que le pasa al agua caliente? Y en el recipiente 2, ¿pasa lo mismo? O bien para guiar el análisis de los resultados: ¿Piensan que pasaría lo mismo si el dispositivo estuviera sin tapar con papel film? ¿Por qué sí o por qué no?

Algunas ideas a las que podrán arribar a partir de la interpretación de las observaciones realizadas:

  • Los cubitos de hielo se derritieron o se fundieron, es decir que el agua en estado sólido cambió de estado sólido a estado líquido. Esto ocurrió por acción del calor del agua del recipiente 2, que a su vez calentó el aire del interior del recipiente 1, que fue lo que calentó los hielos. 
  • El agua del recipiente 2, en parte, se evaporó, cambió de estado líquido a estado gaseoso. 
  • El vapor de agua del aire encerrado en el recipiente se condensó cuando chocó con el papel film que estaba a menor temperatura por los hielos. Eso hizo que se condense el vapor de agua y cambie de estado gaseoso a estado líquido.

Considerando todo esto, nos parece importante explicitar la necesidad de haber abordado los cambios de estado del agua en la actividad 5, antes de realizar esta actividad.

 

ACTIVIDADES DE CIERRE E INTEGRACIÓN

idades de cierre proponemos el planteo de situaciones problemas cuya resolución implique poner en juego las ideas que se fueron construyendo en las distintas actividades, orientando la recuperación de la información disponible en los distintos formatos. Por ejemplo, promover la relectura de las escrituras que se realizaron después de leer el texto sobre los materiales y el calor; revisar las anotaciones sobre la experiencia de las cucharitas tratando de recuperar cómo fueron los resultados según el material de las mismas para establecer relaciones con los materiales que se mencionan en las nuevas situaciones que vamos a plantear.

Para terminar te proponemos resolver los siguientes problemas. Podés ayudarte con las respuestas que elaboraste en las actividades anteriores, con la información de los textos y con los resultados de las experiencias.

  1. Los helados se sirven muchas veces en recipientes de telgopor. ¿Será porque es un buen conductor o un buen aislante del calor? En algunos lugares se sirve el té o el café en vasos descartables que son del mismo material que los recipientes de helado. ¿Cómo lo podrías explicar?
  2. En un programa de cocina recomendaban usar palitos de madera o de plástico para hacer heladitos de agua caseros, ahora que sabes más sobre los materiales conductores y aislantes del calor, ¿por qué te parece importante esta recomendación?
  3. ¿Te pasó alguna vez que dejaste sobre la mesa una botella con agua congelada en su interior y luego de un rato observaste que el hielo se había vuelto líquido? ¿Y observaste que alrededor de la botella y sobre la mesa también había agua líquida? Si la botella estaba cerrada y no estaba rota, ¿de dónde sale el agua?

 

Recursos

Los materiales y su interacción con el calor

Actividades para aprender cómo interactúan los materiales con el calor, sus cambios y por qué los objetos se fabrican con determinados materiales.  

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