Què podem provocar en elements del nostre dia a dia amb l’electrització? - 8 DT

Objectius

- Fomentar l’aplicació del mètode empíric (científic), partint de la generació d’hipòtesis, la cerca de respostes i la comprovació experimental. - Establir una relació entre els successos de l’experiment i l’electrització: vinculant el paper de la càrrega elèctrica dels elements protagonistes d’aquest experiment (aigua i globus) i el seu comportament quan interaccionen. - Formular hipòtesis sobre el repte plantejat: el boli podrà atraure el paper? - Formular hipòtesis davant el repte plantejat: com separar la sal i el pebre, els quals estan ben barrejats. - Establir una relació entre els successos de l’experiment i l’electrització.

Com ho fem?

Experiment 1: En primer lloc, els infants s’agruparan de quatre en quatre. Llavors, un cop s’hagin col·locat davant el material, els el presentarem, destacant el globus com a element principal. Serà en aquest moment on els llançarem la pregunta de: ‘’Com podriem fer amb el globus per canviar la trajectòria de l’aigua sense que aquest es mulli?’’. Per ajudar-los a respondre aquesta pregunta els introduirem el concepte de càrrega elèctrica de la matèria, tot apel·lant a possibles experiències prèvies que hagin pogut viure de primera mà com és el cas de l’electricitat estàtica generada a través de la fricció (Exemple: contacte dels cabells amb un jersei de llana). Un cop explicat el procediment, és a dir, que hauran de fregar el globus amb els diferents materials, hauran de fer les seves hipòtesis sobre quin d’aquests serà prou conductor com per carregar electricament el globus i que, així, pugui canviar la trajectòria de l’aigua. En la taula següent anotaran les seves hipòtesis amb el color blau. Llavors, serà el moment que comprovin aquestes hipòtesis a partir de fregar el globus amb els diferents material i anar-lo apropant al raig d’aigua. Per anar anotant aquests resultats, ho hauran de fer amb un color vermell en la taula utilitzada per les hipòtesis, amb l’objectiu que es pugui veure molt clarament si aquestes han estat encertades o no. Per extreure’n conclusions, mirarem quins materials han ajudat al globus a desviar la trajectòria de l’aigua i quins no, i els llançarem la pregunta de ‘’Perquè x sí que ha ajudat al globus?’’, ‘’Perquè x no ho ha fet?’’. Per acabar, introduirem el concepte d’electrons, protons i neutrons. Finalment, farem la classificació dels materials a partir de la pregunta ‘’Si sabem que el globus té una càrrega negativa molt alta, quins materials tenen una càrrega positiva molta alta?’’. Preguntes que acompanyen l'experiment: - Creieu que amb un globus es pot canviar la trajectòria de l’aigua? - Com ho podríem fer sense que aquest es mulli? - Heu sentit a parlar del concepte d’electricitat estàtica? - Quan heu vist algun fenomen relacionat amb l’electricitat estàtica? Què passava? - Quin o quins materials creieu que ajudaran al globus a desviar la trajectòria de l’aigua? - Per què creieu que x material ajudarà?/ Perquè creieu que x material no ajudarà? - Per què x material sí que ha ajudat a canviar la trajectòria de l’aigua?/Perquè x material no ha ajudat? - Si sabem que el globus té una càrrega negativa molt alta, quins materials tindran una càrrega positiva molt alta? - Què farà que aquest material tingui càrrega positiva molta alta i el globus càrrega negativa molt alta? Experiment 2: En primer lloc, es dividirà l’alumnat en diferents grups de quatre integrants. Cada grup disposarà d’un conjunt de material format per: trossos de paper, un drap de llana, un bolígraf de plàstic i una cullera metàl·lica. Després de presentar-los el material es deixarà temps als infants per reflexionar i generar hipòtesis sobre si és possible o no atraure els papers amb algun d’aquells materials. Aquestes seran anotades a la graella, igual que també hauran d’anotar el procediment i el resultat de l’experiment. Seguidament, se’ls deixarà al voltant de 5 minuts per tal d’experimentar amb el material, tot avaluant les hipòtesis prèviament plantejades. En acabar aquest temps, es posarà en comú les estratègies d’experimentació utilitzades i els resultats obtinguts, tot contrastant les hipòtesis anotades en un inici a la graella guia. En cas de no haver aconseguit atraure els papers amb el material presentat, el docent aportarà preguntes que ajudarà als infants a seguir investigant: “Què passa si s’apropa un bolígraf de plàstic en el conjunt de papers?”, “I si abans d’apropar-lo en els papers es frega el bolígraf amb el drap de llana?”, “Què passa al cap d’una estona?”, “Què passa quan s’apropa la cullera metàl·lica en el conjunt de papers petits?”, “I si es frega prèviament amb un drap de llana?”, “Perquè s’obtenen resultats diferents?”, “Si els papers són més petits què passarà?” i “Si són trossos més grans, el resultat variarà?” Durant la introducció d’aquestes preguntes es deixarà un temps de reflexió per tal de generar hipòtesis i anotar-les a la graella, a més a més de temps per investigar i experimentar al voltant d’aquestes i extreure’n conclusions, tot contrastant-les amb les hipòtesis generades. Preguntes que acompanyen l'experiment: - Creieu que els trossos de paper poden ser atrets per un bolígraf de plàstic? I per una cullera metàl·lica? - Si el bolígraf no fos de plàstic, el paper es podria atreure? - Si ho provessim amb trossos més grans de paper, funcionaria? - Hi ha altres instruments que ens permetin realitzar l’experiment amb èxit? Per què? Experiment 3: Primer de tot, els infants s'agruparan de quatre en quatre. Se'ls donarà un plat, en el qual hi haurà sal i pebre ben barrejats. Seguidament, se'ls lliurarà un seguit d'estris a partir dels quals hauran d'intentar separar la barreja prèviament feta. Davant d'aquesta situació, se'ls proposarà als nens i nenes un repte: "Com podem separar la sal i el pebre que estan en aquest plat?" A partir d'una graella que se'ls lliurarà, es busca que reflexionin i formulin hipòtesis sobre quin mètode creuen que serà més efectiu o obtindrà els millors resultats. Un cop hagin fet el seu plantejament, podran procedir a fer la comprovació amb els diferents estris. En la graella prèviament esmentada, també hauran d'anotar els resultats que n'obtenen. A continuació, es farà una breu posada en comú amb tots els grups per veure quins mètodes han fet servir cada un d'ells i conèixer quins han estat els seus resultats. Un cop tinguin els resultats, podran contrastar-los amb la hipòtesi generada inicialment. En cas que cap dels equips hagi aplicat l'estratègia del globus, el docent guiarà la pràctica per obtenir els resultats esperats, tot plantejant preguntes: "Creieu que es podrien separar amb un globus?" "Amb el globus inflat canvia, és més efectiu?" Un cop el docent hagi formulat els nous reptes, es demanarà als alumnes que reflexionin i anotin una nova hipòtesi. Es deixaran uns deu minuts perquè els alumnes experimentin i, si no torna a sortir la metodologia que es busca, el docent tornarà a plantejar diferents preguntes per reconduir la pràctica. En aquesta ocasió, el mestre els indicarà que provin de fregar-se fort el globus pel cabell, amb l'objectiu de crear electrització, i que l'apropin lentament a sobre del plat. Els nens i nenes hauran d'apuntar a la graella tot allò que succeeix i intentar buscar una explicació al fet que observen. Finalment contrastaran els resultats obtinguts amb la hipòtesi que havien pensat prèviament. Preguntes que acompanyen a l'experiment: - Un cop barrejat, es pot separar la sal i el pebre? Com? - Amb quin d’aquests instruments podríeu separa la sal i el pebre? - Creieu que es podrien separar amb un globus? Com ho faríeu? - Per què creieu que el pebre es queda enganxat al globus i, en canvi, la sal no?

Què observem?

Experiment 1: L'aigua canvia la seva trajectòria en direcció al globus. Experiment 2: Els trossos de paper s'enganxen al bolígraf. Experiment 3: El pebre queda enganxat al globus, quedant separat de la sal.

Els conceptes científics

Electrització: Tota la matèria està formada per àtoms, els quals estan compostos per protons (càrrega positiva), neutrons (no tenen càrrega) i electrons (càrrega negativa). La gran majoria d'àtoms són elèctricament neutres perquè estan formats pel mateix nombre de protons que d'electrons, així, la càrrega positiva de cada protó queda contrarestada per la càrrega negativa d’un electró. L'electrització per fricció es dona quan es freguen dues superfícies i es produeix una transferència d'electrons, és a dir, quan en apropar dos materials, els electrons d'aquests salten, van d'un a l'altre. Quan dos cossos s'electritzen per fregament, es produeix una transformació de l’energia mecànica del moviment en energia calorífica, que serveix per alliberar algun dels electrons que es troben en les capes perifèriques dels àtoms, els quals passen d’un material a l’altre. Així doncs, un dels materials queda carregat positivament i l’altre negativament. Repte 1: Per fer l’explicació teòrica d'aquest fenomen, cal comentar els tres tipus de partícula subatòmica que defineixen, com no podria ser d’una altra manera, els tres tipus de càrrega que poden tenir els materials: càrrega positiva (protons), càrrega negativa (electrons) i càrrega neutra (neutrons). A partir d’aquests, podríem introduir el concepte d’efecte triboelèctric, que es produeix quan dos materials amb càrregues elèctriques molt distintes (diferent nombre d’electrons i protons) entren en contacte, mitjançant, principalment, la fricció. Aquest efecte és el que explica l’electricitat estàtica i és, també, el nucli d’aquest experiment, ja que el globus, amb una gran tendència a carregar-se negativament, quan entra en contacte amb materials que tendeixen a cedir electrons, és a dir, a perdre càrrega negativa, genera un camp elèctric al voltant de la seva superfície. Així doncs, en acostar el globus al raig d’aigua, les molècules d’aquesta, que tenen un moment dipolar (separació entre les càrregues) molt gran, s’orienten indistintament cap a ell i s'alineen amb les del seu camp elèctric. En altres paraules, si s’aconsegueix, per mitjà del fregament, carregar elèctricament la superfície del globus, el camp elèctric resultant generarà prou força d'atracció com per induir el moment dipolar de les molècules d’aigua i aconseguir que aquestes s’apropin a ell. Repte 2 i 3: Tota la matèria està formada per àtoms, els quals estan compostos per protons (càrrega positiva), neutrons (no tenen càrrega) i electrons (càrrega negativa). La gran majoria d'àtoms són elèctricament neutres perquè estan formats pel mateix nombre de protons que d'electrons, així, la càrrega positiva de cada protó queda contrarestada per la càrrega negativa d’un electró. L'electrització per fricció es dóna quan dues superfícies entren en contacte i es produeix una transferència d'electrons, és a dir, quan en apropar dos materials, els electrons d'aquests salten, d'un a l'altre. Quan dos cossos s'electritzen per fregament, es produeix una transformació de l’energia mecànica del moviment en energia calorífica, que serveix per alliberar algun dels electrons que es troben en les capes perifèriques dels àtoms, els quals passen d’un material a l’altre. Així doncs, un dels materials queda carregat positivament i l’altre negativament. En el cas del repte 2, el bolígraf queda carregat amb electrons negatius quan és fregat amb el drap de llana, això comporta que alteri la càrrega dels papers i els atregui. En canvi, la cullera metàl·lica no queda electritzada pel frec amb el drap provocant així que els papers no siguin atrets per aquesta. En el tercer experiment, quan es frega el globus al cabell, aquest darrer lliura electrons el globus, de manera que perd electrons i es converteix en càrrega positiva (té un major nombre de protons que d'electrons). El globus, en canvi, com que aconsegueix més electrons esdevé de càrrega negativa (té més electrons que protons). Els objectes que estan electritzats tenen la capacitat d'atraure cossos molt lleugers, com és el cas de la sal i el pebre. Tanmateix, el pebre mòlt és menys pesat que la sal, per això podem veure que el globus atrau primer els petits fragments de pebre abans que la sal. Glossari: Àtom: és la partícula indivisible més petita d’un element químic, elèctricament neutra. Efecte triboelèctric: resultat de la fricció de dos materials amb càrrega elèctrica molt distinta. Electrització: procés mitjançant el qual es produeix una transferència d’electrons en fregar-se dues superfícies. Electró: partícula amb càrrega negativa. És una part dels nuclis atòmics. Energia calorífica: és la manifestació de l’energia interna d’un cos en forma de calor, degut al moviment de les partícules. Energia mecànica: és la suma de l’energia potencial i l’energia cinètica d’un cos. Energia potencial: és l’energia que té un objecte, la qual depèn de la seva posició respecte altres cossos o, de que existeixi un camp de forces dins d’aquest. Energia cinètica: és l’energia que té un cos degut al seu moviment. Aquesta depèn de la massa i la velocitat del cos. Molècula: conjunt d'àtoms enllaçats entre ells, elèctricament amb càrrega neutra. Neutró: partícula que no té càrrega elèctrica. És una part dels nuclis atòmics. Partícula subatòmica: unitat bàsica de la matèria, que per si sola no conserva propietats d’un element químic. Protó: partícula que té una càrrega elèctrica positiva. És una part dels nuclis atòmics.

Per saber-ne més

Bibliografia: Andrés del Río, E., Larrondo Almeda, F., Martínez Salmerón, F., & Bolea Escrich, S. (2020). Física i Química 4t ESO (1st ed., pp. 92-93). Madrid: McGraw Hill. Andrés del Río, E., Yuste Muñoz, M., Rodríguez Cardona, Á., & Pozas Magariños, A. (2015). Física i Química 3r ESO (pp. 75-83). Madrid: McGraw Hill. Cerdà Huguet, G. L’electricitat i el magnetisme a l’aula d’Educació Primària. Diccionari de la llengua catalana de l'Institut d'Estudis Catalans. (2019) Consultat a : https://dlc.iec.cat/ Ferret, A.; Oliveras, B. (2013). Activitat experimental per a treballar el model canvi químic a cicle superior de primària. Revista del professorat de ciències de Primària i Secundària, (26), 10-15. https://www.raco.cat/index.php/Ciencies/article/view/275735 Martí, J. (2010). La construcció del coneixement científic dels tres als dotze anys. Què en sabem? Guix, (369), 21-26. Mingorance, A. (2011). La electricidad en primaria. Revista digital Innovación y Experiencias educativas, (38), 1-10. https://archivos.csif.es/archivos/andalucia/ensenanza/revistas/csicsif/revista/pdf/Numero_38/AURORA_MINGORANCE_1.pdf

Fitxers adjunts

Nivell a qui s'adreça

Cicle superior de l'educació primària

Material

  • Globus
  • Peça de roba / cabdell de llana
  • Taula de fusta
  • Peça de roba de cotó
  • Fulls de paper
  • Safates de plàstic
  • Cadira amb potes de metall
  • Aixeta
  • Bolígrafs de color blau i de color vermell
  • Paper tallat en petits trossets
  • Bolígraf de plàstic
  • Drap de llana
  • Cullera metàl·lica
  • Plats
  • Sal
  • Pebre mólt
  • Globus sense inflar
  • Colador
  • Forquilla
  • Palleta

Infraestructura necessària i precaucions

  • Espai ampli on els infants puguin experimentar lliurement i amb tranquil·litat.

Centre educatiu / Entitat

Facultat d'Educació i Psicologia. Universitat de Girona

Proposta de

  • Júlia Delgado
  • Paula Genové
  • Aïna Izquierdo
  • Clara Luengo
  • Sergi Nierga
  • Carla Parera - Nieto
  • Joan Pinto

Descriptors

  • #ciclesuperior
  • #electricitatestàtica
  • #electricitat