Infrarrojos, luz y ultravioletas

Josep Corominas
Escola Pia de Sitges, Sitges

RESUMEN

En éste artículo se presenta un conjunto de actividades para realizar preferentemente en el segundo ciclo de la ESO que tienen como finalidad dar a conocer los efectos de las diferentes radiaciones electromagnéticas en la atmósfera y en las plantas
La actual programación de la ESO tiene, al menos, un aspecto a su favor: lleva implícito como un objetivo básico de la enseñanza de las ciencias de la naturaleza, conseguir que en las aulas se enseñe una “ciencia para todos los ciudadanos”.
Bajo este punto de vista, las actividades del tipo CTS (ciencia-tecnología-sociedad)

pueden ayudar en éste aspecto.
Temas como las energías renovables, el efecto invernadero, las diferentes clases de ondas electromagnéticas y otros, deben ser conocidos por los estudiantes de ESO. Corresponde al profesorado suministrar información asequible para que los estudiantes, tomen interés para saber más al respeto.
Se proponen una serie de actividades prácticas partiendo del concepto que las diferentes radiaciones electromagnéticas interaccionan con alguna sustancia o material de la naturaleza.

Se empieza por observar un mapa del espectro electromagnético, señalando la pequeña franja de longitudes de onda que corresponde a la luz visible e indicando que hay muchas zonas de las ondas para las cuales nuestros ojos son “ciegos”. (figura 1)
A continuación se centra la atención en tres bandas concretas del espectro que corresponde a la radiación solar que llega a la Tierra: los infrarrojos, la luz visible y los ultravioletas. Cada una de estas bandas o franjas será objeto de una serie de actividades, distribuidas en tres bloques. Los tres bloques trabajados son (figura 2):

1-  Los infrarrojos y el efecto invernadero
2-  La luz visible: células fotovoltaicas y fotosíntesis
3-  Los ultravioletas y el ozono estratosférico

longitud de onda en metros

Figura 1 Mapa del espectro electromagnético

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Figura 2 Gráfico en el que se resume el enfoque de cada uno de los tres bloques

Bloque 1: los rayos infrarrojos y el efecto invernadero.

Experimento 1:
Para familiarizar a los alumnos con la existencia de “rayos” no visibles citamos la manera cómo se tuesta el pan en una tostadora. También algunas estufas eléctricas calientan por infrarrojos. Una propiedad de las moléculas es su capacidad de absorción de radiación de determinada longitud de onda, así el agua, el dióxido de carbono y el gas metano absorben los IR con gran eficacia, mientras que son “transparentes” las radiaciones visibles.

Experimento 2:
¿En qué consiste el efecto invernadero?
Se trata de comprobar como un recipiente que contiene aire con dióxido de carbono i vapor de agua, aumenta más de temperatura que otro recipiente igual que contiene sólo aire cuando se exponen a los rayos IR.

Hay que usar dos recipientes con tapón provisto de un orificio para insertar un termómetro. Uno de los recipientes debe contener una pequeña cantidad de agua (unos pocos mL). A éste recipiente se echa un comprimido efervescente cualquiera, de manera que en contacto con el agua se produzca CO2. El otro recipiente se deja con aire.

Se tapan ambos recipientes mediante el tapón horadado y se exponen al Sol en iguales condiciones tomando nota de la temperatura de cada uno de ellos a intervalos de 2 minutos durante unos 15 minutos. Se usa el mismo termómetro para las mediciones, el cual se inserta en el recipiente durante unos 15 segundos, tiempo suficiente para que registre la temperatura del interior. Pasado éste tiempo se podrá comprobar cómo el recipiente con agua y CO2 registra un incremento entre 1 y 2 grados más de temperatura que el sólo contiene aire.

Bloque 2: Luz visible células fotovoltaicas y fotosíntesis

La luz visible es la responsable de que se genere una corriente eléctrica cuando incide en determinados materiales semiconductores
También, gracias a la radiación visible hay vida en la Tierra. La clorofila al absorber determinadas longitudes de onda pone en marcha una serie de complicadas reacciones que terminan con el desprendimiento de gas oxígeno y la síntesis de diversas sustancias.

Experimento 3
Se plantea a los alumnos una pequeña investigación:
¿Cuál es la inclinación que debe tener una placa fotovoltaica para que obtengamos un voltaje máximo?
Para resolver esta actividad disponen de una placa fotovoltaica, un voltímetro y una regla o transportador de ángulos. Si el día es soleado es una actividad para realizar al aire libre, si la climatología u otros factores no lo permiten se sustituye el Sol por una bombilla de 100 W que se coloca, para cada grupo de alumnos a unos 50 cm de altura en la mesa de trabajo (figura 3).

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Figura 3 Montaje para determinar con qué inclinación se genera máximo voltage

En la puesta en común se puede comentar que la inclinación que se ha determinado es para un día y hora concretos e iría cambiando a lo largo del día y de las estaciones del año. Por ello en las instalaciones fotovoltaicas se colocan las placas con inclinaciones distintas según la latitud geográfica del lugar

Como ampliación se puede proponer que determinen de qué manera varia el voltaje de la fotocélula con la intensidad luminosa. Para estudiar ésta variable, se aleja o se acerca la célula de un foco luminoso como una bombilla, puesto que la intensidad de la iluminación es inversamente proporcional a la distancia al foco luminoso.

voltímetro

célula fotovoltaica y semicírculo para medir la inclinación

Experimento 4:
Se trata de poner en evidencia el desprendimiento de un gas (el oxígeno) al iluminar una planta. La especie escogida es la Elodea (planta de acuarios de agua dulce, fácil de encontrar en tiendas dedicadas a peces tropicales). El montaje es el indicado en la figura 4.
Un tallo de la planta acuática se coloca en una probeta de 250 mL y se cubre con agua, se ilumina con una bombilla de 100 W a unos 30 cm de la probeta. Para estimular el desprendimiento de burbujas se añade una pizca de bicarbonato de sodio al agua de la probeta para que al disolverse favorezca la formación de dióxido de carbono en el agua. Hay que esperar por lo menos 10 minutos para que empiece a observarse un burbujeo a veces irregular. La mayor parte de las veces las burbujas salen del extremo inferior del tronco principal de la planta.
Se pueden hacer mediciones (siempre aproximadas) de las burbujas desprendidas en un minuto para una determinada distancia entre la fuente luminosa y la planta de manera que se puede comprobar que la intensidad luminosa influye en el desprendimiento de oxígeno, por tanto en la eficacia de la fotosíntesis. Mediante focos de luz monocromática sería posible investigar para que longitudes de onda es mayor el desprendimiento de burbujas.

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Figura 4 Montaje para observar desprendimiento de burbujas en la fotosíntesis

Bloque 3: los rayos ultravioletas y el papel del ozono como protector solar.

Hasta el año 1920 más o menos, la moda exigía tener una piel lo más blanca posible. La diseñadora de modas francesa Coco Chanel impuso la moda del bronceado, con la consiguiente necesidad de tomar baños de sol y de usar cremas solares protectoras para evitar los efectos de un exceso de radiación ultravioleta en la piel.

Hay materiales, como el vidrio de las ventanas y sustancias naturales como el aceite de sésamo que actúan de protectores solares al absorber los rayos UV, sin embargo la mejor “protección solar” está en la propia atmósfera: se trata del ozono presente en la estratosfera.

Experimento 5:
La protección que nos ofrece el ozono estratosférico es semejante a la de las cremas protectoras solares que nos ponemos sobre la piel. Se necesita una lámpara de UV que hará el efecto de los rayos solares. Simples fluorescentes de los usados como detectores de billetes falsos son suficientes como fuente de ultravioletas y son además inofensivos en su manejo. Como “detector” de los rayos UV puede usarse una lámina fosforescente (en tiendas de materiales plásticos y de decoración), aunque es mejor si se consigue un tipo de barniz para uñas que tiene la propiedad de oscurecerse con la luz solar, en este caso se pinta una parte de una hoja de papel con éste barniz y se deja secar.
Se pide a los alumnos que traigan diversas cremas solares de distintos factores de protección. Se cubre una zona de la lámina fosforescente o del papel barnizado, con la crema solar y se expone unos minutos a la acción de los rayos UV, midiendo el tiempo que tarda en mostrar la

fosforescencia o el cambio de color en comparación con la zona de la lámina no protegida. Conviene colocar el fluorescente a unos 20 cm de la lámina o papel detector.
Se comparan los efectos de las diferentes cremas con factores de protección altos y bajos. Por último debe comentarse el papel del ozono como el mejor de todos los protectores solares y el peligro que comporta la difusión en la estratosfera de gases que eliminan el ozono.

Como actividad de síntesis los alumnos pueden representar en el mapa del espectro electromagnético de la luz solar, los cambios que han observado ocurren en las sustancias y materiales cuando absorben la energía de las diferentes radiaciones.

 

BIBLIOGRAFIA:

(1) A. Caamaño (1995) La educación Ciencia-tecnología-Sociedad una necesidad en el desarrollo del nuevo curículum de ciencias. Alambique, 3 (p 4-6)

(2) Grup Salters (1999) : Química Salters. Materials en fase d’experimentació. Servei de difusió i publicacions. Departament d’ensenyament. Generalitat de Catalunya. Barcelona

(3) Solbes, J y Vilches, A (1995). El profesorado y las actividades CTS. Alambique, 3 (p 30-38)

(4) Selinger, B. (1981) Chemistry in the market place John Murray. London

 

 

jcorominas

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