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Curso libre ELECTRICIDAD Y MATERIA

Este espacio está dirigido a profesores de ciencias de educación básica y media interesados en fortalecer la enseñanza de la estructura de la materia desde una perspectiva histórica, experimental y epistemológica.

Se presenta un espacio de formación para la actividad experimental en vínculo con la teorización para problematizar fenómenos y enriquecer la comprensión de conceptos interesantes como ion y electrón, que marcan el inicio de la química moderna. A través del estudio de casos históricos (Volta, Faraday, Plücker, Hittorf, Thomson, entre otros) y la construcción de actividades experimentales, los participantes pueden explorar cómo se configuraron las ideas de estructura de la materia y cómo estas pueden ser resignificadas en el aula para promover procesos de aprendizaje más críticos y reflexivos en sus estudiantes.

Les proponemos una discusión sobre la representación de la constitución de la materia coherente con una perspectiva fenomenológica donde se privilegia la problematización de los fenómenos y construcción de actividades experimentales que aportan a la ampliación de la comprensión de las situaciones de estudio.

Algunas de estas situaciones están relacionadas con la descomposicion de las sustancias con la interaccion con la electricidad, la conductividad de las sustancias en soluciones y en gases (parte importante en la constitución de la electroquímica y de otros campos de fenómenos), que se relacionan con la necesidad de construir una idea de estructura de sustancias; por ejemplo, acudiendo a la historia, el trabajo de Julius Plücker (1858) y Johann Wilhelm Hittorf (1853), en los cuales se establece que tanto los electrolitos como los gases se polarizan cuando se someten al efecto de la electricidad, lo cual puede ser sostenido porque la acción se puede establecer en una dirección y favorece acciones contiguas entre las partes de las sustancias.

En este proceso, el estudio de las ideas de varios científicos (Michael Faraday, 1849; Julius Plücker, 1858; Johann Wilhelm Hittorf, 1853; Joseph John Thomson, 1906) aportan para el análisis de diferentes ideas y teorías asociadas al comportamiento discreto de la materia, que no necesariamente están en relación inmediata y simple con la experiencia que tenemos con estos efectos.

Así en este espacio se propone hacer énfasis detallado en los aspectos experimentales vinculados a las ideas modernas de estructura de la materia, en particular: ion y electrón para aportar a la comprensión de los objetos de estudio construidos al inicio del siglo XX sobre la constitución y estructura de la materia y que acostumbran ser enseñados en los currículos de ciencias como la base para los posteriores desarrollos en diferentes ramas de conocimiento.

Se presentan las discusiones organizadas en tres módulos que se enumeran así:

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Descomposición de las sustancias en soluciones acuosas.

¿Cuál es la relación entre corriente, carga y equivalentes químicos? ¿Se producen cambios químicos con electricidad? Cuando se estudia la cantidad de sustancia que se descompone por cantidad de corriente eléctrica que atraviesa una solución, se generan efectos que son de interesante estudio. Los procesos de electrólisis y el estudio de variables que afectan: clases de sustancias, concentraciones de los electrolitos, cambio de electrodos, entre otros, aportan para la conceptualización de equivalente y de ion.

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Conductividad de las soluciones y configuración de las ideas de ion.

¿Qué es lo que aparece aquí como ion? ¿Cómo, esta idea, explica las diferentes variaciones de la conducción eléctrica en las soluciones? ¿Se puede asociar a esta idea una carga positiva o negativa como estamos acostumbrados a ver en los libros de texto? Cuando analizamos cómo se conduce la electricidad en una solución de diferentes clases de sustancias (ácidos, sales o bases) se puede categorizar si una sustancia es un ácido fuerte o débil, lo mismo para una base y en el caso de las sales hablamos de electrolitos fuertes o débiles, según conduzca más o menos la electricidad. Sin embargo, nos amplía la experiencia que tenemos con ello cuando estudiamos qué sucede en los diferentes casos cuando se trata de una solución más o menos concentrada o a mayor o menor temperatura.

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Las descargas eléctricas en gases enrarecidos.

¿Se puede usar la idea de ionización para explicar lo que pasa en los gases cuando se somete a una descarga en tubos de gases encerrados? ¿Cómo se explica el comportamiento magnético de la electricidad que pasa a través de los gases enrarecidos? ¿Cómo se entiende el carácter particular de las descargas eléctricas asociadas a la clase de gas encerrado? Cuando se habla de la conductividad en soluciones diluidas se recurre a la idea de polarización y de ionización, también para el caso de los gases encerrados a bajas presiones (gases enrarecidos) se puede utilizar explicaciones en esta dirección. La diferencia es que para poder hacer pasar electricidad a través de los gases se requiere un montaje experimental diferente, unas altas tensiones que no generan corrientes, sino descargas. Las observaciones sobre la electricidad a través de los gases producen colores que dependen de la clase de sustancia, anillos de luz y sombras cercanas a los electrodos, sobre todo al electrodo negativo, que nos habla de la naturaleza de la electricidad y para las cuales tendremos que hacer nuevas explicaciones.

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Las descargas eléctricas en los tubos al vacío

¿Qué argumentos tenemos para establecer que la electricidad es materia discreta dotada de carga y masa, sin importar de qué gas se trate o si estamos en el vacío? ¿Es plausible suponer que los rayos catódicos son perturbaciones ondulatorias del éter u ondas electromagnéticas? Las descargas eléctricas en los tubos al vacío que se conocen como tubos catódicos, planteó la ruta para pensar la electricidad como de naturaleza corpuscular. Presentaba comportamientos como su desviación por efecto de campos magnéticos externos pero contrario a un punto de vista ondulatorio producen efectos mecánicos como movimientos de masas, perforaciones en hojas delgadas entre otros. Si suponemos que los rayos catódicos son corpúsculos portadores de electricidad es importante plantearnos las preguntas que hemos colocado antes.

Muy pronto ofreceremos el acceso a esta propuesta