Convección en una cubeta

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Convección en una cubeta

Este trabajo consiste en preparar un sistema con agua y una resistencia eléctrica sumergida, al calentar el agua, hace visibles las sombras de una corriente de convección.
La exhibición está orientada a relacionar las corrientes de convección con el comportamiento del aire en la atmósfera y en el agua.

Enlace al guión de laboratorio.

Material

- Cubeta transparente
- Resistencia de inmersión
- Soporte, 2 nueces y 2 pinzas
- Foco de luz
- Superficie blanca para proyectar

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Lo ideal es una cubeta de metacrilato prismática, pero se puede sustituir por algún recipiente de cocina suficientemente transparente y de paredes planas. Si se hace con un vaso de precipitados grande, se puede ver, pero las paredes curvas deforman la imagen.
La resistencia de inmersión está incluida en muchos equipos de calorimetría, pero también se vende en tiendas de material para la cocina, ya que se usa para calentar agua para el té en el propio vaso.
Como foco de luz de puede utilizar la linterna del teléfono móvil sujeta en un soporte.
Las sombras de las corrientes se ven mejor proyectadas sobre una superficie blanca. Lo ideal es proyectar sobre una pizarra blanca de rotuladores, ya que así se ve desde todo el laboratorio. Si la pizarra es oscura, basta con pegar unas hojas de papel para proyectar sobre ellas.

Comentarios a la preparación del montaje

Es importante que el agua esté en reposo antes de encender la resistencia. Hay que llenar la cubeta con media hora de antelación para lograr el reposo.
Hay que pensar primero dónde se proyecta ya que la posición de la pantalla de proyección determina la localización del montaje. Y debe haber una conexión eléctrica cerca para la resistencia.
La cubeta llena pesa mucho, no es fácilmente transportable. Para vaciarla, lo más simple es hacer sifón con un pedazo de manguera.

Aspectos didácticos

Este trabajo pretende:

- Comprobar cómo la convección es el principal mecanismo por el que la energía se transmite en los fluidos.
- Observar cómo, en la convección, la energía se transmite únicamente de abajo hacia arriba y no al revés, a diferencia de la masa.
- Asociar la convección a la generación del viento y al movimiento de las aguas en los océanos.

A diferencia del experimento de la convección en un vaso, este experimento tiene duración indefinida y se puede mantener funcionando mientras se debate las implicaciones de lo que se está viendo.
A los alumnos les intriga que el agua, que estaba en reposo, empieze a moverse sin que, aparentemente, nada la empuje.
El mecanismo "dilatación del fluido - disminución de la densidad - flotación de Arquímedes" no es obvio y necesita tiempo de explicación y de asimilación.
Es importante asociar lo que se ve en el laboratorio con el ascenso del aire en la atmósfera cuando lo calienta el suelo o un fuego, con los vientos naturales y con los vientos de los incendios y las corrientes en las chimeneas.
También hay que resaltar que, en los océanos, el ascenso del agua caliente y el descenso del agua fría determina la circulación oceánica junto con las diferencias de salinidad.