Aprovechemos la energía del sol: conducción, convección y radiación, experimentos y cómo hacer un horno solar
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El Sol entrega a la Tierra, en hora y media, tanta energía como la que la humanidad consume en todo un año. ¿Cómo aprovecharla sin contaminar? En este proyecto vas a descubrir con experimentos las tres formas en que viaja el calor (conducción, convección y radiación) y a construir un dispositivo solar, como un horno o un calentador con botellas.
En tu libro: este proyecto está en las páginas 106 a 113 de Nuestro libro de proyectos. Segundo grado (SEP), en el campo formativo Saberes y pensamiento científico.
Calor y temperatura
- La temperatura indica qué tan caliente o frío está un cuerpo; se relaciona con la agitación de sus partículas.
- El calor es la energía que pasa de un cuerpo a otro por diferencia de temperatura, siempre del más caliente al más frío, hasta que se igualan (equilibrio térmico).
Las tres formas de transferencia de calor
| Forma | Cómo ocurre | Ejemplos |
|---|---|---|
| Conducción | Por contacto directo: las partículas chocan y pasan la energía a sus vecinas. Ocurre sobre todo en sólidos | El mango metálico de una olla se calienta; los metales son buenos conductores y la madera, el plástico y el aire son aislantes |
| Convección | Por el movimiento de un fluido (líquido o gas): la parte caliente, menos densa, sube y la fría baja, formando corrientes | El agua que hierve en una olla, la brisa marina, el aire caliente que sube en una habitación |
| Radiación | Por ondas electromagnéticas; no necesita materia y viaja incluso en el vacío | El calor del Sol, el de una fogata que sientes a distancia, un horno de microondas |
Relaciona cada situación con la forma de transferencia de calor
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| Te quemas al tocar una cuchara metálica dentro de la sopa | Conducción |
| El aire caliente sube y el frío baja en un cuarto | Convección |
| Sientes el calor del Sol en la cara | Radiación |
| El agua se mueve en círculos al calentarse en una olla | Convección |
| El calor de una fogata te llega aunque no la toques | Radiación |
Experimento 1: la botella negra
- Corta dos botellas iguales a la misma altura y pinta una de negro.
- Llénalas con la misma cantidad de agua, coloca un termómetro en cada una y déjalas al sol.
- Mide la temperatura cada 15 minutos durante 45 minutos.
Resultado esperado: el agua de la botella negra se calienta más rápido. Los objetos oscuros absorben más radiación y los claros la reflejan. Un objeto ideal que absorbe toda la radiación que recibe se llama cuerpo negro. Por eso los calentadores solares se pintan de negro y en climas calurosos conviene vestir de blanco.
| Tiempo | Botella transparente | Botella negra |
|---|---|---|
| 0 min | 22 °C | 22 °C |
| 15 min | 25 °C | 28 °C |
| 30 min | 27 °C | 33 °C |
| 45 min | 29 °C | 37 °C |
Datos de ejemplo; tus resultados dependerán del sol y de la hora.
Experimento 2: cajas aislantes
Se forran cajas de cartón con papel aluminio, se coloca hielo en una caja pequeña dentro de otra grande y, en un segundo par, se agregan tiras de cartón entre ambas como aislante. Tras 15 minutos al sol, el hielo se conserva mejor en la caja con aislante: el aire atrapado entre las tiras reduce la conducción y la convección, y el aluminio refleja la radiación. Es el mismo principio de un termo o una hielera.
Comprensión
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¿En qué sentido se transfiere siempre el calor? → Del cuerpo más caliente al más frío
¿Por qué la botella negra se calienta más? → Porque los colores oscuros absorben más radiación
¿Qué forma de transferencia puede ocurrir en el vacío del espacio? → Radiación
Cómo hacer un horno solar
Materiales: dos cajas de cartón (una dentro de otra), papel periódico arrugado como aislante, papel aluminio, cartulina negra, plástico transparente o vidrio, cinta.
- Coloca la caja chica dentro de la grande y rellena el espacio entre ambas con periódico arrugado (aislante).
- Forra el interior de la caja chica con cartulina negra (absorbe radiación).
- Haz una tapa con una ventana de plástico transparente (deja pasar la luz y atrapa el calor: efecto invernadero).
- Agrega una solapa forrada de aluminio como reflector para dirigir más luz hacia adentro.
- Oriéntalo hacia el Sol entre las 11:00 y las 15:00 h. Puede alcanzar entre 70 y 100 °C, suficiente para derretir queso o calentar alimentos.
Nota: el libro dice que la fabricación de paneles solares genera «una gran cantidad de gases de efecto invernadero» y desechos tóxicos. Es cierto que su producción contamina y que su reciclaje aún es un reto, pero en todo su ciclo de vida un panel emite mucho menos CO₂ por kilowatt-hora que la electricidad de carbón o gas.
Comprueba lo aprendido
1. ¿Qué formas de transferencia de calor intervienen en un horno solar?
Radiación (la luz del Sol entra y la superficie negra la absorbe), conducción (del fondo caliente al recipiente con comida) y convección (el aire caliente circula dentro). El aislante reduce las pérdidas por conducción y la tapa transparente evita que escape el aire caliente.
2. ¿Por qué las ollas tienen mangos de plástico o madera?
Porque son aislantes térmicos: conducen mal el calor y así no te quemas al tomarlas, mientras que el metal de la olla, buen conductor, transmite el calor a la comida.
Practica con los ejercicios de esta unidad:
Temas relacionados (Saberes 2.°): calor y transferencia de calor, energía solar. También: calor y temperatura, energías renovables y no renovables y termoquímica.
Referencias
- Secretaría de Educación Pública (2025). Colección Sk’asolil. Nuestro libro de proyectos. Segundo grado. SEP, pp. 106-113.
- Hewitt, P. G. (2007). Física conceptual. Pearson.
- IPCC (2014). Climate Change 2014: Mitigation of Climate Change, anexo III (emisiones del ciclo de vida de las tecnologías de generación).
