Técnicas experimentales en física del estado sólido .- Práctica 5a: Conductividad térmica en metales

laboratorio cultivo celular 1

  • Título del Recurso: Práctica 5a.- Conductividad Térmica en metales.
  • Keywords: Realidad virtual, Simulador Virtual de Prácticas, calorímetro,estacionario, laboratorio, sonda.
  • D.O.I.: 

  • Autores (Profesores): Ángela Gallardo López y Rocío Moriche Tirado.
  • Autores (Equipo Técnico): Fernando García Jiménez e Inés Casado Parada.
  • Teaser ( Vídeo demostrativo):

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  • Descripción del Recurso:

Recurso de Realidad Virtual que ubica al usuario en un laboratorio de Física de Estado Sólido para realizar un montaje práctico con el que estimará la conductividad térmica de dos metales.

El recurso permite al alumno seleccionar el material de laboratorio necesario y va planteando cuestiones sobre el montaje y realización de la práctica. Las selecciones correctas puntúan positivamente y permiten avanzar mientras que las incorrectas puntúan negativamente y bloquean el paso. Un contador va reflejando los aciertos, los fallos y el tiempo consumido. Tras cada selección correcta, aparece un video explicativo. En la escena final se activa un informe de resultados para descargar y una serie de vídeos con los datos necesarios. El alumno o alumna deberá registrar los datos de esos vídeos y seguir las instrucciones del informe para representarlos, analizarlos y obtener finalmente la conductividad térmica de los dos metales propuestos.

Para llevar a cabo el recurso es necesario que el alumno-a haya leído previamente el guion o boletín de la práctica correspondiente donde se hace una breve introducción teórica y se proporcionan los detalles prácticos para su correcta ejecución.

El recurso está diseñado para ser disfrutado plenamente con el navegador en modo 360° con equipos de escritorio. Aunque su visionado en dispositivos móviles es posible, no se aconseja ya que no se ven algunos botones y no se puede interactuar adecuadamente.

 

  • Aplicación del recurso:

Este recurso está dirigido a estudiantes de la asignatura Técnicas Experimentales I (Grado en Física, Doble Grado en Matemáticas y Física y Doble Grado en Física e Ingeniería de Materiales) y a las prácticas de la asignatura de Física de Estado Sólido del Máster en Ciencia y Tecnología de Nuevos Materiales. También puede usarse como soporte en las asignaturas de Comportamiento Eléctrico y Térmico (CETER; Doble Grado en Física e Ingeniería de Materiales), y en las prácticas de Termodinámica (Grado en Física).

 

  • Concepto, teoría, fenómeno, etc… al que el recurso producido contribuye a entender. Breve desarrollo teórico.

El alumno-a aprenderá un método experimental simple para determinar la respuesta lineal de un material ante un gradiente de temperatura, es decir, la conductividad térmica lineal. Este aprendizaje se realiza de una forma innovadora aplicada a un caso práctico real con dos barras de metal, una de cobre y otra de aluminio. El usuario-a montará un sistema que le permita i) crear una diferencia de temperatura estable entre los extremos de una barra y ii) medir el calor que circula por la barra debido a esta diferencia de temperaturas. Para crear la diferencia de temperatura, se utilizan dos focos térmicos, uno caliente (calorímetro con agua en ebullición) y otro frío (calorímetro con agua-hielo). Para medir el calor que circula por la barra, se registra la velocidad de calentamiento de una masa de agua en contacto con la barra. También se mide el efecto de la temperatura ambiente en el procedimiento.

En una primera fase, se aprenderá a identificar y utilizar de forma correcta los materiales necesarios y a seguir ordenadamente las etapas del método experimental. La toma de datos para el informe se realizará a partir de los vídeos que se muestran durante el recurso o al final. Para concluir, el alumno-a deberá representar estos datos gráficamente y obtener la conductividad térmica de los dos metales, siguiendo las pautas del informe.

La aplicación es práctico-didáctica: permite evaluar la destreza en la realización del procedimiento experimental al tiempo que ilustra también el proceso gracias a los videos explicativos integrados en el recurso. Dada la situación actual de distanciamiento social y restricciones de movilidad, es una herramienta idónea para sumergir al usuario de forma real y activa (se ha priorizado en todo momento la toma de decisiones) en un laboratorio de técnicas experimentales en física sin necesidad de presencialidad, permitiéndole familiarizarse con los distintos materiales, equipos y procedimientos experimentales.

 

  • Otras utilidades:
    • Aunque la motivación original de este proyecto es la finalidad didáctica, este recurso puede cumplir también una función de motivación, dado su carácter gamificado y de aplicabilidad a una situación real.
    • Se presenta como una herramienta útil para aquellas personas que por cualquier circunstancia no puedan llevar a cabo la práctica de manera presencial en el laboratorio.
    • Puede resultar muy conveniente en casos puntuales de deterioro del material o avería de los equipos de medida, en los cuales la realización de la práctica se vuelve inviable.
    • Podría tener un efecto “preventivo” de accidentes y mal uso de equipos y material, al tener los estudiantes un contacto previo con el entorno virtual simulado, en el que un paso erróneo sólo se traduce en un punto negativo, y no en el deterioro del material o en un accidente real.

 

  • Efectos esperados, observados o posibles en los alumnos o público del recurso:

La utilización de este recurso didáctico está programada para el curso 2021-2022 en la asignatura de Técnicas Experimentales I y en las prácticas de la asignatura de Física de Estado Sólido del Máster en Ciencia y Tecnología de Nuevos Materiales

Se espera que los alumnos, al pasar de un papel pasivo de lectura de un guion o visualización de un vídeo explicativo a un papel activo con toma de decisiones, adquieran un alto grado de habilidad para realizar el experimento, de forma similar a la realización “in situ”. Al ser un recurso individual, el alumno debe trabajar de forma autónoma y activa, y no puede escudarse en la “pareja” o “compañero” de prácticas.

 

  • Sugerencias de investigación a partir del recurso

Podría llevarse a cabo un estudio comparativo del impacto de diferentes recursos didácticos en el aprendizaje de la práctica “Conductividad térmica en metales” ((1) recurso virtual / (2) utilización de vídeo didáctico / (3) clase presencial o no presencial). Dada la variedad de grupos involucrados (grado en física, doble grado en física y matemáticas, doble grado en física e ingeniería de materiales, grado en ingeniería de materiales, máster en ciencia y tecnología de nuevos materiales), el estudio podría tener en cuenta la variabilidad de resultados en las distintas titulaciones.

 

  • Mejoras posibles o previstas:
    • Exportación instantánea de los resultados obtenidos al finalizar el recurso por parte de los alumnos de manera personalizada.
    • Mejora de la calidad de la imagen, véase detalles de equipos, material, etc.
    • Posibilidad de volver atrás en las escenas para repetir o volver a visualizar detalles o etapas pasadas.
    • Posibilidad de pausar los vídeos durante el recurso.