Pila amb paper d’alumini, vinagre i monedes de 5 cèntims

Publicat el 29 abril 2015 per CRP del Gironès

Institut Lluís Companys de Tordera
Quart d’ESO, primer i segon de Batxillerat

Material

Monedes de 5 cèntims (Cu)
Paper d’alumini (Al)
Vinagre (àcid acètic)
Cables amb pinces de cocodril
Cartró
Cinta aïllant
Un LED
Tisores
Va de precipitats

Procediment

Retallar el cartró amb forma de quadres, aproximadament de la mida de les monedes.
Omplir mig vas de precipitats amb vinagre (àcid acètic) i deixar els trossets de cartró que absorbeixi el vinagre (àcid acètic).
Retallar tires de paper d’alumini (Al), d’un gruix semblant a la moneda i doblegar-les formant quadres de longitud semblant a la moneda.
Col·locar una tira de cinta aïllant sobre la taula per començar a muntar la pila.
Primer agafar una moneda (Cu), a continuació un tros de cartró moll (àcid acètic) i per últim el tros de paper d’alumini (Al). Aquesta primera combinació ja dona un voltatge però insuficient per encendre el LED.
Continuar el muntatge per aconseguir el voltatge suficient. Col·locar amb el mateix odre, moneda + cartró + paper d’alumini, fins a 8 monedes (~3.5V)
Connectar una pinça a la primera moneda (Cu), càtode (+) i l’altra a l’últim tros de paper d’alumini (Al), ànode (-).
Per últim connectar el LED al circuit.

Funcionament
Quan desmuntem la pila s’observa una substància de color verd sobre la moneda, perquè s’oxida en part en contacte amb l’oxigen de l’aire. L’alumini si ens fixem s’esmicola en part, ha reaccionat amb l’àcid.
Les reaccions de redox són:
Càtode / Reacció de reducció. 2 H+ + 2 e-→ H2
Ànode / Reacció d’oxidació. Al→ Al+3 + 3 e-
El coure metàl·lic actua com a conductor per on circulen els electrons.

Electròlisi de iodur de potassi aquós

Publicat el 27 abril 2015 per CRP del Gironès

Institut Lluís Companys de Tordera
Quart d’ESO, primer i segon de Batxillerat

Un tub de vidre en U s’omple amb una solució 0,5 M de KI deixant dos cm buits a la part superior. Es posen dos elèctrodes de grafit dins la solució i es connecta el corrent de 6V, 0,5 A aproximadament durant uns minuts. S’observa l’aparició d’un color ataronjat en el càtode i unes bombolles en l’ànode. Si afegim fenolftaleïna en el càtode donarà el típic color rosat en medi bàsic.

Les reaccions que tenen lloc són:

Càtode/reducció: 2 H2O (l) + 2e- → H2 (g) + 2OH- (aq)
Ànode/Oxidació: 2 I- (aq) → 2e- + I2 (aq)

Cristalls de plata

Publicat el 27 abril 2015 per CRP del Gironès

Institut Lluís Companys de Tordera
Quart d’ESO, primer i segon de Batxillerat

Es posa sobre un portaobjectes un fil de coure o una làmina molt prima del metall. Amb un comptagotes s’afegeix just a sobre la solució dels ions del metall del que volem obtenir cristalls, en aquest cas AgNO3 0,01M. La reacció es pot seguir amb una lupa binocular o amb un microscopi. El Cu0 s’oxida i la Ag+ es redueix formant cristalls de plata en forma arborescent o fractal.

Ag+ (aq) + Cu0 (s) → Ag0 (s) + Cu+2 (aq)

plata

plata2

Pila amb llimones connectades en sèrie

Publicat el 27 abril 2015 per CRP del Gironès

Institut Lluís Companys de Tordera
Quart d’ESO, primer i segon de Batxillerat

Material

3 llimones
3 claus galvanitzats, recoberts de Zn
3 monedes de 5 cm (recobertes de Cu)
4 cables amb pinces de cocodril
Un ganivet petit
Un diode LED, o bé un brunzidor, o un rellotge que necessiti poc voltatge, o un voltímetre per comprovar que funciona com a pila.

Procediment
Fer rodar les llimones per estovar-les i que alliberin el suc a l’interior, de manera que la pila després doni la màxima resposta. Si les monedes no són brillants es poden fregar una mica amb un paper polidor. A un terç d’un extrem de la llimona clavar un dels claus zincats i fer-lo girar, introduint-lo a la llimona. Fer-ho amb totes les llimones. A un terç de l’altre extrem de la llimona fer un petit tall i introduir parcialment la moneda de 5 cm. Fer-ho amb totes les llimones. Es connecta cada clau amb una moneda de l’altra llimona fent una connexió en sèrie de les llimones utilitzant els cables amb connexions de cocodril. La primera moneda serà el pol + i l’últim clau serà el pol -. Connecta un multímetre per veure el voltatge que estarà entre 2 i 3 volts. Pots intentar connectar un LED o un brunzidor o un rellotge digital petit per veure si funciona. El voltatge es petit per una bombeta.

Funcionament
L’àcid cítric de la llimona actua com electròlit.
Les reaccions que tenen lloc són:
Oxidació: Zn0 → Zn+2 + 2e-
Reducció: 2H+ + 2e- → H2 (g)
El coure pot atreure electrons que allibera el zinc en el moment que els connectem amb el cable de cocodril. Els electrons retornen novament a la llimona a través de la moneda de coure.
Quan el circuit inclou un LED o un brunzidor, el corrent elèctric pot aconseguir que funcioni.

Funcionament d’un cotxe d’hidrogen per pila de combustible

Publicat el 27 abril 2015 per CRP del Gironès

Institut Lluís Companys de Tordera
Quart d’ESO, primer i segon de Batxillerat

Un vehicle d’hidrogen és un automòbil que utilitza hidrogen H2 com a font primària de potència per a la locomoció. Aquests cotxes utilitzen generalment l’hidrogen mitjançant un d’aquests dos mètodes: Combustió o pila de combustible. En la conversió de pila de combustible, l’hidrogen es converteix en electricitat a través de piles de combustible que mouen motors elèctrics. Transforma energia química en energia elèctrica. El subproducte principal de l’hidrogen consumit és aigua.

Parts
Elèctrodes (ànode, on es redueix l’H2 i càtode, on reacciona H+ i O2)
Electròlit (separa els gasos, permet el pas de ions H+ al càtode i separa els e-)
Plaques bipolars (que separen les cel•les, “condueixen” els gasos i evacuen l’H2O)

Primer s’ha de connectar la cel•la a una pila o a l’electricitat o utilitzar plaques solars per tal de fer la reacció redox no espontània que converteix l’aigua en hidrogen gas i oxigen gas, és a dir, l’electròlisi de l’aigua:
H2O (l) → H2 (g) + ½ O2 (g)
Posteriorment la cel•la funciona com a pila de combustible (desconnectada de l’electricitat) i donant la reacció redox espontània:

Les reaccions que tenen lloc són:

ÀNODE (OXIDACIÓ) H2 (g) → 2H+ +2e-
CÀTODE (REDUCCIÓ) O2 (g) + 4H+ + 4e- → 2H2O(l)
REACCIÓ GLOBAL H2 (g) + 1/2 O2 (g) → H2O(l)

Funcionament
En el costat de l’ànode, l’hidrogen que arriba es dissocia en protons i electrons.
Els protons són conduits a través de la membrana polimèrica al càtode, però els electrons estan forçats a viatjar per un circuit extern (produint energia) ja que la membrana està aïllada elèctricament.
En el catalitzador del càtode, les molècules d’oxigen reaccionen amb els electrons (conduits a través del circuit extern) i protons per formar aigua.
L’únic residu es vapor d’aigua o aigua líquida.

Les figures de Lissajous

Publicat el 23 abril 2015 per CRP del Gironès

Institut Sant Feliu de Guíxols
Quart d’ESO
Primer i segon de batxillerat

Les figures de Lissajous són les formes que es produeixen quan es combinen dos moviments oscil•latoris sobre l’eix de les x i sobre l’eix de les y al mateix temps. Aquestes figures agafen formes molt plàstiques de cercles, el•lipses, etc. segons la relació de les freqüències dels moviments vibratoris que es donen en cada direcció.

Amb un petit laser, un mirall i una superfície elàstica podem arribar a veure en una pantalla la formació d’aquestes figures.

Les ones estacionàries que es produeixen en una superfície elàstica (un tros de globus o un guant de làtex) tenen una vibració en dues dimensions, és a dir, podem considerar-les com una combinació de dos moviments harmònics en cada direcció de la superfície.

figures_lissajous El muntatge és molt senzill. Agafem un laser petit i el posem en un suport apuntant a un mirall que hem enganxat sobre una superfície de làtex tensa. Podem fer aquesta superfície ajustant el guant de làtex a una llauna foradada per tots dos costats (com un tambor). El reflex del mirall ha d’anar a parar a la paret o a una pantalla. Si colpegem la llauna o la superfície elàstica veurem aparèixer les figures a la pantalla.

La simfonia de cristall

Publicat el 23 abril 2015 per CRP del Gironès

Institut Sant Feliu de Guíxols
Quart d’ESO
Primer i segon de batxillerat

Tots hem jugat alguna vegada fent soroll amb les copes d’una taula algun dia de festa tot fregant la vora de vidre amb el dit humit. Aquest joc infantil es pot sofisticar fins a tenir un verdader instrument musical en un conjunt de copes de vidre amb diferents nivells d’aigua. A Internet podem trobar concerts fets amb aquest “instrument”.

En aquesta experiència reproduïm aquest entreteniment des d’una vessant més científica. Si omplim vàries copes de vidre amb diferents nivells d’aigua i provem de fer-les sonar veurem que totes fan soroll, però no amb la mateixa freqüència.

Quan freguem la superfície del líquid amb el dit humit fem una cosa semblant al que fan els violinistes quan freguen l’arquet per les cordes de l’instrument. Quan es freguen les cordes del violí estem fent oscil•lar la corda corresponent, que vibrarà amb una freqüència que dependrà de la longitud de la corda i de la seva tensió (relacionada amb la velocitat de transmissió). copes

En el cas de les copes, la vibració es produeix en tot el cos de la copa (bidimensional). Quan afegim aigua el que estem fent és augmentar de fet l’espai per on s’escampa la vibració. Si augmentem l’espai (longitud d’ona) disminuirà la freqüència (notes més greus com més aigua hi hagi). Aquestes freqüències de vibració les podem controlar amb un afinador que es pot aconseguir de forma gratuïta en forma d’una aplicació d’smartphone.

L’energia de les ones

Publicat el 23 abril 2015 per CRP del Gironès

Institut Sant Feliu de Guíxols
Quart d’ESO
Primer i segon de batxillerat

Les ones transmeten energia, però no matèria. Aquesta afirmació significa que una ona és la transmissió d’un moviment oscil•latori per un medi, però que les partícules d’aquest medi es queden al lloc on són. ones

Per veure d’una forma força clara i sorprenent com es produeix aquesta transmissió, podem intentar apagar una espelma a distància mitjançant una ona sonora dirigida. Per fer aquesta petita experiència prendrem una ampolla de plàstic buida i la tallarem per la meitat. En el forat gran hi encaixarem una membrana elàstica (un globus o un guant de làtex) i el forat del tap el deixarem destapat. Apuntarem aquest forat obert a la flama de l’espelma situada a una distància considerable i, si hem apuntat bé, veurem que amb un petit cop sobre la membrana l’espelma s’apaga.

En aquesta experiència l’ampolla només serveix per donar una direcció precisa a l’ona sonora que generem. Hem de tenir en compte que quan fem això no estem llançant partícules d’aire sobre l’espelma, és a dir, les partícules d’aire del costat de la membrana no arriben a tocar l’espelma. Senzillament, el cop sobre la membrana produeix una pertorbació (energia) que es transmet fins arribar a la flama.

La màquina de Melde

Publicat el 23 abril 2015 per CRP del Gironès

Institut Sant Feliu de Guíxols
Quart d’ESO
Primer i segon de batxillerat

Tots sabem que els instruments de corda sonen perquè fem vibrar una de les seves cordes amb algun mecanisme i aquestes es posen a oscil•lar amb una freqüència ben determinada. Aquesta vibració es transmet a l’aire pel qual arriba a la nostra oïda i així podem gaudir d’una fantàstica melodia. Potser també sabem que el que provoquem quan fem oscil•lar aquesta corda és l’aparició d’ones estacionàries. Aquestes ones són la conseqüència de la interferència entre una ona directa i una de reflectida a l’extrem de la corda sobre la que actuem.

La velocitat de les ones estacionàries que es formen sobre la corda depèn del material i el gruix de la corda , i també de la seva tensió. Aquesta velocitat estarà doncs fixada per a cada corda. La longitud d’ona de l’ona estacionària que generarem dependrà de la longitud efectiva d’aquesta corda. De fet, la longitud d’ona serà el doble de la longitud de la corda si ens trobem en el que s’anomena estat fonamental. Per tant, la freqüència de l’ona estarà donada per: Així docs, cada vegada que fem sonar una corda trobarem una freqüència (una nota) ben determinada. maquina_melde

A la màquina de Melde el que tenim és una corda que oscil•la amb una freqüència fixa i que també té una longitud fixa. Si nosaltres canviem la velocitat de la transmissió no hi haurà més remei que canviar la longitud d’ona. Això vol dir que haurem de canviar d’estat de vibració. Haurem de passar del nivell fonamental a algun altra nivell on la longitud d’ona serà la meitat, la tercera part, la quarta part, etc. de la longitud de la corda.

Per construir la màquina de Melde necessitarem un aparell que vibri amb una certa freqüència i una o vàries cordes en què puguem variar la tensió.

En el nostre cas, hem aprofitat un timbre vell de l’institut (sense la campana) i una estructura feta amb quatre fustes.

La Probabilitat

Publicat el 23 abril 2015 per CRP del Gironès

Institut de Montilivi
Demapartament de Matemàtiques

Caixa de Varga

Descripció: consta de varies taules amb caselles. Cada taula té associat o un dau de diverses morfologies (daus amb colors, daus amb números); o una bosseta amb boles de colors en el seu interior.
Procediment: el jugador ha d’avançar per les caselles fins a arribar a la meta. En cada casella hi ha una imatge que determina en quin supòsit es pot abandonar la casella. Els supòsits són probabilístics, com per exemple, extreure dos boles del mateix color o treure una puntuació superior a 4 en un dau de sis cares.
Activitat d’aprenentatge: és el mateix jugador que tria a quina casella avança, i per tant, ell és qui ha de observar en quina casella hi ha més probabilitat d’avançar.

Cursa de Camells i Cavalls

Descripció: consta de dos taulers grans penjats verticalment, que contenen uns taquets de velcro per poder-hi enganxar unes figures. Cada tauler te associat 12 figures de cavalls, o 12 de camells, amb dorsals numerats del 1 al 12 cadascú. S’utilitzen 4 daus de 6 cares.
Procediment: el jugador tria un dels 12 cavalls o 12 camells segons el tauler on es troba. Llavors en cada torn es tiren 2 daus i es sumen les seves cares, i el resultat indica quin és el dorsal que avança una posició. Guanya el dorsal que arriba abans a meta.
Activitat d’aprenentatge: a mesura que es van fent les tirades de daus, els jugadors se’n adonen que hi ha camells o cavalls que tenen més probabilitat de que aparegui el seu dorsal amb la suma de les cares dels daus.

Monty Hall

Descripció: consta de 3 Gots, i una moneda.
Procediment: en el joc hi juguen un jugador i un crupier. Els gots estan posats de cap per avall, i un d’ells conté una moneda. És el crupier l’únic que sap on està la moneda. El jugador tria un got al atzar i el separa. Després el crupier aixeca un des dos gots restant on sap que no hi ha la moneda, i li ofereix si vol canviar el got triat pel jugador, per l’altre got que no ha aixecat el crupier.
Activitat d’aprenentatge: El jugador ha de fer varis torns per adonar-se quin dels got te més possibilitats d’estar premiat: el seu, o el que li ofereix el crupier.

Jocs de les Parelles

Descripció: consta de varis cordills d’uns 20cm de llarg.
Procediment: Després de l’explicació d’una història mil•lenària on es relata l’origen d’aquest joc, es trien parelles de jugadors. Cada parella agafarà 8 cordills amb les mans, deixant els extrems dels cordons visibles. Llavors, la Sacerdotessa del joc, ajudarà a que els jugadors cordin les parelles de cordills que els hi sobresurten per la mà. Segons el joc, només aquelles parelles que aconsegueixin crear un sol llaç amb tots els cordills, seran felices.
Activitat d’aprenentatge: els jugadors poden comprovar amb la repetició d’aquest joc, si es més probable que es formi o no un sol llaç amb els cordills.