“¡Descubre los Misterios de la Electricidad: Explorando el Electroscopio!”

El aprendizaje en ciencias naturales puede verse reflejado a partir  de  actividades que demuestran conceptos a través de experiencias sensoriales. exhibir, mostrar, manifestar y revelar son algunos de las acciones que permiten afianzar conocimientos a partir de los sentidos . Estas actividades se originan en situaciones que revelan mecanismos ocultos, transformando lo “invisible” en eventos tangibles que pueden ser observados y analizados. En éste sentido el ciclo de aprendizaje ROMEO  permite mostrar lo no visible, a partir del análisis de diferentes interacciones de la naturaleza y se caracteriza por seguir los siguientes pasos.

Realizar. Llevar a cabo diversas experiencias en un contexto específico para revelar lo que está oculto.

Organizar. Estructurar las experiencias y observaciones según criterios claros en tablas y gráficas.

Modelar. Desarrollar un mecanismo que explique y dé coherencia a lo observado.

Establecer. Crear un modelo que abarque la mayor cantidad de realizaciones y permita hacer predicciones.

Operar. Utilizar el modelo en diferentes contextos, aplicando lo establecido para generar resultados distintos.

El objetivo de estas actividades es vivenciar experiencias que permitan a los estudiantes observar y comprender fenómenos que no son evidentes a simple vista. Como ejemplo se puede estudiar  la electrostática que describe el comportamiento de  las cargas eléctricas en reposo y las fuerzas que actúan entre ellas. Esta rama de la física se basa en principios como la ley de Coulomb, que describe cómo las cargas de diferente signo se atraen y las de igual signo se repelen. También investiga fenómenos como la polarización y la inducción eléctrica.  

En éste artículo se muestra un estudio de caso de la construcción de un electroscopio casero por estudiantes de décimo grado en el Colegio Colsubsidio Ciudadela

Realización: llevar a cabo la experiencia 

Se proporciona a los estudiantes todos los materiales necesarios para llevar a cabo la construcción de un electroscopio, un instrumento que permite detectar la presencia de carga eléctrica. Los materiales son los siguientes:

• 1 botella de vidrio (250 ml) o tarro de compota con su tapa
• 20 cm de alambre de cobre (cable de luz)
• 1 pitillo
• cortafrios (pinzas)
• corcho e icopor
• papel aluminio
• retazos de tela de diferente material (lana, algodón, poliéster, etc)
• globos (bombas)

Durante la actividad, los estudiantes trabajan en grupos, y se les anima a colaborar al montar su electroscopio. 

Una vez que el electroscopio está construido, los estudiantes realizan un experimento interesante. Utilizan diferentes trozos de tela, los frotan enérgicamente contra el globo y luego acercan el globo cargado a la esfera de aluminio.

En este punto, surgen las siguientes preguntas

• ¿Qué sucede con las tiras de papel aluminio cuando acercas el objeto cargado al gancho del electroscopio?
• ¿Se comportan igual las tiras de aluminio cuando usas diferentes objetos cargados (como un globo o un peine)?

• ¿Qué ocurre con las tiras de aluminio si tocas el alambre con el objeto cargado? ¿Cómo cambian respecto al acercamiento sin contacto?

• ¿Qué sucede si alejas el objeto cargado del electroscopio después de haber observado la separación de las tiras de aluminio?

Organizar: Clasificación de los datos obtenidos a partir de las primeras realizaciones

Una vez que los alumnos han llevado a cabo las experiencias, el siguiente paso es organizar los datos recopilados de manera sistemática. Para ello, utilizan una tabla que les permite visualizar claramente los resultados de sus experimentos. En esta tabla, registran las diferentes telas utilizadas, el tipo de fricción aplicada y la respuesta observada en las tiras de aluminio del electroscopio. Esta clasificación no solo facilita el análisis de los datos, sino que también fomenta el trabajo en equipo y la discusión entre los estudiantes. Al comparar sus resultados, pueden identificar patrones y diferencias en la generación de carga eléctrica. De esta manera, los alumnos no solo consolidan su aprendizaje, sino que también desarrollan habilidades de análisis crítico y organización de información.

material	comportamiento laminillas	observación
Lana	se separan	Adquiere carga positiva, lo que provoca que las laminillas se repelan entre sí.
Algodón	casi no se mueven	El algodón genera menos carga estática en comparación con la lana, por lo que las laminillas no se separan tanto.
Poliéster	se separan	Al frotar el poliéster, el globo obtiene carga negativa, lo que crea una fuerte repulsión entre las laminillas de aluminio.

Modelar: Mecanismo físico preliminar para explicar

Al observar el comportamiento de las laminillas de aluminio en el electroscopio, los estudiantes comienzan a formular propuestas sobre los fenómenos físicos que intervienen en el experimento. El modelo comúnmente sugerido es la interacción entre cargas eléctricas; al frotar diferentes telas contra el globo, se generan cargas positivas y negativas.

En este momento se explican los métodos de electrización (fricción, contacto, inducción) a través del funcionamiento del electroscopio. Además, los estudiantes pueden considerar factores como la naturaleza del material y la cantidad de fricción aplicada, que también influyen en la cantidad de carga generada. Así, este ejercicio de modelado no sólo les ayuda a organizar sus observaciones, sino que también les permite desarrollar un entendimiento más profundo de los principios de la electroestática.

Creación de hipótesis

Una vez dada la explicación, por grupos los estudiantes crean hipótesis sobre cómo es el comportamiento de las cargas eléctricas en cada parte del funcionamiento del electroscopio tomando como base los métodos de electrización a continuación se muestran algunas hipótesis

• Cuando un elemento se carga por fricción y se acerca al electroscopio, las hojas de aluminio se separarán debido a la repulsión entre las cargas del mismo signo que hay en ellas.
  
• Si un objeto cargado por fricción  se acerca a un electroscopio sin tocarlo, entonces las cargas en el electroscopio se reorganizan, lo que hará que las hojas se separen debido a la atracción de cargas opuestas en la parte inferior del electroscopio.
  
• Las láminas de aluminio se separan porque los electrones se mueven a través del alambre de cobre que es un material conductor y el aluminio se separa ya que tiene la misma carga. 

Tras plantear sus hipótesis, los estudiantes iniciaron un proceso de exploración experimental, frotando diversos elementos para comprobar sus ideas. y se muestran en la siguiente tabla

Objeto	Comportamiento laminillas	Observación
Esfero	Se separan con lana, no se mueven con polyester	Las laminillas se mueven de igual forma que cuando se acerca la bomba cargada
Borrador	Casi no se mueven	Se frotó el borrador con el puesto, por lo tanto el borrador se cargó levemente
Carcasa de celular	No se mueven	Se generó fricción entre la carcasa del celular y una chaqueta de algodón pero no se evidenció transmisión de electrones

Establecer/Extender

Establecer el modelo indica que se han mejorado y puesto a prueba hipótesis, adquiriendo nuevas experiencias y validando diferentes opiniones a través de datos empíricos. De la misma forma, los debates en clase fomentan el intercambio de ideas, lo que ayuda a perfeccionar argumentos teniendo en cuenta diferentes perspectivas.

Luego de experimentar con objetos de la vida cotidiana, a los estudiantes se les suministra un video del comportamiento de varillas cargadas acercándose a un chorro de agua. generando asombro entre los estudiantes

Operar: identificación de los conceptos e implicación con eventos de la vida cotidiana 

Los estudiantes en éste momento identifican los procesos electrostáticos que se presentan en la vida cotidiana entre los fenómenos se socializaron los siguientes

• Tormentas eléctricas: Diferencia de cargas que producen una descarga eléctrica   (inducción)
• Chispas al tocar un objeto metálico: Acumulación descargas en el cuerpo humano (contacto)
• Ropa recién planchada: Transferencia de cargas por fricción 
• Las cobijas al levantarse: Diferencia de cargas entre las cobijas y el cuerpo humano (inducción)  

Conclusión

El ciclo ROMEO como método de aprendizaje facilitó a los estudiantes una comprensión más profunda de los fenómenos electrostáticos, permitiéndoles entender de manera más clara el concepto de fuerza eléctrica a través de la atracción y repulsión de cargas eléctricas. Este enfoque promovió un mayor interés en el tema, despertando curiosidad y motivando a los estudiantes a investigar más a fondo, estimulados por la observación práctica y la formulación de hipótesis. Además, los estudiantes pudieron hacer conexiones entre lo aprendido en clase y los fenómenos naturales que ocurren a su alrededor, lo que fortaleció su capacidad para aplicar conceptos teóricos a situaciones del mundo real. Este enfoque activo de aprendizaje les permitió no solo adquirir conocimientos, sino también desarrollar habilidades de observación, análisis crítico y experimentación. En general, el ciclo ROMEO impulsó un aprendizaje más significativo, conectando teoría y práctica de una manera que resultó más efectiva para los estudiantes.

Créditos

Autores: Lic. Física Juliette Vanessa Suárez; Lic. Física Laura Camelo; Lic. Física Carlos Polanco

Editor: Ing. Carlos Iván Pinzón Romero

Código: UCDECCOL

Universidad: Universidad Central

Fuentes

González, M., & Fernández, M. (2017). Pedagogía de las ciencias: Estrategias de enseñanza para la física moderna. Ediciones Académicas.
Zambrano, J. A. (2016). La enseñanza de la electrostática: Un enfoque práctico y experimental. Editorial Universitaria.
Díaz, L. M. (2019). Aprendizaje activo en ciencias: La importancia de los experimentos en la enseñanza de la electrostática. Revista de Educación en Ciencias, 15(2), 45-62
Arca, M. et. al. (1990) Enseñar Ciencia: cómo empezar, reflexiones para una educación científica de base. Editorial Paidós, Barcelona.