Reflexiones en torno al concepto de energía. Implicaciones curriculares
Abstract
Sevilla Segura, C.
Full text
OTROS
TRABATOS
REFLEXIONES EN TORNO AL CONCEPTO
DE ENERGIA. IMPLICACIONES CURRICULARES
SEVILLA SEGURA,
C.
IB ((Isabel de Villena)), Valencia
SUMMARY
A e
an
analysis o he di icul y o he ene gy concep , he pape p oposes a e iew o his subjec in he adi-
ional way. in seconda y school cu icula, in a o o he inco po a ion o some The modynamics concep s. Wi -
hou hese, he ene gy concep is limi ed and in his manne condi ions i s inco po a ion o he s uden 's cogni i e
s uc u e by losing a la ge pa o i s explana o y powe .
INTRODUCCION
En es os momen os, en que la Re o ma de las Ense-
ianzas Medias p omue en el análisis y la e lexión so-
b e nues a an as eces u ina ia a ea, cob an ac ua-
lidad en nues o país emas a los que desde ya hace al-
gunos a ios dedican a ención ecuen e las publicacio-
nes especializadas ex anje as. Uno de es os emas, que
p obablemen e se e á po enciado, es el elacionado
con la ene gía y su a amien o cu icula .
ENSERANZA
DE LAS CIENCIAS,
1986,
4
(3),
247-252
Es a e lexión iene mo i ada po dos ipos de azo-
nes. Po una pa e, en los ac uales lib os de ex o se
in oduce el concep o de ene gía de o ma incomple-
a, pa cial, limi ándolo -sin ad e i lo- a alguno de
sus signi icados, sin elación en e
unas
mani es acio-
nes y o as, po ejemplo, ene gia en
Mecánica
y en Elee
icidad. Po o a pa e, un ema, como el de la ene -
gía, con ue es implicaciones económicas y epe cusie
OTROS
TRABAJOS
nes en la ida co idiana p esen a peculia idades dis in-
as a aquellos o os cuyo p ime con ac o se es ablece
en la escuela y desa olla, po an o, ac i udes inicia-
les en los alumnos dis in as. La plani icación del es u-
dio escola de es os emas no puede pasa po al o es-
o, y si se p e ende ealiza un a amien o igu oso se á
necesa io cla i ica aquellos aspec os que en el uso ex-
aescola puedan apa ece con usos e i ando agudi-
za con adicciones en e la acepción co idiana del é -
mino
y
la in e p e ación escola del mismo.
El p oblema plan ea una doble e ien e, la in oduc-
ción de los concep os ísicos elacionados con la ene -
gía y la necesidad de oma en conside ación las impli-
caciones de i adas de su epe cusión social. El alum-
no empieza el es udio del ema de ene gía con bas an-
es ideas o madas y con inquie udes, con necesidad
de encon a espues as a cues iones elacionadas con
aspec os de su ida, lo cual no sucede con la mayona
de los o os emas es udiados.
1.
ALGUNAS DIFICULTADES DEL CON-
CEPTO DE ENERGIA
La in oducción igu osa, cla a y gene al de cualquie
concep o no suele se ácil, no malmen e. Si además
.ese concep o es abs ac o como el de ene gía y se en-
cuen a elacionado con o os concep os ambién abs-
ac os y con di e sidad de signi icados, la si uación
se complica, an o más si p e endemos ace ca nos a si-
uaciones eales, que obligan a ene en cuen a la de-
g adación de la ene gía, in oduciéndonos en la
Te modinámica.
El ema ecibe a ención ecuen e po pa e de dis in-
os in es igado es en didác ica, po lo que in en a e-
mos acili a el camino comen wdo algunas apo acio-
nes signi ica i as.
Desde el pun o de is a didác ico los es udios ela i os
a los p oblemas de la ene gía se enma can en es g an-
des líneas, elacionadas en e sí:
-
Concepciones que man ienen los alumnos, o ma-
das p e iamen e al p oceso de ins ucción escola . In-
oducción del concep o de ene gía.
-
La conse ación de la ene gía. P incipio de conse -
ación. Deg adación de la ene gía.
-
Educación ene gé ica.
En la línea suge ida po la p ime a co ien e se inse a
un análisis de los concep os de ene gia de alumnos de
14 a 18 alios ealizado po Wa s (1983) que pone de
mani ies o la dispa idad de nociones que e oca el é -
mino de ene gía en los dis in os alumnos. Wa s p o-
pone una clasi icación de espues as en sie e esquemas
concep uales: 1) ene gía asociada a capacidades huma-
nas;
2)
ene gía como «depósi o» que se á o igen de ac-
i idades; 3) la ene gía como ((ing edien e)), algo que
no es á «almacenado» en un sis ema sino que apa ece
al in e ac ua con él; 4) la ene gía como ac i idad, po
ejemplo, el mo imien o es ene gía;
5)
la ene gía como
p oduc o de la ac i idad;
6)
ene gia uncional, po
ejemplo gasolina o cualquie o o ipo de combus ible;
7)
la ene gía es un « luido» que se ans ie e de un sis-
ema a o o.
La c(de inición» de ene gía como capacidad pa a ea-
liza abajo es ecuen emen e con es ada po consi-
de a que es á limi ada al campo de la Mecánica y que
en a en con adicción con las leyes de la Te modiná-
mica. Pe o, además, esul a se con adic o ia con las
mismas explicaciones p esun amen e cla i icado as que
acompañan a la de inición. Asi, un cue po si uado a
una al u a iene una cie a ene gía po encial (capaci-
dad pa a ealiza abajo). Es a ene gía se a ans o -
mando a medida que el cue po en su descenso gana e-
locidad. Cuando el cue po llega al suelo la ene gia ci-
né ica se con ie e en calo y sonido, con lo cual se con-
se a la ene gía pe o no la capacidad pa a ealiza a-
bajo (Hicks, 1983).
Algunos au o es p oponen in oduci el concep o de
ene gía en un con ex o adecuado, no es ingido a la
Mecánica como suele hace se, elacionando siemp e el
concep o de ene gía con la conse ación. De es a o -
ma p e enden supe a algunas con usiones ecuen es
en la men e del alumno con o os concep os elaciona-
dos: abajo, po encia, ue za. Se sugie e ambién, de-
dica más iempo a la deg adación de la ene gia que
a la p opia conse ación (Dui , 1984).
El análisis de la con adicción en e el p incipio de con-
se ación de la ene gia, al como habi ualmen e se
enuncia, y las leyes de la Te modinámica pueden da
espues a a los p oblemas susci ados cuando el alum-
no compa a lo ap endido en clase -la ene gía se
conse a- con las no icias ela i as a la c isis ene gé-
ica y ha le an ado oces a o ables a la inco po ación
de la Te modinámica a los cu icula escola es, desde
ni eles elemen ales, p oponiendo ealiza es udios cua-
li a i os sencillos de la ene gía que omen como pun o
de pa ida los p ocesos que suceden espon ánea nen-
e, haciendo hincapié en que los p ocesos in e sos e-
quie en del uso de disposi i os que consuman combus-
ible, y po an o, que gas en ene gía (Habe -Schaim,
1983).
Po lo que espec a a la educación ene gé ica, que ha-
ce e e encia a odos los p oblemas elacionados con
las dis in as uen es de ene gía, su u ilización, acio-
nalización del consumo ene gé ico, e c., y sin ánimo
de exhaus i idad, se p opo ciona una ese la bibliog á-
ica de algunas de las publicaciones más ecien es, in-
dica i a del ni el de in e és con que en o os países se
es á abo dando el ema.
Las conside aciones an e io es pe mi en enuncia al-
gunas conclusiones:
1.
La complejidad y iqueza del concep o de ene gia,
asi como la imp ecisión come ida al de ini lo elacio-
ENSEFIANZA
DE LAS CIENCIAS
OTROS TRABAJOS
nado exclusi amen e con ans o maciones mecánicas.
2.
La necesidad de p opo ciona un ma co concep ual
su icien emen e amplio pa a inco po a el concep o de
ene gía, de la que de i a la obliga o iedad de in odu-
ci lo en di e sas si uaciones en las que se mani ies e de
o mas dis in as.
3.
Las posibilidades del p incipio de conse ación pa-
a con ibui a la comp ensión del concep o de ene -
gía, sabiendo en qué condiciones a ía, cuándo se ans-
o ma pe o pe manece cons an e, e c.
4.
Las posibilidades que o ece la inco po ación de los
concep os ela i os a la c isis ene gé ica pa a mos a
la capacidad explica i a del é mino ene gia aun cuan-
do
pa a ello sea necesa io in oduci algunos concep-
os e modinámicos.
2.
CUESTIONES A CONSIDERAR EN UNA
PROPUESTA DIDACTICA
Si omamos como indicado del a amien o que ma-
yo i a iamen e se da en las aulas al ema de la ene gía,
el con enido de los lib os de ex o en uso, podemos a i -
ma que esponde básicamen e al esquema: abajo-
po encia-ene gía-p incipio de conse ación, odo ello
sin ningún ejemplo ex año a la Mecánica y po supues-
o di e enciado de o o ema que es el de calo .
Además, como los concep os pues os en juego son com-
plejos, se adop a el camino más cómodo: simpli ica .
Se p ocede a de ini los de una mane a concisa (y po
an o limi ada), en muchas ocasiones median e una
ecuación simplemen e,.
Bajo una p esun a jus i icación didác ica, en es os plan-
eamien os se igno a oda azón elacionada con el
ap endizaje. No se iene en cuen a que los alumnos lle-
gan al aula con ideas o madas que no cambia án á-
cilmen e (Wa s, 1983; Dui , 1984; Bliss y Ogbo n,
1985). Se ol ida ambién, que la o mación de un nue-
o concep o, su inco po ación a la es uc u a cognos-
ci i a, es un la go p oceso que equie e una plani ica-
ción minuciosa en la que se debe conside a an o la
lógica in e na del con enido como la o ma de accede
a él, y es o p esen a asgos dis in os según la edad del
alumno, y su p opio desa ollo in elec ual (Fla ell,
1984; Piage , 1972). En ningún caso simpli ica un con-
cep o con ibui á a su mejo comp ensión. Si la men e
del alumno no ha alcanzado el g ado de desa ollo ade-
cuado, el ap endizaje de ese concep o no se á posible
y si el desa ollo es pe inen e lo di icul a á la des i -
uación de la simpli icación del con enido. Lo más que
pod emos log a en es os casos es una memo ización.
No amos a p esen a un modelo didác ico elabo ado,
sino algunas cues iones, que pueden ene in e és, de-
i adas de los análisis an e io es y de una e lexión so-
b e nues a p opia p ác ica docen e.
La es uc u a lógica en la in oducción de los concep-
os se podna a icula en o no a los siguien es ópicos:
-
Concep o de ene gia
-
P incipio de conse ación de la ene gía
-
La deg adación de la ene gía. Ap oximación
al
con-
cep o de en opía
-
Algunos p oblemas ene gé icos. Fuen es de ene gía.
En un p ime ni el, se ealiza p e iamen e una e isión
de la enomenología del calo , sin ocupa se oda ía del
concep o de calo ni del de empe a u a.
2.1.
Concep o de ene gia
Somos plenamen e conscien es de la complejidad del
concep o de ene gía pe o ¿dónde eside es a compleji-
dad? ¿qué concep o de ene gía debemos ense ia ? El
é mino ene gía ha pasado a o ma pa e del ace o
lingüís ico de uso ecuen e con lo cual lo encon amos
en dis in os con ex os, con acepciones di e en es, cosa
que no siemp e con ibuye a mejo a la comp ensión
del mismo. Sin emba go ello in luye en el esquema con-
cep ual que o ma el alumno y que hab á que conside-
a a la ho a de ense iá selo en la clase de Fisica.
Además, en un ámbi o es ic amen e ísico su signi i-
cado es muy gene al. Apa ece en mani es aciones muy
di e sas, asociadas a una amplia gama de enómenos
(desplazamien os, elec icidad, eacciones químicas, a-
diación.
..)
y si bien conside ada globalmen e siemp e
se conse a, en ocasiones se deg ada.
El concep o de ene gía es uno de los más abs ac os
de los es udiados en un cu nculo de Física y Quimica.
Su de inición po educción
a
o os é minos más sen-
cillos no es ácil ya que es á elacionada con concep-
os igualmen e con lic i os y abs ac os. Todo ello ha-
ce que es emos en e a un concep o de índole al que
nos obligue a una in oducción dis in a a la an ecuen-
e ((de inición ope a i a».
Las ca ac e ís icas del concep o de ene gía obligan a
abo da lo desde di e sas pe spec i as, eniendo en
cuen a cuál es el pun o de pa ida concep ual de los
alumnos e incluyendo el máximo núme o de si uacio-
nes en las que se pueda pone de mani ies o su po en-
cial explica i o. La inco po ación de un concep o a la'
es uc u a cognosci i a es á elacionada con su capa-
cidad pa a explica si uaciones, an o nue as como
aquellas que ya p eocupan al alumno.
Podemos pa i , po an o, de una ecopilación de ma-
e ial, apo ado po los p opios alumnos, consis en e
en ex os b e es en los que se haga e e encia a la ene -
gía, ob enidos de la p ensa, ele isión, o in en ados po
ellos mismos pe o que ecojan sus p opias ideas (posi-
blemen e algunos eco da án la de inición da ene gía
como capacidad pa a ealiza abajo, en es e caso, pe
d emos pone de mani ies o que es a de inición no com-
po a ningún concep o, sino que se epi e de o ma mi-
mé ica). Es o pe mi i á ab i pe spec i as espec o a la
ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS
OTROS TRABAJOS
gene alidad del é mino y po an o a la iqueza del con- ma adicional de iden i icación de la a iación de ene -
cep o, a la ez que la imposibilidad de «comp imi lo» gía con el abajo ealizado pa a log a lo, que aho a
en una de inición b e e y concisa. Algo pa ecido suce- los alumnos es án en condiciones de en ende . Tiene
de con el concep o de iempo y en ninguno de los dos in e és comen a que, los alumnos ienden a con un-
casos la di icul ad de de inición limi a su alidez.
.
di el alo de la ene gía de un sis ema en un ins an e
In en emos ca ac e iza el concep o plan eando di e -
sas si uaciones, aho a más (( ipicamen e ísicas)) (un
cue po que cae, o o que se desplaza po una supe i-
cie ho izon al y se pa a, un muelle que se es i a, una
bombilla encendida, e c.,) pa a cues iona lo que su-
cede a la ene gia en cada caso. Al inal pod emos lle-
ga a la idea de que la ene gía es una ca ac e ís ica del
sis ema, que iene un alo en cada ins an e y que se
puede modi ica cuando el sis ema se an o ma.
Podemos plan ea aho a el p oblema de e alua la can-
idad de ene gía de que dispone un sis ema en un ins-
an e y si uación y la o ma en que es a ene gía se pue-
de ans e i . Es necesa io cla i ica é minos de uso
ecuen e como: sis ema, ans o mación, es ado, p o-
ceso, a los que se hace e e encia cons an e y que, sin
emba go, suelen pe manece enmasca ados en muchas
ocasiones.
Los sis emas se ans o man po in e acción con o os
sis emas. Siemp e hay un agen e dinámico de la ans-
o mación y un cambio en la con igu ación del sis e-
ma. La in e acción ( ue za) p oduce una modi icación
de la disposición inicial del sis ema y la magni ud de
la ans o mación se iden i ica con el abajo, cuya de-
inición ope a i a se puede in oduci , asi como la idea
de que es a de inición gene al es suscep ible de adap
ación a dis in as si uaciones (comp esión de un gas,
elec icidad..
.),
pa a inclui magni udes isicas de uso
más cómodo, adap adas a los da os más habi uales en
cada sis ema.
Pe o además, los sis emas pueden modi ica su ene -
gía al in e ac ua con o o sis ema que es á a dis in a
empe a u a.
Así pues, la ene gía es una p opiedad del sis ema que
se mani ies a de muchas o mas y que puede a ia po
la in e ención del abajo y/o del calo .
La discusión de algunos ejemplos, a ni el cuali a i o,
en los que haya sis emas que ans o men su ene gía
de una o ma en o a, que a ien su ene gia o al po
la in e ención de abajo, calo , e c., pueden con i-
bui a cla i ica los concep os. Así mismo se puede in-
oduci la idea de po encia.
2.2.
P o undizando en el es udio de las ans o -
maciones
Empezamos limi ando nues o es udio a las ans o -
maciones que ya se han es udiado en emas an e io es:
cambios de posición y de elocidad. Realizamos
un
aná-
lisis, e e ido a un cue po, de cada una de ellas, in o-
duciendo la ene gía ciné ica y po encial según el esque-
y si uación con la a iación de ene gía y, en nues a
opinión, es o es indica i o de que el concep o de ene -
gía, unido al de la o ma de modi ica su alo , no es-
án inco po ados a la es uc u a cognosci i a. La in-
oducción de la ene gía po encial asociada a las ue -
zas conse a i as no p esen a di icul ades especiales
siemp e que los alumnos es én amilia izados con la
ue za peso (conse a i a) y ozamien o (no con-
se a i a).
¿Y
si conside amos las dos ans o maciones simul á-
neamen e? Al es udia la caída lib e, po ejemplo, po-
demos deduci que los alo es de la ene gia ciné ica y
po encial a ían en cada pun o, pe o su suma pe ma-
nece cons an e, mien as que si conside amos un cue -
po desplazándose po un plano inclinado bajo la ac-
ción de una ue za aplicada (o bien conside amos el a-
zonamien o) a ían los alo es de la ene gía ciné ica,
po encial y de la suma de ambas, pe o la igualdad en-
e a iación de ene gía y abajo ealizado se man iene.
La gene alización de los esul ados an e io es nos pe -
mi i á in oduci el p incipio de conse ación de la ene -
gía, ma izando las dos si uaciones: sis emas ((conse -
a i os)) y «no conse a i os».
Es a nos ya en condiciones de ap oxima nos a o a nue-
a si uación, aquella en la que el sis ema in e cambia
calo . Has a aho a nos hemos e e ido a modi icacio-
nes del sis ema que se de ec an mac oscópicamen e sin
ocupa nos de lo que sucedía a ni el mic oscópico en
el sis ema. Acep emos que el sis ema pe manece en e-
poso en una de e minada posición, po an o que no
a ía su ene gía po encial
ni
ciné ica espec o de un sis-
ema de e e encia ex e io . Si suponemos que el sis e-
ma es un ecipien e que con iene un gas, ácilmen e
acep a emos que las moléculas del mismo se encuen-
an en un es ado de agi ación pe manen e al que po-
demos asocia una ene gía po encial y ciné ica. A la
suma de es a ene gía ciné ica y po encial le denomina-
emos ene gia in e na y se modi ica cuando el sis ema
in e cambia calo . Se in oduce en es e pun o la in e -
p e ación de la empe a u a y el calo a escala mic os-
cópica. Pe o la ene gía in e na ambién puede a ia
si se ealiza abajo. Es as conside aciones conducen
al enunciado de la p ime a ley de la Te modinhica.
Cabe aquí ambién, la in oducción del equi alen e me-
cánico del calo .
La in oducción del concep o de calo en es e con ex-
o con ibuye a e adica la concepción e ónea, sus-
en ada po un amplio núme o de alumnos, del calo
como « luido», como algo que los cue pos ienen y pue-
den aumen a o disminui según que «ganen» o «pie -
dan» calo .
l
250
ENSE~ANZA
DE
LAS
CIENCIAS
OTROSTRABAJOS
2.3.
Ap oximación al concep o de en opia
T as el análisis de algunos p ocesos espon áneos (ex-
pansión de un gas, aumen o de empe a u a de un cue -
po pues o en con ac o con o o inicialmen e a mayo
empe a u a, concen ación-dilución de una disolución,
deslizamien o de un bloque sob e una supe icie con
ozamien o), con iene llama la a ención sob e el he-
cho de que los p ocesos se p oducen de o ma espon-
ánea siemp e en un sen ido y no en el con a io. Tan-
o en sen ido di ec o como in e so los sis emas cum-
plen la p ime a ley de
la
Te modinámica. ¿Po qué nun-
ca obse amos el p oceso in e so?
El p oceso en sen ido con a io implica ía una o de-
nación en el mo imien o alea o io de
las
moléculas, sig-
ni ica ía la con e sión de ene gía in e na en abajo.
Tomando el ejemplo del .bloque que desliza, signi ica-
ía que la ene gía empleada en aumen a la empe a-
u a de la supe icie de con ac o al desliza (que es el
p oceso al que nos e e imos), se ecupe a, de o ma
que a medida que la supe icie alcanza su empe a u a
inicial, el bloque se mue e en sen ido con a io, di i-
giéndose a su posición p imi i a. E iden emen e es o
no sucede en ealidad. La explicación implica la in o-
ducción de una magni ud ca ac e ís ica del es ado del
sis ema, denominada en opía, asociada al deso den del
mismo
y
ca ac e izada po que en odos los p ocesos
espon áneos la en opía del uni e so aumen a. La aso-
ciación en e espon áneos
y
aumen o de en-
opía es an sólida que muchas eces se dice que el
aumen o de en opía indica el sen ido de la lecha del
iempo.
En es os p ocesos se conse a la ene gía, pe o el aumeIÍ-
o de en opía que los acompa ia explica que no se es-
ablezca espon áneamen e la si uación inicial y po an-
o que no pueda ecupe a oda la ene gía. Pa e de
la ene gía se «in ie e» en aumen a la en opía
y
es a
pa e no es ecupe able, no se pod á u iliza pa a ea-
liza abajo.
COMENTARIO FINAL
El esquema p opues o pe mi e el desa ollo de cu i-
cula ci cula es, en los que se seleccionen los con eni-
dos según su complejidad (po ejemplo, se puede in-
oduci el concep o de en opía sólo en ni eles supe-
io es), pe o el esquema concep ual, p opiamen e di-
cho, se empieza a cons ui desde el p incipio, de o -
ma que o os concep os se inco po en de mane a na-
u al. De es e modo no se a o ece la pe sis encia de
e o es concep uales (concep o de calo ) como sucede
con o os plan eamien os. El abajo se comple a con
la discusión de di e en es uen es de ene gía, el ni el
de p o undidad que se desee, pudiendo incluso, eali-
za
una in e esan e ac i idad in e disciplina . La inco -
po ación de p oblemas como el de la ene gía o ece la
posibilidad de elaciona la escuela con la p oblemá i-
ca co idiana de la sociedad en que i e el alumno.
Se pod ía c i ica la in oducción de concep os e mo-
dinámicos a gumen ando que és os son excesi amen e
complicados pa a los alumnos de ense ianza media. El
ni el de desa ollo de la es uc u a men al eque ido
pa a accede a la comp ensión de es os concep os, o
de la eo ía ciné ica-molecula no es supe io al nece-
sa io pa a en ende los p incipios de New on (Shaye
y Adey,
1984),
cuya inco po ación al cu iculum no se
cues iona. Co esponde al ni el ope acional o mal,
que es el ni el que debe ía posee el alumno cuando
menos al inal de la ense ianza media.
La modi icación de es uc u a p opues a no signi ica
en ealidad ampliación de ema io. Aunque el p oble-
ma de la ex ensión del ema io sólo se esol e á, desde
nues o pun o de is a, cuando se ealice una selección
acional de con enidos desde la ense ianza básica has-
a la Uni e sidad, conside ando no sólo la p opia 16-
gica in e na de la Ciencia que se p e ende enseña , si-
no el ni el de desa ollo in elec ual eque ido pa a su
ap endizaje y el
eal
de los alumnos a los que se di ige.
Ol ida cualquie a de es os aspec os conduci & una ez
más, a la sensación de acaso que con demasiada e-
cuencia acompaíia nues a a ea.
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