Estrategia de enseñanza para la transformación de la energía solar y la energía química del agua en energía eléctrica
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2024-04-17
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Descripción
Las energías alternativas, han surgido como respuesta a la creciente necesidad de generar energía eléctrica con fuentes de energía diferentes a las energías fósiles tradicionales que han causado que el deterioro ambiental aumente de manera significativa. La enseñanza de energías alternativas, no sólo proporciona los conocimientos necesarios para abordar este desafío, sino que también fomenta un pensamiento crítico desarrollando una conciencia ambiental. Este trabajo de grado propone un enfoque interdisciplinario, para enseñar la transformación de energía solar y química del agua en energía eléctrica, integrando conceptos físicos, químicos, pedagógicos y didácticos. El objetivo principal de esta investigación, es diseñar y construir estrategias de enseñanza que fomenten la comprensión de fenomenologías físicas y químicas subyacentes a estos procesos de transformación, haciendo uso de una metodología cualitativa con el fin de poder establecer un estudio de caso teniendo en cuenta la construcción de referentes teóricos para poder sustentar e implementar la parte experimental de cada uno de los fenómenos estudiados. Para poder desarrollar el material didáctico necesario para la aplicación del conocimiento adquirido mediante la implementación de las actividades prácticas en el aula. La transformación de la energía solar en energía eléctrica a través del efecto fotovoltaico y la conversión de la energía química del agua en electricidad mediante la electrólisis logran ser un método de enseñanza sobre la ley de conservación de la energía. Mediante el estudio e indagación del efecto fotovoltaico se pueden abordar fenomenologías importantes en física, como lo son la fuerza electromotriz (FEM), la teoría de semiconductores y el modelo de bandas, los cuales se utilizaron en el desarrollo de la investigación como modelos explicativos de la transformación de la energía solar. Igualmente con el estudio físico químico de toda la transformación de la energía química del agua mediante la fundamentación de la electrólisis y los procesos de reducción y oxidación (redox). Se logran establecer variables fundamentales que afectan directamente el funcionamiento de las celdas solares, como lo son el área, la intensidad lumínica, el material de las celdas y la longitud de onda de la luz, este resultado se da luego de toda la revisión a cerca de los referentes disciplinares que fundamentan la conversión de energía solar. De igual manera, gracias al estudio realizado se pueden construir los recursos didácticos integrales para lograr así que la estrategia pedagógica sea efectiva para identificar y corregir las equívocas nociones sobre las transformaciones de energía a trabajar.
Resumen
Alternative energies have emerged in response to the growing need to generate electrical energy with energy sources other than traditional fossil energies that have caused environmental deterioration to increase significantly. Teaching alternative energies not only provides the knowledge necessary to address this challenge, but also encourages critical thinking by developing environmental awareness. This degree work proposes an interdisciplinary approach to teach the transformation of solar energy and water chemistry into electrical energy, integrating physical, chemical, pedagogical and didactic concepts.
The main objective of this research is to design and build teaching strategies that promote the understanding of physical and chemical phenomenologies underlying these transformation processes, using a qualitative methodology in order to establish a case study taking into account the construction of theoretical references to be able to support and implement the experimental part of each of the phenomena studied. In order to develop the teaching material necessary for the application of the knowledge acquired through the implementation of practical activities in the classroom. The transformation of solar energy into electrical energy through the photovoltaic effect and the conversion of the chemical energy of water into electricity through electrolysis become a teaching method about the law of conservation of energy. Through the study and investigation of the photovoltaic effect, important phenomenologies in physics can be addressed, such as the electromotive force (EMF), the theory of semiconductors and the band model, which were used in the development of the research as explanatory models of the transformation of solar energy. Likewise with the physical and chemical study of the entire transformation of the chemical energy of water through the foundation of electrolysis and the reduction and oxidation (redox) processes. It is possible to establish fundamental variables that directly affect the operation of the solar cells, such as the area, the light intensity, the material of the cells and the wavelength of the light, this result is given after all the close review. of the disciplinary references that underpin the conversion of solar energy. Likewise, thanks to the study carried out, comprehensive teaching resources can be built to ensure that the pedagogical strategy is effective in identifying and correcting misleading notions about the energy transformations to be worked on.
Palabras clave
Transformación de la energía, Fuerza electromotriz, Electrólisis, Enseñanza, Recursos didácticos