Objetivos (5 - 10 minutos)

1. Comprender el concepto de flujo de calor y su importancia en la calorimetría.
2. Aprender a calcular el flujo de calor a través de la fórmula Q = k * A * ΔT / d, donde Q es el flujo de calor, k es la conductividad térmica, A es el área de transferencia de calor, ΔT es la diferencia de temperatura y d es la distancia entre las dos superficies.
3. Aplicar la fórmula del flujo de calor en situaciones prácticas y contextualizadas.

Objetivos secundarios:

• Desarrollar la capacidad de razonamiento lógico y matemático en la resolución de problemas.
• Estimular la curiosidad y el interés por la Física a través de aplicaciones prácticas y relevantes.
• Promover la comprensión de la relevancia del estudio de la Física en la vida diaria y en diversas áreas del conocimiento.

En esta etapa, el profesor presentará claramente los objetivos de la clase, explicando la importancia del flujo de calor en la calorimetría y cómo se realiza el cálculo del flujo de calor. También es importante que el profesor destaque los objetivos secundarios, enfatizando la importancia del desarrollo de habilidades de razonamiento lógico y matemático, así como la curiosidad y el interés por la Física.

Introducción (10 - 15 minutos)

• Revisión de conceptos previos: El profesor debe comenzar la clase haciendo una breve revisión de los conceptos de calorimetría ya estudiados, como la ley de conservación de energía, la diferencia entre calor y temperatura, y las unidades de medida de calor (caloría y julio). Esta revisión tiene como objetivo preparar a los alumnos para el nuevo contenido que se abordará, garantizando que todos estén en la misma página.

• Situaciones problema: A continuación, el profesor debe proponer dos situaciones problema que involucren el flujo de calor. Por ejemplo, "¿Cómo se mueve el calor de una olla caliente al agua que está dentro de ella?" o "¿Por qué sentimos el suelo frío cuando pisamos descalzos, incluso si la temperatura del aire está caliente?". Estas situaciones tienen como objetivo despertar la curiosidad de los alumnos y motivarlos a comprender el concepto de flujo de calor.

• Contextualización: Luego, el profesor debe contextualizar la importancia del flujo de calor, explicando cómo está presente en diversas situaciones cotidianas y en diversas áreas del conocimiento. Por ejemplo, el flujo de calor es fundamental para entender cómo funcionan los aislantes térmicos en nuestras casas, cómo ocurre la propagación del calor en el cuerpo humano e incluso cómo funciona la transferencia de calor en procesos industriales.

• Introducción al tema: Por último, el profesor debe introducir el concepto de flujo de calor, explicando que se refiere a la transferencia de calor de una región de mayor temperatura a una región de menor temperatura. El profesor puede hacer esto a través de una analogía, comparando el flujo de calor con el flujo de agua de una región más alta a una región más baja. Esta introducción tiene como objetivo preparar a los alumnos para el contenido que se abordará en la clase y despertar su interés por el tema.

Desarrollo (20 - 25 minutos)

• Teoría del Flujo de Calor y su Fórmula (10 - 12 minutos): El profesor debe introducir la teoría del flujo de calor y explicar la fórmula Q = k * A * ΔT / d, paso a paso.

  1. En primer lugar, el profesor debe explicar que el flujo de calor (Q) es directamente proporcional a la diferencia de temperatura (ΔT) entre las dos superficies y al área de transferencia de calor (A). Esto significa que cuanto mayor sea la diferencia de temperatura y el área de transferencia de calor, mayor será el flujo de calor.
  2. A continuación, el profesor debe explicar que el flujo de calor es inversamente proporcional a la distancia (d) entre las dos superficies. Esto significa que cuanto mayor sea la distancia entre las dos superficies, menor será el flujo de calor.
  3. Luego, el profesor debe introducir el concepto de conductividad térmica (k), que es una propiedad del material que determina la facilidad con la que el calor pasa a través de él. El profesor debe explicar que la conductividad térmica es una constante para cada material y que cuanto mayor sea la conductividad térmica, mayor será el flujo de calor.
  4. Por último, el profesor debe explicar que la fórmula Q = k * A * ΔT / d combina todos estos factores y permite calcular el flujo de calor en una situación específica.

• Demostración del Cálculo del Flujo de Calor (5 - 7 minutos): Luego, el profesor debe demostrar cómo calcular el flujo de calor usando la fórmula Q = k * A * ΔT / d.

  1. El profesor debe presentar una situación problema, por ejemplo, "¿Cuál es el flujo de calor a través de una pared de ladrillos de 2 metros de ancho, 3 metros de alto y 20 centímetros de espesor, si la diferencia de temperatura entre los dos lados de la pared es de 10°C, y la conductividad térmica del ladrillo es de 0,6 W / (m·K)?".
  2. A continuación, el profesor debe guiar a los alumnos en el cálculo del flujo de calor, paso a paso. El profesor debe comenzar reemplazando los valores en la fórmula y luego realizando las operaciones matemáticas para obtener el resultado final. Durante el proceso, el profesor debe explicar cada paso y responder a las dudas de los alumnos.

• Práctica del Cálculo del Flujo de Calor (5 - 6 minutos): Por último, el profesor debe proponer algunos ejercicios adicionales de cálculo del flujo de calor para que los alumnos puedan practicar lo aprendido. El profesor debe seguir de cerca la resolución de los ejercicios por parte de los alumnos, aclarando dudas y proporcionando retroalimentación.

En esta etapa, el profesor debe asegurarse de que la explicación de la teoría y la fórmula del flujo de calor sea clara y comprensible, utilizando ejemplos y analogías siempre que sea posible. El profesor también debe fomentar la participación activa de los alumnos, haciendo preguntas, solicitando ejemplos de situaciones cotidianas que involucren el flujo de calor e incentivando la discusión. Además, el profesor debe garantizar que los alumnos tengan la oportunidad de practicar el cálculo del flujo de calor, para que puedan aplicar lo aprendido de forma autónoma.

Retorno (10 - 15 minutos)

• Discusión en Grupo (5 - 7 minutos): El profesor debe iniciar esta etapa proponiendo una discusión en grupo sobre lo aprendido. Se debe alentar a los alumnos a compartir sus conclusiones y reflexiones sobre el concepto de flujo de calor y la fórmula Q = k * A * ΔT / d. El profesor debe guiar la discusión, haciendo preguntas que animen a los alumnos a pensar más profundamente sobre el concepto y sus aplicaciones prácticas. Por ejemplo, el profesor puede preguntar: "¿Cómo creen que la fórmula del flujo de calor se puede aplicar en situaciones cotidianas?". O también, "¿Pueden pensar en alguna situación en la que la fórmula del flujo de calor podría ser útil?". Durante la discusión, el profesor debe fomentar la participación de todos los alumnos, valorando sus contribuciones y promoviendo un ambiente de respeto y cooperación.

• Conexión con la Teoría (2 - 3 minutos): Después de la discusión en grupo, el profesor debe retomar los conceptos teóricos presentados y hacer la conexión con las reflexiones de los alumnos. El profesor debe enfatizar cómo la teoría del flujo de calor y la fórmula Q = k * A * ΔT / d permiten entender y prever la transferencia de calor en diversas situaciones cotidianas y en diversas áreas del conocimiento. El profesor también debe resaltar la importancia del cálculo del flujo de calor para la ingeniería, la arquitectura, la medicina, la climatología, entre otras áreas.

• Reflexión Individual (3 - 5 minutos): Por último, el profesor debe proponer que los alumnos realicen una reflexión individual sobre lo aprendido en la clase. El profesor debe hacer preguntas que animen a los alumnos a pensar críticamente sobre el contenido de la clase y sobre cómo se relaciona con el mundo que les rodea. Por ejemplo, el profesor puede preguntar: "¿Cuál fue el concepto más importante que aprendiste hoy?" o "¿Cómo planeas aplicar lo que aprendiste hoy en tu vida diaria?". Los alumnos deben tener un minuto para pensar en sus respuestas y luego, quienes deseen, pueden compartir sus reflexiones con la clase. El profesor debe valorar todas las respuestas, ya que el objetivo de esta actividad es animar a los alumnos a reflexionar sobre lo aprendido y a establecer conexiones entre la teoría y la práctica.

En esta etapa, el profesor debe asegurarse de que todos los alumnos tengan la oportunidad de participar activamente en la discusión y las reflexiones, respetando el ritmo y las características individuales de cada uno. El profesor también debe hacer una síntesis de las ideas principales discutidas, reforzando los conceptos más importantes y aclarando posibles dudas. Por último, el profesor debe finalizar la clase de forma clara y resumida, reforzando los puntos principales abordados y la importancia del flujo de calor y del cálculo del flujo de calor en la calorimetría.