El poder de la luz del sol - La energía solar en la exploración espacial

Breve descripción:

En este conjunto de actividades, los alumnos aprenderán dos conceptos que influyen en el diseño de paneles solares para misiones espaciales: la ley del cuadrado inverso y el ángulo de incidencia.

Los alumnos realizarán dos investigaciones sencillas utilizando una célula fotovoltaica (célula solar) y una fuente de luz.

En primer lugar, medirán cómo varía la potencia producida por las células solares con la distancia a la fuente de luz e intentarán recuperar experimentalmente la ley del cuadrado inverso para la intensidad luminosa.

A continuación, los alumnos realizarán un segundo experimento para investigar la dependencia de la potencia de salida de la célula solar con el ángulo de incidencia. Por último, aplicarán estos conceptos a misiones espaciales reales de la ESA.

Asunto: Ciencia, Física
Objetivos de aprendizaje:  
  • Entender y calcular la intensidad de la luz
  • Comprender qué es el ángulo de incidencia.
  • Aprender sobre células solares.
  • Realizar experimentos prácticos para estudiar la ley del inverso del cuadrado de la luz y cómo influye el ángulo de incidencia de la luz.
  • Analizar y plasmar datos en gráficas.
  • Construir circuitos eléctricos simples utilizando células solares.
  • Aprender que son la diferencia de potencial eléctrico, la corriente eléctrica, la potencia y la intensidad de la luz.
  • Investigar de los requisitos de energía solar para misiones espaciales.

Rango de edad:
14 - 18 años

Tiempo
Preparación: 1 hora
Montaje del experimento: 20 minutos
Lección: de 1 hora a 30 minutos

Idiomas:
 Inglés, Danés, Francés, Alemán, Polacoy Español.
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Actividad 1: La ley del cuadrado inverso

En esta actividad práctica, los alumnos calcularán la potencia de salida de un panel solar midiendo la corriente eléctrica y la diferencia de potencial eléctrico e intentarán recuperar la ley del cuadrado inverso a partir de sus mediciones experimentales.
Equipo

  • Hoja de trabajo de los alumnos impresa para cada grupo
  • Anexo 1 impreso para cada grupo
  • Una caja oscura (abierta por un extremo)
  • Bolígrafo/lápiz
  • Cables eléctricos
  • Cinta adhesiva
  • Fuente de luz (bombilla pequeña, 4,5 V, 0,3 A)
  • Regla
  • Varilla de 30 cm (por ejemplo, un palo de madera)
  • Material para bloquear la luz (por ejemplo, una esponja, un paño)
  • Amperímetro y voltímetro (o un multímetro)
  • Pinzas de cocodrilo
Actividad 2: El ángulo de incidencia

En esta actividad, los alumnos aprenderán la importancia del ángulo de incidencia y las ventajas de colocar las células solares en una posición óptima. Mediante un experimento, medirán cómo influye el ángulo de incidencia en la producción de energía.
Equipo

  • Hoja de trabajo de los alumnos impresa para cada grupo
  • Anexo 2 impreso para cada grupo
  • Bolígrafo/lápiz
  • Montaje experimental de la Actividad 1 (véase el Anexo 2)
  • Palo para girar la célula solar (palo de barbacoa por ejemplo)
  • Transportador
Actividad 3: Explorar el espacio con energía solar

En esta actividad, los alumnos practican el uso de la ley del cuadrado inverso aplicada a misiones espaciales reales de la ESA. Los estudiantes descubrirán cómo las propiedades de la ley del cuadrado inverso afectan al tamaño de los paneles solares y cómo el ángulo de incidencia es de vital importancia para las misiones que se aventuran cerca del Sol.
Equipo

  • Hoja de trabajo impresa para cada alumno
  • Bolígrafo/lápiz
  • Calculadora

¿Lo sabías?

La Estación Espacial Internacional (ISS) funciona con paneles solares. La imagen de la derecha muestra algunos de los paneles solares de la ISS, que alberga hasta seis astronautas a la vez. Cuando la ISS orbita alrededor de la Tierra, los paneles solares pueden girar para apuntar más directamente al Sol. Los paneles ocupan una superficie de 2.500 m³, equivalente a la mitad de un campo de fútbol.

Paneles solares en la ISS

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