Cambios

}}{{Calificación de recurso}}

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==Descripción del recurso==

==Descripción del recurso==

El experimento consta de tres experimentos parciales:

El experimento consta de tres experimentos parciales:

* La [[#La potencia de la célula de Graetzel a diferentes intensidades de luz|potencia de la célula de Graetzel a diferentes intensidades de luz]]

* La [[#La potencia de la célula de Graetzel a diferentes intensidades de luz|potencia de la célula de Graetzel a diferentes intensidades de luz]]

* Una mayor tensión debido a varias células de Graetzel

* Una mayor tensión debido a varias células de Graetzel

Este experimento sirve muy bien para abordar el tema de las células solares, dado que a diferencia de los experimentos con células acabadas de silicio los alumnos y alumnos pueden observar en la práctica el funcionamiento básico de las células solares. En la clase de Química es posible verificar en base a los experimentos los conocimientos del modelo atómico de Bohr (niveles energéticos u órbitas que describen los electrones), aplicando también los conocimientos del campo de las reacciones químicas de reducción-oxidación. En la clase de Biología, los experimentos con la célula de colorante sirven para introducir o ilustrar el tema de la fotosíntesis. Para este experimento se suministra material para que puedan trabajar cuatro grupos de alumnos a la vez. No se trata de experimentos complicados, pero sí es necesario trabajar de forma minuciosa. Está previsto que los tres experimentos parciales puedan realizarse en aprox. 45 minutos con alumnos y alumnas hábiles. Tratándose de alumnos y alumnas menos experimentados es conveniente calcular un poco más de tiempo o se podrían omitir los experimentos parciales 2 y 3. Este experimento es también muy útil para utilizarlo durante una jornada de proyecto sobre el tema de las energías renovables o regenerativas.

Este experimento sirve muy bien para abordar el tema de las células solares, dado que a diferencia de los experimentos con células acabadas de silicio los alumnos y alumnos pueden observar en la práctica el funcionamiento básico de las células solares. En la clase de Química es posible verificar en base a los experimentos los conocimientos del modelo atómico de Bohr (niveles energéticos u órbitas que describen los electrones), aplicando también los conocimientos del campo de las reacciones químicas de reducción-oxidación. En la clase de Biología, los experimentos con la célula de colorante sirven para introducir o ilustrar el tema de la fotosíntesis. Para este experimento se suministra material para que puedan trabajar cuatro grupos de alumnos a la vez. No se trata de experimentos complicados, pero sí es necesario trabajar de forma minuciosa. Está previsto que los tres experimentos parciales puedan realizarse en aprox. 45 minutos con alumnos y alumnas hábiles. Tratándose de alumnos y alumnas menos experimentados es conveniente calcular un poco más de tiempo o se podrían omitir los experimentos parciales 2 y 3. Este experimento es también muy útil para utilizarlo durante una jornada de proyecto sobre el tema de las energías renovables o regenerativas.

*Observe las indicaciones de seguridad incluidas en las instrucciones, así como las normas de seguridad vigentes en el colegio.

*Observe las indicaciones de seguridad incluidas en las instrucciones, así como las normas de seguridad vigentes en el colegio.

*Todos los materiales indicados en las instrucciones deberán adquirirse directamente de fuentes comerciales.

*Todos los materiales indicados en las instrucciones deberán adquirirse directamente de fuentes comerciales.

===Pregunta central===

===Pregunta central===

La transformación de la energía solar en energía química según el principio de la fotosíntesis es un fenómeno que investigan los científicos desde hace décadas. Después de la célula solar de silicio en uso desde 1958, ahora también es posible transformar la energía de la luz solar en energía eléctrica con ayuda de colorantes mediante la célula Graetzel, patentada por su inventor, Michael Graetzel, en 1992. Si fuera posible implementar esta técnica a escala industrial, sería el método más económico para generar electricidad a partir de la luz solar.  

La transformación de la energía solar en energía química según el principio de la fotosíntesis es un fenómeno que investigan los científicos desde hace décadas. Después de la célula solar de silicio en uso desde 1958, ahora también es posible transformar la energía de la luz solar en energía eléctrica con ayuda de colorantes mediante la célula Graetzel, patentada por su inventor, Michael Graetzel, en 1992. Si fuera posible implementar esta técnica a escala industrial, sería el método más económico para generar electricidad a partir de la luz solar.  

#¿Cómo se puede determinar y mejorar el rendimiento de una célula Graetzel?  

#¿Cómo se puede determinar y mejorar el rendimiento de una célula Graetzel?  

#¿Qué procesos son comparables en la célula Graetzel y en la fotosíntesis?  

#¿Qué procesos son comparables en la célula Graetzel y en la fotosíntesis?  

===Integrar el experimento en el contexto educativo ===

===Integrar el experimento en el contexto educativo ===

====Base científica====

====Base científica====

La célula Graetzel puede servir como modelo del funcionamiento de la fotosíntesis.  

La célula Graetzel puede servir como modelo del funcionamiento de la fotosíntesis.  

====Relevancia en el plan de estudios ====

====Relevancia en el plan de estudios ====

Para el grupo de edad hasta los 14 años el funcionamiento de la célula Graetzel sólo debería abordarse de forma cualitativa o semicuantitativa. La célula Graetzel sirve como modelo cualitativo de dos electrodos para explicar todos los procesos de las células solares. Además, se puede utilizar en el grupo de edad de 13 a 16 años como modelo funcional para entender mejor la fotosíntesis (la transformación de la energía de la luz en energía eléctrica o química).

Para el grupo de edad hasta los 14 años el funcionamiento de la célula Graetzel sólo debería abordarse de forma cualitativa o semicuantitativa. La célula Graetzel sirve como modelo cualitativo de dos electrodos para explicar todos los procesos de las células solares. Además, se puede utilizar en el grupo de edad de 13 a 16 años como modelo funcional para entender mejor la fotosíntesis (la transformación de la energía de la luz en energía eléctrica o química).

Una vez que se conocen los modelos de los niveles de energía, el principio de donación y aceptación de electrones y los conceptos básicos de la teoría de la electricidad (tensión, intensidad y potencia), se pueden abordar los distintos pasos de la reacción de la célula Graetzel en mayor detalle, así como determinar en términos cuantitativos la influencia de los diferentes materiales y condiciones en el rendimiento de la célula.  

Una vez que se conocen los modelos de los niveles de energía, el principio de donación y aceptación de electrones y los conceptos básicos de la teoría de la electricidad (tensión, intensidad y potencia), se pueden abordar los distintos pasos de la reacción de la célula Graetzel en mayor detalle, así como determinar en términos cuantitativos la influencia de los diferentes materiales y condiciones en el rendimiento de la célula.  

La célula Graetzel es un buen ejemplo que puede ser utilizado en la enseñanza multidisciplinar de Biología, Química y Física.

La célula Graetzel es un buen ejemplo que puede ser utilizado en la enseñanza multidisciplinar de Biología, Química y Física.

 

*Las energías renovables y la transformación energética (la energía solar en energía eléctrica)

*Las energías renovables y la transformación energética (la energía solar en energía eléctrica)

*El modelo de niveles de energía (los fotones transportan los electrones a niveles más altos de energía)

*El modelo de niveles de energía (los fotones transportan los electrones a niveles más altos de energía)  

*Los espectros de luz y absorción (la longitud de onda y la energía de la luz radiada y absorbida)

*Los espectros de luz y absorción (la longitud de onda y la energía de la luz radiada y absorbida)

*Los principios de la electricidad (los semiconductores, la tensión, la intensidad, la conexión en serie y en paralelo, la potencia en función de los materiales y las conexiones utilizados)

*Los principios de la electricidad (los semiconductores, la tensión, la intensidad, la conexión en serie y en paralelo, la potencia en función de los materiales y las conexiones utilizados)

*Las reacciones de reducción-oxidación (transferencia de electrones)

*Las reacciones de reducción-oxidación (transferencia de electrones)

*La fotosíntesis (la transformación de energía solar en energía química)   

*La fotosíntesis (la transformación de energía solar en energía química)   

 

'''Temas y terminología:''' Los espectros de absorción, la cesión de electrones, la aceptación de electrones, los electrolitos, la transferencia de electrones, el modelo de niveles de energía, el principio de donación y aceptación de electrones, el colorante, la célula de colorante, el semiconductor, la luz, la energía de la luz, el espectro de la luz, la reducción del yodo a yoduro, la energía de radiación, la radiación ultravioleta, la longitud de onda  

'''Temas y terminología:''' Los espectros de absorción, la cesión de electrones, la aceptación de electrones, los electrolitos, la transferencia de electrones, el modelo de niveles de energía, el principio de donación y aceptación de electrones, el colorante, la célula de colorante, el semiconductor, la luz, la energía de la luz, el espectro de la luz, la reducción del yodo a yoduro, la energía de radiación, la radiación ultravioleta, la longitud de onda  

 

====Conocimientos a adquirir====

====Conocimientos a adquirir====

Los alumnos y alumnas ...  

Los alumnos y alumnas ...  

*construyen una célula Graetzel ellos mismos y determinan la influencia de los diferentes materiales y condiciones en su rendimiento.  

*construyen una célula Graetzel ellos mismos y determinan la influencia de los diferentes materiales y condiciones en su rendimiento.  

*describen los pasos de reacción comparables en la célula de Graetzel y en la fotosíntesis.  

*describen los pasos de reacción comparables en la célula de Graetzel y en la fotosíntesis.  

====El experimento en el contexto explicativo ====

====El experimento en el contexto explicativo ====

Los experimentos parciales pueden realizarse según los conocimientos previos de los alumnos y alumnas a un nivel más o menos elevado de exigencia.  

Los experimentos parciales pueden realizarse según los conocimientos previos de los alumnos y alumnas a un nivel más o menos elevado de exigencia.  

*La construcción de una célula Graetzel y la prueba experimental de la transformación de la energía de la luz en energía eléctrica. Los alumnos y alumnas aprenden: Se necesitan dos materiales de electrodos con las propiedades de “cesión de electrones por la incidencia de la luz” y “absorción de electrones” para que se pueda producir el proceso de transformación.

*La construcción de una célula Graetzel y la prueba experimental de la transformación de la energía de la luz en energía eléctrica. Los alumnos y alumnas aprenden: Se necesitan dos materiales de electrodos con las propiedades de “cesión de electrones por la incidencia de la luz” y “absorción de electrones” para que se pueda producir el proceso de transformación.

*Experimentar investigando, para comprobar la influencia de los diferentes materiales y condiciones sobre el rendimiento de la célula y así entender las diferentes reacciones parciales que tienen lugar en la célula.

*Experimentar investigando, para comprobar la influencia de los diferentes materiales y condiciones sobre el rendimiento de la célula y así entender las diferentes reacciones parciales que tienen lugar en la célula.

*Un planteamiento multidisciplinar teniendo en cuenta una comparación entre el funcionamiento de la célula Graetzel, la fotosíntesis y la célula solar.  

*Un planteamiento multidisciplinar teniendo en cuenta una comparación entre el funcionamiento de la célula Graetzel, la fotosíntesis y la célula solar.  

=====La construcción de una célula solar de colorante =====

=====La construcción de una célula solar de colorante =====

La célula Graetzel hace posible la transformación de la energía solar en energía eléctrica y aprovecha el principio de la fotosíntesis de los colorantes vegetales para la absorción de la luz.  

La célula Graetzel hace posible la transformación de la energía solar en energía eléctrica y aprovecha el principio de la fotosíntesis de los colorantes vegetales para la absorción de la luz.  

La capa portante de la célula se compone de dos placas de vidrio revestidas (el ánodo y cátodo), cada una de las cuales presenta por una cara una capa conductora de TCO (Transparent Conducting Oxide – óxido conductor transparente).

La capa portante de la célula se compone de dos placas de vidrio revestidas (el ánodo y cátodo), cada una de las cuales presenta por una cara una capa conductora de TCO (Transparent Conducting Oxide – óxido conductor transparente).  

En el polo negativo (ánodo) la capa de TCO tiene un revestimiento adicional de dióxido de titanio y está impregnado de un colorante antociano.  

En el polo negativo (ánodo) la capa de TCO tiene un revestimiento adicional de dióxido de titanio y está impregnado de un colorante antociano.  

En el polo positivo (cátodo) mejora la conductividad de la capa de TCO mediante una delgada capa de grafito.  

En el polo positivo (cátodo) mejora la conductividad de la capa de TCO mediante una delgada capa de grafito.  

Antes de colocar las dos partes conductoras del ánodo y cátodo una sobre la otra se añaden dos gotas de tintura de yodo (solución de yodo/yoduro de potasio) sobre el lado del ánodo.  

Antes de colocar las dos partes conductoras del ánodo y cátodo una sobre la otra se añaden dos gotas de tintura de yodo (solución de yodo/yoduro de potasio) sobre el lado del ánodo.  

 

#Placa de vidrio (lado de incidencia de la luz)

#Placa de vidrio (lado de incidencia de la luz)

#Capa de óxido conductor eléctrico, transparente (p. ej., SnO2)

#Capa de óxido conductor eléctrico, transparente (p. ej., SnO2)

#Capa de TiO2 sensibilizada con colorante antociano (polo negativo)  

#Capa de TiO2 sensibilizada con colorante antociano (polo negativo)

#Solución electrolítica de yoduro de potasio y yodo

#Solución electrolítica de yoduro de potasio y yodo

#Capa de óxido conductor eléctrico, transparente (p. ej., SnO2) y una capa de grafito (polo positivo)

#Capa de óxido conductor eléctrico, transparente (p. ej., SnO2) y una capa de grafito (polo positivo)

#Segunda placa de vidrio

#Segunda placa de vidrio