Efecto invernadero
Efecto invernadero
Modelizar el efecto invernadero comparando el calentamiento de una atmósfera enriquecida en CO₂ (refresco gaseoso) y una atmósfera normal (refresco desgasificado) bajo una lámpara.
El efecto invernadero está en el centro del calentamiento climático, ¿pero se puede reproducir en clase? Este experimento, inspirado en el protocolo LAMAP, compara el calentamiento de dos recintos idénticos colocados bajo una lámpara: uno contiene refresco recién abierto que libera CO₂ (atmósfera enriquecida), el otro contiene el mismo refresco desgasificado (atmósfera testigo). Es una oportunidad excelente para desarrollar el espíritu crítico sobre las analogías experimentales y sus límites.
Descripción de la actividad:
El alumno prepara dos recintos idénticos: uno con refresco recién abierto (que libera CO₂), el otro con el mismo refresco desgasificado la víspera. Cada recinto está equipado con un sensor SCD40 de FizziQ Connect. Los dos recintos se colocan uno junto al otro bajo una lámpara. Se observa que el recinto enriquecido en CO₂ se calienta ligeramente más.
FizziQ
Autor:
Duración:
90
Lo que harán los estudiantes:
'- Concebir y realizar un experimento de modelización con un testigo
- Medir simultáneamente la temperatura y la concentración de CO₂ en dos recintos
- Observar el efecto de una atmósfera enriquecida en CO₂ sobre la temperatura
- Desarrollar el espíritu crítico sobre los límites de una modelización experimental
Conceptos científicos:
'- Efecto invernadero
- Radiación infrarroja
- Absorción y emisión térmica
- Convección y confinamiento
- Gases de efecto invernadero (CO₂)
- Modelización experimental y límites
Sensores:
'- Sensor SCD40 (CO₂ en ppm, temperatura en °C) × 2
Material necesario:
'- Smartphone o tableta con FizziQ Connect
- Dos módulos M5 Stack con sensores SCD40
- Dos recipientes idénticos y transparentes (cristalizadores, cajas plásticas)
- Una lámpara potente (halógena preferiblemente, que emita infrarrojos)
- Refresco gaseoso (Fanta, limonada): una botella fresca y una desgasificada la víspera
Procedimiento experimental:
La veille de l'expérience, ouvre une bouteille de soda et laisse-la ouverte toute la nuit pour que le gaz s' échappe complètement. C'est le soda « dégazé » (témoin).
Le jour de l'expérience, prépare une seconde bouteille de soda identique, fraîchement ouverte et encore gazéifiée.
Équipe chaque boîtier M5 Stack d'un capteur SCD40. Allume les boîtiers et vérifie qu'ils affichent CO₂ (ppm) et température (°C).
Verse le soda dégazé dans le premier récipient et le soda gazéifié dans le second. Utilise des volumes identiques.
Place un capteur SCD40 dans chaque récipient, au-dessus du liquide (pas immergé). Couvre les récipients de film alimentaire pour limiter les échanges.
Note les valeurs initiales de CO₂ et température pour les deux enceintes. Le CO₂ de l'enceinte avec soda gazéifié devrait être nettement plus élevé (plusieurs milliers de ppm).
Place les deux récipients côte à côte, à la même distance de la lampe. Lance l'enregistrement sur les deux boîtiers.
Allume la lampe (halogène de préférence pour une bonne émission infrarouge). Enregistre pendant 60 à 90 minutes.
Arrête l'enregistrement et exporte les données de chaque boîtier dans FizziQ Connect.
Compare les courbes de température et de CO₂ pour les deux enceintes. Discute les résultats en tenant compte des limites du modèle.
Resultados esperados:
Con el Fanta, la concentración de CO₂ del recinto gaseoso alcanza rápidamente 40 000-45 000 ppm (saturación del sensor), mientras que el recinto desgasificado permanece a unos cientos de ppm. La temperatura del recinto enriquecido en CO₂ aumenta ligeramente más rápido y alcanza un valor final superior en 1 a 3°C al del recinto testigo.
Preguntas científicas:
'- ¿Se puede afirmar que la diferencia de temperatura observada se debe únicamente a la absorción infrarroja por el CO₂?
- ¿Por qué los resultados son menos significativos con Coca-Cola que con Fanta?
- ¿Cuál es la diferencia entre el efecto invernadero de un invernadero hortícola y el efecto invernadero atmosférico?
- ¿Cuáles son los límites de esta modelización?
Explicaciones científicas:
El efecto invernadero atmosférico es un fenómeno radiativo: ciertos gases (CO₂, H₂O, CH₄) absorben la radiación infrarroja emitida por la superficie terrestre y la reemiten parcialmente hacia el suelo.
En este experimento, el recinto enriquecido en CO₂ se calienta efectivamente más, pero los mecanismos implicados no son únicamente radiativos. La convección : le CO₂ est plus dense que l'air (M = 44 g/mol vs 29 g/mol), ce qui modifie les courants de convection dans l'enceinte.
Dans un cristallisoir rempli de CO₂ dense, l'air doit être plus chaud pour commencer à s'échapper et être remplacé par de l'air frais. La température d'équilibre est donc plus élevée, indépendamment de tout effet radiatif.
Le terme « effet de serre » est lui-même trompeur : dans une serre horticole, le réchauffement est principalement dû au confinamiento (suppression de la convection) et non à un effet radiatif des vitres. Les vitres d'une serre sont d'ailleurs quasiment opaques aux infrarouges lointains.
Il n'existe pas d'expérience simple en classe reproduisant fidèlement le mécanisme radiatif de l'effet de serre atmosphérique. Cette modelización est néanmoins pédagogiquement riche car elle permet de discuter les limites des modèles et d'exercer l'espíritu crítico face aux résultats expérimentaux.
Le véritable effet de serre atmosphérique est mesuré par satellite : sans effet de serre naturel, la température moyenne de la Terre serait d'environ -18°C au lieu de +15°C, soit un réchauffement de 33°C dû principalement à la vapeur d'eau et au CO₂.
Actividades de ampliación:
'- Comparar los resultados con una lámpara halógena (más infrarrojos) y una lámpara LED (menos infrarrojos)
- Probar con Coca-Cola y Fanta para observar el efecto del color del líquido
- Utilizar CO₂ puro (por reacción vinagre-bicarbonato) en lugar de refresco para controlar la concentración
- Prolongar la experiencia para observar el equilibrio térmico
Preguntas frecuentes:
Q: ¿El sensor SCD40 satura a 40 000 ppm, es un problema?
R: El rango del SCD40 llega hasta 40 000 ppm. Si la concentración supera este valor, el sensor muestra el valor máximo. No es un problema para la medición de temperatura, que es el objetivo principal.
Q: ¿Por qué utilizar una lámpara halógena?
R: Las lámparas halógenas emiten una proporción importante de infrarrojos, lo que permite simular la radiación solar que calienta la superficie terrestre.