Circuitos con masa conductora

Qué va a aprender

• Que hay materiales que dejan pasar la electricidad (masa con sal, metales, agua salada) y otros que no (masa con azúcar, plástico, papel).
• Que un circuito tiene que ser un camino cerrado del + al − de las pilas pasando por el LED.
• Que el LED tiene polaridad: la pata larga (+) debe ir al lado del cable rojo.
• Qué es un cortocircuito: si los dos bollos se tocan, la corriente toma el atajo y el LED se apaga.
• Que conectar varios LEDs en paralelo (cada uno con sus patas en los mismos dos bollos) los enciende todos a la vez.

Prepara antes

• El día antes, cocina la masa conductora (receta en los pasos 1–2) y prepara la aislante. Guárdalas en bolsas cerradas en la nevera; duran 2–3 semanas.
• Comprueba que la pila y cada LED funcionan: toca las patas del LED directamente con los cables durante 1 segundo (pata larga con el rojo). Si no luce, cambia el LED.
• Si las puntas de los cables del portapilas son cortas, pélalas hasta dejar 15 mm de cobre y retuerce los hilos para que no se abran.
• Abre las patas de cada LED en forma de V: unos 15 mm de separación entre las puntas (los 3 del semáforo, 25 mm).
• Imprime la plantilla A (tapete de trabajo) para que los primeros circuitos se hagan sobre las marcas.

Materiales y herramientas

• Harina de trigo — 1 taza (≈ 125 g) para la masa conductora + 1½ tazas (≈ 190 g) para la aislante
  harina normal de trigo
• Sal fina — ¼ de taza (≈ 70 g)
  sal de mesa; es lo que hace conductora la masa
• Crémor tártaro — 3 cucharadas (≈ 25 g) comprar
  bitartrato de potasio, en la sección de repostería; da elasticidad y ayuda a conservar
• Azúcar blanco — ½ taza (≈ 100 g)
  para la masa aislante (el azúcar disuelto no conduce)
• Aceite vegetal — 1 cucharada (conductora) + 3 cucharadas (aislante)
  girasol u oliva suave
• Agua del grifo — 1 taza (240 ml)
  para la masa conductora
• Agua destilada — ½ taza (≈ 120 ml) comprar
  para la masa aislante: el agua del grifo lleva sales y la haría algo conductora
• Colorante alimentario — 4–6 gotas por masa
  un color fuerte para la conductora (p. ej. verde) y dejar la aislante blanca o amarilla, para distinguirlas siempre
• LEDs de 5 mm — 6 (2 para los ojos + repuestos y semáforo) comprar
  difusos de 5 mm: 2 rojos, 2 amarillos, 2 verdes (2 V, 20 mA)
• Portapilas 3 × AA con interruptor — 1 comprar
  4,5 V, con cables rojo (+) y negro (−) de 15 cm con las puntas peladas 15 mm
• Pilas AA alcalinas — 3 comprar
  1,5 V cada una, nuevas
• Bolsas con cierre — 2
  para guardar cada masa por separado en la nevera

Herramientas

• Cazo antiadherente y cuchara de madera — cocinar la masa conductora adulto
• Bol grande — mezclar la masa aislante (no se cocina)
• Taza medidora de 240 ml y cucharas medidoras — medir los ingredientes
• Palillos para modelar o palillos de dientes — dar forma a la figura y abrir agujeros para las patas
• Regla — comprobar la separación entre bollos y entre cable y LED
• Tijeras o pelacables — pelar 15 mm las puntas de los cables si no vienen peladas adulto

Piezas y plantillas

• A · Tapete de trabajo: primer circuito ×1 — papel o cartulina 160 g (plastificado o con cinta ancha encima, para que no se manche)
• B · Guía del semáforo (3 LEDs en paralelo) ×1 — papel 80 g

Paso a paso

1. Cocina la masa conductora adulto

   En un cazo antiadherente, mezcla en frío 1 taza de agua, 1 taza de harina, ¼ de taza de sal, 3 cucharadas de crémor tártaro, 1 cucharada de aceite y 5 gotas de colorante verde. Remueve con cuchara de madera hasta que no queden grumos.

   Truco: Mezclar en frío evita los grumos: no calientes hasta que esté todo disuelto.

2. Espesa la masa al fuego adulto

   Calienta a fuego medio removiendo sin parar durante 3–5 minutos. Cuando se forme una bola que se despega del fondo del cazo, apaga y vuelca la masa sobre un plato. Deja enfriar 10 minutos y amásala 1 minuto.

   Comprueba: La masa no se pega a los dedos y vuelve a su forma si la aprietas. Si está pegajosa, cocínala 1 minuto más.

3. Prepara la masa aislante

   En un bol, mezcla 1 taza de harina, ½ taza de azúcar y 3 cucharadas de aceite. Añade agua destilada de cucharada en cucharada, amasando, hasta que se forme una bola (unas 6–8 cucharadas). Al final incorpora ½ taza más de harina poco a poco hasta que no se pegue.

   Comprueba: Si se pega a las manos, añade harina de cucharada en cucharada.
   Truco: Déjala blanca o de un color muy distinto al de la conductora: así nunca las confundes.

4. Prepara el portapilas y los LEDs

   Mete 3 pilas AA en el portapilas fijándote en los signos + y −, y deja el interruptor en OFF. Abre las patas de 2 LEDs en V con los dedos, hasta que las puntas queden a 15 mm. Mira cuál es la pata larga (+).

   Comprueba: Con el interruptor en ON, toca un instante las patas del LED con los cables (larga con rojo): debe encenderse. Vuelve a OFF.

5. Haz los dos bollos

   Con masa conductora, forma dos bolas de Ø 50–60 mm (del tamaño de una mandarina pequeña) y colócalas sobre los círculos del tapete A, con la tira de masa aislante de 10 mm de grosor entre ellas.

   Comprueba: Mide con la regla: entre los dos bollos hay 10 mm de masa aislante y en ningún punto se tocan.

6. Clava los cables

   Mete 15 mm de la punta pelada del cable rojo en el bollo de la izquierda, en el punto rojo del tapete, y el cable negro en el bollo de la derecha, en el punto negro. Retuerce antes la punta para que quede como un clavito y entre recta.

   Truco: Si el cobre se abre al clavarlo, dobla la punta en forma de U de 10 mm: entra mejor y hace más contacto.

7. Pon el LED como puente

   Clava la pata larga del LED en el bollo del cable rojo y la corta en el bollo del cable negro, 5–8 mm de profundidad, cerca de la masa aislante. Cada pata debe quedar al menos a 20 mm del cable de su bollo.

   Comprueba: Las dos patas no se tocan entre sí y cada una está en un bollo distinto.

8. Enciende

   Pon el interruptor en ON. El LED debe encenderse en el acto. Si no luce, saca el LED, dale la vuelta (pata larga al otro bollo) y vuelve a clavarlo.

   Comprueba: Apaga, quita la tira aislante y acerca los bollos hasta que se toquen; al encender, el LED no luce (cortocircuito). Apaga enseguida, sepáralos, vuelve a poner la tira y lucirá otra vez.

9. Modela el cuerpo del monstruo

   Apaga el interruptor. Junta los dos bollos conductores en forma de cuerpo (uno es el lado izquierdo y otro el derecho) con una pared de masa aislante de 10 mm entre ellos, de arriba abajo, como una raya en medio. Añade brazos y pies de masa aislante o conductora, pero cada pieza conductora solo puede tocar UN lado.

   Truco: Cubre la raya de aislante con una capa fina de masa aislante de colores por fuera si quieres que no se vea la separación.

10. Pon los ojos luminosos

    Clava 2 LEDs en la cabeza, cada uno con la pata larga en el lado izquierdo (rojo) y la corta en el derecho (negro), atravesando la pared aislante. Separa los dos ojos unos 20 mm.

    Comprueba: Enciende: los dos ojos lucen a la vez. Si solo luce uno, el otro está al revés.

11. Haz el semáforo

    Con la guía B, forma dos columnas de masa conductora de 45 × 115 mm separadas por 20 mm de masa aislante. Abre las patas de un LED rojo, uno amarillo y uno verde a 25 mm (a 15 mm no llegan de una columna a otra) y clávalos con todas las patas largas en la columna del cable rojo.

    Comprueba: Al encender, los tres LEDs lucen. Si quitas uno, los otros siguen encendidos: están en paralelo.

12. Recoge y guarda

    Apaga y saca los LEDs y los cables. Guarda cada masa en su bolsa bien cerrada en la nevera, sin mezclarlas. Limpia las patas de los LEDs con un papel húmedo y sécalas para que no se oxiden.

¿Funciona? La prueba

Monta el primer circuito sobre el tapete A con un LED rojo y 4,5 V. Después junta los bollos, sepáralos, y cambia el LED de posición.

Qué debe pasar: El LED rojo se enciende con buena luz al poner el interruptor en ON. Si los bollos se tocan, se apaga al instante. Si el LED está al revés, no luce (y no se estropea). Acercar el LED a los cables hace que brille más; alejarlo, menos, porque la masa tiene resistencia.

Si algo falla

• El LED no se enciende de ninguna manera — Masa no conductora (plastilina comercial de cera) o LED al revés. Solución: Usa la masa de sal (o tipo Play-Doh). Da la vuelta al LED: pata larga al bollo del cable rojo.
• Se enciende muy débil — Pocas pilas, pilas gastadas, bollos demasiado largos o LED blanco/azul. Solución: Usa 3 pilas AA nuevas, acerca el LED a los cables (sin bajar de 2 cm), haz los bollos más gruesos y prueba con LED rojo.
• Se enciende y al tocar la figura se apaga — Los dos bollos se tocan en algún punto (cortocircuito) al apretar. Solución: Ensancha la pared de masa aislante a 10 mm y revisa por debajo de la figura, donde suelen juntarse.
• El LED se encendió mucho y se apagó para siempre — La pata del LED estaba pegada al cable: casi sin masa entre medias, la corriente fue demasiado alta. Solución: Cambia el LED y deja siempre al menos 2 cm de masa entre el cable y la pata.
• Con varios LEDs, uno luce y el otro no — Uno está al revés o sus patas están en el mismo bollo. Solución: Comprueba que todas las patas largas están en el bollo del cable rojo y que cada LED cruza la pared aislante.
• La masa aislante también hace que se encienda — Está hecha con agua del grifo o lleva restos de masa salada. Solución: Hazla con agua destilada y lávate las manos entre una masa y otra.
• La masa conductora se seca y cuartea — Se ha dejado al aire. Solución: Amásala con unas gotas de agua; guárdala siempre en bolsa cerrada.

Seguridad

• Las masas llevan mucha sal: no se comen. Lávate las manos al terminar y vigila a los menores de 5 años.
• La masa conductora se cocina al fuego: el adulto la prepara y espera a que se enfríe antes de dársela a los niños.
• No conectes nunca los cables del portapilas directamente entre sí: las pilas se calientan.
• Usa solo pilas AA (máximo 4 × AA = 6 V). Nunca enchufes ni cargadores: la electricidad de la red es peligrosa.
• Los LEDs y las pilas son piezas pequeñas: lejos de niños menores de 3 años. Las patas del LED pinchan.
• Apaga el interruptor al terminar: si los bollos se tocan con el portapilas encendido, las pilas se gastan en pocas horas.

La ciencia detrás

Para los niños

La electricidad es como un montón de hormiguitas que salen de la pila por el cable rojo y quieren volver a casa por el cable negro. La masa con sal es un camino por donde pueden andar; la masa con azúcar es como un muro. Si dejamos un muro entre los dos bollos, el único puente para cruzar es el LED, y cuando las hormiguitas pasan por él, se enciende. Pero si los bollos se tocan, las hormiguitas toman el atajo y nadie pasa por el LED: se apaga.

Para el adulto

La sal (NaCl) se disuelve en el agua de la masa en iones Na⁺ y Cl⁻ que pueden moverse: la masa es un conductor iónico con una resistividad del orden de decenas de Ω·cm, de modo que un bollo de unos centímetros presenta cientos de ohmios. El azúcar, en cambio, se disuelve sin formar iones, y con agua destilada la masa aislante tiene una resistencia mucho mayor (MΩ). Un LED rojo necesita ≈ 1,8–2 V para empezar a conducir y su corriente útil es de 5–20 mA; con 4,5 V, la caída sobrante (≈ 2,5 V) la absorbe la resistencia de la masa, que actúa como resistencia limitadora: con unos 300 Ω de masa (≈ 150 Ω por bollo) circulan ≈ 8 mA. Por eso no hace falta resistencia, pero si se clava la pata junto al cable la resistencia del tramo cae y el LED puede sobrecargarse. El LED es un diodo: solo conduce cuando el ánodo (pata larga) está a mayor potencial que el cátodo. Si los bollos se tocan, la resistencia del atajo es mucho menor que la de la rama del LED y por él pasa casi toda la corriente (cortocircuito). Varios LEDs en paralelo reciben la misma tensión; los blancos y azules (≈ 3 V) apenas lucen porque queda poca tensión para la masa.

• conductor: material por el que la electricidad pasa con facilidad (metal, agua con sal, masa con sal).
• aislante: material que no deja pasar la electricidad (plástico, masa con azúcar).
• circuito cerrado: camino completo desde el + de la pila hasta el − pasando por el LED.
• cortocircuito: atajo por el que la corriente se salta el LED.
• polaridad: el LED tiene un lado + (pata larga) y un lado −; solo funciona en un sentido.
• ion: trocito de sal disuelta con carga eléctrica que se mueve por la masa.

Por edades

• 5–7 años: El adulto prepara las masas, el portapilas y los LEDs con las patas abiertas y marca la pata larga con un rotulador rojo. El niño hace los bollos, pone la pared de masa aislante y clava el LED siguiendo el tapete. Lo importante: «si se tocan, se apaga».
• 8–10 años: Siguen todos los pasos, ayudan a medir los ingredientes y hacen la masa aislante. Construyen el monstruo con dos ojos y el semáforo, y descubren solos por qué falla un LED al revés.
• 11–12 años: Que midan con un polímetro la resistencia de un churro de masa de 5, 10 y 20 cm y hagan una gráfica. Reto: calcular la corriente del LED con la ley de Ohm y diseñar una figura con LEDs en serie y en paralelo.

En grupo o en clase

Equipos de 2–3 niños. Prepara el día antes 2 recetas completas de masa conductora y 2 de aislante (dan para 8–10 equipos). Por equipo: un bollo conductor de 150 g, 80 g de aislante, 1 portapilas 3 × AA con pilas, 4 LEDs (rojo, amarillo, verde y uno de repuesto) y el tapete A impreso. Sesión de 50 min: 10 min de demostración del cortocircuito, 15 min de primer circuito sobre el tapete, 20 min de figura libre o semáforo, 5 min de recoger. Ten un bote para los LEDs usados y bolsas etiquetadas para las masas.

Retos

• Haz un monstruo que tenga los ojos de un color y la boca de otro, todo con un solo portapilas.
• Construye un interruptor de masa: un trozo de masa conductora que, al empujarlo, cierre el hueco y encienda el LED.
• Añade un zumbador activo de 3–5 V (pata larga al bollo +) y crea una figura que pite.
• Haz dos LEDs en serie (uno detrás de otro en tres bollos) y compara su brillo con dos en paralelo: ¿por qué lucen menos?
• Diseña una ciudad de masa con farolas: varias columnas conductoras unidas por «calles» y un único portapilas.

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