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OBJETIVOS DE LA UNIDAD

  • Explicar hechos que argumenten la importancia del magnetismo en la vida de los seres vivos, para el estudio del campo magnético de la Tierra y en el desarrollo de la ciencia, la tecnología y sus repercusiones en la sociedad, relacionándolos con hechos estudiados en la historia universal y nacional.
  • Describir las características principales de la acción magnética de los imanes y bobinas por las que pasa corriente eléctrica (depende de la distancia, puede ser de atracción o repulsión, se realiza a través del campo, requiere de cierto tiempo para su transmisión) y su presencia en el principio de funcionamiento de dispositivos tales como: el motor eléctrico, el relé electromagnético, el timbre eléctrico, el grabado de cintas magnéticas.
  • Describir el experimento de Oesrted sobre la interacción de la corriente eléctrica con cuerpos magnetizados.
  • Enunciar la ley de inducción electromagnética de Faraday, auxiliándose de esquemas y de la descripción de diversas situaciones experimentales y de su aplicación para describir el principio de funcionamiento de dispositivos tales como: el generador de inducción electromagnética, el transformador, la hornilla de inducción y la reproducción de sonido y almacenamiento de información utilizando como soporte cintas magnéticas.
  • Caracterizar el término de onda electromagnética y el espectro electromagnético, vinculados con fenómenos y procesos de la vida, la ciencia y la tecnología.
  • Resolver problemas de la vida cotidiana en los que se apliquen los conceptos sobre el electromagnetismo y la ley correspondiente estudiada.

CONTENIDOS

Introducción al magnetismo. Características de las interacciones magnéticas. Las líneas de inducción del campo magnético. Los imanes. Tipos de materiales magnéticos. El campo magnético de la Tierra. Algunas aplicaciones del magnetismo. La corriente eléctrica como origen del magnetismo. Inducción electromagnética. Ley de inducción de Faraday. Aplicaciones. Ondas electromagnéticas.

IDEAS ESENCIALES Y ALGUNAS CONSIDERACIONES METODOLÓGICAS

Teniendo en cuenta los contenidos esta unidad tiene dos momentos bien delimitados. El primero dedicado al estudio del magnetismo a partir de los llamados imanes permanentes y un segundo momento dirigido al estudio del magnetismo que ocasiona el paso de la corriente eléctrica que circula por un conductor. En este segundo momento se estudia la Ley de inducción de Faraday.

En el tema se trata la relación entre la electricidad y el magnetismo a partir del efecto magnético de la corriente eléctrica, las experiencias de Oerted. Hay que destacar las interacciones magnéticas entre los imanes, el campo magnético y las líneas de inducción. Mediante experimentos y demostraciones se deberán arribar a la ley de inducción electromagnética de Faraday y a las propiedades magnéticas de diferentes sustancias.

Debe destacarse el campo magnético terrestre y resulta importante la realización de trabajos investigativos relacionados el mismo y las aplicaciones del electromagnetismo. Destacarse los efectos de la energía electromagnética sobre el ser humano y los animales. Las ondas electromagnéticas y su transmisión deben también ser trabajadas. Se deben realizar además dos seminarios. El primero debe incluir: el principio de funcionamiento del relé electromagnético, el motor eléctrico de corriente directa, la bocina electrodinámica, y el proceso de grabación magnética y el segundo: el generador de inducción y el transformador, como aplicaciones prácticas de este contenido.

El politecnismo se manifiesta en el principio de funcionamiento de diversos dispositivos de gran aplicación en la esfera personal y laboral: el relai, el motor eléctrico, el generador de corriente eléctrica, las bocinas, entre otros. Por otra parte los contenidos que en el tema se trata están relacionados con diversas asignaturas como son:

INTERDISCIPLINARIEDAD

Matemática. Resolución de ecuaciones de la forma ax=b. Razón y proporción entre magnitudes. Proporcionalidad directa e inversa. Operaciones básicas con números naturales y racionales. Conversión de unidades. Notación científica. Esbozo de figuras y circuitos. Construcción e interpretación de tablas y gráficos.

Biología. Uso del magnetismo en organismos vivos (la orientación de animales y bacterias. Empleo del magnetismo en el diseño de diversos dispositivos empleados para preservar la salud humana (Ej: Técnica de resonancia magnética nuclear, magnetoterapia).

Química. Influencia de las radiaciones electromagnéticas en la sustancia y en el organismo. Explicación de las características magnéticas de la sustancia a partir de la estructura interna de la sustancia.

Geografía. Estudio de las características del campo magnético de la Tierra. Efectos del campo.

Contenidos Principales.

Durante este capítulo continuaremos avanzado en el estudio de la electricidad. Se vuelven a retomar varias de las cuestiones que allí se plantearon, relativas a la generación de electricidad, su transmisión y el funcionamiento de diversos dispositivos eléctricos. Pero ahora se centra la atención en una serie de dispositivos, de gran interés práctico y que aún no se han estudiados, cuyo funcionamiento se basa en la estrecha relación que existe entre electricidad y magnetismo.

Los temas, cuyos enlaces te proponemos al inicio de este artículo, permitirán que profundices en las ideas esenciales. Consúltalos

Sistema de conceptos y leyes:

Conceptos: imanes, líneas del campo magnético, electroimán, ondas electromagnéticas,

Leyes: Ley de inducción de Faraday

Habilidades Generales:

Planteamiento de problemas.

Acotamiento de situaciones problémicas.

Emisión de suposiciones.

Búsqueda de información.

Elaboración de estrategias para la resolución de problemas.

Diseño de experimentos, medición de magnitudes y análisis de las fuentes de incertidumbre.

Comprobación de las suposiciones o hipótesis.

Valorar las implicaciones del estudio realizado para CTS.

Elaboración, comunicación y discusión de los resultados.

Métodos y formas de trabajo.

Elaboración conjunta.

Trabajo en colectivo.

Trabajo independiente.

Problémico

ACTIVIDAD EXPERIMENTAL

  • interacción de imanes
  • Transformadores eléctricos

Demostraciones

  • Experimento de Oesterd
  • Magnetismo al paso de la corriente eléctrica en conductores: rectilíneo, espiras y bobinas.
  • Obtención de corriente inducida.

Invariantes que no deben dejar de evaluarse en la asignatura de acuerdo a lo establecido en la 226/03 sobre los contenidos de la unidad

  • Describir las características principales de la acción magnética de los imanes y bobinas por las que pasa corriente eléctrica
  • Definir la ley de inducción electromagnética de Faraday.
  • Explicar hechos que argumenten la importancia del magnetismo en la vida de los seres vivos, para el estudio del campo magnético de la Tierra y en el desarrollo de la ciencia, la tecnología y sus repercusiones en la sociedad, relacionándolos con hechos estudiados en la historia universal y nacional.

PROPUESTA DE ACTIVIDADES A DESARROLLAR

1. Experimental. a) Familiarízate con la acción de los imanes entre sí y sobre otros cuerpos. b) Riega limaduras de hierro sobre una cartulina colocada encima de un imán recto y, luego, repite la experiencia utilizando un imán en forma de herradura. c) Teniendo en cuenta las experiencias realizadas en los incisos anteriores, describe las características básicas de la acción magnética de los imanes sobre otros cuerpos.

Comentario. Dentro de las ideas derivadas de la actividad experimental se destacan:

  • Cuando se manipula imanes la acción de sus extremos, o polos, es más intensa que la de otras partes suyas.
  • Entre ellos pueden ejercerse fuerzas de dos tipos: de atracción y de repulsión.
  • Las líneas del campo magnético de un imán se orientan de Norte a Sur.

Explicar que la aguja magnética de una brújula, o un imán recto que se suspende de un hilo, se orientan en una dirección próxima a la Norte-Sur. Al polo de la aguja o imán que se dirige hacia el norte se le llama polo norte y al otro, polo sur. Los polos del mismo tipo se repelen y los de diferentes tipos se atraen.

2. Experimental. Mediante una brújula o una aguja magnética, localiza la dirección norte de la Tierra. Identifica los polos norte y sur de la aguja magnética. Utiliza la brújula o aguja magnética para identificar los polos norte y sur de un imán.

3. ¿De qué factores depende el efecto magnético de una bobina con corriente formada por numerosas espiras como la de la figura 3.4? Planifica y realiza un experimento para comprobar tus suposiciones. ¿Qué sucede al invertir el sentido de la corriente en la bobina?

Comentario. El efecto magnético se hace mucho más intenso en una bobina, formada por una serie de espiras. Su acción es muy similar a la de los imanes. La acción magnética de la bonina se incrementa al crecer el número de espiras, o la intensidad de la corriente, o al introducirse en ella un material ferromagnético (material que se comporta de modo similar al hierro en un campo magnético), dando lugar a un electroimán. Los materiales ferromagnéticos posibilitan intensificar el campo de la bobina miles de veces.

4. Examina un modelo de “motor” similar al descrito en la figura 3.6. Identifica sus diferentes partes y el circuito de la corriente eléctrica.

5. Describe las transformaciones de energía que tienen lugar en la dinamo de bicicleta durante el funcionamiento de esta.

6. Describe las transformaciones de energía que tienen lugar en los generadores de inducción de las plantas: a) hidroeléctricas, b) termoeléctricas, c) eólicas.

7. Experimental. Monta un modelo de transformador y hazlo funcionar, primero para elevar el voltaje y luego para disminuirlo. Mide los voltajes con ayuda de un voltímetro.

Comentario. Los transformadores transmiten energía eléctrica de su entrada a la salida y en este proceso, naturalmente, se produce cierta disipación de energía. Sin embargo, si las pérdidas son pequeñas, entonces podemos suponer que la cantidad de energía que llega al transformador por unidad de tiempo y la que sale de él, son iguales. Es posible calcular esta energía, tanto a la entrada como a la salida, por medio de la conocida ecuación P = U.I. Por tanto, lo dicho anteriormente puede ser descrito mediante ecuaciones del modo siguiente: Pe = Ps, es decir. Ue.Ie = Us.Is. Esto significa que en los terminales del transformador en que el voltaje sea menor, la intensidad de corriente será mayor, y a la inversa, donde el voltaje sea mayor la intensidad de corriente será menor.

8. Construye un modelo de “motor”. Consigue un alambre con barniz aislante de unos 0,5 mm de diámetro y 1,5 m de largo. Forma unas diez espiras, enrollando el alambre, por ejemplo, alrededor de una pila de linterna. Usa los extremos libres del alambre para sujetar las espiras entre sí y para preparar una especie de eje alrededor del cual pueda rotar el conjunto (fig.3.12). Aplasta las espiras para darle una forma próxima a la rectangular. Apoya uno de los extremos del alambre sobre una mesa y mediante una cuchilla retira el barniz, dejando descubierta solo una zona semicilíndrica. Repite la misma operación con el otro extremo del alambre, pero cuidando que la zona semicilíndrica desprovista de barniz sea ahora la opuesta. Puedes suspender el conjunto haciendo pasar los extremos del alambre (el eje) a través de unos orificios practicados en unas láminas metálicas fijas a una base de madera. Utiliza una pila y un imán para hacer funcionar el “motor”.

9. ¿Cómo se explica, teniendo en cuenta la ley de inducción de Faraday, el aumento de la intensidad luminosa del bombillo de una bicicleta al incrementar la velocidad?

10. Indaga acerca del funcionamiento de la guitarra eléctrica.

11. Reflexiona acerca de la importancia de las ondas electromagnéticas en el universo y, en especial, para los seres humanos.

Bibliografía

Colectivo de autores. Enseñanza de la física elemental. Editorial Pueblo y Educación

Colectivo de autores. Programa de Ciencias Naturales para Secundaria Básica noveno grado.

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