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154 L ib ro para e l maest ro

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¿Qué hay en el átomo?Propósito y perspectivaEn esta secuencia los alumnos analizan cómo es la estructura interna del átomo de acuerdo con diferentes teorías.

Bajo una perspectiva de Historia de la Ciencia, los alumnos valoran cómo distintas teorías atómicas y sus modelos han permitido avanzar en la comprensión de la estructura de la materia y en la explicación de fenómenos.

Plan de trabajoEn el plan de trabajo se incluye la siguiente información para cada actividad:

• Los contenidos conceptuales en negritas.

• Las destrezas en rojo.

• Las actitudes en morado.

• El trabajo que el alumno desarrolla en la actividad, en azul. El alumno decide cuál o cuáles trabajos incluye en su portafolio. Usted puede sugerir aquellos que considere representativos de la secuencia.

• Los recursos multimedia con los que se trabaja en cada actividad.

• Los materiales que deben llevarse de casa o el trabajo realizado previamente.

secuencia 22

SESIÓN Momento de la secuencia

Propósitos (conceptos, destrezas y actitudes)

Materiales necesarios o trabajo en casa

1

Texto introductorio

Presentar a partir de un pasaje de la vida de Alva Edison, un primer acercamiento hacia la idea de que distintos materiales están formados de partículas pequeñas relacionadas con fenómenos físicos como la electricidad.

Actividad de desarrollo

UNO Identificar los conocimientos previos sobre la estructura de la materia. Lista de palabras clave.

Texto de información inicialMostrar algunas de las ideas generales que llevaron a Dalton a inferir que el átomo es una partícula rígida indivisible presente en toda la materia.

¿Cuál es el primer modelo atómico moderno?


DOS Ilustrar con ejemplos las ideas sobre la estructura atómica de tres objetos distintos. Dibujos.

Por equipo: Lápiz, pluma, goma.

2Texto de formalización

Describir la transformación de las ideas sobre el átomo después del modelo de Dalton. Valorar el papel de los modelos atómicos para comprender la estructura de la materia

Actividades de desarrollo

TRES Identificar las ideas esenciales sobre los átomos con base en el texto de formalización. Línea del tiempo y cuestionario.

CUATRO Construir distintos modelos atómicos a partir de la información disponible. Modelos atómicos.

Construyendo un átomo Por equipo: Cinta adhesiva; compás; plastilina de colores rojo, verde, azul y negro; tarjetas de cartulina de 5 x 8 cm, plumones, cartulina de 30 x 30 cm.

Actividades de evaluación

Resuelvo el problema

¿Para qué me sirve lo que aprendí?

Ahora opino que…


116

secuencia 22

Para empezarLee el texto.

• Antes de leer, responde: ¿Por qué los cables son buenos conductores de laelectricidad?

sesión 1

Texto introductorio

¿Qué hay en el átomo?

Thomas Alva Edison era un hombre tenaz y paciente. Se cuentaque después de experimentar durante mucho tiempo con una desus bombillas, le pidió al muchacho que le asistía en su laboratorioque la dejara en la habitación del piso de arriba. El entusiasta jovensubió la escalera y, accidentalmente, dejó caer la bombilla. Mientrasobservaba los pedazos esparcidos, Edison pidió a sus colaboradoresponerse inmediatamente a trabajar en la construcción de otrabombilla y tardaron veinticuatro horas en tenerla lista.

Entonces, Edison pidió al muchacho que la subiera nuevamente.El joven, sorprendido por la petición, tomó cuidadosamente labombilla y la llevó hasta su sitio, intacta. Ese día, Edison le enseñóal muchacho la tenacidad y la confianza características de laspersonas que se dedican al trabajo científico y a sus aplicacionestecnológicas.

El chico continuó trabajando en el laboratorio y aprendió que laelectricidad viaja por cables y que ésta causa que las bombillas seiluminen. Jamás imaginó que dentro de la frágil esfera de cristal, enlos cables y en toda la materia que existe, hay un mundoextraordinariamente pequeño de partículas y de fenómenos queocurren entre ellas, que explica diversos cambios físicos, como latransformación de la electricidad en calor y en luz.

El estudio de las características de estas partículas nos hapermitido explicar una variedad de fenómenos físicos, como laconducción de la electricidad en un metal o las propiedadesmagnéticas de la materia.

Edison nació en Ohio, EU en 1847 y murióen 1931. Ésta es una de sus bombillas.

Ahora conoces los alcances de la teoría cinética de partículas para explicar algunoscomportamientos de la materia. En esta secuencia identificarás la estructura interna delas partículas que constituyen la materia, a partir del análisis de algunos modelos que alo largo del tiempo se han empleado para explicar qué hay en un átomo. Apreciaráscómo los modelos atómicos han permitido avanzar en la comprensión de la estructurade la materia.

SESIÓN 11 Antes de iniciar la sesión, mencione

a los alumnos que en esta sesión recordarán sus conocimientos sobre la estructura de la materia mediante la identificación de ideas clave sobre las teorías estudiadas en la Secuencia 16. Asimismo, elaborarán sus propias representaciones al ilustrar la estructura de tres objetos distintos de uso cotidiano. Pregunte a sus alumnos qué es lo que recuerdan sobre la estructura de la materia.

Para empezar

• Antes de leer, responde: ¿Por qué los cables son buenos conductores de la electricidad?

RL Por ejemplo: Porque son de metal y los metales son buenos conductores.

Texto introductorio

El texto presenta cómo distintos materiales, como los usados por Thomas Alva Edison para probar sus bombillas, están formados de pequeñas partículas que están relacionadas con fenómenos físicos como la electricidad. El texto pone de manifiesto la importancia de tener confianza en uno mismo para realizar una tarea asignada. En el caso de la actividad científica, ser tenaz y paciente son actitudes deseables en el trabajo pues no siempre se obtienen los resultados esperados.

1 Pregunte a sus alumnos si conocen algo sobre la vida de Edison, cuyos inventos siguen siendo la base de muchos aparatos que forman parte de la vida cotidiana.

2 Pregunte a sus alumnos si pueden

expresar lo que creen que pudo haber sentido el asistente de Edison al tirar la bombilla y luego al depositarla con éxito en su sitio. Realicen comentarios sobre la importancia sentir confianza en uno mismo.

Puede preguntar a sus alumnos si alguna vez han visto ilustraciones sobre el átomo en la televisión, en revistas o anuncios publicitarios. La secuencia permitirá a los alumnos tener un panorama de cómo surgieron estas teorías y qué es lo que representan para las ciencias. Puede comentarles que las ciencias actuales se basan en gran medida en la búsqueda de explicaciones sobre la estructura de la materia.

Para cada actividad se presenta la siguiente información:

1. El propósito.

2. Las sugerencias generales para enseñar en Telesecundaria, que aparecen en un manchón como . Consulte el documento Cinco sugerencias para enseñar en la Telesecundaria para seleccionar la más adecuada.

3. Las sugerencias específicas para la actividad.

4. Las respuestas esperadas se marcan como RM: Respuesta modelo. Cuando la pregunta es abierta y acepta más de una respuesta se marca como RL: Respuesta libre. En este caso se ofrecen ejemplos de posibles respuestas o criterios que el alumno debe tomar en cuenta al dar su respuesta.


Consideremos lo siguiente…

Recuerde no pedir a los alumnos la respuesta al problema en este momento; deje que ellos imaginen posibles soluciones. La que le damos a usted le permitirá guiarlos adecuadamente durante las actividades.

Solución al problema: RM 1. Los distintos objetos están formados por átomos que, a su vez, están formados por las mismas tres partículas, aunque en distinta proporción. Los protones, de carga positiva; los neutrones, que carecen de carga, y los electrones, cuya carga es negativa. Las dos primeras partículas se encuentran en el núcleo y tienen una masa similar. Los electrones son mucho más ligeros y se mueven alrededor del núcleo.

2. El conocimiento sobre la estructura de la materia ha cambiado a lo largo del tiempo. Mientras Dalton concibe al átomo como una esfera rígida e indivisible, Thompson aporta la idea de partículas más pequeñas que el átomo con carga negativa, llamadas electrones. Rutherford identificó al protón como una partícula de carga positiva. Bohr introdujo la idea de órbitas circulares alrededor del núcleo y Chadwick descubrió al neutrón. Todos estos aportes dieron lugar al modelo atómico actual, que seguirá modificándose conforme se obtengan más evidencias experimentales.

Lo que pienso del problema

1 Recuerde que en esta sección es

importante que los alumnos expresen libremente sus conocimientos previos. Ellos podrán contrastar sus respuestas iniciales con las representanciones que elaboren y los cuestionamientos al final de la secuencia. Pregunte a los alumnos si creen que la materia es continua o discontinua y retome al final de la secuencia.

1. Algunos alumnos pueden pensar que existe un átomo distinto para cada sustancia, como si hubiera partículas para cada material. Así pueden creer que hay átomos de plástico o de agua. RL Por ejemplo: No, porque son distintos materiales.

2. Los alumnos ya tienen antecedentes sobre la idea de átomo, ya que se trabajó en la Secuencia 16. RL Por ejemplo: El átomo.

3. RL Por ejemplo: No, porque átomo quiere decir sin división.

Manos a la obra

Actividad UNO

El propósito de esta actividad es identificar los conocimientos que poseen los alumnos sobre la estructura de la materia, dado el antecedente que tienen sobre esto en la Secuencia 16 con las teorías de Demócrito-Leucipo, Newton y Dalton.

• Elabora una lista de palabras clave que explican los planteamientos de Aristóteles, Newton y Dalton acerca de la estructura de la materia.

Para obtener las palabras clave, pídales hacer un listado de las diferencias entre estas teorías. RM En la tabla.

Realicen lo siguiente:

2. RM Todas pensaron que la materia se forma de cosas pequeñas. Dalton pudo haber retomado la idea corpuscular de Newton.

3. RL Por ejemplo: Se han inferido debido a ciertas propiedades de la materia.

Es conveniente recordar lo abordado en el Texto de formalización de la Secuencia 16.

117

IICIENCIAS

Lo que pienso del problemaContesta en tu cuaderno:

1. ¿Un cable y un pedazo de vidrio están hechos de las mismas partículas? ¿De cuáles?

2. ¿Cuál es la parte más pequeña de estos cuerpos?

3. ¿Se pueden dividir las partículas más pequeñas con las que está formada la materia?

Manos a la obraActividad UNOIdentifica lo que sabes acerca de la estructura de la materia.

• Elabora una lista de palabras clave que explican los planteamientos de Aristóteles,Newton y Dalton acerca de la estructura de la materia.

Palabras clave sobre la estructura de la materia

Aristóteles Newton Dalton


1. Intercambien sus listas de palabras

2. ¿Qué semejanzas encuentran entre ellas? Escríbanlas en el pizarrón

3. Comenten: ¿Cómo es posible saber algo de los átomos si no sepueden ver?

Vínculo entre SecuenciasRecuerda que estudiaste los modelos de Aristóteles y de Newton en la Secuencia 16: ¿Cómo está formada la materia?

Consideremos lo siguiente…A continuación se presenta el problema que resolverás con lo que hayas aprendido durante esta secuencia.

¿Cómo están formados el vidrio de las bombillas o focos, los cables y toda la materia que conoces? Elabora un modelo que represente su estructura interna, y que explique las siguientes cuestiones:

1. ¿Distintos objetos están formados por partículas diferentes?

2. ¿Cómo ha cambiado el conocimiento sobre la estructura de la materia a lo largo del tiempo?

RM Cuatro elementos Agua Aire Tierra Fuego

RM Corpúsculos Partículas

RM Esfera rígida Indivisible Sólido


118

secuencia 22¿Cuál es el primer modelo atómico moderno?

Lean el texto.

• Respondan la pregunta del título.

Texto de información inicial

nueva destreza empleada

ilustrar con ejemplos: Apoyar o aclarar

enunciados de hechos o conceptos con ejemplos

apropiados; identificar o dar ejemplos específicos

para ilustrar el conocimiento de conceptos generales.

¿Es invisible el átomo?Pensar que la materia está formada por átomos esféricos e indivisibles, como propuso Dalton, era algo difícilde aceptar a principios del siglo XIX; ya que si los átomos son los fragmentos más pequeños de la materia,entonces no se pueden ver, y si no se ven, entonces es impensable hacer experimentos directamente con ellospara comprobar su existencia.

Sin embargo, Dalton conformó su modelo atómico revisando algunas teorías conocidas en su época ycombinando sustancias diferentes. Sospechó, con acierto, que el agua está formada por una combinación delos gases hidrógeno y oxígeno; incluso encontró que el hidrógeno y el oxígeno tienen diferente masa; elhidrógeno es más ligero que el oxígeno.

De esta manera pudo concluir que así como el agua, las sustancias combinadas están formadas porpartículas con apariencia similar, pero de distinta masa, que se llaman átomos y que conforman toda lamateria.

Si bien no todas las suposiciones de Dalton fueron correctas, su modelo de constitución de la materiareforzó la teoría atomista que habían postulado Demócrito y Leucipo 2000 años antes. El que la materia estáformada por átomos sigue siendo una afirmación aceptada en la teoría atómica actual, y con ello, el trabajo yel pensamiento de Dalton se han colocado en la historia de los modelos atómicos.

Reflexión sobre lo aprendido

¿Qué aporta este texto para que puedas

resolver el problema? ¿Son diferentes

los átomos de un alambre a los átomos

del vidrio de una bombilla?

Actividad DOS

ilustren con ejemplos cómo se imaginan la estructura de la materia.

1. Observen tres objetos que tengan a la mano, como lápiz, goma, pluma.

2. En el cuaderno, expliquen cómo creen que están formados.

3. Ilustren con un dibujo sus explicaciones.

Realicen lo que se indica:

1. Intercambien sus dibujos.

2. Comparen las semejanzas y las diferenciasentre sus ilustraciones.

3. Comenten: ¿Qué hay en un átomo?

El video describe cómo los experimentos meteorológicos de Dalton sobre la presión atmosférica le llevaron a suponer que los gases se combinan en proporciones definidas para formar compuestos.

3 El recurso tecnológico fortalece la información del texto. Puede aprovechar el recurso para presentar la información a sus alumnos de manera atractiva.

• Respondan la pregunta del título.

Deje que los alumnos expresen libremente sus opiniones sobre la posible respuesta del título.


El texto muestra algunas de las ideas generales que llevaron a Dalton a inferir que el átomo es una partícula rígida indivisible presente en toda la materia.

Nueva destreza empleada Comente con sus alumnos la nueva destreza trabajada en la secuencia. 5 Pida a los alumnos que mencionen alguna cosa, hecho o fenómeno que hayan explicado con un ejemplo, así como la utilidad de los ejemplos para explicar y entender algo

Actividad DOS

El propósito de esta actividad es que los alumnos se imaginen cómo son tres objetos distintos y los ilustren con dibujos. De esta manera queda implícita su idea sobre la estructura de la materia.

3 Permita que ellos expresen cuál de las

ilustraciones puede representar mejor la idea de átomo.

Ilustren con ejemplos lo que se imaginaron sobre la estructura de la materia.

2. Quizás algunos alumnos confundan moléculas con átomos. Mencione a sus alumnos que las moléculas están formadas por átomos. RM De átomos.

5 Para cerrar la sesión, y para su evaluación se recomienda colocar en un lugar visible los dibujos de los alumnos. De esta manera podrán comparar sus ideas del átomo con las que identifiquen posteriormente.

Realicen lo que se indica:

2. Con la información que tienen los alumnos hasta ahora, se espera que visualicen al átomo tal y como lo hizo Dalton. 5 Si alguno de ellos dibujara un átomo estereotipado como el modelo de Bohr o de Rutherford, que suelen aparecer en diversos medios masivos y marcas comerciales, pregúnteles sobre su significado.

Quizás por los medios masivos de comunicación o las películas, algunos de sus estudiantes relacionen la palabra átomo con otras palabras como protones, neutrones, núcleo o electrones. Sin embargo no comprenden que son partículas subatómicas. Otros alumnos tendrán una idea como la de Dalton.


119

IICIENCIAS

¿Cómo son los átomos? Mientras la teoría de Dalton fue bien recibida por los químicos, losexperimentos con electricidad y magnetismo ocupaban a los físicos de finalesdel siglo XIX. Algunos de ellos habían comprobado que si se establece uncampo eléctrico suficientemente intenso a través de los extremos de untubo de cristal al vacío, se produce un rayo resplandeciente. Nadie podíaexplicar por qué sucedía esto.

En 1897, Joseph J. Thomson (1856-1940) descubrió que el misterioso rayose tuerce en presencia de imanes, lo que lo llevó a pensar que el rayo estáformado de pequeñas partículas con carga negativa. Al poco tiempo, se lellamó electrón a esta partícula que desde luego no es visible. Thomsonsupuso que el electrón tenía que ser más pequeño que el átomo y parteconstitutiva de su estructura. En consecuencia, propuso un modelo atómicocomo una esfera sólida con carga positiva, en la que los electrones están enreposo y se disponen sobre él como las pasas de un panqué. Según este modelo,el número de electrones debe ser tal que equilibre la carga positiva que existeen el átomo. Así se obtiene un átomo con carga eléctrica neutra. Faltabaencontrar, acaso, las partículas de carga positiva, si es que las había.

Por fin, el físico nacido en Nueva Zelanda Ernest Rutherford (1871-1937)postuló en 1911 que la carga positiva del átomo se encuentra concentradadentro de una zona a la que llamó núcleo, alrededor de la cual giran loselectrones. En 1917 Rutherford identificó al protón como una partículacon carga eléctrica positiva que forma parte del núcleo atómico.

En 1913, el danés Niels Bohr (1885-1962) buscó explicar la estructura delátomo más simple: el hidrógeno. Propuso que el electrón gira alrededor delnúcleo en órbitas, cada una con una distancia definida al núcleo y con unacantidad de energía asociada.

En 1932 James Chadwick (1891-1974) supuso que en el núcleo delátomo había otra partícula que llamó neutrón, por carecer de cargaeléctrica y con una masa de valor muy similar a la del protón.

Con todo lo estudiado hasta entonces, se supo que los átomos consisten en unnúcleo muy pequeño que concentra la mayor parte de la masa, constituida porneutrones (sin carga eléctrica) y protones (de carga positiva) y, alrededor delnúcleo se mueven electrones (con carga negativa) y que ennúmero son igualal de los protones, con lo que el átomo se mantiene eléctricamente neutro.La disposición de los electrones implica que el átomo es más grande que elnúcleo. Si el núcleo fuera un balín esférico de 1 cm de diámetro, el átomocompleto tendría ¡1 km de diámetro! La mayor parte del volumen atómicoestá dada, pues, por el volumen de la región que ocupan los electrones.

En el modelo actual se reconoce un núcleo atómico y electronesalrededor como enjambre de abejas distribuidos según la energía que poseenpor la fuerza de atracción que ejerce el núcleo sobre ellos.

Según Bohr, el átomo es como un sistemasolar en miniatura, en cuyas órbitas giranlos electrones.

Texto de formalización

+

-

-

-El modelo atómico de Rutherford teníaelectrones con carga negativa que semovían alrededor de un pequeño núcleode gran masa con carga positiva.

+

-

sesión 2Para terminarLean el texto.

• Durante la lectura pongan atención en las diferencias entre los modelos atómicos.

+-

-

En el modelo actual se reconoce unnúcleo atómico y electrones alrededor,distribuidos según sus niveles de energía.

SESIÓN 23

Antes de iniciar la sesión, pida la participación del grupo para retomar lo aprendido durante la sesión anterior. Puede pedir que respondan algunas preguntas como éstas:

1. ¿Cuál es el problema que se quiere resolver?

2. ¿En qué se parecen sus ilustraciones al modelo de Dalton?

Mencione a sus alumnos que en esta sesión darán respuesta al problema mediante la identificación de las ideas centrales sobre la estructura del átomo que se dieron a finales del siglo XIX y a lo largo del Siglo XX. Con esta información construirán modelos de plastilina para representar y explicar los diferentes modelos atómicos.

Para terminarTexto de formalización

El texto describe la transformación de las ideas sobre el átomo después de la teoría de Dalton. Enfatice la evolución de las ideas sobre el átomo para que los alumnos valoren el papel de las teorías atómicas, para comprender poco a poco la estructura de la materia.

1 Pregunte a sus alumnos sobre el tipo de modelo que es cada uno de los que se mencionan en el Texto de formalización. Escriban sus características en el pizarrón. Evidentemente, se trata de modelos científicos.


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secuencia 22intercambien sus opiniones sobre:

1. Los criterios que se tomaron en cuenta para definir los modelosatómicos.

2. El proceso de desarrollo de los modelos atómicos.

3. La utilidad que tiene para la ciencia saber que la materia estácompuesta por átomos y diversas partículas.

Vínculo entre secuenciasLas características de losmodelos las revisaste en laSecuencia 15: ¿Para qué sirven los modelos?

Las ciencias y la comunidad científicaEn 1896, el físico francés Henri Becquerel (1852 -1908)experimentaba con sales de uranio, un metal pesado.Una noche, dejó en un cajón las sales junto a unapelícula fotográfica sin usar. Al día siguiente y para sugran sorpresa, encontró que la película se había puestotoda negra, aun en la oscuridad. Evidentemente, eluranio tenía que ser el responsable.

Becquerel observó qué, sin importar su estado deagregación ni tampoco si estaban combinadas opuras, las sales seguían dejando impresiones en unapelícula fotográfica aun cuando ésta se envolviera enun grueso papel negro. Todo esto le hizo pensar queel uranio tenía la propiedad de emitir radiación desdeel interior del átomo con la propiedad de atravesarmateriales opacos.

Fue así como descubrió la radioactividad, que es la capacidad de algunos elementosde emitir radiación de manera espontánea. Con este descubrimiento se tuvo unaevidencia contundente: si el átomo puede emitir partículas subatómicas, entonces esdivisible.

Actividad TRESidentifiquen las ideas esenciales sobre los átomos.

1. Escriban una línea del tiempo en donde se aprecien las ideas más importantes sobreel átomo en forma cronológica.

2. Consideren los siguientes aspectos para su línea del tiempo:

a) Partículas que considera, es decir, protones, electrones y neutrones.

b) Forma del átomo.

c) Distribución de las partículas.

3. Utilicen colores para resaltar las diferencias entre la forma del átomo y las partículas

detectadas por los autores señalados en el texto.

identifiquen los modelos atómicos que comparten características.

• Elaboren una clasificación de los modelos según su parecido.

Henri Becquerel descubrió la radiactividad.

Intercambien sus opiniones sobre:

Los experimentos con electricidad aportaron muchos datos sobre el comportamiento de la materia a nivel atómico. Por ejemplo, un rayo producido por un campo eléctrico tenía un comportamiento distinto en presencia de un campo magnético. De alguna manera, la evidencia de esta desviación fue el criterio que llevó a Thomson a pensar en la existencia de una partícula subatómica con carga negativa. Rutherford, identificó al núcleo atómico y Bohr propuso la idea de un electrón orbitando al núcleo. Posteriormente, como constituyentes del núcleo, Rutherford descubrió el protón y Chadwick el neutrón. Si bien la teoría atómica actual considera que los electrones no se mueven alrededor del núcleo en órbitas definidas, estos científicos sentaron las bases de las teorías atómicas actuales. En nuestros días se conoce una gran cantidad de partículas subatómicas y subnucleares. Los quarks son hasta ahora las partículas más pequeñas que las personas dedicadas a la física han propuesto para explicar la estructura de la materia.

1. RL Por ejemplo: La desviación de un rayo fue el hecho que le sugirió a Thomson la existencia del electrón.

2. RL Por ejemplo: Después de Dalton, cada teoría fue aportando elementos que completaron el rompecabezas de la explicación moderna sobre la estructura de la materia. Cada explicación tomó en consideración las teorías anteriores.

3. RL Por ejemplo: Para elaborar materiales; para fabricar compuestos.

Las ciencias y la comunidad científica Comente con sus alumno si las inferencias

de Thomson, Rutherford, Chadwick y Bohr pueden considerarse modelos científicos. Desde luego que sí. Tienen capacidad explicativa y pueden predecir fenómenos electromagnéticos entre sí.

Actividad TRESEl propósito de esta actividad es que los alumnos identifiquen las ideas esenciales sobre los átomos con base en el texto de formalización.

1. Se sugiere que esta línea del tiempo, que comienza con Dalton y termina con Chadwick se exponga con tiras de papel pegadas en la pared del salón. RM En la línea del tiempo que se muestra en página siguiente.

2. Consideren los siguientes aspectos para su línea del tiempo:

b) RM Esférica, circular, elíptica.

Comente con sus alumnos cómo el interés por los fenómenos naturales es una actitud deseable en las personas que se dedican a las ciencias, aunque no es exclusiva de ellas. Cualquier persona puede tener este interés, pero requiere de cierta práctica en la actividad científica. Por ejemplo, relacionar que la película fotográfica se había velado con la presencia de sales de uranio en un cajón junto a las placas fotográficas, fue un hecho que pudo haber pasado desapercibido para otras personas sin los conocimientos necesarios para interpretar lo sucedido. Pero no para Becquerel, que observó el evento y siguió con sus experimentos. Sus conocimientos sobre la estructura del átomo hasta ese momento, sus observaciones y su capacidad de razonamiento le llevaron a descubrir la radioactividad y mostrar la utilidad de la idea de que el átomo está formado por partículas subatómicas.

c) RM Protones y neutrones en el núcleo. Electrones fuera de éste, girando alrededor.

3. Es conveniente que, aunque los modelos atómicos sean diferentes, los electrones siempre tengan el mismo color para poder identificarlos como tales en ambos modelos.

• Elaboren una clasificación de los modelos según sus semejanzas.

Sugiera a sus alumnos integrar su línea del tiempo al portafolio. RL Por ejemplo, los modelos de Dalton y de Thomson podrían clasificarse como estáticos, aunque el primero considere al átomo como indivisible y el segundo contemple una estructura, con electrones como pasas pegadas dentro de una zona de carga positiva. La otra clasificación en la que se encuentran Bohr, Rutherford y Chadwick puede ser la de modelos no estáticos en donde los electrones se están moviendo constantemente.


121

IICIENCIAS

Sabías que…La fuerza de atracción que mantiene unidos protones y electrones es una interacción adistancia pues es de naturaleza electromagnética.

Para elaborar una línea del tiempo:

Identifiquen las características esenciales del objeto, proceso o fenómeno que se quiere representar.

Decidan los materiales que van a usar. Puede ser un pliego de cartulina, cartoncillo, o papel, que tengan al menos 120 cm de largo y 80 cm de ancho. Se recomienda que cuenten con una regla de 1 m y plumones de colores.

Tracen una línea horizontal como a 30 cm arriba del borde inferior, que comience a 1 cm del borde izquierdo y termine 1 cm antes del borde derecho y remarquen la línea con plumón de color oscuro.

Marquen con una pequeña línea vertical el comienzo y el fin de esa línea. Esas marcas representan el primer y último suceso que se registrará.

Dividan la línea en el número de segmentos iguales que se necesiten para representar el tiempo requerido, marcando cada uno con una pequeña línea vertical. Su línea tendrá el aspecto de una recta numérica.

Por último, ubiquen y rotulen cada uno de los sucesos que van a incluir.

Actividad CUATROConstruyendo un átomo

Construyan modelos atómicos.

1. Organícense en equipos.

2. Cada equipo elaborará un modelo diferente de átomo.

a) Necesitan:i. Cinta adhesivaii. Compásiii.Plastilina de colores rojo, verde, azul y negro.iv. Tarjetas de cartulina de 5 x 8 cmv. Plumonesvi. Cartulina de 30 x 30 cm

b) Realicen lo siguiente:i. Elaboren sobre la cartulina sus modelos.ii. Utilicen plastilina roja para representar el núcleo de los átomos, verde para los

protones, azul para los neutrones y negra para los electrones.iii.Elaboren con las tarjetas letreros para señalar los componentes de cada modelo

así como el científico que lo propuso.iv. Péguenlos en el lugar correspondiente.v. En el modelo actual del átomo representen un átomo de carbono que tiene 6

electrones, 6 protones y 6 neutrones.

Sabías que...

Comente con sus alumnos las diferencias entre la fuerza de atracción gravitacional debida a las masas, con la fuerza electromagnética debida a las cargas. El modelo de Bohr podría sugerir a los alumnos que los electrones se mantienen girando en sus órbitas circulares por una atracción gravitatoria, lo cual es una apreciación incorrecta, pero frecuente.

Actividad CUATRO

El interactivo presenta diferentes animaciones tridimensionales de los modelos atómicos, así como los tipos de partículas que contemplan: electrón, protón y neutrón.

4 Además, fomenta la participación y el

debate en el aula con la oportunidad de que los alumnos integren sus conocimientos y expresen sus ideas sobre el fenómeno observado. El recurso cuenta con instrucciones y sugerencias didácticas que se debe revisar antes de utilizarlo para un mejor aprovechamiento.

Puede utilizar el interactivo como complemento a la actividad.

El propósito de esta actividad es que los alumnos construyan distintos modelos atómicos a partir de la información que han estudiado utilizando materiales sencillos.

MODELOS ATÓMICOS

Dalton Thomson Rutherford Bohr Chadwick

1808 1897 1911 1913 1932

Esfera rígida Descubre el electrón Descubre el núcleo Átomo de hidrógeno Descubre neutrones

Panqué de pasas Órbitas circulares


122

secuencia 22

Lo que aprendimosResuelvo el problema"¿Cómo están formados el vidrio de las bombillas o focos, los cables y toda la materiaque conoces? Elabora un modelo que represente su estructura interna y que explique lassiguientes cuestiones:

1. ¿Distintos objetos están formados por partículas diferentes?

2. ¿Cómo ha cambiado el conocimiento sobre la estructura de la materia a lo largo deltiempo?”

Para resolver el problema, toma en cuenta los siguientes aspectos:

1. ¿De qué están formadas las cosas?

2. ¿Cuál es la parte más pequeña de la materia?

comenten cómo ha cambiado el conocimiento de la estructura de la materia, a partir de nuevas evidencias.


Revisa lo que pensabas al inicio de la secuencia

sobre si un cable y una bombilla de vidrio están

hechos de las mismas partículas. ¿Existe

diferencia entre lo que pensabas y lo que sabes

ahora? ¿Crees que se ha descubierto todo

acerca del átomo? Argumenta en el cuaderno

tus respuestas.

Para saber más sobre el átomo puedes consultar el libro Dentro del átomo de las Bibliotecas escolares y de aula.


¿De qué te sirve la actividad anterior para resolver el

problema? Argumenta en tu cuaderno tus respuestas.

c) Contesten en sus cuadernos:

i. Si los electrones giran alrededor del núcleo, ¿qué evita que salgan disparados?

ii. ¿Cuál es la parte con mayor masa en los átomos? ¿Por qué?

Presenten sus modelos.

• Expliquen las características de cada uno.

c) i. RM La fuerza electrostática, que es un caso particular de la fuerza electromagnética.

ii. RM El núcleo, pues contiene protones y neutrones, que son miles de veces más masivos que el electrón.

Lo que aprendimos

En la sección Lo que aprendimos, se presentan las siguientes actividades de evaluación de los contenidos de la secuencia:

✓ Resuelvo el problema: El alumno da una solución al problema; emplea para ello, los conceptos y las destrezas aprendidas.

✓ Para qué me sirve lo que aprendí: El alumno transfiere los nuevos aprendizajes a situaciones y contextos diferentes a los estudiados.

✓ Ahora opino que…: Se plantea una nueva situación problemática relacionada con los contenidos, ante la cual el alumno manifiesta una opinión informada.

✓ Lo que podría hacer hoy: Se explora el componente conductual (tendencia a la acción) de las actitudes trabajadas durante la secuencia. Esta sección promueve la participación responsable e informada ante un problema o situación cotidiana.

El maestro puede, si así lo desea, emplear algunas actividades de la secuencia, para realizar la evaluación diaria del trabajo en clase (evaluación formativa), como las que se sugieren en los cierres de sesión.

Al final de cada bloque se presenta:

• Un ejemplo de evaluación individual de Lo que aprendimos, así como un Ejemplo de evaluación sumativa de un bloque.

• Una Lista de cotejo de destrezas y actitudes, en la que se presentan las destrezas y las actitudes que se trabajan en cada secuencia.


Para resolver el problema, toma en cuenta los siguientes aspectos:

1. RM De átomos que están a su vez formados por partículas subatómicas.

2. En la actualidad el quark y el electrón son dos de las partículas verdaderamente elementales. RM En los modelos atómicos expuestos en las secuencia, el electrón.

Comenten cómo ha cambiado el conocimiento de la estructura de la materia.

RM El conocimiento sobre la estructura de la materia ha cambiado a lo largo del tiempo. Mientras Dalton concibe al átomo como una

esfera rígida e indivisible, Thompson aporta la idea de partículas más pequeñas que el átomo con carga negativa, llamadas electrones. Rutherford identificó que el protón tiene carga positiva. Bohr introdujo la idea de órbitas circulares alrededor del núcleo y Chadwick descubrió al neutrón. Todos estos aportes dieron lugar al modelo atómico actual.


RL Por ejemplo: Sí hay diferencia. Yo creía que la forma de los átomos era como la que proponía Dalton y que además cada uno tenía partículas diferentes.


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IICIENCIAS

¿Para qué me sirve lo que aprendí?¿Cómo explican que un cuerpo sea eléctricamente neutro?

1. Utilicen alguno de los modelos atómicos para explicarlo.

2. Argumenten las respuestas en sus cuadernos.

Ahora opino que…La palabra átomo significa indivisible.

1. ¿Creen que este nombre es apropiado para referirse a la estructura de la materia?¿Por qué?

2. Justifiquen su respuesta de acuerdo con los modelos atómicos posteriores a Dalton.

3. Escriban en su cuaderno qué nombre le darían ustedes al átomo.

Para saber más…1. Beltrán, Faustino (2007). La culpa es de las moléculas. México: SEP/Lumen. Libros del

Rincón.

2. García, Horacio (2002). La naturaleza discontinua de la materia. México: SEP/Santillana. Libros del Rincón.

3. García, Horacio (2002). Del átomo al hombre. México: SEP/Santillana. Libros delRincón.

4. Herrera, Miguel Ángel (1992). Átomos y moléculas. México: SITESA. Serie NuestroMundo.

5. Morrison, Ian (2004). ¡La materia se rompe! México: SEP/ Libros del Rincón.

6. Noreña, Francisco (2004). Dentro del átomo. México: SEP/Libros del escarabajo. Librosdel Rincón.

7. Parisi, Anna et al. (2006). El hilo conductor. La antesala del átomo. México: SEP/Paidós. Libros del Rincón.

1. De la Peña, Luis (2005). ¿Qué es un átomo? México: DGDC, UNAM.

1. Bosch, Pedro, et al. Pioneros de las ciencias nucleares. ILCE. 6 de marzo de 2007.http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen3/ciencia3/120/htm/_5.sechtm

2. Bulbulian, Silvia. La radiactividad. ILCE. 2 de marzo de 2007. http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen3/ciencia3/120/htm/sec_4.htm

3. Menchaca, R. Arturo. El discreto encanto de las partículas elementales. ILCE. 2 demarzo de 2007. http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen2/ciencia3/068/htm/discreto.htm

Para recapitular el contenido de la secuencia consulten el programa: Lateoría atómica en la programación de la red satelital Edusat.

El programa permite identificar y valorar distintas teorías científicas que explican la estructura interna del átomo.

4 Puede aprovechar el recurso para sintetizar con sus alumnos los conocimientos construidos a lo largo de la secuencia. El recurso tecnológico integra el contenido de la secuencia.


¿Cómo explicas que un cuerpo sea eléctricamente neutro? Utiliza alguno de los modelos atómicos para explicarlo.

1. RM a) En el modelo de Thomson la carga de los electrones que se disponen como pasas en un panqué, debe ser numéricamente igual que la carga de la esfera sólida que los contiene.

b) En el modelo de Bohr, se tiene un objeto neutro cuando el número de protones en el núcleo y el de electrones en las órbitas es el mismo.

Ahora opino que…

La palabra átomo significa indivisible.

1. RM No, porque el átomo a su vez está formado de partículas subatómicas.

2. RM Desde el descubrimiento de Thomson al de Chadwick, se fueron incorporando nuevas partículas constituyentes del átomo: Electrones, protones y neutrones.

3. Será interesante ver los nombres que proponen. En cualquier caso deben apelar a la idea de una partícula divisible. RL

Para saber más

La consulta de los textos y páginas electrónicas recomendadas en esta sección contribuye a que los alumnos puedan profundizar y ampliar sus conocimientos acerca del tema revisado en la secuencia.

1. Este texto explica cómo los átomos

forman moléculas.2. Se recomienda para abordar la idea de

discontinuidad o divisibilidad del átomo.4. Aborda de manera sencilla las ideas

antiguas y modernas sobre el átomo.6. Aborda las partículas subatómicas.7. Visión histórica del átomo.

1. Presenta en forma sencilla los

fundamentos de la teoría atómica.


¿Por qué enciende un foco?Propósito y perspectivaEn esta secuencia se analiza la corriente eléctrica en fenómenos cotidianos.

Desde una perspectiva de historia de las ciencias se analiza el desarrollo de las ideas sobre la corriente eléctrica.








secuencia 23




1Texto introductorio Valorar el impacto familiar y social de algunos inventos como

la radio y la televisión. Después de la electricidad: Radio y televisión


UNO Observar los efectos de la corriente eléctrica al pasar por un material. Cuestionario.

Por grupo: Lámpara de mesa con foco de 100 watt.

Texto de información inicial Reconocer al electrón como la unidad eléctrica y su interacción en la corriente eléctrica.


DOS Construir un modelo de un conductor eléctrico y observar los obstáculos que impiden el libre tránsito de los electrones. Cuestionario.

Por equipo: 2 rampas de unicel de 40 cm x 10 cm, 70 alfileres, 20 canicas, cronómetro.

2Texto de formalización Mostrar la resistencia eléctrica de un material y conocer los

factores que lo determinan. Resistencia eléctrica




Ahora opino que…


124

secuencia 23

Texto introductorio

Para empezarDespués de la electricidad: radio y televisión

Lee el texto.

• Antes de la lectura, responde: ¿Qué significa la expresión “en vivo” al momento deuna transmisión por televisión o radio?

sesión 1

¿Por qué enciendeun foco?

Mi abuelo me contó que cuando él era joven, una de sus diversiones eraescuchar la radio por la noche. Por fin oían las canciones que durante muchotiempo habían esperado pero también las noticias, las radionovelas, losprogramas de aficionados y el box. Un día me dijo:

“La primera televisión en el pueblo la tuvo don Jesús en 1955. Me acuerdoque la trajeron en una camioneta un miércoles en la tarde y mi compadreIsmael y yo le ayudamos a poner la antena en el techo de su casa y nos invitóa ver las imágenes ése y muchos días más. Éramos felices con la novedad dever algo que nos parecía de otro mundo, no parpadeábamos viendo todo loque pasaban aunque sólo hubiera dos horas de programación al día. Ya noteníamos que imaginar lo que antes el locutor de radio quería hacernos veren la mente con sus palabras. Las imágenes eran en blanco y negro, pero detodas formas no había comparación con el radio que sólo oíamos.

Ahora conoces algunos aspectos de la electricidad. En esta secuencia comprenderás cómoy por qué la corriente eléctrica puede encender un foco o producir calor. Valorarás laimportancia de la resistividad de los materiales para producir diferentes efectos físicos.

Televisor blanco y negro de 1957.

Aunque los modelos han cambiado, la televisión siguesiendo el medio de comunicación de mayor alcance.

Todas las tardes nos juntábamos en la casa de DonJesús para ver las noticias, una función de box oconocer al fin a los artistas que a diario oíamos enel radio cuando estábamos en el campo o en lacasa. Al fin pudimos verle la cara a Jorge Negrete,a José Alfredo Jiménez y a Ninón Sevilla. ¡Esarumbera sí que era guapa!”El invento que ha causado más revuelo y

sensación no sólo en México sino en todo el mundoha sido la televisión. Pero, sin suministro eléctrico seconvierte en una caja completamente inútil, al igualque la mayoría de las máquinas que nos ayudan ennuestra vida cotidiana.

SESIÓN 15

Antes de iniciar la sesión, pida a sus alumnos que mencionen todos los aparatos que funcionan con energía eléctrica. También pida a sus alumnos que expresen las diferencias que se viven en casa entre un día con electricidad y otro día sin ella.

Para empezar

El video describe el avance en la tecnología de los medios de comunicación: radio y televisión y cómo intervienen en ellos fenómenos eléctricos.

4 El recurso tecnológico complementa la

información del texto. Puede aprovechar el video para reflexionar sobre las ventajas que tenían estos medios de comunicación sobre los tradicionales como el correo y el periódico.

• Antes de la lectura, responde: ¿Qué significa la expresión “en vivo” al momento de una transmisión por televisión o radio?

RL Por ejemplo: Que ocurre en el mismo instante en que se transmite.

Texto introductorio

El texto describe un aspecto de la influencia que tuvo la televisión en la vida familiar cuando se hizo un artículo de uso cotidiano.

4 Se sugiere comentar con los alumnos

si la historia del texto tiene algún parecido con situaciones personales, familiares, de amigos o vecinos de la comunidad. Podrían preguntar en algún momento a sus abuelos u otras personas mayores.

1 Propicie que los alumnos comenten

acerca de los costos del servicio de energía eléctrica en su casa. Haga que sus alumnos comenten acerca de los aparatos que “gastan más luz” y se pregunten ¿a qué se debe esto?


1. El propósito.






No espere que sus alumnos resuelvan al problema que presentamos. Deje que ellos imaginen posibles soluciones. La respuesta que le damos a usted le permitirá guiar a los alumnos adecuadamente durante las actividades.

Se propone esa situación problemática para iniciar al alumno en el conocimiento de los conductores y aislantes eléctricos. Se conocerán más tarde los factores que influyen en el libre flujo de electrones.

Solución al problema: RM El cable corto, el de 3m y de mayor grosor. Se emplea cobre porque es un material que presenta poca oposición al flujo de electrones.


Recuerde que en esta sección se pretende que los alumnos elaboren sus primeras aproximaciones al problema. Anime a los estudiantes a participar reconociendo sus intervenciones, sin calificarlas como falsas o verdaderas, sino como una forma distinta de ver las cosas.

Contesta en tu cuaderno:

1. RL Por ejemplo: Porque está hecho de un material que al contacto de la electricidad se calienta mucho y emite luz.

2. RL Por ejemplo: Tal vez, pero eso se sabría haciendo pruebas con varios aparatos que midan si conduce mejor o no la corriente o haciendo experimentos para ver si encienden mejor los focos o funcionan mejor los aparatos conectados a la energía eléctrica.

3. RL Por ejemplo: Por el cable ancho puede haber mayor flujo de electrones, pero entre el corto y el largo desconozco la diferencia.

Manos a la obra

Actividad UNO

El propósito de esta actividad es que los alumnos expresen sus conocimientos previos sobre el funcionamiento de los aparatos eléctricos mediante una corriente eléctrica.

Observen los efectos del paso de una corriente eléctrica por un material.

1. RL Por ejemplo: Porque la electricidad fluye por el filamento.

4. a) RL Por ejemplo: El flujo de la corriente.

b) RL Por ejemplo: Porque dejó de fluir la corriente.

c) RL Por ejemplo: Cuando enciende, emite luz y calor.

d) RL Por ejemplo: Corriente eléctrica.

Reflexión sobre lo aprendido Puede pedir a sus alumnos que nombren situaciones cotidianas en las que se utiliza la electricidad. También puede aprovechar para indicarles que de las formas de energía, la eléctrica es una de las más versátiles: se puede transformar en luz, calor, sonido, etcétera. RL

125

IICIENCIAS


1. ¿Por qué brilla el filamento de un foco?

2. Los cables que se usan para conectar una pila con un foco generalmente son de cobre,¿conducirá igual la electricidad un cable hecho de aluminio? ¿Por qué?

3. Si tenemos dos cables eléctricos, uno delgado y largo y otro ancho y corto, ¿por cuálde ellos el flujo de electrones será mayor?

Manos a la obra Actividad UNOObserven los efectos del paso de una corriente eléctrica por un material.

1. Comenten: ¿Por qué prende un foco?

2. Van a necesitar una lámpara de escritorio con un foco de 100 watt.

3. Realicen lo siguiente:

a) Conecten la clavija de la lámpara a la toma de corriente.

b) Enciendan la lámpara.

c) Describan en sus cuadernos lo que sucede con el foco.

d) Pidan a un compañero que acerque su mano al foco encendido sin tocarlo.

e) Permitan al compañero describir lo que sintió.

f) Apaguen la lámpara.

4. Comenten:

a) ¿Qué causó que el foco prendiera?

b) ¿Por qué se apagó el foco?

c) ¿Qué efectos detectaron en el foco cuando se encendió y apagó lalámpara?

d) ¿Cómo llamarían a aquello que causó los efectos observados?


Vas a elaborar una extensión eléctrica para iluminar el patio de tu casa con un foco de 200 watt. Puedes elaborar una extensión larga de 20 m con cable delgado de cobre, o una corta de 3 m con cable grueso del mismo material. ¿Cuál de las dos extensiones ofrece menor resistencia al flujo de electrones? Argumenta tus respuestas en términos físicos.


Ahora sabes que la corriente

eléctrica produce diferentes

efectos en los materiales por

donde se conduce. ¿De qué te

sirve este conocimiento para

responder el problema?


126

secuencia 23


¿De qué está hecha la corriente eléctrica?A lo largo del siglo XIX se afianzó el conocimiento de la electricidad y el magnetismo. En ese entonces seestableció que la corriente eléctrica es la cantidad de carga eléctrica que atraviesa una superficie, por unidadde tiempo. A la unidad de corriente eléctrica se le llamó ampère en honor del científico francés André Ampère.La cuestión de la naturaleza de la carga o de la corriente eléctrica no se planteó hasta que se aceptóplenamente, a fines del siglo XIX, que la materia está hecha de átomos.

G. John Stoney postuló la existencia de una unidad fundamental de carga eléctrica, lo que quiere decir quecualquier cuerpo electrificado o cargado eléctricamente debe poseer una cantidad de carga que sea múltiploentero de esta unidad fundamental. Thomson identificó la unidad fundamental de carga como la carga de lapartícula que descubrió en 1897 y que llamaron electrón. En 1917 Robert Andrews Millikan consiguió medir lacarga eléctrica del electrón.

Hoy sabemos que la corriente eléctrica es un flujo de electrones.

Lean el texto.

• Antes de la lectura, comenten: ¿Qué es una corriente electrica?

Flujo de la corriente eléctrica a través de una resistencia incandescente.

Filamento

Ampollade vidrio

Soportes

Gas inerte

Circuito

Fuente de electricidad

Circuito

Corrienteeléctrica


El texto explica la participación del electrón en la corriente eléctrica.

3 Al final de la lectura, propicie que los

alumnos expresen ideas claras de lo que han leído.


127

IICIENCIASComenten:

1. ¿Cómo se define la corriente eléctrica?

2. ¿Qué partícula subatómica es responsable de la corriente eléctrica?

3. ¿Qué instrumentos o aparatos del salón de clase emplean corriente eléctrica?

Vínculo entre SecuenciasRecuerda que el concepto de carga eléctrica se revisó en la Secuencia12: ¿Qué rayos sucede aquí?


Ahora sabes que la corriente eléctrica es el flujo de electrones

y que el electrón tiene un valor definido de carga eléctrica. ¿De

qué te sirve este conocimiento para responder el problema?

Actividad DOSConstruyan un modelo de la conducción eléctrica. Para ello:

1. Contesten: ¿Qué características de un material influyen en el libre tránsito delos electrones?

2. Necesitan:

a) Dos rampas de unicel aproximadamente de 40 cm × 10 cm

b) 70 alfileres

c) 20 canicas

d) Cronómetro

Sabías que…Los materiales en los cuales los electrones se pueden mover con facilidad se llamanconductores, y por el contrario, si los electrones tienen dificultad para moverse, almaterial se le llama aislante. La mayoría de los metales son buenos conductores y algunosbuenos aislantes son la madera, el vidrio, los plásticos, la lana y la seda.

No existen materiales que sean totalmente aislantes ni totalmente conductores. Losprimeros se aprovechan para evitar descargas o controlar el flujo de electrones a travésde los conductores. Los materiales aislantes que se utilizan con mayor frecuencia son losplásticos y las cerámicas.

Comenten:

1. RM Como un flujo de carga eléctrica.

2. RM El electrón.

3. RL Por ejemplo: Lámparas o focos, televisión, grabadora, computadora, proyector.

Reflexión sobre lo aprendido En este momento es pertinente recordar a los alumnos que la teoría cinética no explica por qué algunos materiales conducen la electricidad y otros no. Por lo tanto, en esta secuencia conocerán los factores por los cuales un material puede conducir mejor la corriente o puede servir como un aislante. RL Por ejemplo: Me sirve para saber que no todos los materiales dejan pasar la carga eléctrica de la misma forma.

Sabías que… Se recomienda que aproveche este momento para fomentar que sus alumnos comenten las experiencias personales o familiares acerca de “toques”. Indique que el nombre “toque” se puede cambiar por el término de “descarga eléctrica”.

Como inicio para comentar el fenómeno, rea-lice preguntas como ¿qué circunstancias ha-bía alrededor cuando se dieron el “toque”? ¿Había agua cerca? ¿Cuál fue la fuente de energía de donde salió la descarga? ¿Qué se siente? ¿Hubo contacto con alguna sustancia o material?

Traten de deducir las causas por las cuales se originó esta descarga y propongan algunas precauciones para evitar estos fenómenos. Para ello, haga notar el uso correcto de los aislantes.

Actividad DOS

El propósito de la actividad es que los alumnos observen por medio de un modelo, los factores que influyen en el libre tránsito de los electrones.

Elaboren un modelo de la conducción eléctrica.

1. RL Por ejemplo: El tipo de material, y su grosor.

Este vínculo permite valorar la importancia de cuidarse de las descargas eléctricas, ya sean naturales como los rayos, o artificiales como de la electricidad que usamos todos los días en casa.


128

secuencia 23

Coloquen los alfileres de forma similar a laque se muestra en la fotografía.

3. Realicen lo que se indica:

a) Claven 20 alfileres en la superficie de una de lasrampas, de manera uniforme. Es importante que ladistancia entre los alfileres sea siempre mayor aldiámetro de las canicas para impedir que estasqueden atrapadas.

b) Claven 50 alfileres en la superficie de la otra rampade manera similar.

c) Coloquen cada una de las rampas de tal forma quetengan una inclinación de 15° aproximadamente.

d) Dejen correr las 20 canicas desde la parte alta decada una de las rampas.


¿Qué magnitud eléctrica de un conductor se representó en la

actividad anterior? ¿Qué papel jugará esta magnitud en la

solución del problema?

e) Midan el tiempo que tardan en pasar todas lascanicas en cada una de las rampas.

Respondan:

1. Si la rampa representa un cable conductor:

a) ¿Qué representan las canicas?

b) ¿Qué representan los alfileres?

2. ¿Cuál de las dos rampas representa un alambre dondese obstaculiza en mayor medida el libre tránsito deelectrones?

3. ¿Cuál de las dos rampas representa un alambre queofrece mayor oposición al paso de la corrienteeléctrica?

3. a) Impida que sus alumnos jueguen con los alfileres.

Respondan:

1. a) RM Los electrones en el alambre.

b) RM Los obstáculos que impiden el libre flujo de los electrones que pueden ser los núcleos atómicos u otros electrones.

2. RM La rampa que tiene 50 alfileres.

3. RM La rampa que tiene 50 alfileres.

Reflexión sobre lo aprendido Puede aprovechar este momento para hacer un repaso y reafirmar algunas de las ideas que se han comentado durante la secuencia, al hacer preguntas como: ¿Qué relación existe entre la resistividad de un material con los aislantes eléctricos? ¿Qué importan-cia tiene el que haya aislantes y conductores eléctricos? RL Por ejemplo: Ahora sé que hay materiales que permiten un mayor flujo de electrones que otros.

1 Para cerrar la sesión, se recomienda

que revise rápidamente lo que los alumnos saben hasta este momento acerca de los conceptos y definiciones que tienen que ver con la electricidad. Una lluvia de ideas es recomendable para hacer este repaso de manera sencilla y rápida. Puede emplear esta actividad para evaluar la sesión.


129

IICIENCIAS

¿Cómo influye el tipo de material para conducir la corriente?

SESIÓN 2


Corriente eléctrica: Es el movimiento de carga eléctrica

que pasa a través de una sección de área del conductor,

por unidad de tiempo.

Ohm: Es la unidad de resistencia eléctrica en el Sistema

Internacional de Unidades.

Resistencia: Es la oposición que encuentra la corriente

eléctrica durante su recorrido en un material conductor.

Su valor está dado en unidades de ohm ( ).

Para terminarResistencia eléctrica

Lean el texto.

• Durante la lectura, pongan atención en los factores que influyen en la oposición alflujo de la electricidad.

Responde en tu cuaderno:

• ¿De qué manera influyen la longitud y el grosor en el flujo de la corriente eléctricapor un conductor?

La resistencia eléctrica es la oposiciónal paso de una corriente eléctrica. Amayor resistencia, la corriente eléctricadisminuye. La resistencia de un alambredepende de su longitud y de su grosor. Amayor longitud del alambre la resistenciaaumenta pues el camino que tienen queatravesar los electrones es mayor. Encambio, a mayor grosor la resistenciadisminuye, ya que aumenta el espacio delque pueden disponer los electrones pararecorrer su camino de un extremo al otrodel alambre.

La resistencia de un conductor semide en ohm cuyo símbolo es la letragriega omega mayúscula: .

longitud grosor

Tabla comparativa de resistencias de algunos materiales con la misma longitud, mismogrosor pero diferente coeficiente de resistividad. La resistividad es específica para cadamaterial.

Material Longitud Grosor Coeficiente de resistividad

· mm2 / m (a 20°C)

Resistenciadel cable

Plata 1 m 1 mm2 0.0159 0.0159

Cobre 1 m 1 mm2 0.0172 0.0172

Aluminio 1 m 1 mm2 0.028 0.028

Tungsteno 1 m 1 mm2 0.0549 0.0549

Carbón 1 m 1 mm2 40.0 40.0

SESIÓN 23

Antes de iniciar la sesión, haga un breve recordatorio sobre lo visto en la sesión pasada. Para ello, puede formular algunas preguntas como las siguientes:

1. ¿Cuál es el problema que hay que resolver?

2. ¿Cuál es la diferencia entre un conductor eléctrico y un aislante eléctrico?

Para terminar

El interactivo permite la simulación de la resistencia eléctrica de varios alambres cilíndricos en función de sus dimensiones y de la resistividad de los materiales.


debate en el aula con la oportunidad de que los alumnos integren sus conocimientos y expresen sus ideas sobre el fenómeno observado. El recurso cuenta con instrucciones y sugerencia didáctica que se debe revisar antes de utilizarlo para un mejor aprovechamiento.

Puede utilizar el interactivo como complemento a la lectura.


El texto define la resistencia eléctrica y expone los factores que la determinan.

Responde en tu cuaderno:

• RM A mayor longitud, mayor resistencia y viceversa. A mayor área o grosor, menor resistencia al paso de la corriente.


130

secuencia 23

Lo que aprendimosResuelvo el problema“Vas a elaborar una extensión eléctrica para iluminar el patio de tu casa con un focode 200 watt. Puedes elaborar una extensión larga de 20 m con cable delgado de cobre,o una corta de 3 m con cable grueso del mismo material. ¿Cuál de las dos extensionesofrece menor resistencia al flujo de electrones? Argumenta tus respuestas en términosfísicos.”

Para resolver el problema, haz lo que se te pide:

1. ¿Cuáles son los factores que influyen en la resistencia eléctrica de un material?

2. ¿Cuál de las dos extensiones ofrece menor resistencia?

3. ¿Por qué se eleva la temperatura en un cable que conduce corriente?

4. ¿Por qué los filamentos de un foco son de tungsteno y no de cobre?


Revisa lo que pensabas al inicio de la secuencia acerca de las

causas por las cuales se usan extensiones eléctricas de cobre y no

de otros materiales y la causa por la cual se enciende un foco.

¿Hay diferencia entre lo que pensabas y lo que sabes ahora?

Explica tus respuestas.

Para recapitular el contenido de la secuencia consulten el programa: Cargas y corrientes eléctricas en la programación de la red satelital edusat.

Sabías que…Existen algunos materiales que prácticamenteno presentan resistencia al paso de la corriente,llamados superconductores. Éstos se hanutilizado para fabricar electroimanes quegeneran campos magnéticos intensos sinpérdidas de energía.

La gama de aplicaciones de los superconductoreses inmensa: computadoras más rápidas,desarrollo de trenes de alta velocidad quepueden desplazarse en levitación y que evitantoda pérdida de energía por frotamiento.

En la tecnología del futuro los superconductorestendrán un papel especial y predominante.

El desplazamiento de un tren de alta velocidad que usa electroimanes, se lograríaal cambiar rápidamente el sentido de los polos magnéticos de los imanes. Al notocar el riel, no habría fricción ni desgaste.

Lo que aprendimos











Para resolver el problema, haz lo que se te pide:

1. RM El grosor, la longitud y el tipo de material.

2. RM La extensión de menor longitud y de mayor grosor.

3. RM Porque los choques de los electrones con los átomos del material les transfiere energía y se ponen vibrar.

4. RM Porque el tungsteno se vuelve incandescente a esa temperatura y el cobre no.

Reflexión sobre lo aprendido Los estudiantes deben utilizar los nuevos conocimientos para explicar la importancia de los materiales con alta y baja resistividad en la vida diaria. RL Por ejemplo: Creía que los focos producían luz usando cualquier material, pero desconocía que esto es efecto de la resistividad del material.

El programa permite identificar los conceptos de energía eléctrica, corriente y carga eléctrica, así somo sus formas de medición.

4 Puede aprovechar el recurso para

sintetizar con sus alumnos los conocimientos construidos a lo largo de la secuencia. El recurso tecnológico integra el contenido de la secuencia.


131

IICIENCIAS

¿Para qué me sirve lo que aprendí?Comparen el flujo eléctrico que corre por un cable con el flujo de agua que corre por una tubería.

1. Utilicen para ello los términos resistividad, resistencia eléctrica, corriente eléctricay ohm.

2. Consideren tubos de agua de diferente longitud y grosor; y si el tubo se encuentralimpio o con depósito de sarro en su interior.

Lo que podría hacer hoy… Algunos aparatos que sirven para producir calor utilizan un dispositivo que se llama resistor, como el filamento de las parrillas eléctricas.

• Comenten:

1. Nombren al menos dos dispositivos o aparatos que utilizan resistores.

2. Pregunten en su casa, o con amigos y familiares, si estos aparatos consumen pocao mucha corriente eléctrica.

3. ¿Qué precauciones debemos tener al manejar estos aparatos?

Para saber más…1. Allier Cruz, Rosalía A. et al (2005). La Magia de la Física. Tercer Grado. México:

McGraw-Hill.

2. Herrera, Miguel Ángel (1996). Cargas y Corrientes. México: SITESA.

1. Barry, Patrick. Cumpliendo con las expectativas. Los superconductores. Ciencia NASA.1 de febrero de 2007. http://ciencia.nasa.gov/headlines/y2003/05feb_superconductor.htm

2. De Buen, Odón. ILUMEX: desarrollo y lecciones del primer proyecto mayor de ahorro de energía en México. INE. 28 de febrero de 2007. http://www.ine.gob.mx/ueajei/publicaciones/libros/437/odon.html


Comparen el flujo eléctrico que corre por un cable con el flujo de agua que corre por una tubería.

1. RL Por ejemplo: El agua que fluye por un tubo de mucho diámetro tiene pocos o ningún problema para desaguar con facilidad. Todo lo contrario pasará con un tubo delgado que además pueda tener dentro sarro o se hayan quedado objetos atorados, lo que hace que el agua se estanque y no fluya. También influye la longitud del tubo: es más fácil que fluya por uno corto que por uno largo. La corriente eléctrica se compararía con el agua; los factores que impiden el flujo continuo del agua se compararían con la resistencia eléctrica de los materiales. Y la cantidad de obstáculos dentro de los tubos, el material, el grosor se compararía con la medida de resistencia, que es el ohm.

Lo que podría hacer hoy…

Algunos aparatos que sirven para producir calor utilizan un dispositivo que se llama resistor, como el filamento de las parrillas eléctricas.

1. RL Por ejemplo: Las parillas eléctricas para cocinar y calentar alimentos, las bombillas o focos.

2. RL Por ejemplo: Generalmente consumen mucha energía.

3. RL Por ejemplo: Como son aparatos que pueden quemar hay que manejarlos con cuidado. No dejar que duren conectados a la corriente más tiempo del necesario. Revisar que los componentes: cable, aislante, resistencia, contacto, estén en buenas condiciones.

Para saber más…

Estos libros amplían la información sobre materiales conductores, corriente eléctrica y carga eléctrica.

En las siguientes páginas puede encontrar más información sobre la conductividad y los resistores eléctricos.


¿Cómo se genera el magnetismo?Propósito y perspectivaEn esta secuencia se analizan los experimentos sobre el magnetismo que permitieron el descubrimiento de la inducción electromagnética; para ello se considera que la corriente eléctrica se debe al movimiento de electrones en un conductor.

Desde una perspectiva CTS, se relacionan fenómenos cotidianos con el magnetismo y el movimiento de electrones en un conductor. Se reconocen y valoran de manera crítica las aportaciones de las aplicaciones del electromagnetismo al desarrollo social y a las facilidades de la vida actual.








secuencia 24




1Texto introductorio

Señalar el uso de las tarjetas con banda magnética en la sociedad moderna. Apreciar la importancia de la inducción electromagnética en la vida cotidiana.

La inducción de Faraday en nuestro siglo


UNO Analizar cómo se genera el magnetismo a partir de la electricidad. Cuestionario.

Generación de un campo magnéticoPor equipo: 1m de alambre de cobre esmaltado delgado, calibre 22, batería de 9 o 25 Volts, 2 rectángulos de madera para soporte del clavo, 1 clavo grande de 5 cm de largo, brújula, globo y cinta adhesiva.

Texto de información inicial Describir los experimentos que permitieron el descubrimiento de la inducción electromagnética.


DOS Analizar cómo se genera una corriente eléctrica a partir del magnetismo. Reporte de práctica.

Inducción electromagnéticaPor equipo: 1 imán de barra grande de 10 cm de largo por 5 cm de ancho; 3 m de alambre de cobre esmaltado delgado, calibre 22; cilindro de cartón o trozo de tubo, de entre 8 a 10 cm de diámetro; lija para metal; amperímetro o medidor de corriente.

2Texto de formalización Explicar cómo se produce la inducción electromagnética y

el establecimiento de la ley de inducción de Faraday.




Ahora opino que…



132

secuencia 24

Texto introductorio

Para empezarLa inducción de Faraday en nuestro siglo

Lee el texto.

• Antes de la lectura, recuerda algunas propiedades de los imanes.

sesión 1

¿Cómo se genera el magnetismo?

Muchas de nuestras actividades cotidianacomo encender la luz, ver la televisión ocomunicarnos telefónicamente a muy largadistancia, son posibles gracias a la tecnologíadesarrollada a partir del electromagnetismo.

Hoy en día algunas tarjetas telefónicas"prepagadas", las credenciales de identificaciónen algunas instituciones educativas y empresasprivadas, así como las tarjetas de banco,incluyen una banda magnética coninformación que puede ser leída por unamáquina lectora electrónica.

Las bandas magnéticas tienen excelentesposibilidades en aplicaciones de corta duración,como boletos de avión y de estacionamiento,donde la utilidad esperada del boleto es delorden de las 24 horas. Las tarjetas con bandamagnética nos han permitido la comunicacióntelefónica, la identificación de personal y losretiros de dinero en cajeros automáticos, conun mínimo de esfuerzo y de consumo detiempo. La automatización de muchasactividades cotidianas es hoy una realidad.

Ahora conoces algunas características de los imanes y lo que es una corriente eléctrica.En esta secuencia comprenderás que el movimiento de los electrones en un conductorproduce efectosmagnéticos y que, en determinadas condiciones, el magnetismo puedeproducir electricidad. Valorarás el fenómeno de la inducción electromagnética como unode los descubrimientos científicos más importantes de la historia, sin el cual no se hubieradesarrollado gran parte de la tecnología que utilizas en tu vida diaria.

SESIÓN 1Para el inicio de sesión, antes de la lectura, se le sugiere repasar brevemente con los alumnos conceptos adquiridos en las secuencias 13 y 21, donde se establece que el magnetismo puede ser generado con una corriente eléctrica. En esta sesión describirán como se produce un campo magnético a partir de una corriente eléctrica, entendida como el movimiento de carga y, en concreto, como un movimiento de electrones dentro de un material conductor. Apreciarán la importancia de un experimento que verifique ese hecho y valorarán posteriormente cómo este conocimiento permitió el descubrimiento de la inducción electromagnética, fundamental para el desarrollo de gran parte de los adelantos tecnológicos de nuestro tiempo.

Para empezar

El video presenta los experimentos que llevaron al descubrimiento de la inducción electromagnética, así como la aplicación de la inducción electromagnética en el uso de las tarjetas de crédito, en el supermercado y otras aplicaciones.


información del texto. Puede aprovechar el recurso para reflexionar con sus alumnos sobre las situaciones u objetos en los que identifican aplicaciones electromagnéticas.


1. El propósito.




Texto introductorio

El texto describe el uso común de las tarjetas con banda magnética. La tecnología asociada al funcionamiento de las tarjetas con banda magnética pudo ser desarrollada gracias al conocimiento del fenómeno de la inducción electromagnética, tema que se irá desarrollando durante esta secuencia.

Pida a sus alumnos que describan el funcionamiento del electroimán visto en la Secuencia 21.



Recuerde no pedir a los alumnos la respuesta al problema en este momento; deje que ellos imaginen posibles soluciones. La solución que damos a usted le permite guiar adecuadamente a los alumnos durante las actividades.

Solución al problema: RM Cuando se desliza la banda magnética por la rendija del lector electrónico, se está haciendo pasar un imán a través de una bobina, ubicada en la rendija. Con este proceso se induce corriente eléctrica en una bobina, que está conectada a un circuito eléctrico más complejo por medio del cual se interpreta la corriente inducida como una señal, para realizar una llamada telefónica al banco y éste, dependiendo de la situación financiera del tarjetahabiente acepta o no la transacción.


1. RL Por ejemplo: Atraen y repelen a otros imanes y a ciertos objetos.

2. a) RL Por ejemplo: La presencia de un imán o de cualquier fuente de magnetismo.

b) En este caso, las respuestas pueden ser muy variadas y aproximadas. RL Por ejemplo: Un imán altera el funcionamiento de los aparatos eléctricos o la corriente eléctrica genera magnetismo, parece lógico que se dé el proceso contrario.

c) RL Por ejemplo: Mediante algún aparato o equipo eléctrico o con una computadora.

Manos a la obra

Actividad UNO

El interactivo permite la simulación de los experimentos de Oersted y Ampère; mediante la manipulación de un cable conductor con corriente y una brújula se observan los efectos magnéticos con la deflexión de la aguja de una brújula.


debate en el aula con la oportunidad de que los alumnos integren sus conocimientos y expresen sus ideas sobre el fenómeno observado. El recurso cuenta con instrucciones y sugerencias didácticas que se deben revisar antes de utilizarlo para un mejor aprovechamiento.

Puede completar la actividad con este interactivo.

El propósito de esta actividad es que los alumnos observen el fenómeno del magnetismo, reproduciendo aproximadamente el experimento de Oersted. Se verifica que una corriente que circula por un conductor genera magnetismo, que se detecta con el movimiento de la aguja de una brújula. Se hace hincapié en que la corriente se produce con el movimiento de los electrones libres que se encuentran en el metal del cual están hechos los cables. 2

Permita que los alumnos se den cuenta de la presencia de efectos magnéticos en cuanto conecten los cables a la pila.

Analicen cómo se genera el magnetismo a partir de la electricidad.

133

IICIENCIAS

Lo que pienso del problemaEn tu cuaderno:

1. Cita una propiedad de los imanes.

2. Contesta:

a) ¿Qué es lo que provoca el movimiento de la aguja de una brújula?

b) ¿Cómo participa el magnetismo en la generación de electricidad?

c) ¿Cómo se puede “leer” la información que contiene la banda magnética de unatarjeta de teléfono o bancaria?

Manos a la obraActividad UNOGeneración de un campo magnético

Analicen cómo se genera el magnetismo a partir de la electricidad.

• Respondan: ¿Una corriente eléctrica puede generar un efectomagnético?

1. Van a necesitar:

a) 1 m de alambre de cobre esmaltado delgado, calibre 22

b) Batería de 9 volts

c) Clavo grande de 5 cm de largo

d) 2 rectángulos de madera para soportar el clavo de 1.5 cm deespesor y 3 cm de altura

e) Brújula

f) Globo

g) 2 trozos de cinta adhesiva

2. Realicen lo que se indica:

• Armen un circuito eléctrico con la batería, el alambre y elclavo montado en los bloques de madera, como se muestra enla figura.


Ahora se puede hablar por teléfono o retirar dinero en los cajeros automáticos de los bancos mediante tarjetas de plástico en cuyo reverso tienen una banda magnética. La información del usuario se encuentra grabada allí. ¿Por qué la persona que cobra, desliza la tarjeta en la rendija de un lector electrónico? ¿Qué sucede dentro del lector que permite “leer” la información incluida en la banda magnética? Explica tus respuestas.

Circuito eléctrico.


134

secuencia 24experiencia a

a) Enrollen el alambre en el clavo dejando dosterminales libres. Dejen un espacio de 2 a 3 mmentre cada vuelta como se muestra en la figura.

b) Coloquen la brújula entre los bloques de madera yabajo del clavo, como se muestra en la figura.

c) Conecten los extremos libres del alambre a los polosde la batería y fíjenlos con cinta de aislar oadhesiva.

d) Observen qué pasa con la aguja imantada de labrújula.

experiencia B

a) Inflen el globo.

b) Carguen eléctricamente el globo frotándolo con sucabello.

c) Acerquen la brújula al globo y déjenla quieta.

d) Observen lo que ocurre.

e) Dejen la brújula en un lugar fijo.

f) Acerquen y alejen rápidamente el globo cargado a labrújula.

g) Observen qué ocurre.

3. Comenten:

a) ¿En cuáles de las demostraciones observaron efectosmagnéticos y cómo los detectaron?

b) ¿Qué provocó el efecto magnético? Expliquen.

c) ¿Habrá campo magnético si se tiene una carga eléctricaen reposo? Justifiquen.

3. Comenten:

a) RM En la Experiencia A, cuando se conectan los cables a la pila, se produce una corriente eléctrica y entonces se mueve la aguja de la brújula, indicándonos que la corriente produce un efecto magnético. En la experiencia B, el movimiento del globo cargado con respecto a la brújula se puede entender como una corriente eléctrica (pues hay carga en movimiento) y la corriente eléctrica genera un campo magnético.

b) RM En los casos en los que se presentó el efecto, hubo movimiento de carga eléctrica con respecto a la brújula.

c) RM No. Cuando el globo cargado está frente a la brújula en reposo no se observa ningún efecto magnético.


135

IICIENCIAS


Lean el texto.

• Durante la lectura pongan atención en las características del campo magnético.

Comenten: Si un electrón se mueve uniformemente, describiendo una trayectoria rectilínea:

• ¿Puede cambiar su trayectoria si se aproxima a un imán?

Batería: Es un dispositivo que funciona

como fuente de energía eléctrica,

realimentada permanentemente a partir

de reacciones químicas.

Vínculo entre SecuenciasRecuerda que el concepto de electricidad se revisó en la Secuencia 12: ¿Qué rayos sucede aquí?

Vínculo entre SecuenciasRecuerda que la descripción de un electroimán se revisó en la Secuencia 21: ¿De qué están hechas las moléculas?

Vínculo entre SecuenciasPara recordar el fenómeno del magnetismo revisa la Secuencia13: ¿Un planeta magnético?

¿El movimiento de los electrones genera el magnetismo?Sabemos que la corrienteeléctrica es carga eléctrica enmovimiento. Los metales sonbuenos conductores porque cadauno de los átomos que le danestructura al sólido tiene al menosun electrón débilmente ligado.

Por lo tanto, si un cablemetálico se conecta a una batería,estos electrones se mueven confacilidad, debido a la energía queésta les transfiere; en esemomento se produce unacorriente eléctrica.

Cuando se acerca una brújula aun cable metálico por el cual fluyeuna corriente eléctrica, la agujaimantada de la brújula se mueve, orientándose siempre en una direcciónparticular. La aguja imantada es afectada por la corriente eléctrica talcomo si se pusiera cerca de un imán de barra. La conclusión es simple lacarga eléctrica en movimiento produce magnetismo.

Este efecto fue descubierto por el físico danés Hans Christian Oersteden 1820. El gran físico y matemático francés André Marie Ampère, en esamisma década, perfeccionó los experimentos de Oersted y descubriótambién que cuando dos cables paralelos conducen corriente en lamisma dirección y sentido se repelen, y cuando conducen en sentidosopuestos, se atraen.

Limadura de hierro alrededor de un alambrecon corriente.


El texto describe cómo se genera el magnetismo a partir del movimiento de electrones y menciona algunos aspectos importantes de los experimentos originales de Oersted y Ampère. Con esta lectura se formalizan las conclusiones de la actividad anterior 2

.

Comenten: Si un electrón se mueve uniformemente, describiendo una trayectoria rectilínea:

• RM Sí, porque un electrón en movimiento constituye una corriente eléctrica, un campo magnético produce una fuerza sobre el electrón, y una fuerza no equilibrada provoca una aceleración capaz de cambiar su trayectoria.

Para el cierre de sesión y para la evaluación puede pedir a los alumnos un breve resumen de la Actividad UNO, incluyendo las ideas principales del texto de información inicial. 5

Estos vínculos permiten recuperar el concepto de carga eléctrica y algunas propiedades de los imanes.


136

secuencia 24

Actividad DOSInducción electromagnética

analicen cómo se genera un campo eléctrico a partir de un campo magnético.

1. Material

a) 3 imanes de bocina unidos.

b) 3 m de alambre de cobre esmaltado delgado, calibre 22.

c) Cilindro de cartón o trozo de tubo, de entre 8 a 10 cm de diámetro.

d) Pedazo de lija gris, para metal.

e) Foco de 1.5 v con su receptáculo.

2. Procedimiento

a) Construyan una bobina. Para ello:

i. Enrollen el metro de alambre de forma que tenga 10 vueltas de 8 cm dediámetro aproximadamente, como se muestra en la figura. Pueden auxiliarseenrollando el alambre sobre un cilindro de cartón de papel sanitario o un trozode tubería.

ii. Lijen los extremos del alambre ligeramente.

iii.Conecten los extremos del alambre al foco.

b) Introduzcan los imanes en la bobina y retírenlos lentamente.

c) Observen si el foco enciende.

d) Repitan el inciso b pero con mayor rapidez.

e) Observen si el foco enciende.

f) Introduzcan los imanes a la mitad de la bobina.

g) Observen si el foco enciende.

SESIÓN 2

campoMagnético

Receptáculo

Bobina

imán

Foco

SESIÓN 2Para iniciar la sesión y recordar lo aprendido, se le sugiere reiterar que una corriente eléctrica en un conductor, genera efectos magnéticos a su alrededor.

2 Pregunte si lo contrario es posible: ¿mediante la manipulación de un imán y un conductor es posible generar una corriente eléctrica?

Actividad DOS

El interactivo permite la simulación de los experimentos de inducción: el usuario porta un imán, lo introduce y lo retira de la espira, y el foco enciende. El usuario puede controlar la velocidad del movimiento del imán. El foco prenderá con diferentes intensidades en función de la velocidad del imán. Una segunda imagen, muestra al imán fijo y se mueve la espira, de igual manera el usuario tendrá control sobre la velocidad de la espira. Se pueden presentar las mismas imágenes variando el número de espiras.

4 Además, se fomenta la participación y

el debate en el aula con la oportunidad de que los alumnos integren sus conocimientos y expresen sus ideas sobre el fenómeno observado. El recurso cuenta con instrucciones y sugerencias didácticas que se sugiere revisar antes de utilizarlo para alcanzar un mejor aprovechamiento.

Puede hacer uso del interactivo como complemento de la actividad.

El propósito de esta actividad es verificar que la inducción electromagnética se produce cuando se modifica el flujo magnético en una bobina, e inferir así, la ley de inducción: La cantidad de corriente inducida es directamente proporcional a la rapidez del cambio del flujo magnético en la bobina.

Analicen cómo se genera un campo eléctrico a partir de un campo magnético.


137

IICIENCIAS3. Resultados

• Anoten sus observaciones en la tabla de resultados propuesta.

Experimento Detección de corriente

Al retirar lentamente los imanes

Al retirar rápidamente los imanes

Al introducir sólo la mitad de los imanes

4. Análisis de resultados

a) ¿En qué casos detectaron corriente y en cuál de ellos fue mayor?

b) ¿A qué se debe la diferencia entre las corrientes?

5. Comunicación

• Elaboren un reporte de la práctica en sus cuadernos.

Intercambien sus opiniones sobre la naturaleza de la inducción electromagnética.

3. Resultados

• RM En la tabla.


Pida a sus alumnos que guarden las preguntas y las respuestas de esta sección en su portafolio.

a) RM Se induce mayor cantidad de corriente en cuanto aumenta la rapidez con la que se introduce y se retira el imán.

b) RM Únicamente a la rapidez en el cambio del flujo magnético.

Intercambien sus opiniones sobre la naturaleza de la inducción electromag-nética.

Oriente a sus alumnos para que sus opiniones reconozcan que sólo es posible tener una corriente inducida en una espira o en una bobina si varía el flujo magnético a través de la bobina. Esto se puede lograr de dos formas: poniendo y retirando el imán de las inmediaciones de la bobina o moviendo la bobina con respecto al imán; así cambia el área de la bobina expuesta al imán.

RM Prácticamente no se detecta.

RM En esta situación se induce la mayor cantidad posible de corriente.

RM Sí, se induce corriente aunque en una cantidad menor al caso anterior.


138

secuencia 24

Para terminarLean el texto.

• Durante la lectura pongan atención en cómo se produce una corriente eléctrica.


¿Qué pasa si se gira una bobina en el espacio entre dos imanes?

¿De qué te sirve este conocimiento para resolver el problema?


Respondan en su cuaderno:

1. Si se hace pasar un imán con la misma velocidad a través de dos bobinas del mismodiámetro, pero con diferente número de espiras, ¿en cuál se inducirá una mayorcorriente? ¿Por qué?

2. ¿Se podrá producir una corriente en una espira si se tiene un imán en reposo?¿Por qué?

¿Cómo se genera electricidad a partir del magnetismo?El físico inglés Michael Faraday sabía que una corriente eléctrica genera un campo magnético y se hizo estapregunta: ¿El magnetismo genera, de alguna manera, corriente eléctrica? Para responderla experimentó conimanes y bobinas.

Una bobina se compone de varias espiras superpuestas. Una espira es un trozo de alambre que forma uncírculo, es decir, sus dos extremos coinciden. Faraday comprobó que si se sitúa un imán en reposo respecto auna espira, no pasa absolutamente nada. No se detecta ningún efecto. Pero, para su sorpresa, descubrió que sise introduce y se saca rápidamente un imán de la espira, se detecta inmediatamente una corriente eléctricacirculando en ésta. A este efecto se le llamó inducción electromagnética.

Para que se induzca una corriente eléctrica tiene que habermovimiento relativo entre el imán y la espira, es decir, si se mantienefijo el imán, hay que mover o rotar la espira con respecto a éste,logrando que cambie el área de la espira a él expuesta. También esposible inducir una corriente, manteniendo la espira fija y moviendoel imán hacia adentro y hacia fuera de ella. En ambos casos, Faradayreconoció que se estaba haciendo variar en el tiempo una cantidadllamada flujo magnético, definida como el producto de la magnituddel campo magnético —generado con un imán permanente o con unalambre que conduce corriente—, por el área de la espira expuesta alcampo magnético.

Faraday concluyó enunciando la ley de inducción: “La corrienteinducida en una bobina, es directamente proporcional a la rapidez conla que cambia el flujo magnético y al número de espiras”. Unaaplicación directa de la ley de inducción es la construcción de ungenerador, que permite convertir energía mecánica en energíaeléctrica.

Espira con un imán.

Para terminar


El texto describe cómo se produce la inducción electromagnética y se enuncia la ley de inducción de Faraday.

Respondan en su cuaderno:

1. RM Fluye más corriente por la bobina que tiene un mayor número de espiras. La velocidad con la que cambia el flujo es la misma para las dos; entonces, la ley de Faraday establece que la corriente inducida es directamente proporcional al número de espiras.

2. RM No, porque es necesario que el flujo varíe para inducir una corriente; o bien que varíe el campo magnético del área expuesta al imán.

Reflexión sobre lo aprendido Aquí está la clave para resolver el problema: al inducirse una corriente en una bobina, ésta puede transmitirse a un circuito eléctrico complejo para su procesamiento. RM Se induce una corriente eléctrica en la bobina.


139

IICIENCIAS

Las ciencias y la comunidad científicaMichael Faraday vivió durante el siglo XIX en Inglaterra. Sudescubrimiento de la inducción electromagnética abrió laposibilidad de generar electricidad a partir de energíamecánica. Este conocimiento propició el desarrollo de latecnología de las plantas hidroeléctricas y los transformadores,permitiendo con esto la industrialización de Inglaterra, deotros países europeos y de los Estados Unidos. Si con lamáquina de vapor se dio la primera revolución industrial definales del siglo XVIII, la inducción electromagnética tuvo suprotagonismo en la segunda revolución industrial que seregistró a finales del siglo XIX. Desde un principio, la electricidad fue considerada comola energía panacea, capaz de mejorar la vida de todos. Las exposiciones universalesreservaban un lugar de honor a la electricidad, y técnicos e inventores se afanaban encrear aplicaciones prácticas para el nuevo tipo de energía.

Faraday fue uno de los autodidactas más extraordinarios de todos los tiempos,demostrando que la falta de recursos económicos no es un impedimento para ingresaren el mundo fascinante de la ciencia. La inducción electromagnética se utiliza hastanuestros días; se requiere para la generación de electricidad y para el funcionamiento demuchos de los dispositivos electrónicos que utilizamos en el hogar y en la industria.

Lo que aprendimosResuelvo el problema“Ahora se puede hablar por teléfono o retirar dinero en los cajeros automáticos de losbancos mediante tarjetas de plástico en cuyo reverso tienen una banda magnética. Lainformación del usuario se encuentra grabada allí. ¿Por qué la persona que cobra deslizala tarjeta en la rendija de un lector electrónico? ¿Qué sucede dentro del lector quepermite “leer” la información incluida en la banda magnética? Explica tus respuestas”.

Para resolver el problema responde:

1. ¿Cómo se puede producir corriente eléctrica en la bobina del lector electrónico apartir del campo magnético de la banda de la tarjeta?

2. ¿Un campo magnético fijo puede inducir corriente en los circuitos del lectorelectrónico?

3. ¿Por qué la persona que retira dinero de un cajero automático desliza la tarjeta en larendija de un lector electrónico?

4. ¿Qué sucede dentro del lector que permite “leer” la información incluida en la bandamagnética?

• Explica en términos físicos tu respuesta.

Michael Faraday (1791-1867).


Revisa lo que pensabas al inicio de la secuencia sobre por qué se

deslizan las tarjetas magnéticas en un lector electrónico. ¿Ha

cambiado lo que pensabas y lo que sabes ahora? Explica tu respuesta.

Las ciencias y la comunidad científica En este apartado, se presentan algunos datos sobre el descubrimiento de Faraday: la inducción electromagnética. Se le sugiere enfatizar que el trabajo de Faraday fue muy importante para las ciencias de su época. La inducción electromagnética mostró la simetría que existe entre la electricidad y el magnetis-mo, que entonces se consideraban dos disciplinas separadas. Con base en los trabajos de Ampère y Faraday, Maxwell pudo sintetizar teóricamente la electricidad y el magnetismo y descubrir las ondas electro-magnéticas, tema de la siguiente secuencia. Con el electromagnetismo como conocimien-to fundamental, se ha desarrollado gran parte de la tecnología que se utiliza cotidianamen-te. Se pueden hallar ejemplos de inducción electromagnética, como la generación de energía eléctrica en una planta hidroeléctrica, los acumuladores de autos, los lectores de discos duros de computadoras, etcétera.

Lo que aprendimos











Para resolver el problema responde:

1. RM Deslizándola a través de ella.

2. RM No, a menos que se pudiera mover la bobina interior del lector con respecto al imán.

3. RM Por la misma razón, todos los lectores funcionan con base en la inducción electromagnética.

4. RM Hay una bobina, en la cual se induce corriente. La bobina está conectada a un circuito que se comunica vía telefónica o por cable al banco.

Reflexión sobre lo aprendido RL Por ejemplo: Pensaba que se leían con un dispositivo electrónico, pero sin tener idea de cómo se generaba la señal, que permitiera transmitir los datos del usuario.


140

secuencia 24

¿Para qué me sirve lo que aprendí?expliquen por qué se distorsiona la imagen cuando acercan un imán a la pantalla de la televisión.

• Utilicen en su argumentación los conceptos de magnetismo y corriente inducida.

Ahora opino que…Mencionen dos aparatos que se encuentren en su escuela, que empleen la inducción electromagnética.

1. Localicen los aparatos donde haya este tipo de corriente.

2. Comenten qué pasaría con sus actividades escolares diarias sin esta tecnología.

Para recapitular el contenido de la secuencia consulten el programa: Generando electromagnetismo en la programación de la red satelital edusat.

El programa describe el proceso científico que llevó al descubrimiento de la inducción electromagnética; se relacionan distintos fenómenos cotidianos con el magnetismo y el movimiento de electrones en un conductor.




Expliquen por qué se distorsiona la imagen cuando acercan un imán a la pantalla de la televisión.

RL Porque la imagen es generada por electrones en movimiento chocando con la pantalla. Cualquier imán produce cambios en la trayectoria de los electrones en movimiento.

Ahora opino que…

Mencionen dos aparatos que se encuentren en su escuela que empleen la inducción electromagnética. Para ello:

1. RL Por ejemplo: Dispositivos electrónicos como reproductores de cinta, grabadoras, reproductores de video o de discos compactos.

2. RL Por ejemplo: Ni siquiera tendríamos corriente en nuestros contactos escolares. Cualquier generador eléctrico utiliza el principio de inducción, así que no podríamos leer la información de los discos compactos de las computadoras.


141

IICIENCIAS

Lo que podría hacer hoy…Generalmente, se recomienda que no se acerquen las tarjetas telefónicas con banda magnética ni los dispositivos de almacenamiento electrónico de datos a los imanes. Si vieses a uno de tus compañeros jugando con un imán y su tarjeta de teléfono, ¿qué le sugerirías y cuál sería tu argumentación científica al respecto?

• Escribe un pequeño texto donde expliques tu argumentación.

Elaboren un periódico mural informativo al respecto. Para ello:

1. Compartan sus explicaciones.

2. Elaboren una explicación conjunta en el pizarrón.

3. Copien la explicación en una cartulina.

4. Agreguen las sugerencias.

5. Coloquen el periódico mural en algún lugar visiblede la escuela o la comunidad.

Para saber más…1. Diccionario de Física (2004). Madrid: Oxford-Complutense.

1. Braun, Eliezer. Faraday. La inducción electromagnética. ILCE. 4 de marzo de 2007.http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen3/ciencia3/112/htm/sec_7.htm

2. Braun, Eliezer. Faraday. Campo eléctrico y campo magnético. ILCE. 4 de marzo de2007.

http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen3/ciencia3/112/htm/sec_8.htm

3. Braun, Eliezer. Faraday. El electroimán. Motores y generadores de electricidad. ILCE.4 de marzo de 2007.

http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen3/ciencia3/112/htm/sec_9.htm


Generalmente, se recomienda que no se acerquen las tarjetas con banda magnética ni dispositivos de almacena-miento electrónico de datos a los imanes. Si vieses a uno de tus compañe-ros jugando con un imán y su tarjeta de teléfono, ¿qué le sugerirías y cuál sería tu argumentación científica al respecto?

• RL Por ejemplo: Con su campo magnético, el imán podría borrar la información grabada en la banda al desordenar las cargas, es decir al alterar el campo magnético que produce la banda. Por lo tanto, cuando se use la tarjeta, la corriente inducida que pasa a los lectores tendrá características distintas que el lector no reconocerá y, en consecuencia, la tarjeta ya no funcionará. Le sugeriría no acercar su tarjeta a ningún imán.

Elaboren un periódico mural informativo al respecto. Para ello:

Oriente a sus estudiantes para que citen los riesgos de exponer tarjetas con banda magnética a un imán. Sería útil que propusieran títulos como recomendaciones para los usuarios de tarjetas telefónicas. Pueden distribuir la información en dos grandes apartados: uno que explique el fenómeno y otro que proporcione las recomendaciones

Para saber más…

Estimule la consulta al diccionario para ampliar la información sobre conceptos como inducción.

En estos vínculos se profundiza sobre la ley de inducción de Faraday.


¿Existe la luz invisible?Propósito y perspectivaEn esta secuencia se explora la naturaleza de la luz, así como los fenómenos de refracción, reflexión y absorción de la luz. Se explica el origen de las ondas electromagnéticas con base en el modelo atómico, relacionando sus propiedades con la energía que transportan. Se muestra la descomposición de la luz blanca como superposición de ondas. Se ejemplifican aplicaciones tecnológicas de diversas regiones del espectro electromagnético.

Desde una perspectiva de Historia de la ciencia, se exponen las explicaciones sucesivas de la naturaleza de la luz, desde la teoría corpuscular de Newton hasta la teoría electromagnética de Maxwell. Desde la perspectiva CTS, se valora la importancia práctica del conocimiento de las ondas electromagnéticas y sus múltiples aplicaciones, en especial en telecomunicaciones y en la salud.








secuencia 25




1Texto introductorio

Presentar la naturaleza de la luz como una pregunta que se ha planteado la humanidad desde siempre y demostrar la universalidad del fenómeno de la radiación.

Un poco de luz…


UNO Identificar el comportamiento de la luz al atravesar ciertos objetos. Cuestionario.

Por equipo: Bolita de algodón o una servilleta desechable, un poco de aceite de cocina. hoja de papel, anillo, moneda, lápiz.


Recapitular las diferentes teorías que surgieron para dilucidar la naturaleza y comportamiento de la luz, y probar la validez de las mismas para explicar fenómenos como la reflexión y la refracción. Explicar el origen de las ondas electromagnéticas con base en el modelo atómico.Cuestionario.

La luz y los cuerpos: rebotes, desviaciones y travesías

Actividad de desarrolloDOS Observar la reflexión y la refracción de la luz. Reporte de práctica.

Por equipo: Espejo plano rectangular, papel aluminio, cuchara sopera, vaso o frasco de vidrio transparente, agua, anillo, moneda, lápiz, mesa.

2


Describir la luz blanca como la superposición de los colores del arco iris, y presentar el espectro electromagnético completo, señalando las aplicaciones de cada franja. Valorar la importancia del conocimiento de las ondas electromagnéticas en sus múltiples aplicaciones, como en el área de la salud y las telecomunicaciones.






142

secuencia 25

Texto introductorio

Para empezarUn poco de luz…

Lee el texto.

• Explica con tus palabras qué es la luz.

sesión 1

¿Existe la luz invisible?

No hay día ni noche en nuestra vida en que no aparezca la luz de alguna forma y con ella todos los fenómenos a los que da lugar. Es algo tan familiar que por lo general no nos detenemos a pensar en cuál es su naturaleza, por qué somos capaces de verla, y si hay, acaso, tipos de luz no visible a nuestros ojos.

Estas preguntas se las han planteado los seres humanos desde tiempos muy remotos. En un principio, las personas dependían básicamente de la luz del Sol y la Luna para realizar sus actividades, conocer el mundo, viajar y crear. Durante las noches estrelladas, nuestros ancestros pasaron largas horas contemplando absortos el firmamento, y le dieron nombre propio a los astros más luminosos como Sol, Luna, Venus o Sirio, la más brillante de las estrellas.

Los antiguos pueblos árabes pensaron que la luz era algo que emitían nuestros ojos para ver el mundo a nuestro alrededor. Por supuesto, esta hipótesis no pudo explicar por qué no vemos nada en la oscuridad total.

Si observamos el cielo nocturno, notaremos enseguida que no todos los cuerpos celestes brillan con la misma intensidad. ¿Por qué ocurre eso? ¿Pueden existir objetos aunque no los podamos ver? ¿Qué es la luz, cuál es su naturaleza? La cuestión de la luz es en verdad intrigante.

En todo el Universo existe lo que se conoce como radiación electromagnética, que puede manifestarse como luz visible. Hay otros tipos de radiación que podemos percibir como calor, y otros más que no percibimos en absoluto, pero son detectables con un dispositivo específico, como las antenas que captan la señal de televisión.

Ahora conoces las interacciones eléctricas y magnéticas. En esta secuencia identificarás a la luz como un fenómeno de naturaleza electromagnética y observarás su comportamiento cuando incide sobre los objetos o cuando atraviesa medios materiales. Valorarás la importancia de las radiaciones electromagnéticas en todos los aspectos de tu vida.

La luz se manifiesta de maneras muy diversas en el mundo que nos rodea.

SESIÓN 1

Antes de iniciar la sesión, pida a los alumnos que citen ejemplos de fenómenos luminosos que hayan observado; pudieran ser halos en torno a objetos luminosos, el arco iris, los espejos y las lentes, la coloración del cielo al amanecer o al atardecer, etcétera.

1 Coménteles que en esta sesión se

explorará la naturaleza de la luz mediante un recuento de las ideas primordiales que la humanidad ha concebido para ello, con lo cual podrán explicar algunos de estos fenómenos.

Para empezar

El recurso muestra una variedad de ejemplos de fenómenos en los que interviene la luz, como: la reflexión de la luz, la refracción y algunos efectos de iluminación y sombras que pueden conseguirse combinando fuentes de luz de diversos colores.


información del texto. Puede aprovechar el recurso para reflexionar sobre situaciones cotidianas en las que les es fácil a sus alumnos observar fenómenos luminosos.

• Explica con tus palabras qué es la luz.

1 Permita que los estudiantes

expresen sus conocimientos acerca de la naturaleza de la luz. RL Por ejemplo: La luz es una forma de energía que se propaga en línea recta.

Texto introductorio

El texto muestra la importancia que la luz ha tenido en la vida sobre la Tierra, en particular para la especie humana. Introduce la idea de radiación electromagnética como un fenómeno omnipresente.

3 Pida a los alumnos que mencionen

situaciones en las cuales la radiación que proviene del Sol juega un papel fundamental en los eventos biológicos y climáticos que ocurren en nuestro planeta.


1. El propósito.





Consideremos lo siguiente…No espere que sus alumnos resuelvan el problema que presentamos abajo; deje que imaginen posibles soluciones. La respuesta que damos le permitirá guiar a los alumnos adecuadamente durante las actividades.

Solución al problema: RM La teoría electromagnética de Maxwell reconoce a la luz como una onda electromagnética que, como toda onda, transporta energía. A partir de sus características, se puede predecir el efecto que dicha radiación electromagnética puede tener en nuestro organismo. Si estamos expuestos a los rayos solares, la componente infrarroja de su radiación nos hará sentir calor en nuestra piel. Si permanecemos expuestos al Sol, nos acaloramos tanto que podemos sufrir una insolación. Por otra parte, los rayos ultravioleta broncean nuestra piel, pero en una exposición prolongada, afectan las células del cuerpo y, a la larga, pueden producir manchas, enrojecimiento y hasta cáncer cutáneo.

Para protegerse de estas radiaciones, en especial de la ultravioleta, debemos cubrirnos con gorras, sombreros, camisas de manga larga o aplicarnos filtros solares que la bloquean. Para protegerse de la luz visible, que puede deslumbrarnos, es conveniente utilizar lentes de Sol que también bloqueen los rayos UV. Para los rayos infrarrojos, se recomienda el uso de sombreros, gorras o sombrillas, así como ropa ligera que cubra lo más posible nuestra piel.


1. 1 Permita que los estudiantes expongan

sus conocimientos previos. RL Por ejemplo: Los rayos solares consisten en emisión de luz y calor.

2. 3 Invite a los estudiantes a que narren

eventos en los que han sabido de efectos perjudiciales de la radiación solar, no sólo en el organismo humano. RL Por ejemplo: Si una persona se expone por demasiado tiempo a los rayos solares puede sufrir quemaduras en su piel, insolación o deshidratación. Muchos materiales como las telas, las pinturas de las fachadas de casas y edificios se decoloran por la acción de los rayos solares. La vegetación que crece normalmente en lugares sombreados puede secarse si se le deja a la luz directa del Sol.

3. Esta pregunta pretende hacer conciencia en los alumnos que la radiación solar no es necesariamente perniciosa, sino que en muchas situaciones, juega un importante papel en los procesos de la naturaleza y de la vida. RL Por ejemplo: La radiación que proviene del Sol es indispensable para la fotosíntesis de las plantas, que son el primer eslabón de las cadenas tróficas. También es un factor decisivo para conservar la temperatura del planeta en rangos adecuados para la vida, y es el factor primordial de los fenómenos climáticos.

Comenten lo siguiente:

1. RL Por ejemplo: La luz es una forma de radiación que emiten algunos cuerpos muy calientes, el Sol, el fuego, los rayos y artefactos fabricados por el ser humano, como los focos.

2. No se requiere que los alumnos proporcionen una lista exhaustiva de todos los tipos de radiación, sino que citen ejemplos de aquellas clases de radiación que conozcan o de las que hayan oído hablar. RL Por ejemplo: Además de la radiación luminosa, hemos oído hablar de los rayos X y los rayos UV o ultravioletas.

3. Sugiera a los estudiantes recordar algunas clases de energía conocidas, y analizar si corresponden a una forma de radiación. Coménteles, si lo considera conveniente, que tengan cuidado en no confundir la noción de “transporte de energía” con la de “transformación de energía” RL Por ejemplo: Sí, la radiación puede transportar energía, de tipo lumínico o térmico, entre otros.

Manos a la obra

Actividad UNOEl propósito de la actividad es que los alumnos observen que cuando la luz incide en un objeto, pueden suceder tres eventos: que lo atraviese completamente, en cuyo caso el objeto se dice que es transparente, o que sea absorbida o reflejada, tratándose entonces de un cuerpo opaco. Cuando sucede una situación intermedia, será un objeto translúcido.

Identifiquen el comportamiento de la luz al atravesar ciertos objetos.• Comenten: ¿Puede la luz atravesar cualquier

objeto? RL Por ejemplo: No, depende del tipo de objeto. Por lo general, la luz no atraviesa objetos sólidos a menos que sean transparentes. La luz del Sol, por ejemplo, sí atraviesa las capas de la atmósfera, pero si hay mucha nubosidad, sólo una parte la atravesará y otra parte de la luz será absorbida por las propias nubes. Igualmente, la luz no atraviesa líquidos como la leche.

143

IICIENCIAS


1. Explica con tus palabras en qué consisten los rayos solares.

2. ¿Cómo te puede perjudicar una exposición prolongada a los rayos solares?

3. ¿Por qué es importante la luz solar en el desarrollo de la vida en el planeta.


1. ¿Cómo definirían la luz?

2. ¿Qué son las radiaciones?

3. ¿La radiación transporta energía? ¿Por qué?

• Escriban en sus cuadernos las ideas principales sobre los puntos anteriores.

Manos a la obraActividad UNOIdentifiquen el comportamiento de la luz al atravesar ciertos objetos.

• Comenten: ¿Puede la luz atravesar cualquier objeto?

1. Necesitan:

a) Bolita de algodón o una servilleta desechable

b) Un poco de aceite de cocina

c) Hoja de papel

d) Anillo

e) Moneda

f) Lápiz

g) Cuaderno

h) Pedazo de mica transparente, vidrio o papel celofán sin color


Ya sea que vivas al nivel del mar o en una zona montañosa, ¿qué pasa si te expones a los rayos del Sol por mucho tiempo? ¿Cómo te puedes proteger de las radiaciones que son potencialmente nocivas para tu salud? Fundamenta tu respuesta con base en las características de la luz.

La luz proveniente del Sol es extensa-mente utilizada como fuente de energía en pequeños dispositivos electrónicos como relojes, calculadoras y teléfonos de emergencia en carreteras.


144

secuencia 252. Realicen lo que se pide:

a) Impregnen la bolita de algodón con un poco de aceite.

b) Unten la hoja de papel con aceite, con excepción de las esquinas.

c) Esperen un poco hasta que todo el aceite sea absorbido por la hoja de papel.

d) Coloquen sobre la mesa el anillo, la moneda y el lápiz.

e) Cubran dichos objetos con la hoja de papel impregnada de aceite.

f) Observen cómo se ven los objetos a través de la hoja.

g) Cubran ahora los mismos objetos con el cuaderno.

h) Observen cómo se ven los objetos a través del cuaderno.

i) Cubran los objetos con la mica, el vidrio o el celofán.

j) Observen cómo se ven los objetos a través de la mica, el vidrio o el celofán.

3. Registren sus observaciones en una tabla como la que se muestra:

Material con el que se cubrieron los objetos

cómo se observaron los objetos a través del material

Tipo de material según su capacidad para absorber o dejar

pasar la luz

Hoja aceitada

cuaderno

Mica, vidrio o papel celofán

comenten lo siguiente:

1. ¿Qué diferencia hay entre un cuerpo transparente y uno traslúcido?

2. ¿Qué pasaría si nos asoleamos mucho tiempo cerca de una ventana transparente? ¿Y si lo hacemos cerca de una ventana traslúcida?

3. Mencionen tres aplicaciones en la vida diaria que tienen los cuerpos traslúcidos.

Cuando la luz puede atravesar un cuerpo o medio sin ser absorbida, se dice que el cuerpo o medio es transparente. Si una parte es absorbida o reflejada y otra parte lo atraviesa, se trata de un cuerpo o medio traslúcido. Cuando toda la luz es absorbida o reflejada, decimos que el cuerpo o medio es opaco.

3. RM En la tabla.


1. Se sugiere hacer ver a los estudiantes que no existen cuerpos totalmente transparentes, ya que cuando la luz incide en cualquier objeto o medio material, siempre es absorbida, aunque sea en una pequeña fracción. RM Los cuerpos transparentes son aquellos que dejan pasar casi toda la luz que incide en ellos, mientras que los traslúcidos absorben una parte y dejan pasar otra.

2. RM Asolearse por mucho tiempo cerca de una ventana transparente es lo mismo que exponerse directamente a los rayos solares, es decir, podemos sufrir ciertos daños en la piel. Si la ventana es traslúcida, parte de la luz será absorbida, lo que reduciría un poco el posible daño; sin embargo, no es suficiente para evitarlos.

3. RM Los cuerpos traslúcidos se utilizan con frecuencia en ventanas, donde nos interesa que la habitación esté iluminada pero no deseamos que nos vean desde fuera. Los vidrios coloreados se utilizan en los vitrales, arte a la que aún en estos tiempos se dedican muchas personas en nuestro país. Muchas botellas de vidrio y envases de plástico son traslúcidos, con la finalidad de que su contenido no se altere por efecto de la luz directa, pero a la vez podamos ver su contenido. Se usan botellas para medicinas, alimentos, bebidas o polvos.

RM Se observaron difusos. RM Traslúcido.

RM No se observaron en absoluto.

RM Opaco.

RM Se observaron bien. RM Transparente.


145

IICIENCIAS


La luz y los cuerpos: rebotes, desviaciones y travesías

Lean el texto.

• Durante la lectura, pongan especial atención en los diferentes modelos para explicar lanaturaleza de la luz.

El que la luz esté formada por partículas planteó un nuevo problema, pues si dos rayos luminosos se encuentran, no se observa la desviación en sus trayectorias, lo que podría esperarse para un choque entre partículas. Más o menos por la misma época, el físico holandés Christiaan Huygens elaboró una explicación alterna a la de Newton. Tomando en cuenta que ciertos comportamientos de la luz son parecidos a los de las ondas sonoras, este autor consideró que la luz actúa como una onda longitudinal. Al considerar que la luz se comporta como una onda, este modelo era consistente con las nociones de reflexión y de refracción. Sin embargo, tenía un inconveniente, pues requería de un medio material para la propagación de la onda luminosa, de manera parecida al aire que permite la propagación de las ondas sonoras o el agua en el caso de las olas que se forman al perturbarla. Se llamó éter a este supuesto medio material perturbado por las ondas luminosas, y se pensó que se encontraba en todas partes, llenando el espacio vacío, permitiendo que la luz se propagara a través de ese medio. Poco tiempo después se comprobó que el éter no existe.

¿Onda o partícula?A finales del siglo XVII, el célebre físico y matemático Isaac Newton realizó una serie de investigaciones en torno a la cuestión de la luz. Newton propuso la Teoría Corpuscular de la Luz, donde se la concibe como un flujo de partículas pequeñísimas o corpúsculos que viajan juntas formando manojos, o, más propiamente, rayos luminosos. Esta teoría es satisfactoria para explicar la reflexión y la refracción de la luz. En la reflexiónlas partículas chocan contra la superficie de los objetos y rebotan formando un rayo luminoso reflejado. La refracción ocurre cuando un rayo de luz atraviesa cualquier medio material, ya sea sólido, líquido o gaseoso. En este caso, el haz luminoso cambia la trayectoria con la que incide en un medio, es decir, se desvía o cambia su ángulo de incidencia. La reflexión de la luz en superficies pulidas da lugar a la formación de imágenes definidas, como en los espejos. La refracción, por su parte, se utiliza en lentes de todo tipo.

La luz se caracteriza por viajar en línea recta. A: Cuando un rayo luminoso incide en una superficie, el rayo reflejado sale con el mismo ángulo que el rayo incidente. B: Cuando un rayo luminoso pasa de un medio material a otro, cambia el ángulo de incidencia. Esto se conoce como refracción de la luz. La línea normal es siempre perpendicular a la superficie en la que incide el rayo.

Rayoincidente

Rayoreflejado Rayo

incidente

Rayorefractado

Normal Normal

Superficie en la que incide el rayo

Material 1

Material 2

B: Refracción de la luzA: Reflexión de la luz

El interactivo permite la simulación de fenómenos que tienen que ver con la reflexión y la refracción de la luz, así como mostrar cuerpos transparentes, opacos y traslúcidos.


debate en el aula con la oportunidad de que los alumnos integren sus conocimientos y expresen sus ideas sobre el fenómeno observado. El recurso cuenta con instrucciones y sugerencias didácticas que usted puede revisar antes de utilizarlo para un mejor aprovechamiento.

Puede utilizar el interactivo como complemento de la actividad.


El texto muestra cuatro teorías que prominentes científicos han plateado para explicar la naturaleza intrínseca de la luz. Se parte de la Teoría Corpuscular de Newton y luego se expone la teoría ondulatoria de Huygens. A continuación se plantean algunos fundamentos de la Teoría Electromagnética de Maxwell, la cual considera a la luz como una onda electromagnética. Por último, se menciona el modelo cuántico, que define al fotón como la partícula fundamental de la luz. Se ilustran de manera muy esquemática la reflexión y la refracción de la luz.

3 Comente a los estudiantes que en la

actualidad están vigentes tanto la teoría electromagnética como la cuántica, por lo que se le atribuye una naturaleza dual al fenómeno llamado luz. Cada una de estas teorías es exitosa en explicar determinados fenómenos que involucran a la luz. Los fenómenos luminosos cotidianos suelen quedar suficientemente descritos si se considera a la luz como una onda electromagnética.


146

secuencia 25En 1865, el físico escocés James C. Maxwell desarrolló la Teoría Electromagnética. La teoría predice que la

luz es una perturbación de campos magnéticos y eléctricos que viaja lo mismo en el vacío que en medios materiales, es decir, se trata de una onda electromagnética transversal que, a diferencia del sonido, no precisa de un medio material para propagarse, puesto que los campos eléctricos y magnéticos se extienden a través del vacío.

La historia de la naturaleza de la luz no termina aquí. En el despertar del siglo XX, el físico alemán Max Planck publicó que la energía electromagnética que transportan las ondas del mismo nombre se transfiere a la materia, esto es, se emite o se absorbe en forma discontinua, en paquetes que llamó cuantos. El célebre físico de origen alemán Albert Einstein postuló en 1905 que los cuantos eran en sí “partículas” de luz, llamadas fotones. El campo electromagnético adquiría, entonces, una naturaleza dual, pues se comportaba como una onda electromagnética o como una partícula, según el experimento involucrado.

Vínculo entre secuenciasLas ondas longitudinales y transversales se revisaron en la Secuencia 3: ¿Qué onda con la onda?

El modelo atómico se expuso en la Secuencia22: ¿Qué hay en el átomo?

La inducción electromagnética, que vincula la electricidad con el magnetismo, se revisó en la Secuencia 24: ¿Cómo se genera el magnetismo?

SESIÓN 2 Actividad DOSObserven la reflexión y la refracción de la luz. Para ello:

• Contesten: ¿En qué consisten la reflexión y la refracción de la luz?

1. Material

a) Espejo plano rectangular

b) Papel aluminio

c) Cuchara sopera

d) Vaso o frasco de vidrio transparente.

e) Agua suficiente para llenar el vaso o frasco hasta las dos terceras partes.

f) Anillo

g) Transportador

h) Lápiz

i) Mesa

j) Regla o escuadraLos halos se deben a la refracción de la luz del Sol, de la Luna o de cualquier fuente luminosa.

Sabías que…Para comprender cómo se produce la luz, es necesario recurrir al modelo atómico de la materia. Los electrones se mueven en torno al núcleo atómico ocupando determinados niveles de energía. Cuando el electrón absorbe energía, por ejemplo, luz o calor, pasa a un nivel superior. Luego, el electrón regresa a su nivel original, y emite la cantidad de energía absorbida en forma de radiación, es decir, origina una perturbación electromagnética que se propaga como onda.

ElectrónEnergía

Núcleo Núcleo

Energía

Fase I: ExcitaciónEl electrón absorbe energía y sube a un nivel más alto

Fase II: DecaimientoEl electrón emite la energía absorbida y regresa a su nivel

Sabías que…Comente a los alumnos que el electrón es el que, al regresar a su nivel de energía, emite la radiación electromagnética. Es importante no confundir “radiación”, que equivale a decir “onda electromagnética”, con “radioactividad”, que corresponde a otro fenómeno que se da en el núcleo del átomo, donde éste, bajo ciertas condiciones, emite partículas como los protones.

Recuerde a los alumnos que las ondas longitudinales se propagan en la misma dirección en que se origina la perturbación, y que las transversales se propagan perpendicularmente a la dirección de la perturbación.

Diga a los alumnos que el modelo atómico considera el átomo formado por un núcleo, donde se encuentran protones y neutrones, en torno al cual giran los electrones, organizados por niveles. Los electrones poseen la carga eléctrica negativa, así que, cuando cambian de nivel, el campo eléctrico asociado a ellos varía, produciendo en consecuencia un campo magnético, también variable. Esto origina las ondas electromagnéticas.

También comente a los estudiantes que un campo eléctrico en movimiento da lugar a un campo magnético, y viceversa. Este fenómeno ocurre en la propagación de las ondas electromagnéticas, de ahí su denominación, pues se perturban campos eléctricos y magnéticos.

1 Para cerrar la sesión, pida a los

estudiantes que comenten qué aspectos del comportamiento de la luz no se pueden explicar a partir de las teorías corpuscular y ondulatoria, respectivamente.

SESIÓN 23

Antes de iniciar la sesión, pida la participación del grupo para retomar lo aprendido durante la sesión anterior. Puede pedir que respondan algunas preguntas como:

1. ¿Cuál es el problema que se quiere resolver?

2. ¿Todas las diferentes clases de radiación son ondas electromagnéticas?

Actividad DOS

El propósito de la actividad es que los alumnos observen la reflexión de la luz en espejos planos y curvos, así como la refracción de la luz al pasar de un medio material a otro, en este caso del aire al agua.

• Contesten: ¿En qué consisten la reflexión y la refracción de la luz?

Aquí se exploran de nuevo las ideas previas de los estudiantes. Pídales que ejemplifiquen cómo son las imágenes en los espejos y cómo se forma el arco iris. Permita respuestas un poco vagas o inexactas. Luego de realizar la actividad, se sugiere retomarlas para que los alumnos cotejen en qué se enriqueció su conocimiento previo. RL Por ejemplo: Las imágenes en los espejos se producen a partir de los rayos de luz que “rebotan” de la superficie del espejo. El arco iris se forma porque la luz blanca está compuesta por siete colores.


147

IICIENCIAS2. Procedimiento

Experiencia A

a) Colóquense un anillo en el dedo que prefieran de la mano izquierda.

b) Coloquen el espejo en posición vertical, apoyándolo sobre una pila de libros o cuadernos.

c) Apoyen el codo izquierdo sobre la mesa y coloquen la mano en posición vertical con la palma hacia el espejo, de manera que se refleje en el espejo.

d) Coloquen su mano derecha en posición vertical junto al espejo, con la palma hacia su rostro.

e) Ahora comparen la imagen de su mano izquierda reflejada con la mano derecha real.

f) Observen si su imagen muestra el anillo en la mano derecha o en la izquierda.

g) Registren sus observaciones.

Experiencia B

a) Elijan a un estudiante que sostenga el espejo en posición vertical a la altura de su rostro.

b) Elijan tres estudiantes que se coloquen a dos pasos de distancia frente al espejo plano, dispuestos como se ve en el esquema.

c) Pidan al estudiante A que observe cuáles compañeros están reflejados en el espejo.

d) En el esquema, tracen con regla o escuadra un rayo de luz incidente en el espejo, para los estudiantes B y C.

e) Con el transportador, midan el ángulo que estos rayos forman con la normal.

f) Tracen los rayos reflejados correspondientes a los rayos incidentes, considerando que el ángulo de los rayos reflejados respecto a la normal es igual al ángulo de los rayos incidentes, también respecto a la normal.

Espejo

Experiencia C

a) Forren la cuchara con el lado más brillante del papel aluminio hacia fuera; no es necesario forrar el mango. Procuren que quede con la menor cantidad de pliegues o arrugas.

b) Observen la imagen de su rostro en la cara interna o cóncava de la cuchara.

c) Registren si se ve igual o diferente que en el espejo plano.

d) Repitan el inciso anterior pero ahora observen su imagen en la cara externa o convexa de la cuchara.

e) Registren sus observaciones.

Estudiante A Estudiante B Estudiante C

Normal

Experiencia A

Asegúrese de que los estudiantes realicen correctamente la experiencia; es importante que comparen la imagen reflejada de la mano izquierda (la que tiene el anillo), con la mano derecha real con la palma vuelta hacia el rostro del alumno. Sólo así percibirán cómo la imagen de la mano izquierda corresponde a una mano derecha, pues ambas tienen el pulgar apuntando hacia el mismo lado.

Experiencia B

Cerciórese de que los alumnos efectúen la experiencia adecuadamente. Para hacer los trazos de los rayos incidentes y reflejados, indíqueles que se guíen con el esquema de la página 147 del libro del alumno. Sus trazos de los rayos incidentes y reflejados deben quedar como se muestra abajo.

Experiencia C

Indique a los alumnos que procuren que el papel aluminio quede lo menos arrugado posible al forrar la cuchara, para que se puedan observar imágenes nítidas, y que usen el lado más brillante del mismo.

Espejo

Estudiante A Estudiante B Estudiante C

Normal


148

secuencia 25experiencia D

a) Pongan el vaso o frasco sobre la mesa, de manera que quede a la altura de sus ojos.

b) Introduzcan el lápiz en el vaso y observen cómo se ve a través de la pared del mismo.

c) Ahora llenen el vaso o frasco con agua hasta las dos terceras partes.

d) Observen cómo se ve ahora el lápiz a través de la pared del vaso.

e) Coloquen el lápiz en posición totalmente vertical, aún dentro del agua y observen qué sucede.

3. Resultados

• Registren sus resultados en una tabla como la que sigue:

experiencia Lo que observaron Dibujo de lo observado

a

B

c

D

Según la curvatura de su superficie, hay espejos planos, cóncavos y convexos.

Experiencia D

Esta experiencia es muy sencilla; sólo se requiere que los estudiantes observen atentamente lo que sucede con el aspecto del lápiz en los tres casos. Puede sugerirles que presten atención especialmente en la interfase entre el agua y el aire.

3. Resultados

RM En la tabla.

RM En la imagen reflejada, la mano con el anillo es una mano derecha.

RL

RL

RL

RL

RM La imagen reflejada de la moneda se mueve hacia la izquierda.

Si la imagen no se viera más pequeña, solicite a los alumnos que se alejen un poco del espejo cóncavo. RM En la cara cóncava, la imagen se ve más pequeña e invertida. En la cara convexa, se ve más pequeña y no invertida.

RM El lápiz se ve como si estuviera roto, es decir, su imagen tiene una discontinuidad justo a la altura de la interfase entre el agua y el aire. Solo en el caso de que el lápiz esté vertical, no se observa esta discontinuidad, lo que de debe a que si la luz incide a 90° en la interfase entre dos medios materiales, no hay refracción, es decir, no hay desviación del rayo luminoso.


149

IICIENCIAS4. Análisis de resultados

• De acuerdo con sus observaciones, expliquen en sus cuadernos:

Experiencia A

a) ¿Por qué los espejos tienen la superficie lisa y pulida?

b) ¿Qué características tiene la imagen reflejada en un espejo plano?

Experiencia B

a) ¿Por qué el compañero A ve reflejada la imagen del compañero B y no la del compañero C?

b) ¿En qué se relaciona esto con el ángulo de incidencia y el de reflexión?

Experiencia C

a) ¿Cómo se refleja la imagen en un espejo cóncavo?

b) ¿Cómo se refleja la imagen en un espejo convexo?

Experiencia D

a) ¿Cómo se ve el lápiz cuando hay agua en el vaso? ¿Por qué?

b) ¿Qué sucede cuando el lápiz se introduce en el agua en posición vertical?

5. Comunicación

• Elaboren un reporte de la práctica en sus cuadernos.


1. Comenten:

a) ¿Cuáles de las experiencias anteriores están relacionadas con la reflexión de la luz? ¿Por qué?

b) ¿Cuáles de las experiencias anteriores están relacionadas con la refracción de la luz? ¿Por qué?

2. Diseñen una experiencia en la que se observen la reflexión o la refracción de la luz.

La reflexión y la refracción de la luz se aprovechan en una gran variedad de aparatos y dispositivos ópticos, como el telescopio, el microscopio, la cámara fotográfica, los anteojos, los periscopios y los espejos retrovisores.


Con lo que has aprendido sobre

la naturaleza de la luz, escribe

los conocimientos que te ayudan

a resolver el problema.

Reflexión sobre lo aprendido Puede explicar a los alumnos que nuestro cuerpo tiende a absorber la mayor parte de la luz que incide en él, y refleja otra porción. Si la luz es una onda electromagnética, puede interactuar con los campos eléctricos y magnéticos de los átomos de las moléculas que constituyen nuestras células, en particular las de la piel. Para protegernos de la radiación solar, requerimos interponer un material que absorba estas ondas, es decir, que sea opaco, o que las refleje en la mayor medida posible. RL Por ejemplo: Para evitar que nuestra piel absorba una gran cantidad de radiación proveniente del Sol, debemos cubrirla con algún material que la absorba o la refleje.


Experiencia A

a) RM Porque si no estuviera lisa, los rayos incidentes se dispersarían en diversas direcciones, y no se formaría una imagen definida.

b) RM La imagen es del mismo tamaño que el objeto reflejado, pero es invertida en el eje vertical, es decir, la derecha se ve a la izquierda, y viceversa.

Experiencia B

a) RM Porque el ángulo de incidencia de la luz que proviene de cada compañero es diferente, y en el caso del compañero C, el ángulo es bastante mayor que el del compañero B, y dada la posición del compañero A, éste no puede observar al compañero C.

b) RM El ángulo de incidencia es igual siempre al ángulo de reflexión, de ahí el efecto de no poder ver la imagen de algo cuyo ángulo de incidencia sea mayor que el ángulo que yo, como observador, formo con la normal al espejo.

Experiencia C

a) RM La imagen tiene distorsión de tamaño, se ve más pequeña que el original, aunque si me acerco lo suficiente, la imagen es más grande que el objeto reflejado. Además, está invertida en el eje horizontal, es decir, lo que está arriba se ve abajo y viceversa.

b) RM La imagen también tiene distorsión de tamaño, se ve más pequeña que el original En el espejo convexo no hay inversión de la imagen en ningún eje.

Experiencia D

a) RM El lápiz se ve quebrado. Esto se debe a la refracción de la luz, es decir, muestra que la trayectoria de cada rayo de luz se dobla o desvía de su dirección original. El efecto de discontinuidad siempre se observa justo cuando cambia el medio material, en este caso, cambia de aire a agua.

b) Comente a los estudiantes que cuando los rayos viajan por un medio material e inciden en un medio diferente con un ángulo de 90°, no se observa la discontinuidad o “quiebre” que sí sucede cuando inciden en cualquier otro ángulo. RM En este caso, y sólo en este caso, el lápiz se ve continuo.


1. Comenten:

a) RM Las experiencias A, B y C corresponden a la reflexión de la luz, pues en todos los casos la imagen se forma a partir de los rayos de luz provenientes del objeto que rebotan en la superficie pulida del espejo.

b) RM La experiencia D se relaciona con la refracción de la luz, ya que se observa una imagen discontinua del lápiz cuando una parte del mismo está sumergido en

agua. La luz que refleja la parte del lápiz bajo el agua tiene cierta trayectoria, la cual cambia su ángulo al pasar del agua al aire, por eso se ve discontinuo.

2. 4 Guíe a los alumnos en el diseño de la experiencia. Cada equipo puede elegir si diseña la experiencia para reflexión o para refracción. Cerciórese de que se formulan preguntas adecuadas, y que la planteen con el material que tengan disponible. Para la reflexión, pueden intentar combinar dos espejos planos formando un ángulo entre ellos, y aumentar o disminuir dicho ángulo para observar cuántas imágenes del objeto se forman. Puede pedirles que predigan si al reflejarse un objeto primero en un espejo, y luego la imagen del mismo reflejarse en otro espejo, se preservará la inversión en el eje vertical o no será así. Para el caso de refracción, pueden intentar utilizar líquidos diferentes al agua, como alcohol o glicerina. Si es el caso, pregúnteles si la densidad del líquido se relaciona con el ángulo de refracción. RL


150

secuencia 25

Para terminarLean el texto.

• Antes de la lectura comenten: ¿Qué tipos de ondas electromagnéticas existen?

La frecuencia de la luz cambia si la fuente luminosa se acerca o aleja.

Más allá del límite superior de longitudes de onda de la luz visible se encuentra la región de luz infrarroja y, por debajo del límite inferior, se ubica la región de la luz ultravioleta. Nuestro ojo es un órgano maravilloso que nos provee de infinidad de imágenes del mundo; sin embargo, las células de su retina no son estimuladas por estos tipos de luz. Esta es, por tanto, luz invisible para nuestros ojos, lo cual no quiere decir que no tenga efecto en nuestro organismo. La luz infrarroja estimula directamente los sensores de calor de la piel y, cuando acercamos una mano a una flama o nos exponemos a la luz del Sol, además de la luz que nuestros ojos ven, sentimos la radiación infrarroja como calor. Debemos tener cuidado, pues este calor puede producirnos insolación y deshidratación.

La radiación ultravioleta es potencialmente más dañina que las otras, pues provoca efectos en nuestra piel. En pequeñas dosis, es necesaria para la síntesis de ciertas vitaminas y le da un tono bronceado a la piel, pero si estamos mucho tiempo expuestos a ella podemos quemarnos severamente.

Además de la luz infrarroja, la visible y la ultravioleta, existe la radiación electromagnética en otros rangos de frecuencia. Todas las posibles frecuencias integran el llamado espectro electromagnético. De menor a mayor frecuencia, tenemos las siguientes clases de ondas electromagnéticas:


¿Un espectro luminoso?El cambio en longitud de onda o frecuencia en las ondas sonoras es percibido como un cambio en el tono del sonido, es decir, se hace más agudo o más grave. ¿Qué ocurre con la luz?

En el caso de la luz visible, la longitud de onda se manifiesta como color. La luz blanca está formada por la superposición de ondas de todas las longitudes posibles, es decir, por una superposición de todos los colores que aparecen en el arco iris. La longitud de onda mayor corresponde al color rojo, y va disminuyendo hasta llegar al violeta, el color que tiene la menor longitud de onda y la mayor frecuencia de luz visible.

Para terminar

• Antes de la lectura comenten: ¿Qué tipos de ondas electromagnéticas existen?

Sugiera a los estudiantes que en adelante, cuando se refieran a la luz, hagan la precisión de luz visible, ya que hay ondas electromagnéticas con longitudes de onda mayores o menores a las de la luz visible, que, si bien tienen esencialmente la misma naturaleza, no son visibles al ojo humano. RL Por ejemplo: La luz visible, los rayos X, la luz ultravioleta, la luz infrarroja, las microondas, las ondas de radio, los rayos gamma.


El texto expone las características que tiene la luz al ser una onda electromagnética, como longitud de onda, frecuencia y amplitud. Se correlaciona la longitud de onda (o la frecuencia) de la onda electromagnética con el color, en el caso de la luz visible. Se muestra toda la gama de longitudes de onda posibles para estas ondas, donde la luz visible es apenas una estrecha franja.

5 Se sugiere elaborar, junto con los

alumnos, un esquema o cuadro sinóptico del espectro electromagnético y colocarlo en un lugar visible del aula para consultarlo cuando se requiera.


151

IICIENCIAS

Tabla 1. Ondas electromagnéticas

Ondas de radio o hertzianas Microondas Infrarrojo Luz visible Ultravioleta Rayos X Rayosgamma

Ondalarga, RadioAM

Radiodeondacorta

Televisión y radio FM

Televisión de ultra altafrecuencia y telefonía celular

Radar, telecomuni-cacionessatelitales,hornos de microondas.

Emitidas por sólidos al enfriarse, el Sol, el fuego o los metales al rojo vivo. Lo sentimos como calor radiante.

Rojo

Naranja

Amarillo

Verde

Azul

Añil

Violeta

Los colores se separan al atravesar un prisma.

Puedencausar cáncer de piel con exposiciónprolongada.

Radiografías: aplicacionesmédicas, como ver una fractura de huesos, e industriales;por ejemplo, revisar la estructura de un edificio.

Gammagrafías para aplicaciones médicas, como estudiar la irrigación de un tejido. La explosión de una bomba atómica genera rayos gamma.

Menor frecuencia Mayor frecuencia

Mayor longitud de onda Menor longitud de onda

La cantidad de energía que transporta la onda es proporcional a su amplitud: a mayor amplitud es mayor la energía y más intensa la luz.

Conforme la frecuencia de una onda electromagnética se hace mayor y su longitud de onda, por consiguiente, menor, las radiaciones van siendo progresivamente más penetrantes en nuestro cuerpo y potencialmente más dañinas. Es necesario, por lo tanto, limitar o evitar la exposición a las radiaciones desde rayos ultravioleta hasta rayos gamma, pues estas ondas tienen más posibilidad de afectar las células, las moléculas e incluso los átomos de los que todo está formado.

Para proteger a los organismos vivos o a cualquier objeto de las radiaciones dañinas, se requiere resguardarlos con cubiertas capaces de detener esa radiación. Por supuesto, su espesor y el material con lo que estén confeccionadas corresponden a la intensidad y penetración de los rayos. Así, para bloquear los rayos ultravioleta existen cremas con filtros adecuados, además de viseras, gorras, sombreros, sombrillas y camisas de manga larga. En cambio, para protegerse de los rayos X se requieren chalecos de plomo y los rayos Gamma sólo son aislados con gruesas placas de cemento y plomo.

El Sol emite radiación electromagnética en las franjas de luz infrarroja, luz visible y luz ultravioleta. La atmósfera de la Tierra absorbe la mayor parte de la radiación ultravioleta y parte de la infrarroja. Sin embargo, en esta era industrial, debido a la emisión de ciertos gases, nuestra atmósfera ya no absorbe tanta radiación ultravioleta como antes, y ahora es muy importante protegernos de estos rayos.

¡Sólo una estrecha franja de todo el espectro electromagnético es visible a nuestros ojos!

Rayos gamma

Rayos X

Rayos ultravioleta

Infrarrojo

Microondas

Ondas de televisión

Ondas de radio

2 Se sugiere revisar detenidamente los

esquemas del espectro electromagnético de este texto, y comentar a los estudiantes que la variación de frecuencia y longitud de onda de una franja a otra es paulatina y continua, y que la zonificación del espectro se ha establecido en función de la aplicación que se les da a las ondas en esos rangos de frecuencia.


152

secuencia 25Sabías que…Las ondas electromagnéticas son indispensables: no podríamos vivir sin la luz y el calor del Sol, ni las plantas realizarían la fotosíntesis. Tampoco contaríamos con telecomunicaciones, hornos ni tratamientos basados en radiaciones o instrumentos de detección para ver imágenes del interior de nuestro organismo o de cualquier objeto.

Vínculo entre secuenciasRecuerda que las características de las ondas, como la longitud de onda, la frecuencia y la amplitud, se mencionaron en la Secuencia 3: ¿Qué onda con la onda?

La descomposición de la luz blanca en los colores del arco iris se muestra en laSecuencia 21: ¿De qué están hechas las moléculas?

Lo que aprendimosResuelvo el problema“Ya sea que vivas al nivel del mar o en una zona montañosa, ¿qué pasa si te expones a los rayos del Sol por mucho tiempo? ¿Cómo te puedes proteger de las radiaciones que son potencialmente nocivas para tu salud? Fundamenta tu respuesta con base en las características de la luz”.

Para resolver el problema completa la siguiente tabla en tu cuaderno:

• Justifica tu respuesta para cada caso.


¿En qué aplicarías lo

aprendido sobre el espectro

electromagnético para

resolver el problema?

Tipo de radiación

características de la radiación

Riesgo ante exposición prolongada Medidas de protección

Rayosinfrarrojos

Luz visible intensa

Rayosultravioletas

Las ondas electromagnéticas están presentes en todos y cada uno de los aspectos de nuestra vida. Lo importante es usar esta radiación en nuestro beneficio y evitar sus riesgos.


Revisa lo que pensabas acerca de la naturaleza

de la luz y de las ondas electromagnéticas. ¿Hay

alguna diferencia entre lo que pensabas y lo que

sabes ahora? Explica tu respuesta.

Reflexión sobre lo aprendido RL Por ejemplo: Las diferentes clases de ondas electromagnéticas pueden tener longitudes de onda muy distintas, y aquéllas de menor longitud de onda, como los rayos ultravioleta, los rayos X y los rayos gamma, interactúan con la materia a nivel molecular o atómico. Por ello, y considerando que el Sol emite ondas en el infrarrojo, el visible y el ultravioleta, es de particular importancia protegernos de estas últimas.

Lo que aprendimos











Para resolver el problema completa la siguiente tabla en tu cuaderno:

• RM En la tabla.

Recuerde a los estudiantes que la velocidad de propagación es constante, la longitud de onda es el inverso del periodo, y por ello, a mayor longitud de onda, menor frecuencia y viceversa.

Mencione también la Actividad DOS de la Secuencia 21, donde observaron la descomposición de la luz blanca en colores. Explíqueles que esto se debe a que cada color tiene una longitud de onda específica (en realidad es un rango muy estrecho de valores, pero se puede considerar el valor medio) y que el ángulo de refracción

RM Es invisible, pero la percibimos como calor. Su longitud de onda es mayor que la luz visible.

RM Efecto de acaloramiento o insolación, deshidratación.

RM No exponerse por mucho tiempo al Sol, usar gorras, sombrillas, sombreros y ropa ligera que nos cubra lo más posible la piel sin bloquear la transpiración. Beber suficiente agua. posible la piel sin bloquear la transpiración. Beber suficiente agua.

RM Es la luz que captamos con las células de la retina de nuestros ojos. Cuando es monocromática, vemos el color correspondiente; si la vemos blanca es que combina todas las longitudes de onda, o colores.

RM Deslumbramiento, ceguera temporal

RM Nunca mirar directamente al disco del Sol; usar lentes oscuros en lugares con mucha luz solar o que reflejen mucho su luz, como playas, lugares con agua como albercas o el mar, o bien en terrenos con nieve.

RM Es invisible, y no la detectamos como calor. Por su longitud de onda, interactúa con los núcleos de nuestras células, incluso, con el ADN, por lo que puede modificar el código genético y producir cáncer.

RM Manchas en la piel, oscurecimiento de la piel, cáncer cutáneo.

RM Siempre usar filtros o bloqueadores solares; usar lentes oscuros que bloqueen los rayos UV. El número del filtro solar, y por tanto su factor de protección, debe ser mayor según el tiempo y la cantidad de radiación a la que nos expondremos.

depende de la longitud de onda, por lo que cada color se desvía o refracta con un ángulo ligeramente diferente.

Reflexión sobre lo aprendido RL Por ejemplo: Antes pensaba que la luz era siempre visible a nuestros ojos, y no consideraba que otras radiaciones, como los rayos X o los Rayos ultravioleta u ondas de radio, eran en esencia lo mismo que la luz visible, pero con longitudes de onda diferentes. Ahora sé que todos estos tipos de luz son ondas electromagnéticas.


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IICIENCIAS

¿Para qué me sirve lo que aprendí?El conocimiento de las ondas electromagnéticas nos ha permitido una mejor comprensión de multitud de fenómenos naturales. Hoy en día, estas radiaciones se aplican en una infinidad de situaciones. Es vital saber protegernos de las que pueden causar daño a nuestra salud.

1. Averigüen qué significa el factor de protección solar (FPS) que ostentan en su etiqueta diversos productos para proteger la piel de los rayos ultravioletas en un laboratorio farmacéutico, fábrica de cosméticos, farmacia, botica, la biblioteca o internet.

2. Conforme a lo que averiguaron, ¿qué FPS debe incluir una crema para protegerse cuando se encuentren expuestos mucho tiempo al Sol?

3. ¿Cuál es el FPS recomendable si van de excursión a una montaña de gran altitud?

Lo que podría hacer hoy… Supongan que por indicación médica deben practicarse una serie de radiografías del tórax.

1. Investiguen en el centro de salud de su localidad cuáles medidas han implementado ahí para resguardar a los pacientes de la radiación, cuando les realizan estudios de gabinete, como radiografías y gammagrafías.

2. ¿En qué casos no es recomendable tomar placas de rayos X?

Para saber más…1. Allier Cruz, Rosalía A. et al (2005). La Magia de la Física. Tercer Grado. México:

McGraw-Hill.

2. Estrada, Alejandro F. et al (2001). Lecciones de Física. México: CECSA.

3. Homero, Héctor et al (1997). Física. Educación Secundaria. Tercer Grado. México: Ediciones Castillo.

1. Coordinación de Innovación Educativa Wilhelm Röntgen (1845-1923). Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo. 7 de marzo de 2007. http://dieumsnh.qfb.umich.mx/fisquimica/Roetgen.htm

2. Flores, Jorge. Los mensajeros de la interacción. ILCE. 22 de febrero de 2007.http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/22/htm/sec_13.html

3. Mercè Camps Miró. Protección solar. Collegui de Farmacèutics de la Provincia de Barcelona. 18 de junio de 2007.http://www.farmaceuticonline.com/cast/familia/familia_solar_c.html

Para recapitular el contenido de la secuencia consulten el programa: ¿Existe la luz invisible? enla programación de la red satelital Edusat.

El programa permite identificar el avance científico en el conocimiento de la electromagnética y demuestra fenómenos relacionados con la luz, como la refracción, reflexión y absorción, así como la descomposición de la luz.




1. RL Por ejemplo: El FPS se relaciona con el tiempo en que podemos permanecer al rayo del sol sin sufrir mayores daños. Para uso diario, o si vivimos en una cuidad, se recomienda usar un FPS mínimo de 15 en el cuerpo y 20 en el rostro.

2. RL Por ejemplo: Si vamos en una excursión a la playa, podemos usar bloqueadores de FPS por arriba de 45. Si vamos a nadar, hay que cerciorarse de que el bloqueador sea impermeable, es decir, que no se disuelva con el agua. Si trabajamos bajo el Sol, reaplicar un poco más de bloqueador cada hora es una medida de protección adicional.

3. RL Por ejemplo: Si vivimos en el campo o pasamos mucho tiempo al aire libre, debemos aplicar una crema con un FPS de al menos 25 o 30. Si vamos a una montaña, es conveniente usar un bloqueador de FPS por arriba de 45.


1. RL Por ejemplo: Cuentan con gabinetes especiales para tomar las radiografías. Los operadores utilizan chalecos con placas de plomo y, dependiendo la parte del cuerpo que se vaya a radiar, también se cubre al paciente con delantales con plomo.

2. RL Por ejemplo: Se indica que a menos que sea de extrema urgencia o necesidad, una mujer embarazada no se someta a la radiación de los rayos X, pues podrían ocasionarse malformaciones en el bebé. En general, debe limitarse en todo lo posible la exposición a esta radiación y tomar las placas estrictamente necesarias.

Para saber más…

1. En este texto se encuentra una buena descripción del espectro electromagnético con ejemplos de aplicaciones variadas.

2. Aquí se puede consultar cómo se forman las imágenes en diferentes tipos de espejos y lentes.

3. Este material expone con claridad las diferentes teorías acerca de la naturaleza de la luz.

1. En esta página se encuentra la biografía de Wilhelm Konrad Röntgen, físico alemán descubridor de los Rayos X, que en principio llevaron su nombre, y que fue el primer científico galardonado con este premio.

2. Aquí se discuten algunos aspectos de los fotones, y cómo la luz es una manera de transportar la interacción.

3. Este vínculo contiene información suficiente y comprensible acerca de los efectos de la radiación solar y los filtros y bloqueadores.

154 libro para el maestro - sec | telesecundarias de... · bajo una perspectiva de historia de la...

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