Revisa el planeamiento y secuencia de esta sesión. Reproduce imágenes de cómo funciona un motor

eléctrico (Anexo 1). Elabora un modelo (o modelos) de un motor eléctrico

(Anexo 2). Si eres docente en una I. E. que cuenta con Educación Secundaria, podrás emplear los modelos de motores eléctricos del módulo de Física.

Antes de la sesión

Indagamos cómo actúa la electricidad y el magnetismo en el funcionamiento de

los motores eléctricos

Modelo de motor eléctrico elaborado por el docente. Materiales diversos que traerán los grupos de estudiantes, como pilas,

alambre de cobre esmaltado, imperdibles, imanes, bloques de madera, cartulina, pegamento fuerte (por ejemplo, de silicona caliente) y alicates.

Fotocopias de anexos o su trascripción en papelotes.

En un motor eléctrico interactúan campos magnéticos provenientes de fuentes de energía magnética (un imán) o electromagnética (una bobina) que

se transforman finalmente en energía mecánica. De esta manera, el motor se integra a un sistema tecnológico y se convierte en una fuente de energía mecánica, necesaria para que el sistema funcione. Evidenciarlo es el reto de esta sesión. Los estudiantes observarán un motor sencillo e identificarán los campos magnéticos de un imán y una bobina. Una vez que hayan concluido

su construcción, la integrarán en un pequeño sistema tecnológico para ponerla en uso bajo ciertos parámetros que se fijarán de antemano.

Materiales o recursos a utilizar

Segunda Parte

Descubrimos el funcionamiento de un motor eléctrico mientras hacemos funcionar un sistema tecnológico sencillo

164

QUINTO GradO - UNIdad 6 - SeSIóN 18

164 - 172 - S18.indd 164 19/08/15 03:32

70minutos

DESARROLLO2.Planteamiento del problema tecnológico

Momentos de la sesión

10minutos

INICIO1.

COMPETENCIAS CAPACIDADES INDICADORES

Diseña y produce prototipos tecnológicos para resolver problemas de su entorno.

Planteamiento del problema tecnológico.

Formula preguntas relacionadas con situaciones prácticas sobre el uso de la energía eléctrica para conseguir energía motriz.

Planteamiento de soluciones. Reconoce posibles soluciones al problema planteado.

Área curricular de Ciencia y Ambiente

Competencia(s), capacidad(es) e indicador(es) a trabajar en la sesión

En grupo clase Coméntales que en su vida cotidiana se han topado con múltiples

aparatos que funcionan con electricidad y que la gran mayoría posee un motor que los impulsa. Hoy en día, es especialmente importante saber cómo es un motor y cómo funciona, dado que la tecnología utiliza motores de distinta potencia y complejidad y, además, el diseño de un sistema tecnológico innovador puede demandar un motor que lo ponga a funcionar.

En grupo clase Saluda a los estudiantes y recuerda con ellos que en la sesión

anterior estudiaron algunos fundamentos de cómo funciona un motor eléctrico. Comprueba a través del diálogo si han logrado captar algunos rudimentos de este aprendizaje. A continuación, procede a pegar esquemas del funcionamiento de un motor eléctrico (Anexo 1).

Pregúntales al respecto: ¿qué observan en estas imágenes? (se espera que los estudiantes reconozcan cómo funciona un motor).

165

Quinto Grado - Unidad 6 - Sesión 18QUINTO GradO - UNIdad 6 - SeSIóN 18

164 - 172 - S18.indd 165 19/08/15 03:32

Traten de construir un pequeño ventilador que sea movido por un motor bajo los siguientes parámetros técnicos: • Elventiladordebefuncionarcomomínimopordosminutos.• ElmotordebefuncionarconunapilatipoD.• Elmotordebesercapazdehacergirarlahélicedelventilador.• Algirar lahélice,elmotordebeproducirunapequeñacorriente

de aire, como lo haría cualquier ventilador.• Elmotorylahélicedebenserconstruidosporelestudiante.

En grupos pequeños Indica que para buscar las soluciones al problema planteado, deben

conocer, previamente, algunas características de un motor similar al que construirán. Para ello, procede a enséñales el modelo de motor que has elaborado y muéstrales su funcionamiento.

Sobre este asunto, invítalos a resolver el siguiente problema práctico:

Planteamiento de soluciones

Luego de escuchar las preguntas de los niños y las niñas, invítalos a realizar un conjunto de pruebas. Pide que dos estudiantes pasen repetidamente uno de los extremos del imán por un lugar donde haya tierra; observarán que el imán recoge pequeños fragmentos de un material oscuro.

Indícales que junten una buena porción de este material oscuro para llevar a cabo las siguientes pruebas:

• Ponganun imándebajodeunahojadepapel (mejorsielpapeles traslúcido). Rieguen el material que recogieron de la tierraencima del papel y den pequeños golpes al papel. Luego de un momento,veránqueelmaterial sedistribuyecomoen lafiguraA,enlaquesevisualizaelcampomagnéticodelimán.

• Inserten la bobina del motor en la hoja de papel, comose muestra en la figura B, y conéctenla a la batería. Luegorieguen sobre el papel el material que recogieron de la tierra,den pequeños golpes al papel y verán cómo se distribuye el material,al igualqueenlafiguraB,dondesevisualizaelcampomagnéticodelabobina.

• Desconecten la batería de la bobina y den nuevos golpes alpapel. Observarán que el material ya no se distribuye como antes y que solo lo hará cuando la bobina se conecte a la batería.

166

Quinto Grado - Unidad 6 - Sesión 18

164 - 172 - S18.indd 166 19/08/15 03:32

A continuación solicita a los grupos que coloquen sobre la mesa de trabajo sus materiales. Conversa con ellos sobre los nombres de las piezas y para que servirán en el funcionamiento del motor. Cuando sea necesario, corrige nombrando correctamente el material. Indica quedibujen y anotenen su cuaderno cadaparte.De estamanera,los estudiantes aprenderán la utilidad de cada pieza durante la construcción y funcionamiento de su motor.

Diseño y construcción del prototipo

Conversa con los estudiantes sobre lo ocurrido e indícales que, como ya saben por lo aprendido en la sesión anterior, el motor funciona gracias a la interacción entre los campos magnéticos del imán y la bobina. Explicaqueestavezhanpodidovisualizarloscamposmagnéticos,quemuestran cómo se distribuyen las fuerzas magnéticas del imán y la bobina.

Campomagnéticodeunimán

Figura A FiguraB

Campomagnéticodeunbobina

Pídeles a tus estudiantes que vuelvan a usar sus esquemas de construcción del modelo de motor de la sesión anterior y plantea las siguientes preguntas: ¿cómo construirán el motor?; ¿cómo construirán la hélice de cartulina?, ¿qué tamaño tendrá?; ¿cómo sabrán si funciona el ventilador?

Si alguno de los grupos desea variar su propuesta inicial, permítelo.

Finalmente, solicita que revisen lo escrito por los otros grupos y pregunta a continuación: ¿coincidieron en materiales y procedimientos? Los estudiantes darán sus apreciaciones.

Después, con tu acompañamiento y guía permanente, los gruposiniciarán el armado de su motor eléctrico.

Cuando terminen el armado, entrégales el Anexo 2, a fin de que prosigan con su proceso tecnológico.

167

Quinto Grado - Unidad 6 - Sesión 18

164 - 172 - S18.indd 167 19/08/15 03:32

En grupos pequeños Indica cómo se conectan los polos de la pila para generar el

movimiento del rotor que contiene la bobina y precisa que esta debe recibir un pequeño impulso.

Procede, junto con los estudiantes, a comprobar el funcionamiento del motor. Para ello, deben cumplir el siguiente protocolo:

Indícales que deben anotar todo lo que observan en su cuaderno de experiencias. Formula las siguientes preguntas: ¿qué pasó cuando se desconectó el motor de la pila?, ¿y qué sucedió cuando se retiró el imán?; ¿qué pasó cuando se cambió de posición el imán?; ¿hubo algún cambio en el movimiento cuando se colocó un imán más potente o una bobina con más vueltas de alambre?

Validación del prototipo

• Que observen qué ocurre cuando se retira el imán del motor(alejar el imán del conjunto) y qué ocurre cuando se invierte el imán (rotarlo 180 grados).

• Igualmente, qué ocurre cuando se corta el flujo de electricidad(desconecta el motor de la fuente) y qué ocurre cuando se invierte la polaridad de la batería (invierte la batería de manera que la posición de los polos cambie).

Sugiere a los estudiantes que elaboren un cuadro de doble entrada en el que anoten lo que sucede durante el funcionamiento de su prototipo. La siguiente tabla es un ejemplo de ese tipo de cuadro.

Con base en el cuadro, los estudiantes pueden declarar, entre otras, las siguientes apreciaciones: el movimiento de la bobina se detiene cuando el paso de corriente de la pila cesa, aun cuando el imán continúe ahí; cuando se retira el imán, cesa el movimiento de la bobina, por más que la batería se encuentre conectada, etcétera.

Acción Efecto

Se conecta el motor a la pila.

Se desconecta el motor de la pila.

Se retira el imán del motor.

…

En grupos clase Los grupos intercambian ideas y plantean preguntas en relación con la informaciónobtenidade laexperiencia.Estopromoverásu interésy curiosidad para formular preguntas como las siguientes:

168

Quinto Grado - Unidad 6 - Sesión 18

164 - 172 - S18.indd 168 19/08/15 03:32

Orienta a los estudiantes para que usen la terminología e ideas aprendidas. Por ejemplo: el imán es importante porque genera el campo magnético; la bobina es importante porque genera el campo electromagnético; se requiere la pila porque el flujo de la corriente que almacena genera el campo electromagnético cuando pasa por la bobina.

Pídeles que muestren sus resultados. Guíalos para que efectúen su comparaciones, cuantificaciones, lean tablas y gráficos, y establezcan relaciones de orden y de magnitud. Esto los llevará aextraer conclusiones iniciales, como las siguientes:

• Transformarlaenergíacalóricaenenergíamecánica.Estoquieredecir que el calor causa el movimiento de un objeto.

• Transformar la energía eléctrica en energía mecánica. En otraspalabras, la electricidad permite el movimiento del objeto.

• Transformar la energía luminosa en energíamecánica. Es decir,que la luz hace posible que el objeto se mueva.

• Transformar la energíamagnéticaenenergíamecánica. Esto es,que un imán dé movimiento a un objeto.

• El grupo 1 podría establecer que sin imán, no se produce elcampomagnéticoquehacegirarlabobina.

• El grupo 2 puede declarar que cuando se invierte la pila, elmotorgiraensentidocontrario.

Indícales que la evaluación del producto se rige por el cumplimiento de los parámetros fijados de antemano. Esa evaluación puedellevarse a cabo utilizando la siguiente tabla:

Evaluación y comunicación

ParámetroCumplimiento

(Sí/No)

¿El ventilador funciona como mínimo dos minutos?

¿El motor funciona con una pila tipo D?

¿El motor es capaz de hacer girar la hélice del ventilador?

¿Cuando la hélice gira, produce una pequeña corriente de aire como cualquier ventilador?¿El motor y la hélice han sido construidos por el estudiante?

En grupos pequeños Ahora, pídeles que terminen el armado del ventilador insertando la

hélice en el eje del motor. Comprueba con los datos de funciona-

miento si los motores elaborados en clase funcionan.

169

Quinto Grado - Unidad 6 - Sesión 18

164 - 172 - S18.indd 169 19/08/15 03:32

• Elimángenerauncampomagnéticoylabobinatambién.• El rotor gira debido a las repulsiones entre los dos polos

magnéticos iguales del imán y la bobina.• La corriente que alimenta la bobina genera el campo

electromagnético.

En grupos pequeños Pide que un representante del grupo lea y justifique sus

conclusiones. Guía a los estudiantes para que puedan obtener las siguientes ideas generales:

Oriéntalos para que lleguen a la conclusión de que la corriente eléctrica es la fuente de energía que se transforma en energía magnética cuando genera el campo magnético en la bobina o rotor; asimismo, que el imán da la polaridad opuesta y rechaza el rotor, de modo que produce elmovimientomecánico rotatorio delmotor. Estemotor puede hacerfuncionar aparatos como la hélice del ventilador y la licuadora.

Al final del desarrollo de su proyecto tecnológico, pide que compartan sus reflexiones a partir de las siguientes preguntas:• ¿Pueden sugerir otros procesos que permitan obtener mejores

resultados?• ¿Quépodríanefectuarparaperfeccionarlaconstrucción?• ¿Susresultadossepodríanaplicarenelfuncionamientodeotros

mecanismos?

• ¿Quéhanaprendidoahacerhoy?• ¿Cómohanaprendidoarealizarlo?• ¿Quépuedendemostrarconloquehanproducido?• ¿Lesgustódesarrollarestaactividad?,¿porqué?• ¿Hubodificultades?,¿cuáles fueron?;¿lassuperaron?,¿cómo lo

consiguieron?

Felicítalos por el trabajo realizado y pídeles que guarden sus modelosparademostrarsufuncionamientoenelDíadelLogro.

A continuación, solicita que respondan las preguntas de la reflexión metacognitiva:

5minutos

CIERRE (valoración del aprendizaje)3.

Tarea a trabajar en casa

Encárgales que completen la ficha experimental sobre el funcionamiento de su motor eléctrico.

Pídeles que sugieran las mejoras que podrían efectuar al modelo elaborado en grupo para aumentar su potencia.

170

Quinto Grado - Unidad 6 - Sesión 18

164 - 172 - S18.indd 170 19/08/15 03:32

Anexo 1

Funcionamiento de un motor eléctrico

¿COMO FUNCIONA UN MOTOR ELÉCTRICO?

Cuando el polo su del electroimán se acerca al polo sur del imán comienzan a repelerse mutuamente, A partir de este momento las fuerzas de repulsión serán más importantes que las fuerzas de atracción.

Ampliación del colector y las escobillas

el circuito está cerrado, circula corriente.

FUERZASDEREPULSIÓN

FUERZASDEATRACCIÓN

imán permanente

ColectorEscobillas

¿COMO FUNCIONA UN MOTOR ELÉCTRICO?

Cuando el polo norte del imán se acerca al polo sur del imán comienzan a atraerse mutuamente, A partir de este momento las fuerzas de atracción serán más importantes que las fuerzas de repulsión.

Ampliación del colector y las escobillas

el circuito está cerrado, circula corriente.

FUERZASDEREPULSIÓN FUERZASDE

ATRACCIÓN

imán permanente

ColectorEscobillas

Anexo 2Ficha para que el docente construya su modelo

de motor eléctrico casero

Materiales necesarios• UnapilaalcalinadetipoDounapiladepetaca

• Cintaadhesiva.

• Dosimperdibles.

• Unimán(comolosusadosenlasneveras).

• Cabledecobreesmaltadogrueso(sinfundadeplástico).

• Untubodecartóndepapelhigiénicoodecocina(dediámetropequeño).

• Papeldelijafino.

• Opcionalmente,pegamentoybloquepequeñodemaderaparalabase.

Los motores eléctricos son máquinas que transforman la ener-gía eléctrica (obtenida de una fuente de tensión o pila) en energía mecánica, la cual origina movimiento. El experimentoconsiste en la atracción y la repulsión entre dos imanes, uno natural y otro electromagnético, inducidos por la corriente delapilaconelfindeoriginarmovimiento.El campo electromagnético inducido en la bobina se debe a la corriente que circula por laespiraldecableyquegeneraun imánartificial;mientrasqueenel imándichomagnetismoleespropiodebidoasunaturalezamagnética.

171

Quinto Grado - Unidad 6 - Sesión 18

164 - 172 - S18.indd 171 19/08/15 03:32

Instrucciones Enrolla el cable de cobre alrededor del tubo de cartón, diez vueltas omás (espirasparalelas), pero deja al menos 5 cm de cada extremo sin enrollar y perfectamente recto.Retirael tubo, yaqueeste solo seutilizapara construir labobina. También se

Enlaimagenseobservaelaspectofinaldelmotoreléctricoqueseobtendrá de esta experiencia.

Ingresa al siguiente enlace y mira el video del proceso de elaboración del motor casero:

https://www.youtube.com/watch?v=unJFzgfH8zI

puedeenrollarel cableconcualquierobjetocilíndrico,porejemplo, lamismapiladeltipoD.Los extremos deben coincidir, es decir, quedar perfectamente enfrentados, ya que serán los ejesdelmotor.Sepuedeutilizarunagotadepegamentoentrecadaespiraodardosvueltascon el cable de los extremos a la bobina para evitar que se deforme. Recuerda que cuanto más delgado es el cilindro, mayor número de vueltas debe realizar.

Utiliza la lija para retirar completamente el esmalte del cable de uno de los extremos de labobina, pero deja al menos 1 cm sin lijar en la parte más próxima a la bobina. Coloca la bobina sobreunasuperficielisaylijaelotroextremodelcable,porunodeloslados(nohayquedarlavueltaalabobina).Dejaalmenos1cmdelapartemáspróximaalabobinasinlijar.

Fija el imán en uno de los lados de la pila con el pegamento. Los huecos de los imperdibles servirán para colgar de ellos la bobina.Utiliza la cinta adhesiva para fijar los imperdibles acada uno de los extremos de la pila y sitúa dichos extremos en el mismo lado del imán.

Si la bobina no gira de inmediato, debes impulsarla levemente.Recuperado de Anónimo (2005).

“Motor eléctrico casero”. Portal web Ciencia Popular.com. Consulta: 18 de julio de 2015.<http://www.cienciapopular.com/experimentos/motor-electrico-casero>

172

Quinto Grado - Unidad 6 - Sesión 18

164 - 172 - S18.indd 172 19/08/15 03:32