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PLANEACIÓN DIDÁCTICA POR COMPETENCIAS

ASIGNATURA: FÍSICA II BLOQUE IV: RELACIONA LA ELECTRICIDAD Y EL MAGNETISMO.

Atributos de competencias genéricas.

4.1 Expresa ideas y conceptos mediante representaciones lingüísticas, Matemáticas o gráficas.

5.1 Sigue instrucciones y procedimientos de manera reflexiva, comprendiendo cómo cada uno de sus pasos contribuye al alcance de un objetivo.

5.2 Ordena información de acuerdo a categorías, jerarquías y relaciones.

5.3 Identifica los sistemas y reglas o principios medulares que subyacen a una serie de fenómenos.

5.4 Construye hipótesis y diseña y aplica modelos para probar su validez.

5.6 Utiliza las tecnologías de la información y comunicación para procesar e interpretar información.

6.1 Elige las fuentes de información más relevantes para un propósito específico y discrimina entre ellas de acuerdo a su relevancia y confiabilidad.

6.3 Reconoce los propios prejuicios, modifica sus propios puntos de vista al conocer nuevas evidencias, e integra nuevos conocimientos y perspectivas al acervo con el que cuenta.

7.1 Define metas y da seguimiento a sus procesos de construcción de conocimientos.

8.1 Propone maneras de solucionar un problema y desarrolla un proyecto en equipo, definiendo un curso de acción con pasos específicos.

8.2 Aporta puntos de vista con apertura y considera los de otras personas de manera reflexiva.

8.3 Asume una actitud constructiva, congruente con los conocimientos y habilidades con los que cuenta dentro de distintos equipos de trabajo.

Atributos de competencias disciplinares.

• Establece la interrelación entre la ciencia, la tecnología, la sociedad y el ambiente en contextos históricos y sociales específicos.

• Fundamenta opiniones sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en su vida cotidiana, asumiendo consideraciones éticas.

• Identifica problemas, formula preguntas de carácter científico y plantea las hipótesis necesarias para responderlas

• Obtiene, registra y sistematiza la información para responder a preguntas de carácter científico, consultando fuentes relevantes y realizando experimentos pertinentes

• Contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento con hipótesis previas y comunica sus conclusiones.

• Valora las pre concepciones personales o comunes sobre diversos fenómenos naturales a partir de evidencias científicas.

• Hace explícitas las nociones científicas que sustentan los procesos para la solución de problemas cotidianos

• Explica el funcionamiento de máquinas de uso común a partir de nociones científicas.

• Diseña modelos o prototipos para resolver problemas, satisfacer necesidades o demostrar principios científicos.

• Relaciona las expresiones simbólicas de un fenómeno de la naturaleza y los rasgos observables a simple vista o mediante instrumentos o modelos científicos

• Analiza las leyes generales que rigen el funcionamiento del medio físico y valora las acciones humanas de riesgo e impacto ambiental.

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Desempeños del estudiante al concluir el bloque:

• Ubica, cronológicamente, los eventos más importantes en la evolución del conocimiento del electromagnetismo.

• Demuestra, mediante experimentos sencillos, la existencia de dos polos magnéticos en todo imán.

• Señala analogías y diferencias importantes entre las interacciones gravitacionales, electrostáticas y magnéticas.

• Identifica los polos norte y sur de diferentes imanes.

• Diseña y construye aparatos sencillos basados en los conceptos del electromagnetismo.

• Explica el experimento de Oersted como demostración de la relación entre la electricidad y el magnetismo.

• Explica el origen del magnetismo en materiales paramagnéticos, ferromagnéticos y diamagnéticos.

• Ilustra el campo magnético producido por una corriente que circula por un conductor recto, una espira y un solenoide.

• Utiliza modelos matemáticos para calcular campos magnéticos: en un alambre recto, una espira y un solenoide.

• - Diferencia entre un motor, un generador y un transformador eléctrico. SITUACION DIDACTICA: 1 DURACION 20 HORAS Los cables de alta tensión en zonas urbanas ¿son un peligro? Si bien es cierto que los cables de alta tensión sostenidos por grandes torres suponen un peligro porque estas torres sufrieran un daño en algún sismo y los cables pudieran caer sobre carros o construcciones, hace algún tiempo se planteó otro peligro. Debido a la corriente eléctrica que circula por los cables, según el principio descubierto por Oersted, alrededor del cable de alta tensión debería formarse un campo magnético como el que hizo mover la brújula cuando se hizo pasar la corriente eléctrica por un cable cercano a ella, según el famoso experimento. CONFLICTO COGNITIVO: Si esto es verdad, ¿qué tan fuerte es este campo magnético? Y si en lugar de un cable son dos, o cinco cables? ¿Sabías que el cuerpo humano funciona por impulsos eléctricos enviados por el cerebro a todo el organismo? ¿Cómo funcionaría el cuerpo humano dentro de un campo magnético generado por los cables de alta tensión? Secuencia didáctica 1: ¿Hay razones reales de peso para preocuparse o debemos ver a las torres y cables de alta tensión sólo como un elemento más de contaminación visual en la ciudad? Duración 30 minutos

Actividad 1. Evaluación diagnostica. Autoevaluación.

1. ¿Qué es un campo electromagnético de baja frecuencia?

2. ¿Qué es el magnetismo?

3. Define que es el campo magnético

4. ¿Cuántos tipos de imanes conoces? ¿Cuáles son?

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5. ¿Cómo podrías demostrar la presencia de un campo magnético?

6. ¿Qué diferencias hay entre la electricidad y el magnetismo?

Duracion 50 minutos __________________________________________ A continuación, lee el siguiente texto acerca del tema, el cual fue tomado de una página donde se responden preguntas acerca de la salud. Comenta en plenaria tus conclusiones escuchando con respeto y atención al resto del grupo. ¿Se puede construir una casa cerca de cables de alta tensión? Tengo la intención de construir una casa en un

lugar, que se encuentra a unos 200 pies de una alta tensión (alta tensión) de la línea eléctrica aérea. ¿Existen riesgos graves de los campos electromagnéticos emitidos por cables de alta tensión y lo que está a una distancia segura para construir una casa cerca de cables de alta tensión? Un hecho irónico acerca de los campos electromagnéticos de baja frecuencia es que vivimos y se preocupan por ellos dentro de estática del campo magnético de la Tierra , que es cientos de veces mayor que el campo magnético oscilante producido por el actual 110/220-V en las casas. Incluso directamente bajo las líneas de transmisión de alto voltaje, el campo magnético es sólo de 3 a 10 microteslas, que es menor que en un vagón de tren eléctrico y mucho más débil que el cierre del campo magnético en la cabeza cuando una máquina de afeitar eléctrica se utiliza. Aunque la mayoría de los físicos les resulta inconcebible que los campos de línea de energía electromagnética podrían representar un peligro para la salud, decenas de estudios epidemiológicos han reportado débiles asociaciones positivas entre la proximidad a líneas eléctricas de alta tensión y el riesgo de cáncer. Los estudios negativos o dudosos no ponen fin a la controversia. El miedo a la leucemia es una fuerza poderosa, y la respuesta de los medios de comunicación amplifica la percepción de los campos electromagnéticos como un peligro para la salud. En 1989, The New Yorker publicó tres artículos por el periodista Paul Brodeur en los que se describe en fascinante detalle cómo los investigadores rebeldes habían descubierto una causa de cáncer que la sociedad se negó a aceptar. Al igual que muchos de los estudios epidemiológicos, en estos artículos se citan ampliamente los mecanismos biológicos de acción de los campos electromagnéticos proponiendo hipótesis que alcanzan niveles de fantasía. Brodeur fue tan lejos como para afirmar que en la búsqueda de la verdad acerca de los peligros de los campos electromagnéticos se sienten tan amenazados por la ofuscación de la industria, la mendacidad de los militares, y la corrupción de la ética que el dinero podría comprar a varios miembros de la comunidad médica y científica.

La sospecha se extendió a muchas otras longitudes de onda del espectro electromagnético no ionizante, que produce temor sobre la exposición cotidiana a la electricidad, así como la exposición a aparatos de microondas, el radar, pantallas de vídeo, e incluso teléfonos celulares. Decenas de estudios analizaron las asociaciones con el cáncer de cerebro, abortos involuntarios, retraso del crecimiento fetal, el linfoma, el cáncer de mama, cáncer de mama en los hombres, el cáncer de pulmón, todos los tipos de cáncer, alteraciones inmunológicas, e incluso los cambios en el comportamiento de los animales. En los últimos años, varias comisiones y grupos de expertos han concluido que no hay pruebas convincentes de que las líneas de alta tensión son un peligro para la salud o una causa de cáncer.

Referencia: http://doctor.ndtv.com/faq/ndtv/fid/8896/Can_I_build_a_house_near_high_tension_wires.html

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Actividad 6.

Realicen la siguiente actividad y comenten en plenaria con respeto y en forma colaborativa las respuestas a las siguientes preguntas

1. Mencionen las diferencias entre los imanes naturales y artificiales.

2. Investiguen 5 materiales que son atraídos por los imanes

3. Cuando vamos a la recicladora de latas de aluminio, ¿por qué primero las pasan por un imán?

30 minutos

Actividad 7. Contesta las siguientes preguntas al finalizar realicen una coevaluación comentando las respuestas en el grupo con apoyo de tu profesor.

1. ¿Cómo se les llama a los polos de un imán? 2. ¿Qué sucede al acercar dos imanes por los polos opuestos? ¿Y por el mismo polo?

3. Si un imán lo pudieras cortar por la mitad, cada una de las partes, ¿tiene uno o dos polos? 4. Aproxima diferentes objetos a uno de los imanes: un clavo de hierro, un lápiz, una goma, un trozo de

papel de aluminio. ¿Qué ocurre? ¿Cómo lo explicarías?

5. ¿Qué es el campo magnético? ¿Cómo se representa? ¿Cuáles son sus unidades de medida? 6. Existen las cargas eléctricas, pero ¿hay cargas magnéticas? ¿Se puede separar el polo norte y polo sur

de un imán? ¿Por qué?

7. ¿Cuáles son las fuentes del magnetismo? 8. ¿Conoces algún dispositivo para detectar la orientación del campo magnético?

Duración 50 minutos Que realicen alguna actividad resumen, cuadro sinoptico, mapa conceptual con esta información y que la comenten y evaluaen (coevaluacion o autoevaluación).

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Características de los imanes. a) Si se toma un imán de barra y lo acercamos a limaduras de fierro, notaremos que éstas se concentran en mayor cantidad en sus extremos. Esto indica que la fuerza del imán, llamada fuerza magnética, es más intensa en esos lugares llamados polos magnéticos del imán.

"Los polos magnéticos de un imán son regiones donde la fuerza magnética (o el campo) es más intensa"

b) Si suspendemos un imán de barra horizontalmente con un hilo delgado, se orienta, después de cierto tiempo, de modo que uno de sus extremos apunta hacia el norte y el otro al sur. El primero, se dice que es el polo norte Magnético del imán y obviamente, el segundo es el polo sur. Esto indica que la Tierra misma es un imán, cuyo polo sur magnético está hacia el norte geográfico y viceversa, ver figura.

La Tierra es un gigantesco imán.

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Diferencia entre interacciones gravitatorias y la electromagnética.

INTERACCIÓNES GRAVITATORIAS

No hace falta una presentación muy extensa para esta última fuerza. La sentimos a cada instante al estar pegados a la Tierra. A pesar de lo que pueda parecer, es extremadamente débil. Su intensidad es aproximadamente, dicho en números redondos, 1000000000000000000000000000000 de veces menor que la interacción nuclear débil.

No obstante, en presencia de grandes acumulaciones de partículas, es decir, de cuerpos de gran masa, puede tener un efecto enorme, llegando a colapsar estrellas bajo la fuerza gravitatoria interna de su propia masa, dando lugar a los famosos agujeros negros y a las no tan famosas estrellas de neutrones.

Esta fuerza no tiene límite en su alcance, aunque su influencia se reduce según aumenta la distancia, como ya formuló Isaac Newton con su Ley de la Gravedad, una Ley que posteriormente fue mejorada por Einstein. Las ecuaciones de Newton no eran otra cosa que un caso particular de otras más generales. Ese caso particular es el de nuestra vida cotidiana, pero a escala mayor rige la Teoría General de la Relatividad. Esto es el mayor reto para la física actual, puesto que las otras tres fuerzas se explican mediante la llamada Teoría Cuántica, y hay graves dificultades para unificar ambas teorías y conseguir una única que explique todo, los intentos para relacionar el bosón de la gravedad, el llamado gravitón, con los demás bosones no fructifican.

Las Fuerzas Electromagnéticas y gravitatorias decrecen con el universo cuadrado de la distancia entre las partículas que interactúan, existiendo siempre una fuerza aunque sea muy débil. Gracias a la realización de este trabajo se puede llegar a conocer un tema de vital importancia para todos, como son las interacciones. Los cuerpos entre sí ejercen acciones mutuas o influencias. A éstas se les llama interacciones. Existen tres tipos de interacciones: Interacciones gravitatorias. Se originan a partir de una propiedad de los cuerpos, la masa, entendida como la medida de la cantidad de materia que posee un cuerpo. Las fuerzas que actúan sobre ella son llamadas fuerzas gravitatorias, y existen entre todos los cuerpos, a pesar de la distancia que pueda separarlos.

Su origen se encuentra en la propiedad de la materia llamada masa y su magnitud es extremadamente pequeña comparada con la electromagnética. Esta es la más débil de las cuatro interacciones; sin embargo, la podemos apreciar cotidianamente debido a que en nuestro entorno existen cuerpos con masas muy grandes. Su rango de alcance es extremadamente grande, aunque disminuye rápidamente con la distancia. Por ejemplo la formación del sistema solar y la vida en el planeta Tierra, dependen en gran medida de la interacción gravitatoria. Fenómenos como la caída de una manzana, el movimiento de un satélite alrededor de una planeta y el movimiento relativo entre las galaxias, están determinados por la interacción gravitatoria..

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Interacciones electromagnéticas. Se originan a partir de una propiedad de los cuerpos, la carga magnética. Esta indica que los cuerpos pueden tener un exceso o déficit de cargas negativas. Actúan a menor distancia que las gravitatorias. Si las cargas están en reposo, las fuerzas actuantes son llamadas electrostáticas. Si las cargas están en movimiento, las fuerzas actuantes son llamadas electromagnéticas.

Informacion obtenida de: http://www3.rincondelvago.com/apuntes/buscador.php

http://home.earthlink.net/~umuri/_/Main/T_particulas2.html#quark

CAMPOS MAGNETICOS DE DIFERENTES IMANES:

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¿Cómo lograr que un imán pierda sus propiedades magnéticas?

Un imán puede tener muchos polos, pero el mínimo son dos: un norte y un sur

Muchos de nosotros hemos tenido la oportunidad de jugar con imanes. En la actualidad sabemos que una fuerza que se genera a distancia por las propiedades del material del cual esta constituido permite que se tengan aplicaciones tan sencillas como la de los sistemas de agitación de soluciones para industrias farmacéuticas, o tan complejas como la guía de instrumentos en el interior del cuerpo humano para realizar operaciones sin bisturí.

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CAMPO MAGNETICO TERRESTRE:

Convencionalmente los campos magnéticos se representan por líneas de fuerza, éstas son líneas que indican en todas partes la dirección del campo. El campo magnético de la Tierra es muy aproximadamente el de un dipolo magnético.

Una de las teorías mas aceptadas para explicar el magnetismo, es la de Weber, que los metales magnéticos como el fierro, el cobalto y el níquel están formados por innumerables imanes elementales (regiones microscópicas llamadas Dominios magnéticos) muy pequeños orientados al azar, pero bajo la influencia de un campo magnético, se orientan en forma paralela al campo que las magnetizo.

La Tierra es comparable a un gran imán esférico con su eje magnético formando un ángulo

relativamente pequeño con el eje geográfico. Es debido a este campo que se utilizan las brújulas. El extremo norte de una brújula apunta hacia el Norte magnético.

El ángulo que se desvía una brújula del norte geográfico real recibe el nombre de ángulo de declinación. La inclinación magnética es el ángulo que forma una aguja magnética con el plano horizontal.

En 1600 William Gilbert publicó De magnete donde demostraba que las agujas de una brújula se orientaban hacia el polo Norte como si la Tierra se comportase como un imán situado en su centro y orientado según su eje de rotación. En el año 2000 se cumplían 400 años de esto. En el siglo XIX Karl Gauss demostró que el campo magnético de la Tierra tenía su origen en su interior.

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Intensidad de Magnetismo

La intensidad del campo magnético

Como sucede en otros campos de fuerza, el campo magnético queda definido matemáticamente si se conoce el valor que toma en cada punto una magnitud vectorial que recibe el nombre de intensidad de campo. La intensidad del campo magnético, a veces denominada inducción magnética, se representa por la letra B y es un vector tal que en cada punto coincide en dirección y sentido con los de la línea de fuerza magnética correspondiente. Las brújulas, al alinearse a lo largo de las líneas de fuerza del campo magnético, indican la dirección y el sentido de la intensidad del campo B.

Declinación Magnética

La declinación magnética es el ángulo formado entre la meridiana geográfica (o norte geográfico) y el meridiano magnético (o norte magnético).

Por convención se estableció que las declinaciones magnéticas posicionadas al W (oeste) del meridiano geográfico que pasa por el lugar serán Negativas (D -) y las que estén a la derecha o E (este) serán Positivas (D +).

Para la medida de la declinación magnética se emplean los declinómetros o brújulas de declinación.

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Actividad. 9

INSTRUCCIONES: Lee cuidadosamente las siguientes preguntas y escribe la respuesta correcta, comenten sus respuestas al finalizar la actividad con la coordinación de tu profesor:

1. Una de las teorías mas aceptadas para explicar el magnetismo es la de _________________________ que establece __________________ que _________________________________________________

2. Explica que es la RELUCTANCIA:

___________________________________________________________ 3. Explica cuales son los materiales FERROMAGNETICOS: ____________________________________ 4. Explica cuales son los materiales PARAMAGNETICOS: ______________________________________ 5. Explica cuales son los materiales DIAMAGNETICOS: ________________________________________ 6. La sustancia magnética natural es la______________________________________________________ 7. A las parejas de polos magnéticos se les llama____________________________________________ 8. Es la propiedad de los imanes, dada para construir brújulas__________________________________ 9. El ángulo formado entre los ejes magnéticos y terrestres se llama_____________________________ 10. El espacio que rodea un imán, en el que se percibe su influencia magnética, es _________________ 11. Un material que se obtiene por medio de una aleación, con mejores propiedades magnéticas que el

hierro, es el: ______________________________ 12. ¿Qué sucede si acercamos una varilla de hierro a una barra de imán? _________________________ 13. Las sustancias magnéticas se clasifican en: _________________, ___________________________ y

_______________________________ 14. ¿Qué sustancia es un ejemplo de material diamagnético?__________________ 15. ¿Cómo se define el flujo magnético?__________________________________ 16. ¿A que se le llama weber?__________________________________________

Duracion 50 minutos

Relación entre electricidad y magnetismo.

El electromagnetismo es la parte de la física que se encarga de estudiar al conjunto de fenómenos que resultan de las acciones mutuas entre las corrientes eléctricas y el magnetismo antiguamente se pensaba que no existía ninguna relación entre los fenómenos magnéticos y eléctricos, no fue sino hasta principios del siglo XlX cuando los trabajos del investigador Hans Christian Oersted, fueron los que contribuyeron a demostrar esa interaccion entre la electricidad y el magnetismo. El origen de los fenómenos electromagnéticos es LA CARGA ELÉCTRICA: una propiedad de las partículas elementales que las hace

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atraer (si tienen signos opuestos) o repeler (si tienen signos iguales)

Fuerza y campo magnético.

Un campo magnético e sun campo de fuerza creado como consecuencia del movimiento de cargas eléctricas(flujo de la electricidad). La fuerza (intensidad o corriente) de un campo magnético se mide en Gauss (G) o Tesla (T).

El flujo decrece con la distancia a la fuente que provoca el campo.

Cargas en movimiento producen la corriente eléctrica

La corriente eléctrica genera campos magnéticos

Como se puede ver en el dibujo, independientemente de que la carga en movimiento sea positiva o negativa, en el punto A nunca aparece campo magnético; sin embargo, en los puntos B y C el campo magnético invierte su sentido dependiendo de si la carga es positiva o negativa. El sentido del campo magnético viene dado por la regla de la mano derecha, siendo las pautas a seguir las siguientes:

En primer lugar se imagina un vector qv, en la misma dirección de la trayectoria de la carga en movimiento. El sentido de este vector depende del signo de la carga, esto es, si la carga es positiva y se mueve hacia la derecha, el vector +qv estará orientado hacia la derecha. No obstante, si la carga es negativa y se mueve hacia la derecha, el vector es -qv va hacia la izquierda.

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de 33

Un flujo magnético que atraviesa perpendicularmente una unidad de área A recibe el nombre de densidad de flujo magnético.

La permeabilidad magnética (μ) es el fenómeno que se presenta en algunos materiales como el hierro dulce, donde las líneas de fuerza de un campo magnético fluyen con más libertad en el material de hierro que por el aire o vacío. La permeabilidad magnética del vacío (μ0) tiene un valor en el S.I.U. de: μ0 = 4π X 10-7 T m/A. Para fines prácticos, la permeabilidad del aire se considera igual a la permeabilidad del vacío.

PROBLEMAS RESUELTOS:

Atiende las instrucciones de tu profesor sobre la Resolución de los siguientes problemas

En una placa circular de 4 cm de radio, existe una densidad de flujo magnético de 8 teslas. Calcular el flujo magnético total a través de la placa:

DATOS FORMULA SUSTITUCION

Φ = ¿ r = 4 cm = 4 X 10-2m Φ = B / A Φ = (8T)/( 5.02656 X 10-3 m2) B = 8 T Φ = 0.040212 W A = π.r2 = 3.1416 X (4 X 10-2m)2 = 5.02656 X 10-3 m2 Φ = 4.02 X 10-

2Wb Una espira de 12 cm de ancho por 20 cm de largo, forma un ángulo de 30° con respecto al flujo magnético. Determinar el flujo magnético que penetra por la espira debido a un campo magnético cuya densidad de flujo es de 0.6 Teslas:


Φ = ¿? B = 0.6 T Φ = B A sen Θ Φ = (0.6T)( 24 X 10-3 m2)(0.5)

A = largo X ancho = (.12m)(.2m) = 0.024 m2 Θ = 30° Φ = 7.2 X 10-3 Wb sen 30° = 0.5 CAMPO MAGNETICO, PRODUCIDO POR UNA CORRIENTE ELECTRICA: CONDUCTOR RECTO CON CORRIENTE:

Donde:

B = inducción magnética, perpendicular al conductor, en Teslas (T)

I = intensidad de la corriente que circula por el conductor en Amperes (A)

d = distancia perpendicular entre el conductor y el punto considerado, en metros (m)

μ = permeabilidad del medio que rodea al conductor y se expresa en (Tesla)(metro)/Ampere (Tm/A)

Al circular la corriente se observa que alrededor de él se forma un campo magnético en forma de círculos concéntricos con el alambre. La inducción magnética o densidad de flujo magnético en un punto perpendicular a un conductor recto se

encuentra con la expresión: B d

I

2

de 33

CONDUCTOR EN FORMA DE ESPIRA:

Donde:

B = inducción magnética en el centro de una espira en T

μ = permeabilidad del medio en el centro de la espira en Tm/A

I = intensidad de la corriente que circula por la espira en Amperes (A)

r = radio de la espira, en metros (m)

También B r

IN

2

para una bobina donde N = # de vueltas de la bobina.

PARA UNA BOBINA O SOLENOIDE CON CORRIENTE:

El espectro del campo magnético creado por una espira está formado por líneas cerradas que rodean a la corriente y de una línea recta que es el eje central del círculo seguido por la corriente. Para calcular el valor de la inducción magnética en el centro de la espira se usa la expresión:

B = r

I

2

El campo magnético producido se asemeja al producido por un imán en forma de barra. La inducción magnética en el interior de un solenoide se calcula con la expresión:

B = L

IN

donde:

B = Inducción magnética en el interior del solenoide en T L = longitud del solenoide medida en metros(m) μ = permeabilidad del medio en el interior del solenoide (Tm/A) I = intensidad de la corriente que circula en Ampere(A) N = numero de vueltas o espiras de la bobina

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Efectos magnéticos de la corriente eléctrica

Sugerencia: Si las condiciones del plantel o los recursos de los estudiantes son apropiados, usar el simulador propuesto en la siguiente página. Se observa la relación entre la velocidad y el campo magnético

http://centros5.pntic.mec.es/ies.victoria.kent/Rincon-C/rincon.htm

Sugerencia: Para algunos experimentos, se pueden consultar páginas como la se muestra a continuación.

http://webdelprofesor.ula.ve/ciencias/labdemfi/magnetismo/html/magnetismo.html

http://www.kalipedia.com/fotos/cables-alta-tension.html?x=20070926klpmatgeo_9.Ies

PROBLEMAS RESUELTOS:

Atiende las instrucciones de tu profesor sobre la Resolución de los siguientes problemas

Determinar la inducción magnética en el centro de una espira cuyo radio es de 8 cm; si por ella circula una corriente de 6 Amperes(A). La espira se encuentra en el aire:


B = ¿? B =( 4π X 10-7 Tm/A)(6 A)/(2)( 8 X 10-2m)

r = 8 cm = 8 X 10-2 m B r

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B = 4.71 X 10-5 T

I = 6

μ0 = 4π X 10-7 Tm/A

Calcular la inducción magnética o densidad de flujo en el aire, en un punto a 10 cm de un conductor recto por el que circula una intensidad de corriente de 3 A


B = ¿? B d

I

2

B =( 4π X 10-7 Tm/A)(3A)/(2)(3.1416)(0.1m)

μ0 = 4π X 10-7 Tm/A B = 60 X 10-7 T d = 10 cm = 0.1 m I = 3 A

de 33

Un solenoide tiene una longitud de 15 cm y esta devanado con 300 vueltas de alambre sobre un núcleo de hierro cuya permeabilidad relativa es de 1.2 X 104. Calcular la inducción magnética en el centro de solenoide, cuando por el alambre circula una corriente de 7 mA.


B = ¿? L = 15 cm = 15 X 10-2 m μr = μ/ μ0 μ =(1.2 X 104)( 4π X 10-7 Tm/A) μ = μr μ0 μ = 15.1 X 10-3 Tm/A μ = μr μ0

N = 300 B = L

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B = (300)( 15.1 X 10-3 Tm/A)(7 X 10-3 A)/ 15 X 10-2m

B = 2.1 X 10-1 T μ r = 1.2 X 104 I = 7 mA = 7 X 10-3 A

Actividad 10

Instrucciones: Resuelve en forma individual los siguientes problemas indicando el procedimiento, despejes y formulas:

1. Por una espira de 20 cm de diámetro circula una corriente de 3 A. Calcular la desidad de flujo magnético B considerando que la espira:

a. Se encuentra en el vacio

b. Se coloca en una lamina de acero cuya permeabilidad relativa es de 12

c. Se modifica de tal manera que queda en el vacio y se forma una bobina plana de 12 vueltas.

2. Calcula la inducción magnética en un solenoide de a 1 000 espiras y 75 cm de longitud, cuyo núcleo es de hierro fundido con μr = 181 y en el que se hace circular una corriente de 3.3 A

3. Détermina la corrientes que debe circular por un conductor para que la induccion magnetica en un punto situado perpendicularmente a 25 cm de aquel sea 250 nT (nanotesla)

4. Détermina la induccion magnetica producida por un solénoïde de 60 cm y 300 espiras por el que fluye una corriente de 3 A. El nucléo del solénoïde es de aire.

5. Calcula la corriente que debe circular por nua espira de 9.35 cm de radio para que el campo magnetico sea de 0.1 T considerando que la permitividad magnetica relativa del medio es de 181.

Duración 50 minuto

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Hans Christian Oersted

En 1820 Oersted, planeó demostrar el calentamiento de un hilo por una corriente eléctrica y también llevar a cabo demostraciones sobre el magnetismo, para lo cual dispuso de un aguja de compas montada sobra una peana de madera

http://centros5.pntic.mec.es/ies.victoria.kent/Rincon-C/rincon.htm

Inducción electromagnética.

EXPERIMENTO DE FARADAY

Experimento de Oersted: Oersted encontró que la desviación de la aguja variaba de sentido cuando se invertía el sentido de la corriente, y más tarde se pudo determinar gracias a la contribución de Ampere, que el polo norte de la aguja imantada se desvía siempre hacia la izquierda de la dirección que lleva la corriente La repetición de la experiencia de Oersted con la ayuda de limaduras de hierro dispuestas sobre una cartulina perpendicular al hilo conductor rectilíneo, pone de manifiesto una estructura de líneas de fuerza del campo magnético resultante, formando circunferencias concéntricas que rodean al hilo, su sentido puede relacionarse con el convencional de la corriente sustituyendo las limaduras por pequeñas brújulas.

Después del descubrimiento de Oersted en el cual se demostraba que una corriente eléctrica genera a su alrededor un campo magnético, Michael Faraday se preguntó si podría darse el caso inverso: ¿Un campo magnético podría generar corriente Eléctrica? En el año 1831, Faraday determinó experimentalmente que todo campo magnético variable que interactuase con un circuito eléctrico cerrado, produce en él una corriente eléctrica denominada corriente inducida.

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Actividad 11

Realiza la siguiente actividad experimental en el laboratorio

TEMA(S): IMANES, CAMPO MAGNETICO

“AGUJA OLIMPICA”

MATERIAL • 1 charola de vidrio de 2 L • 1 aguja • 2 hilos para coser de 30 cm • 1 imán • Cinta adhesiva • Agua PROCEDIMIENTO Llene de agua el recipiente a ¾ partes de su capacidad, pegue los hilos a un lado del recipiente separados 2 cm, estírelos a través del recipiente, y coloque la aguja sobre ellos, Ahora baje lentamente los hilos hasta que la aguja quede suspendida en la superficie del agua, retire suavemente los hilos debajo de la aguja y mueva cerca el imán, pero sin tocar la aguja que está flotando. ¿Qué sucede con la aguja?

Responde las siguientes preguntas:

1. Describe tus observaciones del experimento:

2. Escribe tus conclusiones y resultados:

duracion 50 minutos

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Actividad 12

Practica de Laboratorio (Actividad Experimental)

CAMPO MAGNÉTICO PRODUCIDO POR UNA CORRIENTE ELÉCTRICA

MATERIAL • 1 m de alambre magneto calibre 18 • 1 pila de 9 V • 1 clavo largo de hierro • 15 clips PROCEDIMIENTO Enrolle bien apretado el alambre en el clavo; deje unos 15 cm de alambre libre en cada extremo, quite el aislante de ambos extremos del alambre. Y fíjelos en los polos de la pila mientras que el clavo toca los clips. Levante el clavo mientras conserva los extremos del alambre en los polos de la pila; cuando el clavo comienza a calentarse, desconecte el alambre de un polo de la pila. ¿Qué sucede?

Experiencia obtenida

1. ¿Cuál es la diferencia entre imán y magnetismo? 2. ¿Qué sucede al acercar el clavo a los clips? 3. ¿Qué sucede cuando cuando aumentas el voltaje en el arreglo de bobina y clavo? 4. ¿Qué aplicación se le da a los electroimanes? 5. ¿Qué puedes concluir?

duracion 50 minutos

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Trasformadores:

Maquina eléctrica que permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico. Los transformadores son dispositivos basados en el fenómeno de la inducción electromagnética y están constituidos por dos bobinas sobre un nucleó cerrado de hierro dulce o silicio.

Funcionamiento:

Si se aplica una fuerza electromotriz alterna en el devanado primario, las variaciones de intensidad y sentido de la corriente alterna crearán un campo magnético variable dependiendo de la frecuencia de la corriente.

Este campo magnético variable originará, por inducción electromagnética, la aparición de una fuerza electromotriz en los extremos del devanado secundario.

Tipos de transformadores:

La razón de la transformación (m) del voltaje entre el bobinado primario y el bobinado secundario depende de los números de vueltas que tenga cada uno. Si el número de vueltas del secundario es el triple del primario, en el secundario habrá el triple de tensión.

Transformador elevador/reductor de voltaje: de disminuir las pérdidas por efecto Joule

Transformador de aislamiento: Proporciona aislamiento galvánico entre el primario y el secundario. Se utiliza principalmente como medida de protección

Transformador de alimentación: Pueden tener una o varias bobinas secundarias y proporcionan las tensiones necesarias para el funcionamiento del equipo. Estos fusibles no suelen ser reemplazables, de modo que hay que sustituir todo el transformador.

Transformador electrónico: Está compuesto por un circuito electrónico que eleva la frecuencia de la corriente eléctrica que alimenta al transformador, de esta manera es posible reducir drásticamente su tamaño.

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Actividad 13

En equipos de tres, realicen la siguiente investigación:

1¿Cuál es la función del acumulador de un automóvil?

2. ¿Cuál es la función del alternador de un automóvil?

3. ¿Cómo se podría obtener energía eléctrica de las mareas? Haz un esquema

4.Anota los principales aportes al desarrollo de la sociedad que han generado los conocimientos del electromagnetismo

5.Escribe brevemente acerca del impacto del desarrollo del electromagnetismo en el diseño de equipos y

aparatos electrónicos.

duracion 50 minutos

Transformador de núcleo laminado mostrando el borde de las laminaciones en la parte superior de la unidad.

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MAQUINAS DE INDUCCIÓN: GENERADOR ELECTRICO: MOTOR ELECTRICO: TRANSFORMADOR:

El generador eléctrico es un aparato que transforma la energía mecánica en energía eléctrica. Está constituido por un inductor elaborado a base de electroimanes o imanes permanentes que producen un campo magnético y por un inducido que consta de un núcleo de hierro al cual se le enrolla alambre conductor previamente aislado. Cuando se le comunica al inducido un movimiento de rotación, los alambres conductores cortan las líneas de flujo magnético, por tanto se induce en ellas una fem alterna. En la mayoría de los generadores de corriente continua, el inductor que produce el campo magnético es fijo y el inducido móvil. En cambio, en los de corriente alterna permanece fijo el inducido y el inductor gira.

Un motor eléctrico es un aparato que convierte la energía eléctrica en energía mecánica. Un motor de corriente continua o directa esta constituido por una bobina suspendida entre los polos de un imán. Al circular una corriente eléctrica en la bobina, esta adquiere un campo magnético y actúa como un imán, por tanto, es desplazada en movimientos de rotación, debido a la fuerza que hay entre los dos campos magnéticos. El motor de corriente alterna de inducción es el más empleado gracias a su bajo costo de mantenimiento. En general todo motor eléctrico consta de dos partes principales: el electroimán, llamado inductor o estator pues suele ser fijo, y el circuito eléctrico, que puede girar alrededor de un eje y recibe el nombre de inducido o rotor.

El transformador es unaparato que funciona por inducciómutua entre dos bobinas; eleva voltaje de la corriente en las plantageneradoras de energía eléctricadespués lo reduce en los centros dconsumo Los transformadores sollamados de subida o elevación aumentan el voltaje, si disminuyen se denomina de bajado de reducción. Los transformadores estáformados de una bobina primarque esta conectada a la fuente dC.A., un núcleo de hierro dulce, una bobina secundaria que es aquen donde se induce la corriente.

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Actividad 14

En equipos de tres, investiguen las partes de un motor eléctrico, cuál es su función peguen una foto impresa de una pieza real exhíbanla en el salón de clases realizando una coevaluación:

PARTE DEL MOTOR ILUSTRACIÓN

1. Rotor

2. Estator

3. Conmutador

4. Escobillas

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Utilizados en instalaciones industriales, comerciales y particulares. Pueden funcionar conectados a una red de suministro eléctrico o a baterías. Así, en automóviles se están empezando a utilizar en vehículos híbridos para aprovechar las ventajas de ambos.

Fuentes de información. http://www.kalipedia.com/fotos/cables-alta-tension.html?x=20070926klpmatgeo_9.Ies

Este dispositivo es capaz de mantener una diferencia de potencial eléctrico entre dos de sus puntos, llamados polos, terminales o bornes. Los generadores eléctricos son máquinas destinadas a transformar la energía mecánica en eléctrica. Esta transformación se consigue por la acción de un campo magnético sobre los conductores eléctricos dispuestos sobre una armadura. Un motor eléctrico es una máquina eléctrica que transforma energía eléctrica en energía mecánica por medio de interacciones electromagnéticas. Algunos de los motores eléctricos son reversibles, pueden transformar energía mecánica en energía eléctrica funcionando como generadores.

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Actividad 15

En equipos de cinco realicen el siguiente experimento:

Investiguen en internet o cualquier fuente, cómo hacer un motor sencillo, utilizando una pila, clips o alfileres, alambre de cobre y un imán. Elaboren el motor, háganlo funcionar, tómenle una foto, imprímanla y péguenla en este espacio. Pueden consultar, entre otras fuentes:

http://www.youtube.com/watch?v=Hwv4I0-Xx1Mhttp://new.taringa.net/posts/hazlo-tu-mismo/6839502/Como-hacer-Un-motor-Electrico-Casero.html

http://www.youtube.com/watch?v=so4d71HGflAhttp://www.nopuedocreer.com/quelohayaninventado/551/crea-un-motor-electrico-en-30-segundos/

http://www.makerwiki.com/index.php/Sencillo_motor_electrico

http://www.cienciaredcreativa.org/informes/motor.pdf

BIBLIOGRAFIA

José ESTALELLA, Ciencia recreativa. Enigmas y Problemas, Observaciones y Experimentos, Trabajos de Habilidad y Paciencia (Gustavo Gili, Barcelona, 1918). Una\ excelente recopilación de experiencias que abarca prácticamente todos los campos de la ciencia, pero especialmente la Física y la Química. Afortunadamente, se reeditará en otoño\ de 2007 (Ciencia recreativa comentada, Competium – Ayuntamiento de Barcelona, 2007). Antoni AMENGUAL COLOM, Hablando de Física a la salida del cine. Licencias cinematográficas (Edicions UIB - Universitat de les Illes Balears, Mallorca, 2005). Alejandra VALLEJO-NÁJERA, Ciencia mágica. Experimentos asombrosos para genios curiosos (Ediciones Martínez Roca, Barcelona, 1999). Muchos experimentos, presentados con aire desenfadado (tanto en las ilustraciones como en los comentarios).

Isabel AMATO y Christian ARNOULD, 80 experimentos para hacer en casa. Respuestas a los curiosos (Ediciones B, Barcelona, 1992). - Neil ARDLEY, 101 grandes experimentos. La Ciencia paso a paso (Ediciones B, Barcelona, 1994).

- N. ESTÉVANEZ, Entretenimientos matemáticos, físicos, químicos, etc. (París-Valencia,

Pardo Pratz, Leoncio, Castillo Pratz, José Antonio ,Física II, 6ta, Edición, Editorial Nueva Imagen, S.A., México D.F., 2003 Pérez Montiel Héctor, Física General, 4ta. Edición, Publicaciones Culturales, 2004 Tipens Paul, Física, Conceptos y Aplicaciones, 6ta. Edición, Editorial McGraw-Hill, 2001

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Revistas

Las revistas que se relacionan a continuación ofrecen artículos de diverso contenido y nivel, en los cuales puede encontrarse material útil para la enseñanza de la física en los niveles de secundaria, bachillerato y primeros cursos universitarios. - Alambique: Didáctica de las Ciencias Experimentales. Publicada por Graó Editorial. Dedicada a la discusión de experiencias y métodos docentes. www.grao.com/Web/revistes/alambique/frames.html - American Journal of Physics. Publicada por la American Association of Physics Teachers. De todas las revistas reseñadas en esta sección, es la que ofrece artículos de contenidos más densos, detallados y formales; en ocasiones es posible encontrar aplicaciones útiles para hacer demostraciones en clase. ojps.aip.org/ajp/ - Enseñanza de las Ciencias. Publicada por el Institut de Ciències de l’Educació de la Universitat Autònoma de Barcelona y por el Vicerectorat d’Investigació de la Universitat de València. Revista de marcado carácter pedagógico.

www.blues.uab.es/rev-ensciencias/ - European Journal of Physics. Publicada por The Institute of Physics (Gran Bretaña). De características similares a su homónima americana.

www.iop.org/EJ/S/3/525/ - Physics Education. Publicada por The Institute of Physics. De características similares a The Physics Teacher.

www.iop.org/EJ/S/3/525/ - Revista EUREKA sobre Enseñanza y Divulgación de las Ciencias. Publicada por la Asociación de Profesores Amigos de la Ciencia EUREKA. Revista en formato electrónico

Páginas web - bohr.inf.um.es/miembros/rgm/ Al final de mi página se encuentra el material que he elaborado en relación con la enseñanza y divulgación de la física. Las secciones que aparecen son Publicaciones (con trabajos sobre mujeres y ciencia, instrumentos antiguos de física y un largo etcétera), Simple+mente física (colección de cuestiones de física que propongo semanalmente en los tablones de anuncios de las facultades de ciencias de la Universidad de Murcia) y FisicFactoría (actividades de Física recreativa). www.physicsonstage.net/main/publications.asp Página que contiene los documentos generados durante las Ferias de la Física (Physics on Stage) que se han celebrado hasta la fecha en Europa. De especial interés es el libro de experiencias recopiladas por la delegación irlandesa (Demonstrations and ideas selected by the Irish team at Physics on Stage 2) y los temas discutidos durante la primera feria (Final Proceedings Document for Physics on Stage, 2000).

www.wfu.edu/physics/pira/

– http://physicslearning.colorado.edu/PIRA/pira.asp Utilísima página de recursos (bibliografía, materiales, etc.) para preparar experiencias de física. - www.experimentar.gov.ar/newexperi/home/home.htm Portal de ciencia para chicos y jóvenes de la Secretaría para la Ciencia, la Tecnología, y la Innovación Productiva de Argentina. - www.madridporlaciencia.org/ Portal de la feria de la ciencia que se celebra anualmente en Madrid desde el año 2000, con gran éxito de participación y público.

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- centros5.pntic.mec.es/ies.victoria.kent/Rincon-C/rincon.htm El Rincón de la ciencia es una revista de divulgación científica del I.E.S. Victoria Kent] (Torrejón de Ardoz) con buenos recursos (experimentos, cuestiones...). - www.exploralaciencia.profes.net/ver_noticia.aspx?id=5759 Página web de la Editorial SM, que contiene los ficheros correspondientes a los libros de las diversas ediciones de la Feria Madrid por la Ciencia. - ciencianet.com/index.html= La página web La Ciencia es divertida, ofrece aspectos curiosos y divertidos de la ciencia,= con numerosas experiencias.

- omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/menu.htm

planeaciÓn didÁctica por competencias · • diseña y construye aparatos sencillos basados en...

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