Guía para el docente

Transcripción

1 Guía para el docente Descripción curricular: - Nivel: 4.º Medio - Subsector: Ciencias físicas - Unidad temática: - Palabras clave: cargas en movimiento, ondas electromagnéticas, espectro electromagnético - Contenidos curriculares: - Descripción cualitativa de la interrelación entre campos eléctricos y magnéticos que varían sinusoidalmente en el tiempo. Radiación de cargas aceleradas. - Transmisión y recepción de ondas electromagnéticas. Descripción cualitativa del funcionamiento de antenas simples. Aplicaciones en telecomunicaciones; por ejemplo, radio, televisión, telefonía, etc. - Aprendizajes esperados: - Comparar, en cuanto fenómeno ondulatorio, las ondas electromagnéticas con las ondas mecánicas, reconocer sus principales características (frecuencia, amplitud, velocidad, etc.) y reconocer en las ondas radiales, en la luz, en las microondas, en los rayos X, etc., ondas electromagnéticas de diferentes frecuencias. - Describir el mecanismo de transmisión y de recepción de señales mediante ondas electromagnéticas, el rol de la antena y las diversas modalidades de comunicación por medio de ondas electromagnéticas: comunicaciones radiales en AM, FM, onda corta, etc. Transmisión de televisión y telefonía celular. Contenidos relacionados: - 1.º Medio: La electricidad: carga y corriente eléctrica La electricidad: magnetismo y la fuerza magnética - 2.º Medio: El movimiento: descripción del movimiento El movimiento: fuerza y movimiento - 3.º Medio: Mecánica: conservación de la energía mecánica 1

2 - 4.º Medio: : fuerzas entre cargas : circuitos de corriente variable El mundo atómico: el núcleo atómico Aprendizajes esperados de esta actividad: - Comprender que una carga oscilante genera un campo magnético y otro eléctrico variables cuya señal de oscilaciones viaja por el espacio, y que esa señal recibe el nombre de onda electromagnética. - Diferenciar las ondas mecánicas de las electromagnéticas. - Relacionar las ondas electromagnéticas con los artefactos de uso cotidiano y sus propiedades (frecuencia, longitud de onda) con distintas formas de percibirlas (microondas, ondas de radio, luz visible). Recursos digitales asociados: - Ficha temática:. - Diapositivas digitales: Física NM4 Actividades propuestas para este tema: Esta actividad consta de cinco preguntas dirigidas a estudiar lo que origina una onda electromagnética, la comparación de estas ondas con las ondas mecánicas, las propiedades de éstas, sus variaciones y percepciones cotidianas. 2

3 ACTIVIDAD: El espectro electromagnético 1. Mapas de contenidos tratados Duración: dos horas pedagógicas Una carga eléctrica oscilante genera una onda electromagnética que tiene una amplitud, frecuencia y longitud y se mueve a la velocidad de la luz Que a diferencia de las ondas mecánicas, no necesita un medio de propagación Las diferentes frecuencias dan lugar a un amplio espectro electromagnético. En este espectro se encuentran desde los rayos X hasta las radiaciones infrarrojas, pasando por la luz visible 2. Desarrollo de la actividad Espectro electromagnético Para desarrollar esta actividad, los estudiantes deberán estar familiarizados con los fenómenos de electromagnetismo en conductores eléctricos (circuitos de corriente variable). Es recomendable que tengan acceso a algún medio bibliográfico, como internet, o alguna biblioteca, además de la ficha temática:. Paso 1 Proceda a leer en voz alta la guía completa del estudiante. Esté atento ante las dudas de los estudiantes. Una vez finalizada, pídales que comiencen a trabajar. Preste atención a las discusiones que los estudiantes tienen respecto a los temas que aborda la guía de trabajo. 3

4 1. Una carga eléctrica puntual genera un campo eléctrico a su alrededor. Una carga eléctrica en movimiento genera un campo eléctrico y otro magnético. Cómo podrías comprobar la existencia de ambos campos? Diseña un experimento que te permita constatar que una carga en movimiento genera un campo eléctrico y otro magnético. En esta sección los estudiantes deberán diseñar un experimento. Es recomendable que guíe la actividad haciendo preguntas, por ejemplo: Cómo se reconoce la existencia de una carga eléctrica?, cómo sabemos que existe un campo magnético? Los diseños pueden ser múltiples, pero deben siempre comprobar que una carga eléctrica atraerá o repelerá a otra carga eléctrica dependiendo del signo que esta tenga. Y que un campo magnético se puede constatar cuando existe atracción o repulsión con los polos de un imán, o modificación de la posición de una brújula. Cualquiera sea el diseño, motive a los estudiantes a comprobar que existen los campos eléctrico y magnético. Un ejemplo de experimento está en la figura 42 de la ficha n.º Las ondas electromagnéticas viajan por el espacio. Cuáles son las diferencias entre las ondas electromagnéticas y las ondas mecánicas? Los estudiantes deben reconocer que a diferencia de las ondas mecánicas, las ondas electromagnéticas no necesitan un medio de propagación, y por lo tanto pueden propagarse en el vacío. 3. Las ondas tienen propiedades, como la frecuencia y la longitud de onda. Qué efecto tienen estas propiedades en nuestra percepción de las ondas electromagnéticas? Averigua sobre al espectro electromagnético. En su respuesta, los estudiantes deben reconocer que las diferentes longitudes de onda y frecuencias de las ondas dan lugar a distintas expresiones de las ondas electromagnéticas. Entre ellas: los rayos X, las microondas, las ondas de radio y televisión, etc. Asimismo, la respuesta es más completa si considera que las ondas 4

5 electromagnéticas se propagan a la velocidad de la luz. El espectro electromagnético es el ordenamiento de las ondas electromagnéticas de acuerdo con su frecuencia o longitud de onda, lo que permite reconocer los tipos de onda electromagnética según estas propiedades. 4. Averigua cuál es la relación entre los colores que podemos observar y la frecuencia y longitud de ondas electromagnéticas. En esta pregunta se espera que los estudiantes puedan asociar los colores que observamos con una longitud de onda distinta de la zona de luz visible del espectro electromagnético. Se puede ver que a menor longitud de onda (mayor frecuencia) son visibles los colores azules, mientras a mayor longitud de onda (menor frecuencia>) se observan los colores rojos. Paso 2 Puede terminar la actividad motivando a los estudiantes a realizar una investigación. 5. Investiga cómo funcionan la radio (transmisión y recepción), las antenas y el horno de microondas. En este caso, el énfasis debe estar en la relación del espectro electromagnético con cada uno de los artefactos nombrados. En el caso de la radio, se espera que los estudiantes reconozcan que un emisor hace una modificación ya sea de la amplitud de una onda generada por un oscilador, o de su frecuencia. La onda se transmite mediante una bobina a una antena, que es la que irradia la onda. Otra antena receptora tiene también una bobina, lo que permite recibir la onda. En el caso del horno microondas, estas ondas suscitan rotaciones en las moléculas que tienen un momento dipolar, como el agua. Estas rotaciones causan un roce entre las moléculas, lo que finalmente se traduce en un aumento de la temperatura en los alimentos. Si no hay dipolos, no ocurre la rotación, y por lo tanto no hay calentamiento; por ello, en el horno no se calientan los envases plásticos ni los platos. 5