QUINTO Grado - Unidad 6 - Sesión 29 Descubrimos que el magnetismo y la electricidad se relacionan El magnetismo es una propiedad física de la materia que se aplica en muchos aparatos y máquinas de nuestro entorno. Por ejemplo, se aprovecha en grúas y en trenes de levitación magnética. Estos cuentan con poderosos imanes que funcionan con electricidad, de modo que evidencian la interrelación que existe entre el magnetismo y la electricidad. Debido a la importancia y la actualidad de la aplicación tecnológica de esta propiedad, en esta sesión se estudiará el electromagnetismo, sus características y aplicaciones. Antes de la sesión Si tienes el recurso, revisa las siguientes páginas web: https://www.youtube.com/ watch?v=tjvynmgwu8a http://www.endesaeduca.com/endesa_educa/ recursos-interactivos/conceptos-basicos/iv.- electromagnetismo Organiza a tus estudiantes en grupos. Reproduce el texto del Anexo 1. Materiales o recursos a utilizar Si tienes el recurso, proyector multimedia y material de páginas web. Cuaderno de experiencias, libro de Ciencia y Ambiente 5. Información copiada del Anexo 1. 240
COMPETENCIAS CAPACIDADES INDICADORES Explica el mundo físico, basado en conocimientos científicos. Área curricular de Ciencia y Ambiente Competencia(s), capacidad(es) e indicador(es) a trabajar en la sesión Comprende y aplica conocimientos científicos. Explica con argumentos científicos el electromagnetismo y su utilización tecnológica. 1. Momentos de la sesión INICIO 10 minutos En grupo clase Saluda amablemente a los estudiantes y comenta con ellos una sesión anterior en la que estudiaron el motor eléctrico y observaron cómo una bobina (que se compone de un cable aislado enrollado) generaba un campo magnético. Este campo se pudo visualizar gracias a las líneas bien demarcadas que formaban los pequeños fragmentos metálicos recogidos del suelo, como se muestra en la figura. Campo magnético de una bobina Escucha las intervenciones de los estudiantes y anota las ideas centrales en la pizarra. A continuación, refuerza lo aprendido en la sesión sobre magnetismo. Establece junto con los estudiantes el propósito de la sesión: usar textos e imágenes para indagar información científica sobre la relación que existe entre el magnetismo y la electricidad. Pide a los estudiantes que elijan una o dos normas de su cartel de normas de convivencia para ponerlas en práctica durante el desarrollo de la sesión. 241
2. DESARROLLO 70 minutos Planteamiento del problema En grupos pequeños Comenta a los estudiantes que en el desarrollo de la sesión retomarán el conocimiento acerca de cómo la electricidad genera un campo magnético cuando circula por un conductor. Así, aplicarán este saber para comprender el funcionamiento de un nuevo dispositivo. Informa que en el siglo XIX el científico Hans Christian Oersted construyó una bobina alrededor de una barra de hierro y la conectó a una batería. Como resultado observó un fenómeno extraordinario. Explícales que lo descubierto por Oersted será motivo de investigación en esta sesión e inmediatamente plantea la siguiente pregunta de indagación: cuál creen que será el efecto de conectar a la electricidad una bobina construida alrededor de una barra de hierro? Planteamiento de hipótesis En grupos pequeños Invita a los estudiantes a organizarse en cuatro grupos. Cada grupo ensayará algunas posibles respuestas a la pregunta anterior, las cuales anotarán como hipótesis. Solicita que escriban en su cuaderno de experiencias lo que vayan trabajando durante la sesión. Reitera que en su hipótesis deben estar presentes las variables independiente y dependiente de la siguiente manera: Variable independiente (causa) Si conectamos a la electricidad una bobina construida alrededor de una barra de hierro, Conjunción ilativa entonces, Elaboración del plan de indagación Variable dependiente (efecto) En grupo clase Plantea a los estudiantes la necesidad de elaborar una secuencia de acciones para dar respuesta a la pregunta de indagación. Ayúdalos a trazar un pequeño plan con algunas ideas clave, desarrolladas a partir de las siguientes interrogantes: qué buscaremos?, para qué lo haremos?, que pasos realizaremos?, dónde podemos conseguir información?, qué materiales necesitaremos?, etc. 242
Indica que, de igual manera que en las sesiones anteriores, primero deben informarse para dar respuesta a la pregunta de indagación. En caso de contar con los recursos necesarios, invítalos a recabar información de las siguientes páginas web: https://www.youtube. com/watch?v=tjvynmgwu8a http://www.endesaeduca.com/endesa_educa/recursos-interactivos/ conceptos-basicos/iv.-electromagnetismo En su defecto, entrégales la información copiada del Anexo 1 para que puedan obtener los datos sobre el tema de investigación. Proponles los siguientes pasos para su indagación: Primero, los estudiantes de forma individual apuntarán en su cuaderno de experiencias la información que recopilen, teniendo siempre en cuenta la pregunta formulada. Después, ordenarán la información sobre el electromagnetismo en un organizador visual o una tabla. Finalmente, elaborarán la información como un nuevo conocimiento. En grupos pequeños A continuación, comunica a los estudiantes que formen pequeños grupos para que ejecuten su plan y, además (como indicaste antes), que anoten la información que obtengan de la lectura. Análisis de resultados y comparación de las hipótesis Sugiere a los estudiantes que sistematicen la información en un cuadro (como el que se muestra abajo), el cual completarán con los datos que obtengan de su lectura. Utiliza la información incluida en este cuadro como fuente para orientar la que elaborarán los estudiantes con tu ayuda. Ojo no se trata de copiar, sino de construir con ellos la información. Acción Efecto Representación gráfica Cuando se conecta una bobina a una fuente de energía eléctrica (batería), Al conectar la bobina (esta vez construida alrededor de una barra de hierro) a una fuente de energía eléctrica, la electricidad circula por el cable de la bobina y genera un campo magnético. la electricidad que circula por la bobina magnetiza la barra de hierro, por lo que es capaz de atraer materiales ferromagnéticos (fragmentos metálicos recogidos del suelo, clips, clavos pequeños, etc.). 243
Al desconectar la bobina de la fuente de energía eléctrica, se desactiva el campo magnético y por tanto la barra deja de atraer los objetos ferromagnéticos. La barra de hierro atrae material ferromagnético cuando la bobina está conectada a la fuente de energía eléctrica, pero deja de atraerlo cuando la bobina está desconectada porque la electricidad que circula por la bobina genera el campo magnético en la barra y la convierte en un imán. Explica a los estudiantes que el imán que se genera, debido a la energía eléctrica que circula por la bobina, es un electroimán. En grupos pequeños Analiza los datos que los estudiantes registraron en la tabla como resultado de la lectura. A partir de esta información vierte con ellos las siguientes afirmaciones: Cuando se conecta a una fuente de energía eléctrica una bobina que rodea una barra de hierro, la barra adquiere propiedades magnéticas, de modo que se convierte en un imán, porque es capaz de atraer objetos de material ferromagnético. Cuando se desconecta la bobina de la fuente de electricidad, la barra de hierro pierde sus cualidades magnéticas y deja de ser un imán. Entonces, la barra de hierro forma un imán no permanente. Inmediatamente, formula la siguiente pregunta: qué pasaría si el material de la barra fuese de acero? Dialoga con los estudiantes sobre la pregunta planteada y a partir de esta indaguen sobre la siguiente interrogante: cuál creen que será el efecto de conectar a una batería una bobina construida alrededor de una barra de hierro? Pide a los estudiantes que la comparen con sus hipótesis. Luego, verifica con ellos si se logró demostrar alguna de las hipótesis. Si no fuera así, solicita que las reformulen. 244
Acto seguido, redacta con ellos un texto en el que se relacione la pregunta con la información obtenida de la lectura, de modo que esta sea la respuesta a la pregunta. La respuesta puede ser la siguiente: El efecto de conectar a una batería, una bobina construida alrededor de una barra de hierro es que la barra de hierro se convierta en un imán. Argumentación En grupo clase Por medio de un diálogo con los estudiantes, establece la idea de que la energía eléctrica se relaciona con el magnetismo. Esta relación se da porque la corriente eléctrica pasa por un conductor y genera un campo magnético. Pregunta a continuación: ocurrirá lo contrario?, el magnetismo podrá generar electricidad? Responde que mediante una dinamo se puede obtener electricidad, ya que en la dinamo una bobina circula dentro del campo magnético de un imán generando energía eléctrica. Concluye con ellos que el flujo de la energía eléctrica a través de un conductor genera un campo magnético, mientras que el movimiento de un imán dentro de una bobina produce un flujo eléctrico. Comunicación A continuación, proporciona a los estudiantes información sobre cómo llevar a cabo un informe de grupo (Anexo 2) e indica a cada grupo que elabore el suyo. Cuando terminen de redactarlo, invítalos a exponer los informes. Para esto, cada grupo nombrará a un representante o podrán dividirse la exposición entre los miembros del grupo y elegir quién expondrá ante toda la clase cada parte del trabajo. Ayuda a los estudiantes en la elaboración de un informe final a partir de sus informes grupales. Propón que usen nuevamente las instrucciones para la elaboración de un informe del Anexo 2. 245
3. CIERRE (valoración del aprendizaje) 10 minutos En grupo clase Construye junto con los estudiantes las siguientes ideas fuerza sobre electromagnetismo: El electromagnetismo es una rama de las ciencias físicas que estudia las relaciones entre el magnetismo y la electricidad. El fenómeno electromagnético existe en la naturaleza, es decir, no es generado por el hombre. Sin embargo, el hombre puede construir artefactos en los que dicho fenómeno se presente y se pueda controlar a voluntad. El electroimán funciona cuando la bobina que lo compone se conecta a la corriente eléctrica. Así, el paso de la corriente eléctrica por el hilo conductor de la bobina crea un campo magnético. El electromagnetismo hace posible que muchos artefactos puedan funcionar y cumplir alguna utilidad. Por ejemplo, los trenes electromagnéticos de levitación o las grúas electromagnéticas funcionan con poderosos electroimanes. Tarea a trabajar en casa Solicita a los estudiantes que investiguen cómo influye el magnetismo en la Tierra, que es considerada un gran imán. 246
Anexo 1 Qué es y cómo funciona un electroimán? Un electroimán es un imán artificial. Consta de un núcleo de hierro dulce (es el hierro en estado puro) y está rodeado por una bobina (un cable enrollado), por la que pasa una corriente eléctrica. El electroimán se usa en la actualidad en muchos objetos cotidianos. Ni siquiera habíamos considerado hasta ahora que varios de ellos podían contener uno. Entre sus usos más frecuentes y en el que su presencia no puede ser sustituida por ningún otro elemento está el motor eléctrico. También se utiliza para levantar grandes pesos de metales como autos (esto ocurre en las deshuesadoras de autos) y los trenes de levitación. Los electroimanes se pueden activar y desactivar a voluntad con solo conectar o desconectar su bobina de la corriente eléctrica o al variar la fuerza de atracción que poseen, de modo que se modifica la cantida d de energía eléctrica a la que están conectados. Allá por 1820, un físico danés, llamado Hans Christian Oersted, se percató de lo siguiente: al circular la corriente eléctrica a través de un cable conductor de electricidad cerca de una brújula, cuya aguja apuntaba al norte, la dirección de la aguja cambiaba de dirección; sin embargo, cuando la corriente dejaba de circular por el conductor, la brújula apuntaba otra vez al norte. Con este descubrimiento, Oersted se dio cuenta de que la electricidad y el magnetismo estaban relacionados íntimamente. Otro físico descubrió que al hacer circular una corriente eléctrica por un conductor o cable enrollado en una barra de hierro, esta se convertía en un imán. Si el cable estaba aislado, aumentaba la fuerza de atracción o si se aumentaba la intensidad de la corriente eléctrica podía levantar varias veces su peso. Así, se descubrió el electroimán. El electroimán funciona cuando se hace pasar la corriente por un conductor enrollado (bobina) alrededor de una barra de hierro (núcleo). Así, se consigue que la barra adquiera fuerza para atraer otros imanes y objetos de material ferromagnético, aunque de manera temporal, pues si la corriente deja de circular, la capacidad de atracción desaparece. Recuperado de Balone, A. (2014). Qué es y cómo funciona un electroimán. Portal web Qué es? Cómo funciona? Consulta: 31 de julio de 2015. <http://comofunciona.org/que-es-y-como-funciona-un-electroiman/> Anexo 2 Para el informe, deben tener en cuenta lo siguiente: 1. Introducción. A partir de las siguientes preguntas, establezcan la introducción: por qué les parece importante la indagación sobre el electroimán?, qué preguntas han respondido en su estudio?, en qué coincidieron sus respuestas previas con la nueva información?, consideran importante el estudio del electromagnetismo? 2. Presentación de la información. Sistematicen la información en textos breves, cuadros resumen, organizadores visuales, ilustraciones, etc. 3. Conclusiones. Planteen las conclusiones como ideas fuerza. 4. Nuevas preguntas. Qué nuevas preguntas les gustaría indagar? 5. Fuentes de información. Indiquen las fuentes de donde obtuvieron la información. 6. Exposición. Deben preparar la información en papelotes para presentar su exposición ante el grupo. 247
Quinto Grado - Unidad 6 - Sesión 29 Anexo 3 Experiencia N. 1: sobre el magnetismo de los cuerpos. Los trenes de levitación magnética Los trenes de levitación magnética se mantienen en el aire gracias a las fuerzas magnéticas, ya que cuentan con poderosos electroimanes tanto en los rieles como en el tren. Los imanes del tren pasan por debajo del riel imanes del riel Entre los imanes adheridos al tren y los del riel se producen repulsiones que suspenden el tren en el aire. Al estar suspendido, el tren, disminuye su rozamiento y posibilita que se desarrollen velocidades de niveles tan altos que, prácticamente, compiten con las de los aviones. Hay trenes que se desplazan a velocidades entre los 250 y 450 km/h y pueden llegar hasta losinda600 km/h. go y experi mento 1. Consigan un metro de cable de cobre esmaltado o forrado, clavo grande, una pila grandeautoinstructivo: y clips. Recuperado de Universidad Peruana Cayetano Heredia.un(s. f.). Fascículo electromagnetismo. 2. Enrollen el cable dando veinte vueltas alrededor del clavo. Consulta: 31 de julio de 2015. 3. Conecten los extremos pelados del cable a la batería. 4. Acerquen el electroimán a un puñado de clips. http://www.une.edu.pe/docentesune/jjhoncon/descargas/fasciculos%20cta/electromagnetismo.pdf > 5. Repitan los pasos anteriores enrollando cuarenta y sesenta veces el cable alrededor del clavo. Qué cambio ocurre cuando se enrolla en el clavo mayor longitud de cable? Qué ocurre cuando circula la corriente eléctrica? Qué usos se le puede dar al electroimán? Qué pueden concluir de esta actividad? Lectura sobre las grúas electromagnéticas en la página. A mplío la informa ción Electroimán Es un aparato que funciona como un imán cuando se conecta a la corriente eléctrica y deja de hacerlo cuando se desconecta. Se fabrica enrollando un cable de cobre alrededor de una barra de hierro. Para que funcione hay que conectar el cable de cobre a un circuito eléctrico. Algunas aplicaciones de los electroimanes son los siguientes: En radios, grúas, televisores, teléfonos, timbres eléctricos, etc. En las centrales eléctricas, donde se produce la electricidad que llega hasta nuestras casas. Brecha de aire de 15 cm Electromagneto del tren Electromagneto del riel La polaridad igual del electromagneto del riel y del tren produce repulsión, esto permite la levitación del tren. Santillana S. A. Prohibida su reproducción. D. L. 822 Actividades integradoras 1. Comparar. Cómo se relacionan la electricidad y el magnetismo? 2. Identi car. Por qué se dice que un electroimán es temporal? 3. Consultar información. Busca más aplicaciones sobre el electromagnetismo en el siguiente enlace: (Academia Ciencias Galilei) http://www.acienciasgalilei. com/videos/electromagnet/1campomag-electic.wmv Cómo funciona el timbre? Cómo se enciende un auto? Las grúas electromagnéticas son muy usadas en la industria. Ahora sa be mos qu e Un imán temporal funciona solo cuando el objeto metálico está conectado a una corriente eléctrica. Unidad 7 CyA5_U07 156_179Lici.indd 165 165 12/3/12 5:18:02 PM 248 240-248 - S29.indd 248 19/08/15 03:38