Guía del docente 1. Descripción curricular: - Nivel: 4º medio. - Subsector: Ciencias Físicas. - Unidad temática: Circuito de corriente variable. - Palabras claves: corriente eléctrica, bobinas, brújulas, inductancia. - Contenidos curriculares: Fuerza magnética sobre una carga en movimiento. Observación y análisis de la fuerza entre dos conductores rectilíneos que portan corriente. Descripción de la trayectoria de una carga en un campo magnético uniforme. Demostración experimental de la corriente inducida por el movimiento relativo entre una espira y un imán. Inducción electromagnética: leyes de Michael Faraday y Heinrich Lenz. Inductancia y su efecto cualitativo en un circuito de corriente variable en el tiempo. 2. Contenidos relacionados: - 1º medio: Magnetismo natural. La electricidad como fuente de magnetismo. Demostración experimental de que un alambre recto que porta corriente eléctrica produce un campo magnético. Fuerza magnética sobre un conductor que porte corriente eléctrica: el motor eléctrico de corriente continua. Observación y caracterización de los efectos del movimiento relativo entre una espira y un imán: el generador eléctrico. - 4º medio: Fuerza magnética sobre una carga en movimiento. Observación y análisis de la fuerza entre dos conductores rectilíneos que portan corriente. Descripción de la trayectoria de una carga en un campo magnético uniforme.
Demostración experimental de la corriente inducida por el movimiento relativo entre una espira y un imán. Inducción electromagnética: leyes de Michael Faraday y Heinrich Lenz. Inductancia y su efecto cualitativo en un circuito de corriente variable en el tiempo. 3. Aprendizajes esperados de esta actividad: Los alumnos y alumnos Aplican conceptos, relaciones y leyes para resolver problemas vinculados con la electricidad y el magnetismo. Describen diferentes fenómenos eléctricos y relacionarlos con situaciones cotidianas y aplicaciones técnicas. Reconocen las características de campos eléctricos y magnéticos, y sus interacciones con cargas. Aplicar los principios del electromagnetismo para explicar el funcionamiento de diferentes aparatos de uso cotidiano. Comunican las ideas y principios físicos que explican fenómeno simples asociados a la naturaleza electromagnética de los cuerpos. Reconocen que la vibración de una carga eléctrica produce una onda electromagnética que se propaga en el espacio. 4. Recursos digitales asociados de www.educarchile.cl: Imagen: Inducción electromagnética. 5. Descripción general de la actividad: La actividad que se presenta a continuación está inspirada en la imagen inducción electromagnética. En ella se hace mención a la corriente que circula a través de una bobina. La actividad esta creada para poder realizarla en 2 horas pedagógicas. Se recomienda que la actividad se realice en parejas.
Actividad: Inducción electromagnética. 1. Introducción: Ley de faraday: La Ley de inducción electromagnética de Faraday (o simplemente Ley de Faraday) se basa en los experimentos que Michael Faraday realizó en 1831 y establece que el voltaje inducido en un circuito cerrado es directamente proporcional a la rapidez con que cambia en el tiempo el flujo magnético que atraviesa una superficie cualquiera con el circuito como borde: La inducción electromagnética es el fenómeno que origina la producción de una fuerza electromotriz (f.e.m. o voltaje) en un medio o cuerpo expuesto a un campo magnético variable, o bien en un medio móvil respecto a un campo magnético estático. Es así que, cuando dicho cuerpo es un conductor, se produce una corriente inducida. Este fenómeno fue descubierto por Michael Faraday quién lo expresó indicando que la magnitud del voltaje inducido es proporcional a la variación del flujo magnético (Ley de Faraday). Si tenemos una bobina de N espiras, la ley de faraday resulta: El signo menos, se aplica por la ley de Lenz, esta ley es experimental y no se puede demostrar matemáticamente.
2. Desarrollo de la actividad grupal Inductancia electromagnética. La actividad que se presenta a continuación representa de manera experimental los contenidos visto en una imagen inductancia electromagnética. Ella pretende dejar claro el concepto de la ley de Faraday. La idea es que los alumnos y alumnas trabajen en parejas y construyan una bobina utilizando materiales sencillos. Al final de la actividad los alumnos y alumnas se encontrarán con una serie de preguntas relacionadas con el tema de la imagen. Materiales: Batería de 9 v. Cinta adhesiva. 1 clavo de 2 pulgadas. 2,6 metros de cable de cobre. 1 brújula. Montaje: 1. Corta 50 cm de cable y da 50 vueltas al clavo. Utiliza cinta adhesiva para que no se desenrolle. Deja sueltos 10 cm de cable a cada lado del clavo. 2. Enrolla el resto de cable metálico encima de la primera bobina (observa la figura), haciendo así una segunda bobina sobre la primera. Sujétalo con la cinta adhesiva para que no se desenrolle. Deja aproximadamente 1 metro de cable suelto en los extremos de esta bobina. Quita 2 cm de aislante de los extremos de las dos bobinas o raspa el alambre.
3. Con 40 cm. Da 30 vueltas alrededor de la brújula y sujétalo firmemente. El cable enrollado deberá estar en línea con la aguja de la brújula. 4. Conecta los cables de la brújula con los del cable de la segunda bobina. Asegúrate de que la brújula este a 1 metro de distancia de la bobina. El cable enrollado deberá estar en línea con la aguja de la brújula. 5. Conecta un cable de la primera bobina a uno de los terminales de la batería. Conecta el otro cable al otro terminal. La aguja dará una sacudida y luego se estabilizará. Desenchufa los cables de la batería y la aguja volverá a dar una sacudida en la otra dirección. Cuestionario: 1. Qué detecta la aguja de la brújula, cuando conectamos o desconectamos la bobina de la batería? 2. Por qué cuando desconectas el cable de la bobina, la aguja de la brújula cambia de dirección?
3. Qué produce que la aguja se mueva? 4. Que se genera en la bobina al conectarla a la batería?