E L E C T R I C I D A D    Y    M A G N E T I S M O

Cuadro de texto:   Objetivos  14-15-16:  Los alumnos realizarán experiencias reales y simuladas que ilustren interacciones eléctricas y magnéticas, con el fin de determinar magnitudes y establecer relaciones y regularidades de estas interacciones, que conduzcan a la comprensión de los conceptos e ideas básicas de la electricidad y el magnetismo para estudiar el comportamiento y las propiedades de diversos cuerpos físicos electrizados e imanados.
 

 


 

 

 

 

 

Rectángulo redondeado:    
Materiales:  Peines de carey, pedacitos de papel, varillas de vidrio, de plástico, pedazos de tela de seda, de lana, polyester, lana, hilo de seda, papel aluminio, botella, cereal inflado, limadura de hierro, clavos, clips, brújulas, imanes, cable, pilas, bombillos, bases de bombillos (sócates), amperímetro, voltímetro, motor eléctrico, timbre, interruptores, tester.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Pentágono: Contenido:Ver Diagrama Conceptual Nº 6
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A C T I V I DA D   P R E V I A:

 

CONSTRUCCION  DE UN ELECTROSCOPIO

 

Los alumnos por equipos construirán en sus hogares un electroscopio según la figura

 

 

 

 

 

 

 


Es importante que:

·  Se extraiga gran parte del aire y de la humedad interna de la botella antes de taparla para lo cual

    se recomienda calentar cuidadosamente la botella sobre una vela encendida o una cocinilla.

·      El tapón de la botella debe ser aislante, puede ser: pelota de goma, esfera de anime, tapón de corcho, tapón de goma.

·      Las laminillas pueden ser de papel aluminio.

·      El elemento que conecta las laminillas debe ser conductor, por ejemplo: cobre.

·      La esferita detectora puede ser de anime pintada con grafito (mina de lápiz mezclada con alcohol),

     esferita metálica o de papel aluminio.

ESTRATEGIAS INSTRUCCIONALES

Contenido 

Acción del alumno

Acción del docente

Resultados

 

Electricidad y Magnetismo

 

Visualiza la relación entre los contenidos de electricidad y magnetismo

 

Presenta el Diagrama Conceptual  Nº 6

 

  

Electrización por frotamiento inducción y contacto

 

 

 

 

 

 

 

 

 

          

 

Amarra un pedacito de arroz inflado al extremo de un hilo y colócalo en un soporte para que pueda oscilar libremente como un péndulo. Frota un peine(bien lavado para eliminar cualquier grasa) enérgicamente con un mechón de cabello limpio y seco. Acerca lentamente un extremo del peine al cereal suspendido. El cereal será atraído hacia el peine. Pronto el pedacito del cereal saltará del peine. En forma lenta acerca nuevamente el peine al cereal. El pedacito de cereal se separará del peine (Electrización por contacto). Después toca el cereal con la punta del dedo y acerca el peine al cereal. De nuevo, el cereal será atraído por el peine(Neutralización). Un objeto cargado atrae un objeto descargado o neutro.

 

 

 

 

 

 

 

Explica la interacción eléctrica por frotamiento, inducción y contacto. Así como la neutralización

 

El cereal también adquirió una carga eléctrica,  y se repele con el peine.  Al tocarlo con el dedo los electrones en exceso pasaron al cuerpo humano. La electricidad estática se observa mejor cuando no hay humedad en el ambiente. 

 

Estructura de la materia

 

Observa  y  analiza  el video de Electrostática y refuerza sobre la estructura  de  la  materia.

 

Presenta el video de Electrostática y refuerza sobre la estructura de la materia

 

 

Los materiales pueden clasificarse en: conductores, aislantes y semiconductor.

 

 

 

Ley de cargas

 

 

 

Utilizando el electroscopio construído comprueba el funcionamiento del mismo, en su casa, acercándolo a la pantalla del televisor (monitor), encendiendo y apagando el T.V.

En el aula de clase frota una carpeta de plástico y acércala abierta,  a la esfera del electroscopio. Luego acerca la varilla de vidrio cargada y observa lo que ocurre con las laminillas del electroscopio. Comprueba que ocurre si tocas la esfera del electroscopio cargado, acerca primero la carpeta de plástico y luego la varilla de vidrio. Analiza estas observaciones con tu profesor.

 

 

 

Explica la interacción por inducción, por contacto, clases de carga, ley de las cargas, ley de la conservación de la carga, ley de Coulomb,  establece una definición operacional que permita establecer la dependencia de la fuerza de interacción eléctrica con la carga y con la distancia que los separa.

  La ley de las cargas establece: que cargas de igual tipo se repelen y cargas de diferente tipo se atraen.

 

A mayor distancia de las cargas la fuerza de atracción es menor.

 

A mayor carga mayor atracción.

Magnetismo

 

 

 

 

 

 

 

 

  

Sostén  un imán y adherido a él un clavo, acerca  el otro extremo del clavo a unos   clips. El clavo atraerá a  algunos de ellos. Retira el clavo del imán y los clips caerán. Cuando el imán estaba en contacto con el clavo, el campo magnético alineó todos los átomos del clavo en la misma dirección y los transformó en imanes; regresaron a su estado de desorientación cuando se quitó el imán.

 

 

 

 

 

 

Orienta a los alumnos en la ejecución de la actividad propuesta.

El hierro es fácil magnetizarlo pero pierde rápidamente su campo magnético, el acero es difícil magnetizarlo pero mantiene su campo magnético mucho más tiempo que el hierro

Determinación e identificación de los polos de un imán.

 

         

N                          S

                                                             N

 

             S     

Suspende   un imán recto de un hilo a manera de péndulo. Acerca otro imán y combina todas las posiciones posibles; anota las observaciones.

Está pendiente que el alumno realice todas las combinaciones posibles al acercar los imanes y que anote correctamente sus observaciones.

Si los imanes se atraen es porque interactuaron dos polos diferentes, en caso contrario han interactuado dos polos iguales.

 

 Contenido

Acción del alumno

Acción del docente

Resultados

 Construcción de un imán

 

Para hacer un imán frota una aguja muchas veces siempre en el mismo sentido con un extremo del imán. Levanta ahora pequeños objetos metálicos de hierro. Repite la experiencia con una hoja de segueta frotando toda su extensión en un solo sentido y con solo un extremo del imán.

 

 

Orienta  a los alumnos en la realización de la actividad.

 

 

 

La aguja y la segueta se imantan, obteniéndose así, pequeños imanes

Obtención y destrucción de un imán a partir de uno dado

 

 

Usando la segueta magnetizada determina la polaridad de cada extremo, marca los polos con un lápiz o un trozo de tirro, parte la segueta a la mitad (utiliza tela gruesa para no golpearla). Verifica con la brújula lo que ocurrió con los polos de cada mitad.

 

Si golpeas varias veces el imán con el martillo o se calienta el imán, este pierde su magnetismo.

 

 

Orienta  a los alumnos en la realización de la actividad.

Es imposible aislar los polos de un imán, porque no  importa cuantas veces dividas el imán, cada trozo se convierte en un imán completo.

 

 

 

Construcción de una brújula

 

 

Construye una brújula con una aguja imantada. Para ello monta un péndulo en un vaso de vidrio como lo indica la figura y en la laminilla de papel inserta la aguja imantada. La aguja se balancea algunas veces y después se alinea en la dirección norte-sur. Basados en la orientación geográfica asigna cual de los extremos de la aguja es el Norte. Utiliza la brújula construída para asignarle el Norte o el Sur a cualquier imán que no tenga la polaridad definida. Recuerda que el Norte geográfico es el Sur magnético.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Orienta a los alumnos en la construcción de la brújula

 

 

 

 

 

 

 

Se obtiene una brújula  que se orienta siempre en el sentido norte – sur

 

 

Contenido 

Acción del alumno

Acción del docente

 Resultados

 

 

 

 

Campo magnético

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

       

 

Coloca un imán  recto sobre una mesa y lo tapa con una cartulina, esparce levemente unas limaduras de hierro sobre la cartulina. (Si no se dispone de limaduras, que pueden conseguir en cualquier metalúrgica, las pueden fabricar limando un clavo). Observa como algunas limaduras se juntan y se paran de punta, mientras que otras se esparcen ordenadamente en la cartulina. Golpea levemente la cartulina. Son las llamadas líneas de fuerza magnética las cuales permiten visualizar el campo magnético.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Orienta  a los alumnos en la realización de la actividad

Las limaduras más cercanas a los polos se juntan en grupo y dejan un espacio vacío, mientras que las limaduras más alejadas se alinean formando líneas entre los polos

 Contenido

 Acción del alumno

 Acción del docente

 Resultados

 

Protección  en  un campo magnético

 

 

Repite la experiencia anterior con a)un imán de herradura acostado, b)un imán de herradura situado de forma vertical, c)un imán recto  parado de forma vertical, d) dos imanes rectos separados a cierta distancia de manera que entre ellos ubiques una pequeña arandela de hierro.

 

 

 

Orienta al alumno para que identifique en que situaciones debemos protegernos de un campo magnético.

 

 

 

Si deseamos protegernos de un campo magnético debemos protegernos con hierro o aluminio.

Corriente eléctrica

 

Abre una llave conectada a una manguera e imagina el movimiento del agua dentro de la manguera.

 

 

Conecta un circuito eléctrico elemental e imagina el movimiento de los electrones en el cable.

 

 

Recalca la importancia del generador eléctrico como responsable  de mantener la  corriente eléctrica.

 

El agua es un fluido que se mueve en la manguera.

 

La corriente eléctrica es un flujo de electrones.

 

Circuito eléctrico elemental

 

Construye un circuito eléctrico elemental para identificar los elementos básicos.  Dibuja el circuito empleando la simbología respectiva. Toma en cuenta el sentido convencional de la corriente.

Usa los instrumentos para medir voltaje, corriente y resistencia.

 

 

Introduce los instrumentos eléctricos de medición, amperímetro, voltímetro, ohmetro; las unidades de medida y las precauciones de su uso.

 

 

Se familiariza con los elementos básicos de un circuito eléctrico y los instrumentos de medición.

Corriente eléctrica por reacción química

 

Emplea un trocito de alambre de acero y un trocito de alambre de cobre. Introduce dichos alambres separados en una papa grande o un limón y con el tester medirán  voltaje. Trata de acercar los dos alambres para ver si el voltaje cambia.

 

 

 

Explica la producción de corriente eléctrica por reacciones químicas.

La corriente existe debido a la reacción  química que se produce entre la papa o limón  y los alambres de acero y cobre.

 Contenido 

Acción del alumno

Acción del docente

 Resultados

Conductor

Semi - Conductor

y Aislador

 

 

 

 

 

 

 

Instala  un circuito eléctrico elemental usando como generador una pila de 1,5 voltios y un bombillo para ese voltaje. Separa una de las conexiones a la pila y con un clip trata de hacer el contacto entre el cable y la pila. Nota que el foco se enciende brillantemente. Ahora repite la experiencia y en el lugar del clip usa la punta del lápiz. Nota que el foco enciende pero no tan brillantemente. Usa posteriormente en lugar del clip un pedacito de papel observa que el foco no prende.

 

 

 

 

 

 Solicita de los alumnos que den otros ejemplos de materiales conductores semi – conductores y aisladores

 

 

 

 

 

 

 

 

El metal es buen conductor de electricidad, el grafito es semiconductor y el papel es  aislante.

Contenido

 Acción del alumno

 Acción del docente

 Resultados

 

Fusibles

De un cordón de  una lámpara vieja, separa los cables, pela sus extremos. Utiliza pilas de lámpara de mano e introdúcelas en un tubo de cartón (usado en toallas de papel para cocina). Cuidando colocar el positivo de una pila a continuación del negativo de la otra. En el extremo del enchufe colocarán una tirita muy delgada de papel aluminio. Este será el fusible. Conecta un extremo del cordón a un polo de la batería construída.  Observa y explica lo que ocurre.

 

 

Haz que los alumnos recuerden  y ejemplifiquen cuales son los fusibles usados en sus casas y automóviles

 

El cartón impedirá que las pilas se muevan. Al conectar     los polos el fusible se quemará debido a que ha ocurrido un corto-circuito. El fusible se diseña para funcionar como el punto más débil del circuito.

 

Circuitos eléctricos

 

Construye y dibuja circuitos con bombillos en serie, paralelos y mixtos. Utiliza el multitester mide en cada uno de los circuitos la intensidad, voltaje, resistencia. Verifica las fórmulas matemáticas que se usan para ello.

 

Orienta a los alumnos para que realicen la experiencia descrita y verifiquen las fórmulas con sus observaciones.

 

Se determinan las leyes de los circuitos de resistores conectados en las configuraciones básicas.

 

Código de colores para determinar valor de resistencias

 

Determina el valor de algunas resistencias usando el código de colores y verifica sus resultados con el ohmetro.

 

Presenta al alumno una tabla ó lamina con el código de las resistencias.

Se determina el valor de la  resistencia, sin el uso del ohmetro.

 

Resistencias variables ó reóstatos

     

 

Conecta un extremo de alambre de cobre delgado al polo positivo de una pila de 1.5 voltios, sujétala con cinta adhesiva. Enrolla el otro extremo del alambre firmemente al lado metálico de un foco de linterna. Coloca sobre la mesa una mina de grafito completa. Y sobre ella el polo negativo de la pila. Luego coloca en contacto la base del foco con la mina de grafito, muy cerca de la pila, observa como se enciende el foco.  Desliza gradualmente el foco por la puntilla y nota que lentamente el foco pierde intensidad luminosa.  El grafito no es un buen conductor, pero si es un buen reóstato.

 

 

 

 

 

Explica la importancia de los reóstatos en los circuitos eléctricos.

 Un reóstato es una resistencia variable que se usa para controlar el paso de la cantidad de corriente.

 

Aplicaciones de circuitos eléctricos

 

 

 Emplea fórmulas para predecir los valores de los parámetros medidos en circuitos eléctricos y los aplicarán posteriormente en la simulación de circuitos eléctricos utilizando el programa computarizado ELECTRO.

 

Orienta a los alumnos para que trabajen correctamente con el computador.

 

Se predice  el valor de las magnitudes básicas de un circuito eléctrico.

 

Electroimán

 

 

 

Enrolla cuidadosamente un alambre de cobre   alrededor de la parte metálica de un atornillador.  Quita el aislante de los extremos del conductor  y con ellos toca brevemente los bornes de una pila. Esto debe magnetizar al atornillador.

 

 

 

Informa a los alumnos que es posible combinar magnetismo y electricidad

 

 

El campo magnético de la bobina  alinea las moléculas del atornillador convirtiéndolo en un imán.

 

Electro magnetismo

 

 

 

 

Construye dos aros de alambre de cobre, uno lo ciérralo y el otro lo déjalo entreabierto. Suspéndelos de una barra  Introduce un extremo de un imán por el aro abierto. Ahora lo introdúcelo en el aro cerrado. Cuando retires el imán el aro tratará de seguirlo. El campo magnético del imán indujo una corriente eléctrica en el aro cerrado. Esta corriente produjo su propio campo magnético, el cual fue rechazado y atraído por el imán.

 

 

 

 

 

 

 

Introduce el concepto de electromagnetismo.

 

 

 

No se moverá el aro abierto.

 El aro cerrado tratará de alejarse

 

 

 

 

 

Magnetismo y sentido de la corriente

 

Ubica una brújula sobre la mesa dejando que se oriente libremente. Coloca sobre la aguja paralelamente y en su misma dirección una alambre cuyos extremos estarán conectados a los polos de una pila. Cierra por unos instantes el circuito, (si lo dejas mucho se daña la pila) y observarás que la brújula gira. Conecta ahora el alambre de manera que el extremo que estaba conectado al borne positivo quede ahora conectado en el borne negativo y viceversa. Cierra nuevamente el circuito.

 

 

 

 

 

 

Explica la experiencia de Oersted y cómo se determina el sentido de una corriente eléctrica usando la brújula.

 

 

 

 

 

La aguja se mueve en sentido contrario al cambiar las conexiones.

 Contenido 

 Acción del alumno

Acción del docente

 Resultados

 

 

Construcción  de

 

Galvanómetro

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Construye un galvanómetro como el siguiente.   Dobla los extremos de un cartón hacia arriba para formar un soporte. Luego pasa un alambre de cobre con aislante, alrededor de él de manera que dé más de 30 vueltas. Dejando en los extremos como 30 cm de cada lado. Pela los extremos. Coloca una brújula sobre el cartón bajo el alambre. Mueve el cartón de modo que los alambres se orienten en la dirección este-oeste y luego conecta los extremos a una pila de 1.5 voltios.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Explica  a los alumnos que los instrumentos de medición están basados en aplicaciones del electromagnetismo.

 

 

 

La aguja de la brújula se desviará más o menos en la dirección este-oeste siguiendo el flujo de la corriente. El galvanómetro es un medidor que puede detectar pequeñas cantidades de corriente.

 

 

Construye un motor eléctrico

 

 

Con dos tiras metálicas dobladas  ubicadas sobre una base de madera, construye el soporte. Una aguja de tejer será el eje del motor y deberá poder girar libremente en sus soportes. Atraviesa un corcho largo  por su centro con la aguja de tejer. Sobre él, enrolla un alambre delgado (cobre) muchas veces para formar una bobina,  pega los extremos con cinta a lados opuestos de la aguja. No dejes que se unan los cables sin aislante ni los cubras con cinta. De allí conectarás los alambres que vienen de la pila. Clavarás dos tachuelas a la base de madera justamente abajo de los contactos para sostener los cables que vienen de la pila. Después, monta un imán en forma de U en la base, de manera que sus extremos queden hacia arriba frente a cada lado de la bobina, debe caber holgadamente la bobina. Conecta los terminales de la pila y da una vueltecita al corcho con la mano. El motor debe ahora girar por sí mismo.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Orienta a los alumnos en el proceso de  construcción de un motor, para que ellos en su casa, realicen dicho proceso como aplicación de lo aprendido en clase

 

 

 

 

 

 Al efectuar las acciones previstas, se ponen de manifiesto los principios básicos que rigen el electromagnetismo.  El funcionamiento de un motor es un buen ejemplo de aplicación del electromagnetismo.