Electromagnetismo
Experimento Nº2
Materiales: 30 cm de Alambre de cobre, una brújula o una aguja imantada dentro de un corcho sobre el agua, una pila cuadrada de 9 V o cuatro pilas de 1,5 V conectadas en serie, o un cargador con los extremos pelados.
Trabajo Grupal Grupal
- Coloquen la brújula (o la aguja imantada dentro del corcho en agua) en la mesa y sostenga, muy cerca, el cable,de forma paralela a la dirección de la aguja (de la brújula) tal como se muestra:
- Ahora conecte instantáneamente los extremos del cable a la corriente eléctrica, repita la conexión a breves intervalos, unas 5 veces:
- ¿Qué observa que pasa con la aguja?
- ¿Por qué cree usted que sucede eso?
Trabajo Grupal Individual (TGI).
Lea el texto que sigue, respondiendo las prácticas pertinentes.
Trabajo con la Sección.
El docente medirá cuando la mayoría haya terminado el trabajo asignado y entonces lo explicará y revisará las respuestas a las prácticas, para ello puede pedir a los alumnos que pasen al frente y den sus respuestas o las escriban en la pizarra o bien por lluvia de ideas.
Magnetismo
Se define magnetismo como la cualidad que tienen algunas sustancias de sus partículas o moléculas sean orientadas en un solo sentido, formando polos magnéticos. Algunos metales tienen esta cualidad, tales como el hierro y el Cobalto, o algunas aleaciones que mezclan esas sustancias. Otros metales y sustancias son no magnéticos, entre ellos están el oro, aluminio, azufre, plata, cobre, plástico y muchas otras más.
La magnetita es un mineral natural que tiene cualidades magnéticas, atrayendo a si misma a otras sustancias magnéticas.
La misma Tierra debido al núcleo pesado y denso formado por Hierro y cobalto tiene un campo magnético que es el que sirve para orientas las brújulas, el campo magnético terrestre es de mucha importancia, pues sirve para desviar partículas cargadas que vienen en dirección a la Tierra, también es el responsable del bello fenómeno de las auroras boreales (solo observado en las altas latitudes) y el campo magnético Terrestre interfiere en las telecomunicaciones pues cierto tipo de ondas son reflejadas en la ionosfera.
A las sustancias que tienen orientadas magnéticamente sus moléculas se les denominan “Imanes”.
Experimento Nº 3
Materiales: Imán lineal o en forma de herradura, limaduras de hierro, hoja de papel.
- Trabajo Grupal Grupal
Tome un imán, preferiblemente si no es circular, puede ser en forma de herradura o lineal, y colóquelo sobre la mesa, sobre el imán coloque una hoja de papel y ahora tome las limaduras de hierro y rocíelas suavemente sobre la zona del Imán.
- ¿Por qué las limaduras de hierro toman esa disposición?
- ¿Qué nombre daría a lo que origina esa disposición de las limaduras de hierro?
- ¿Sucederá lo mismo con un cable que tenga corriente eléctrica?
Trabajo Grupal Individual (TGI).
Lea el texto que continúa este tema, respondiendo las prácticas pertinentes.
Trabajo con la Sección.
El docente medirá cuando la mayoría haya terminado el trabajo asignado y entonces lo explicará y revisará las respuestas a las prácticas, para ello puede pedir a los alumnos que pasen al frente y den sus respuestas o las escriban en la pizarra, o bien en lluvia de ideas.
Relación Electricidad-Magnetismo.
Hans Christian Oersted en 1820 estaba haciendo experimentos con electricidad y una batería, cuando de pronto conectó los dos extremos de un cable a las terminales de una batería, por supuesto que hizo un circuito, pero además, por casualidad, ahí cerca del cable había una brújula, y observó que en el momento en que circuló corriente por el cable, la aguja de la brújula se desvió, posteriormente siguió experimentando y viendo que efectivamente cuando circula una corriente por un cable se forma un campo magnético a su alrededor, lo que demuestra sin lugar a duda la relación ente electricidad y magnetismo, naciendo con ello el campo científico llamado electromagnetismo.
Campo magnético.
Cuando se acerca un imán a un pedazo de hierro, se puede percibir la existencia de un campo magnético, a la zona del espacio donde se experimentan los efectos de una fuerza magnética, se le denomina “Campo Magnético”.
El campo magnético se representa mediante líneas de campo magnético, tal como se muestra en la figura.
En el experimento realizado anteriormente se hicieron evidentes las líneas de campo magnético.
Campo magnético creado por una corriente
A su vez, cuando en un conductor eléctrico circula una corriente eléctrica, ésta origina un campo magnético radial a su circunferencia tal como se representa en la figura, también la dirección de las líneas de campo magnético, son dadas
por la regla de la mano derecha que dice que, si se coloca el conductor eléctrico entre la mano con el dedo pulgar en dirección de la corriente eléctrica, la dirección del campo magnético será dado por los dedos.
Nota: Hay varias reglas de la mano derecha, ésta es una de esas.
Éste campo puede ser verificado al colocar un conductor eléctrico atravesando una hoja de cuaderno en forma perpendicular y haciendo circular una corriente eléctrica directa, entonces se rocían limaduras de hierro en el conductor para evidenciar las líneas de campo concéntricas respecto al conductor.
Más tarde Andre-Marie Ampere, en Francia, advirtió que, si una corriente en un hilo ejercía una fuerza magnética sobre la aguja, dos hilos semejantes también deberían interactuar magnéticamente. Mediante una serie de ingeniosos experimentos mostró que esta interacción era simple y fundamental –las corrientes paralelas (rectas) se atraen, las corrientes antiparalelas se repelen. La fuerza entre dos largas corrientes rectas y paralelas era inversamente proporcional a la distancia entre ellas y proporcional a la intensidad de la corriente que pasaba por cada una. Posteriormente esta relación ha sido modificada y definida con más rigurosidad matemática.
Los experimentos de Ampere llevaron a la construcción de solenoides. Cuando hay varias espiras de alambre son enrolladas continuamente una a otra, se ha formado un “Solenoide”. El campo magnético en los puntos sobre el eje del
solenoide dentro de la parte central de éste será la suma del campo producida por cada una de las espiras. Siendo éste el principio de funcionamiento de los electroimanes.
En el caso del solenoide, el campo magnético en su interior es calculado con:
donde N= Número de vueltas y L= longitud del solenoide.
Si lo que se desea averiguar es el campo dentro de una bobina, puede usar esta fórmula:
Otra fórmula para calcular el campo magnético (B) dentro de un solenoide, pero ahora conociendo el radio es la siguiente:
B = Intensidad de Campo Magnético, se mide en Teslas (1 Tesla= 10 000 gauss)
I= Intensidad de Corriente eléctrica, se mide en Amperios (A).
r = radio, se mide en metros (m).
2×10-7= Constante
Práctica:
-
- Calcule la intensidad del campo magnético de un alambre conductor por el que circula una corriente de 5A a una distancia de 30 cm del conductor.
B= 2×10-7x 5 A = 0,0000033 T = 3,3 x 10-5 T
0,3 m
2) Un alambre es enrollado formando un solenoide de un metro, si por cada centímetro hay 75 vueltas y circula un corriente de 4A, ¿cuál es el valor del campo magnético que se ha creado?
R/3,77×10-2 Tesla.
Investigación:
Dedique unos minutos a investigar:
Algunas personas dicen que es peligroso vivir bajo las antenas de señal celular, inclusive dormir con el celular cerca de la cabeza o vivir bajo antenas de transmisión de electricidad. ¿Tiene algún fundamento científico esa idea?
Si________ No__________ ¿por qué? ____________________________________________________________.
¿Qué dicen las investigaciones formales respecto a la influencia de las radiaciones electromagnéticas en las personas?
Si haces búsquedas en Internet, encontrarás miles de referencias, unas noticias amarillistas dirán que es malísimo, otras noticias son equilibradas y otras muy técnicas. En cualquier caso, procura buscar de fuentes confiables, en el tema de la salud busca en la página web de la organización mundial de la salud para estudiar su opinión al respecto. ¿Quién mejor que ellos para pronunciarse?, su página web es http://www.who.int/es/
Y para hacer búsquedas específicamente en esa página web puedes usar el operador:
“frase que buscas” site: http://www.who.int/es/
O bien escribir el sitio web seguido de un espacio y la frase a buscar, por ejemplo:
Investiguemos un poco más.
¿Creen que se pueda fotografiar el alma de las personas?
¿Existe el aura astral?
¿Saben qué es una cámara Kirlian?
El docente dejará la investigación para sus casas y en la próxima lección se hará un Juicio.
Estarán los creyentes en esoterismo contra los que opinan que eso es falso.
La situación es la siguiente:
Un alumno(a) usa la cámara Kirlian para ver el aura astral y con eso como referencia da consejos para llevar una mejor vida.
Unos pacientes enfadados acusan a él de ser un estafador y lo llevarán al juicio.
El acusado buscó su equipo de abogados y testigos.
El acusador buscó su equipo de abogados y testigos.
El resto de la clase se divide entre Jurado (un grupo de 10 o 15 personas elegidas al azar del grupo que serán quienes escucharan el Juicio, al final se reúnen en privado y dictan sentencia).
El Juez al final lee la sentencia del Jurado y ratifica o está en contra.
El resto de la clase son observadores.
Al final el docente cierra la actividad con una lluvia de ideas que ayuda a comprender aspectos mal interpretados de las investigaciones o de las conclusiones. El docente puntualiza que debe existir un ambiente de orden y respeto a las opiniones ajenas, recuerda que la interpretación de los descubrimientos científicos con frecuencia depende del marco emocional de las personas y que aunque la ciencia apoye o no cierta práctica, la libertad de elección siempre debe privar en el humano.
Fuerzas magnéticas sobre cargas móviles.
La fuerza con la que se mueve una carga eléctrica en movimiento es dada por:
| F= q.v.B | F= Fuerza de la carga en movimiento. Se mide en Newtons (N).
q= Carga, se mide en Coulombs (C). v= velocidad de la carga, se mide en m/s. B= Campo magnético, se mide en Teslas. 1 T= Wb/ m2, N/(A m) |
Práctica:
1) Una partícula con una carga de 1,3 x 10-14 C se encuentra a 0,25 m de otra con una carga de 9,2 x 10-15 C. La magnitud de la fuerza electrostática entre ambas partículas es
A) 1,7 x 10-17
B) 1,1 x 10-18
C) 4,3 x 10-18
D) 1,9 x 10-27
2) De acuerdo con la siguiente figura,
sí entre q1 y q2 existe una fuerza de 3,7 x 102 N, la distancia que las separa es
A) 2,6 x 10-2 m.
B) 1,3 x 10-3 m.
C) 6,7 x 10-4 m.
D) 1,8 x 10-6 m.
3) Lea cuidadosamente la siguiente expresión:
Son los materiales que más se resisten al flujo de carga eléctrica en condiciones normales.
Lo anterior se refiere a materiales
A) aisladores.
B) conductores.
C) semiconductores.
D) superconductores.
4) Una carga de 6,5 x 10-5 C produce un campo eléctrico de 3,0 x 104 N/C a una distancia de
a) 4,42 m.
b) 4,65 m.
c) 1,95 m.
d) 19,5 m.
5) El campo eléctrico asociado a una carga de 8,0 x 10-4 C, a una distancia de ella de 16 m, tiene una intensidad de
a) 2,8 x 10-14 N/C.
b) 4,5 x 1013 N/C.
c) 4,5 x 105 N/C.
d) 2,8 x 104 N/C.
6) Considere las dos proposiciones siguientes:
I. El trabajo eléctrico es un escalar.
II. La diferencia de potencial es un vector.
De ellas, son verdaderas,
a) solo I.
b) solo II.
c) ambas.
d) ninguna.
7) Una carga de 7,0 x 10-3 C que circula por un conductor durante 3,0 segundos, da como resultado una corriente de
a) 2,3 x 10-3 A.
b) 4,0 x 102 A.
c) 7,0 x 10-3 A.
d) 2,1 x 10-2 A.
8) Por un conductor circula una corriente cuya intensidad es 0,50 A; para un tiempo de 2,0 s el flujo de carga asociado es
a) 1,0 C.
b) 4,0 C.
c) 0,25 C.
d) 0,50 C.
9) Una bobina circular plana de 0,3 m de longitud, tiene 400 espiras y por ellas circula una corriente de 2,0 A. El campo magnético en el centro de la bobina tiene una intensidad de
a) 2,4 x 102
b) 2,7 x 103
c) 3,3 x 10-3
d) 5,3 x 10-4
10) Por un solenoide que tiene 140 vueltas y 0,25 m de longitud circula una corriente de 5 A. El valor del campo magnético en un punto situado en el interior del solenoide es
a) 1,1 x 10-3
b) 3,5 x 10-3
c) 1,7 x 10-4
d) 8,8 x 10-4
11) Una bobina circular de 0,10 m de radio tiene 25 espiras de alambre. Si la corriente que pasa por el alambre es de 6,0 A, ¿cuál es el valor del campo magnético en el centro de la bobina?
| a) 1,9 x 10-3 T | b) 1,9 x 10-4 T | c) 3,0 x 10-4 T | d) 9,4 x 10-4 T | R/ d |
12) Por la sección transversal de un alambre conductor fluye una corriente eléctrica de intensidad 6,0 A, por lo tanto, a una distancia de 0,10 m, la intensidad del campo magnético es
| a) 3,8 x 10-5 T | b) 1,2 x 10-5 T | c) 2,0 x 10-6 T | d) 7,6 x 10-6 T | R/ b |
13) La longitud del solenoide de la figura es 0,20 m, tiene 500 vueltas de alambre y transporta una corriente de 3,0 A.
El campo magnético dentro del solenoide es
| a) | 9,4 x 10-3 T, hacia la derecha. | |
| b) | 4,7 x 10-3 T, hacia la derecha. | |
| c) | 4,7 x 10-3 T, hacia la izquierda. | |
| d) | 9,4 x 10-3 T, hacia la izquierda. | R/a |
14) Una bobina de 0,05 m de radio tiene 55 espiras. La magnitud del campo magnético en el centro de la bobina cuando fluye a través del alambre una corriente de 3 A es
| a) 2,07 x 10-3 T | b) 4,14 x 10-3 T | c) 2,07 x 10-4 T | d) 6,60 x 10-4 T | R/ a |
Aplicaciones
Veamos hacia cualquier lado nos llevará a notar que la vida moderna está cargada de aplicaciones que implican los principios de electricidad aprendidos, por ejemplo, cualquier teléfono celular o dispositivo electrónico cuenta con placas de circuito que incluyen muchas conexiones serie y paralelo, por ejemplo,
¿Recuerdas el concepto de resistencia? Pues en todos los circuitos integrados existen resistencias como las siguientes:
| Ejemplos de resistencias | Resistencias en un circuito |
| Hay varios tipos como se ven aquí:
|
|
Por otro lado, todo lo que aprendió de electromagnetismo es el principio de funcionamiento de todo motor y generador/alternado eléctrico.
¿Te han dicho que antes de abrir una computadora debes desconectarla y descargarla? Eso se debe a que aún desconectados, muchos dispositivos eléctricos guardan electricidad en los condensadores electrostáticos. Esos funcionan usando como base lo que aprendiste de electrostática, en su forma básica son hojas de papel de aluminio separadas con hojas de papel aislante y aceite en el centro, cuando circula la corriente entre diferentes placas, los electrones quedan suspendidos entre el aceite y las placas de aluminio, pudiendo salir en forma de un flujo eléctrico cuando se ocupe.
|
|
|
Las resistencias y los condensadores son solo dos de cientos de dispositivos que se hacen a partir de los principios aprendidos en el tema, por ejemplo; en esta placa de un celular:
Para la próxima clase, en grupos de 3 personas, traigan una placa de un celular o de cualquier dispositivo electrónico y procure identificar algunos elementos. Deben haberlo desarmado en tu casa.
Algunas páginas que puedes usar como referencia:
https://www.fullrepairing.es/2015/11/01/c%C3%B3mo-es-tu-m%C3%B3vil-por-dentro/
https://all-spares.com/es/articles-and-video/what-s-inside-a-tablet-pc-and-other-mobile-devices.html
(Luego, con ayuda del docente comentarán de las opciones para lograr un desecho eficiente de componentes electrónicos con que cuenten en su zona y sobre las razones por las que este tipo de desechos pueden ser focos de contaminación química).
Hay aplicaciones muy interesantes, como son los sistemas embebidos, que son básicamente un circuito de una computadora, pero para un fin específico, por eso no tiene pantalla, teclado ni otros periféricos, puedes aprender más aquí:
https://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_embebido
Repaso final.
1) ¿Ahora cuál es tu concepto de Campo Magnético y Electromagnético?
2) ¿Cómo se relaciona el experimento de Oersted con un alambre y experimento de Faraday con una bobina para explicar el origen del Campo Magnético a partir de la Corriente Eléctrica?
Práctica para examen de corriente eléctrica, Ley de Ohm y electromagnetismo:
Nota: recuerde que para acceder a la práctica primero debe estar registrado como usuario y haber visto completamente el vídeo del tema.