INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA

Cómo motivar a los estudiantes mediante actividades científicas atractivas
INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA
Nieves Fernández Feijoo
Isabel Matamoros
I. E. S. PERE BOÏL, MANISES
Introducción:
Cuando se producen variaciones de flujo magnético através de un circuito, se produce
en este una ddp (V) dada por la ley de Fáraday:
=−
Φ
siendo N el nº de espiras que forman el circuito y Φ = B.S el flujo del campo magnético
através del circuito. Si la superficie S es contante:
=− ∙
=
−
∙
∙
Si medimos la tensión inducida en una bobina al mover un imán a través de ella,
podemos calcular la inducción magnética B por integración.
Objetivos:
•
•
•
Medir flujo magnético a través de una bobina y calcular el campo magnético.
Aplicar métodos y cálculos del MAS y determinar la constante elástica.
Mostrar un montaje curioso que relaciona dos temas, en principio inconexos.
Relación del tema propuesto con el curriculo del Curso:
El MAS se ve a principio de curso en Física de 2º de bachillerato, y Campo magnético e
Inducción son también temas de 2º de Bachillerato.
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Cómo motivar a los estudiantes mediante actividades científicas atractivas
Material y recursos necesarios:
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Muelle.
Pesas y portapesas
Balanza
Regla
Bobina.
Imanes.
Sensor voltage-intensidat.
Soporte.
Normas de seguridad:
•
•
•
Aunque se usa corriente continua de baja tensión, siempre hay que tomar
precauciones con la corriente.
Hay que asegurarse que el enchufe sea el adecuado, y que se manejan los cables
en condiciones de seguridad.
Cuidado con los campos magnéticos, pueden estropear los dispositivos de
almacenamiento de datos (lápiz de memoria, DVD, …) y las pantallas de TV y
ordenador.
Procedimiento:
Parte 1: Determinación del flujo y el campo magnético a través de una
bobina
1. Mide la masa del muelle y el imán. 92,565 g
2. Siguiendo el esquema de la fotografía, cuelga el
imán de un muelle y hazlo oscilar en el interior de
una bobina.
3. Conecta la bobina al sensor de voltaje. Deja que
se estabilice la oscilación y empieza a tomar datos.
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Cuestiones:
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¿Cómo varía el voltaje en función del tiempo?
A partir de la gráfica, determina el valor de la tensión máxima y del periodo
Utilizando la ley de Faraday determinar el flujo y la variación del campo
magnético a través de la bobina
Considerando que V = V0.sin wt, podremos calcular el flujo integrando la expresión:
expresió
−
Φ=
−
Φ=
Φ
· sin ω ·
·ω
·
· cos ω ·
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Parte 2: Cálculo de la constante elástica del muelle
1. Utilizando el periodo obtenido en la parte 1, calcula la constante elástica del
muelle
k = m.w2 = 0,09256.(2.π/0,45)2 = 18,045 N/m
Ahora calcularemos esta constante elástica mediante otro procedimiento:
2. Cuelga del muelle un portapesas y mide la longitud del conjunto muellepotapesas.
3. Coloca diferentes pesas y mide los alargamientos producidos.
Cuestiones:
Representa el peso en función del alargamiento
A partir de la gráfica, determina el valor de la constante elástica del muelle
Compara el valor obtenido con el que habías calculado en la parte 1.
¿Cuál de los dos métodos es más adecuado? Razona tu respuesta.
Gráfica fuerza-alargamiento muelle
3,0000
2,5000
f(x) = 17,88x + 0,1
R² = 1
2,0000
Peso (N)
•
•
•
•
Alargamiento
Regresión lineal para
Alargamiento
1,5000
1,0000
0,5000
0,0000
0,000 0,020 0,040 0,060 0,080 0,100 0,120 0,140 0,160
alargamiento (m)
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Tiempo necesario para desarrollar esta práctica:
2 horas de trabajo en grupo en el laboratorio
2-3 horas para la realización de la memoria individual
Análisis de la práctica:
La práctica está pensada para alumnos de 2º de Bachillerato. El objetivo era que los
alumnos aplicaran los conocimientos teóricos estudiados en la asignatura y que
aplicaran algunas técnicas de laboratorio, como realización de montajes, medición de
magnitudes, representaciones gráficas, cálculos, …
Al mismo tiempo se pretende que los alumnos desarrollen un informe del estudio
realizado, relacionando dos de temas del currículum en principio inconexos, el MAS y
la Inducción Electromagnética.
A pesar de la simplicidad del montaje, se encontraron con algunas dificultades que
tuvieron que resolver que hubo que resolver con la colaboración y el ingenio de todos:
• Idear la forma de unir el imán al muelle.
• Buscar un método para elevar la bobina y que el imán pudiera pasar por su
interior sin tocar la superficie de la mesa.
• Conseguir que el imán pasara por el hueco de la bobina sin rozar.
Superadas todas estas dificultades, procedieron a realizar las mediciones y los cálculos.
Debido a las dificultades encontradas en el montaje, el tiempo de la realización de la
práctica se alargó en una sesión más de laboratorio.
Análisis de los resultados:
Debido a las dificultades encontradas durante el montaje, a la no disponibilidad del
laboratorio durante el horario habitual de las clases con estos alumnos, y a las huelgas
de estas últimas semanas, los trabajos prácticos se alargaron hasta el martes 28 de
febrero. Les pedimos los cálculos y reflexión personal para el jueves 1 de marzo pero no
los trajeron (tenían varios exámenes ese día). Como el viernes 2 tenían también otro
examen, se les pidió el trabajo para el lunes 5, y tampoco los han traído.
En base a los valores experimentales obtenidos por uno de los grupos de alumnos se han
realizado los cálculos y análisis de resultados.
Según sus mediciones, ambos métodos dan un resultado parecido para el valor de k.
El primer método emplea sensores V-I de gran sensibilidad, en contraste con el segundo
método, que emplea una regla graduada en milímetros, y se mide la longitud del muelle
de forma poco precisa. Sin embargo, el cálculo de k por el primer método se basa en un
único valor de Vmax y T, mientras que el cálculo por el segundo método se basa en 11
tomas experimentales diferentes. Podemos por tanto confiar más en este segundo
método que en el primero.
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Conclusiones de la práctica:
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Los alumnos se encuentran motivados por el hecho de ir al laboratorio.
Los alumnos han colaborado entre ellos para resolver los problemas prácticos
Los alumnos han aprendido a aplicar el método científico
Dado que los alumnos no suelen ir mucho al laboratorio, se observó poca
destreza en el manejo de algunos instrumentos, y en ocasiones les cuesta
relacionar los resultados experimentales con las expresiones teóricas.
Los alumnos siguen sin trabajar en casa, aunque sea un trabajo basado en
actividades prácticas.
NOTA: La idea de esta práctica ha surgido de un artículo de la Revista Española de Física,
Volumen 22, n. 4 del año 2008 de Jesús Alba Fernández, Jaime Ramis Soriano, Romina del Rey
Tormos y Eva Escuder Silla.
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