Cap. 1 Magnetismo v.1
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TEMA 1 MAGNETISMO MAGNETISMO Desarrollo Actividad Inicial Interactiva Actividad de inicio: simulación virtual del campo magnético. Ingresar a: http://phet.colorado.edu/en/simulation/magnets-and-electromagnets MAGNETISMO Desarrollo Actividad Inicial Interactiva Primera pestaña: simulación del campo magnético de un imán en barra con sus polos Norte y Sur marcados y con colores rojo (tradicional para el norte y verde). Se muestran las líneas del campo magnético como pequeñas brújulas orientadas cuya coloración se desvanece con la distancia. El imán se puede mover. Una brújula, que también es móvil se orienta según las líneas del campo. Acompañamiento: Mueve el imán. ¿qué sucede con la brújula? El imán está rodeado de un campo magnético que puedes visualizar mediante pequeñas brújulas que se alinean mostrando su forma. Los polos magnéticos de la brújula se denominan polo magnético buscador del norte, coloreado rojo, y polo magnético buscador del sur, comúnmente coloreado gris o verde. ¿Cómo se orientan los polos de la brújula? ¿Qué te sugiere? ¿Cómo es el campo magnético lejos del imán, es más intenso o más débil? ¿En qué puedes notar la intensidad del campo magnético? Dejar tiempo para la exploración libre. Explora pulsando el botón que muestra la Tierra. La Tierra se comporta como un gigantesco imán y eso hace que la brújula se oriente alrededor de ella en forma parecida a como lo hacía con el imán en barra. Mueve la brújula alrededor de la Tierra. ¿qué observas? ¿Te fijaste en la polaridad del campo magnético de la Tierra? Observa qué polo magnético se ubica cerca del polo norte terrestre. Ahora te invitamos a explorar la segunda pestaña para que observes el comportamiento de un electroimán. MAGNETISMO Desarrollo Actividad Inicial Interactiva Segunda pestaña: simulación del campo magnético de un electroimán. El campo se visualiza igual que en la actividad anterior pero, además, se ven los electrones moviéndose a través del alambre embobinado. Como antes, se puede mover tanto el electroimán como la brújula. Pero ahora se puede además modificar el voltaje de la pila. Acompañamiento: Un alambre enrollado forma lo que llamamos una bobina. Lo interesante es que al hacer pasar una corriente eléctrica por una bobina, ella constituye un electroimán. ¿Ves alguna similitud con el magnetismo creado por el imán? ¿Quién crees tú que está produciendo este campo magnético? ¿Qué ocurre si deja de fluir la corriente por la bobina? Dejar tiempo para la exploración libre. ¿Observas algún cambio si aumentas o disminuyes la cantidad de espiras de alambre enrollado? Observa con cuidado lo que sucede al cambiar el sentido de circulación de la corriente eléctrica…..¿Si la corriente es más o menos intensa en el electroimán, cómo se modifica el campo magnético creado por él? Recuerda que es muy importante que intentes explicar tus observaciones en tus propias palabras…¡Confía en tu capacidad de observación! MAGNETISMO Desarrollo Formal del Contenido MAGNETISMO Desarrollo Formal del Contenido ¿Qué es el magnetismo? Algunos materiales tienen la capacidad de atraer metales como el hierro. Se llaman imanes. Los griegos en la antigua ciudad de Magnesia (Asia menor — link a mapa) hicieron las primeras observaciones de este fenómeno y de allí deriva el nombre de magnetismo. Notaron que ciertas piedras de magnetita atraían clavos de hierro. Una vez que éstos tocaban la magnetita, también ellos eran capaces de atraer otros trozos de hierro. La magnetita es un imán natural muy potente que contiene óxido de hierro. Se sabe que el sabio griego Thales de Mileto estudió estas piedras en el 700 a.C. para tratar de descubrir sus secretos. Todo imán tiene regiones llamadas polos magnéticos donde la atracción que ejerce sobre trozos de hierro es más intensa. Al frotar una barra de acero con magnetita se obtiene un imán de barra permanente. Esto significa que mantiene su magnetismo por mucho tiempo. Un imán de barra tiene dos polos magnéticos: Imán de barra 1. Polo norte (o polo buscador del norte) 2. Polo sur (o polo buscador del sur) Normalmente el polo norte se designa como N y el polo sur como S. También se acostumbra marcarlos de color rojo (N) y gris, verde o azul (S). Algunos materiales como el hierro, el cobalto y el níquel se magnetizan fácilmente y son atraídos por imanes. Son materiales magnéticos. El acero es un material fuertemente magnético y se usa para producir imanes permanentes. MAGNETISMO Desarrollo Formal del Contenido Atracción y repulsión Si sostienes con tus manos dos imanes de barra cerca pueden ocurrir dos cosas: • Si acercas el polo norte de un imán con el polo sur del otro, los imanes se atraerán con fuerza y quedarán unidos. • Si acercas el polo norte de un imán con el polo norte del otro, ambos imanes se repelen y mientras más trates de acercarlos, mayor es la repulsión. Entonces, polos magnéticos iguales se repelen y polos distintos se atraen ¿Es un imán? Puedes probar si un trozo de metal es un imán. Fíjate que no basta con saber que atrae a otro metal, ya que este último podría ser el imán y el primero ser sólo un trozo de metal de hierro, o alguna otra aleación magnetizable. La clave está en la repulsión. Así que sólo puedes saber que un objeto es un imán si puede repeler a un imán conocido. • • Sustancias como sal, oro, plata y cobre prácticamente no reaccionan en presencia de un imán y se les llama diamagnéticas. El aluminio, estaño y platino son débilmente atraídos por un imán y se llaman sustancias paramagnéticas. Las sustancias ferromagnéticas como hierro, acero, cobalto y níquel son fuertemente atraídas por un imán. ¿Sabías que la brújula ya era conocida por los chinos en el 200 a.C.? La brújula se se basa en la capacidad que tienen los imanes de orientarse de norte a sur. Las agujas de las brújulas se fabricaban con acero, pero durante el viaje se iban desmagnetizando. Los navegantes llevaban una piedra de magnetita para volver a magnetizar sus brújulas la que, por lo tanto, cuidaban con su vida. Construye tu propia brújula. Mostrar video de educarchile que muestra cómo se magnetiza una aguja de acero y se coloca en una pelotita de plumavit que se pone a flotar sobre agua. La aguja se orienta entonces según el campo magnético terrestre de sur a norte. http://www.educarchile.cl/Portal.Base/Web/VerContenido.aspx?GUID=e6e43352-eabf-4cbb8c74-e0c82372171f&ID=136606 MAGNETISMO Desarrollo Formal del Contenido Campo magnético Los imanes crean campos magnéticos alrededor de ellos que son invisibles. Este campo llena todo el espacio que rodea al imán y le permite ejercer fuerzas magnéticas sobre otros imanes o metales sin tocarlos, es decir, a distancia. ¿Se puede ver el campo magnético? Aunque el campo magnético que rodea un imán es invisible, lo podemos detectar esparciendo partículas de hierro alrededor de él. Cada partícula se magnetiza y se alinea con el campo del imán. EXPERIENCIA PRÁCTICA: poner un imán bajo un vidrio y arrojar sobre él limaduras de hierro. Líneas de campo magnético alrededor del imán Diagrama de líneas del campo magnético Habitualmente las líneas del campo magnético de un imán real son bastante complejas, de modo que se puede hacer un dibujo o esquema más simple como el siguiente. En este diagrama podemos ver que: • El campo magnético está formado por líneas cerradas sobre si mismas. • Las líneas de campo salen del polo norte magnético y entran al polo sur magnético. • Las líneas de campo están más concentradas en los polos del imán. MAGNETISMO • Desarrollo Formal del Contenido El campo magnético es más intenso donde hay mayor concentración de líneas de campo. La Tierra se comporta como un gigantesco imán. Sin embargo los polos magnéticos están invertidos con respecto a los polos geográficos. Por supuesto, si el polo norte (N, rojo) de la brújula apunta hacia el norte geográfico terrestre, entonces allí debe encontrarse un polo magnético sur (S), ya que polos opuestos se atraen y la brújula está alineada con el campo de la Tierra. Aún no se sabe exactamente cómo se genera el campo magnético en el núcleo de la Tierra. Lo que sí está claro es que los polos están moviéndose. Actualmente el polo sur magnético está a unos 1800 km del polo norte geográfico. MAGNETISMO Desarrollo Formal del Contenido Electromagnetismo Cuando una corriente eléctrica pasa a través de un cable se crea un campo magnético alrededor de él. Este campo forma líneas circulares cerradas en torno del cable que lleva la corriente. Si colocamos brújulas alrededor del cable, éstas se alinearán con el campo circular que rodea al cable. Creando un electroimán. Al enrollar un cable formando una bobina o solenoide, se logra crear un campo magnético más intenso. De esta forma se obtiene un imán artificial llamado electroimán. Si se coloca un trozo de hierro dentro, este se magnetiza haciendo más intenso el campo magnético. MAGNETISMO Desarrollo Formal del Contenido Un electroimán más intenso Se puede lograr un electroimán más intenso de las siguientes maneras: • Enrollando el cable alrededor de un núcleo de hierro. • Aumentando el número de vueltas de alambre enrollado en la bobina. • Aumentando la corriente que pasa por la bobina. El campo magnético de un electroimán es similar al de un imán de barra, sin embargo su polaridad se puede invertir al invertir el sentido de la corriente. Además se puede encender y apagar al instante con sólo apretar un interruptor, a diferencia de un imán cuyo magnetismo es permanente. Este hecho es muy útil para muchos aparatos cotidianos que utilizan electroimanes. Experiencia práctica: construye tu parlante con un electroimán. Mostrar video de educarchile: http://www.educarchile.cl/Portal.Base/Web/VerContenido.aspx?GUID=e6e43352-eabf-4cbb8c74-e0c82372171f&ID=136608 Los electroimanes están en el interior de un gran número de aparatos como: parlantes, audífonos, motores eléctricos, timbres, transformadores, etc. MAGNETISMO Desarrollo Formal del Contenido Mostrar simulación del funcionamiento del timbre: http://www.bbc.co.uk/schools/ks3bitesize/science/energy_electricity_forces/magnets_electric_ effects/revise5.shtml Acompañamiento: • Al activar el interruptor la corriente que fluye crea un campo magnético. • El electroimán atrae la palanca de hierro que golpea la campana. • Al moverse la palanca se desactiva la corriente, desaparece el campo magnético, y por la acción de un resorte, la palanca vuelve a su posición inicial. • Se activa nuevamente la corriente y el ciclo se repite otra vez. Haz funcionar la animación para que comprendas el funcionamiento del timbre.
