¿qué material se magnetiza más por efecto de un

Actividad indagatoria en Ciencias:
¿QUÉ MATERIAL SE MAGNETIZA MÁS POR EFECTO
DE UN IMÁN?
(Guía para profesor)
La evidencia muestra que no todos los materiales son atraídos por los imanes, entre estos hay
muchos metales (ej. cobre, aluminio, bronce, plata, oro). Sin embargo, dichos metales bajo
ciertas condiciones se pueden magnetizar (son inducibles), y algunos de ellos logran ejercer
magnetismo de manera más fuerte que otros.
CONCEPTOS PARA ABORDAR: Fuerzas a distancia, magnetismo, conductividad eléctrica, fuerza
electromagnética, electrones, corriente eléctrica, inducción electromagnética, corrientes de Foucault.
HABILIDADES CIENTÍFICAS PARA TRABAJAR: Observar, preguntar, describir, formular hipótesis,
inferir, analizar evidencias, comunicar resultados, comparar resultados.
Materiales (por grupo de 9 alumnos):
- 1 set de tubos de PVC de 50 cm de largo y diversos diámetros (1 de 20mm, 1 de 28 mm y 1 de 32
mm) .
- 1 set de tubos de cobre de 50 cm de largo y diversos diámetros (1 de 25 mm, 1 de 30 mm y 1 de
35 mm).
- 1 set de tubos de aluminio de 50 cm de largo y diversos diámetros (1 de 22 mm, 1 de 30 mm y 1
de 35 mm).
- 1 tubo de cartón de 50 cm, o un pliego de cartulina enrollada a un diámetro aprox. de 30 mm.
- 1 imán de neodimio de un diámetro inferior a 20 mm.
- 1 imán cerámico de tamaño cualquiera.
- 1 bandeja de aluminio desechable (o plumavit) que sea fácilmente abollable.
- 1 regla de 30 cm de longitud.
- 1 cronómetro.
- papel y lápiz.
Reúna en grupos de nueve integrantes a sus estudiantes. Sin entregarles los materiales, realice:
a) Inicio: Puede detectar ideas previas del tema a través de algunas preguntas abiertas o
dirigidas, por ejemplo:
- ¿Qué es el magnetismo?:
R: Es una fuerza que puede actuar a distancia, y también por contacto.
-
¿Qué objetos podemos evidenciar que ejercen fuerza magnética?
R: Los imanes, las brújulas, algunos collares de magnetita (un tipo de mineral de
hierro), motores eléctricos de juguetes y de electrodomésticos, parlantes, etc.
Nota: si los niños no lo saben, entréguele algunos imanes cerámicos y déjelos explorar
por un tiempo la sala de clase. Luego de ello, debieran formular un listado de los
objetos que “se pegan” a los imanes (ejercen fuerza magnética) y los que no se pegan.
-
¿Qué características tiene la fuerza magnética?,
R: Puede actuar a distancia, puede actuar atrayendo o rechazando objetos, tiene
polaridad (polos Norte y Sur).
-
¿Cuáles metales “se pegan” a un imán?
R: El hierro (fierro), la hojalata (la encontramos en las conservas), el acero, el níquel y
el cobalto.
b) Desarrollo:
1) Una vez respondidas dichas preguntas, indíqueles que trabajarán con tubos de diferentes
materiales (se recomienda mostrárselos), y que tendrán que usar un imán muy potente
CON MUCHA PRECAUCIÓN de no juntarlo con otros imanes (si existen otros imanes en
la mesa retírelos previamente).
Luego de esto, plantee la pregunta de investigación
¿QUÉ MATERIAL SE MAGNETIZA MÁS POR EFECTO DE UN IMÁN?
2) Pídale a sus estudiantes que planteen su hipótesis, donde también deben dar un indicio de
qué parámetros usarán para evidenciar qué material se magnetiza más (ej. ¿medirán la
fuerza?, ¿cómo?, ¿medirán un efecto del imán?, ¿cómo?).
Anímelos a que discutan sus hipótesis individuales con sus compañeros, hasta que puedan
consensuar una hipótesis grupal.
Hipótesis: Los estudiantes deben responder la pregunta con explicaciones simples y breves.
Estimúlelos a que sus respuestas se puedan someter a prueba experimental.
Si no responden, puede indicarles que hagan la siguiente exploración:
- Tomen el imán de neodimio, y déjenlo caer por el interior del tubo de aluminio de mayor
diámetro. Sin que prueben con el resto de los tubos, vuelva a plantearles la pregunta de
investigación.
2) Entréguele los materiales a sus estudiantes, y pídales que efectúen las siguientes
instrucciones:
I.
Pídales que midan el diámetro de cada tubo usando su regla.
II.
Luego, que uno de ellos confeccione en su cuaderno una tabla donde puedan registrar los
siguientes datos:
MATERIAL
TUBO
DIAMETRO
TUBO
(mm)
TIEMPO DE
CAIDA
(s)
PVC
Aluminio
Cobre
III.
Una vez confeccionada la tabla, pídale a uno de los
integrantes que mida el tiempo de la caída, usando el
cronómetro. Otro de los integrantes deberá mantener el
montaje de la figura:
El tubo debiera mantenerse separado del plato por una
distancia de 10 cm aprox.
IV.
Cuando todo esté todo listo, los estudiantes deben comenzar a
soltar el imán por el interior de los diferentes tubos, y medir los
tiempos de caída. Registrar los tiempos medidos en la tabla de
datos.
V.
Finalizada las mediciones, pídales que interpreten los datos, y
que elaboren una respuesta a las preguntas anteriormente
hechas.
ANÁLISIS DE RESULTADOS
Revisar si la hipótesis coincide con lo observado en el experimento
Ahora vuelva a hacerles las preguntas a sus estudiantes: ¿se puede frenar la caída del
imán dentro de los tubos sin tocarlo?, ¿cómo evidenciar que se frena? .Escuche las
respuestas de los estudiantes, y pídales que compartan sus hipótesis. Pregúnteles si
coincide o no con lo observado en el experimento. Estimúlelos a que expliquen que les
llevó a pensar su hipótesis y que fue lo nuevo que aprendieron.
EXPLICACION DE LO OCURRIDO EN EL EXPERIMENTO:
Ahora vuelva a hacerles la pregunta de investigación a sus estudiantes. Escuche las respuestas de
los estudiantes, y pídales que compartan sus hipótesis. Pregúnteles si coincide o no con lo
observado en el experimento. Estimúlelos a que expliquen que les llevó a pensar su hipótesis y
que fue lo nuevo que aprendieron.
¿Qué ocurrió?:
Como habrán comprobado los estudiantes, a través de la medición del tiempo de caída de un imán
por dentro de un tubo, se puede evidenciar cuantitativamente qué material se magnetiza más por
efecto de un imán. Entre los datos registrados es de esperar que noten diferencias entre los
metales que forman los tubos (el cobre frena más la caída que el aluminio), y el diámetro de los
tubos (a menor diámetro, más se frena la caída).
¿Por qué ocurrió?:
Cuando se pone un imán en movimiento, este es capaz de inducir (provocar) que las partículas
que forman un metal se comporten como imanes, fenómeno que se conoce como inducción
electromagnética. Si detenemos el imán, este fenómeno desaparece.
Al caer el imán por el interior del tubo, induce a las paredes metálicas que se encuentran en las
cercanías se comporten como imanes, los cuales repelen en sentido opuesto el avance de este.
Como la fuerza magnética disminuye si nos vamos ubicando más lejos de un imán, mientras
menor sea el diámetro del tubo, más intensa será la fuerza magnética que frene la caída del imán.
Los materiales que son mejores conductores de electricidad presentan una mayor inducción que
aquellos que son menos eficientes. Por este motivo, el cobre logra ser magnetizado con más
fuerza que el aluminio.
c) Cierre:
Explique a sus estudiantes las aplicaciones que pueden tener la experiencia trabajada.
Aplicaciones:
En el fenómeno de inducción magnética, de la mano de provocar un comportamiento magnético en
los metales produce un fenómeno crucial: se genera una corriente eléctrica en estos. Si se pone
en movimiento uno o varios imanes, dentro de una espira de alambre de cobre (llamada bobina),
se puede inducir una corriente eléctrica en dicho alambre, transformando energía cinética en
energía eléctrica. Esta es la base del funcionamiento de los dínamos. Existen dínamos en el
interior de los automóviles (alternador), los cuales cargan las baterías aprovechando el movimiento
del vehículo, también en las centrales hidroeléctricas, eólicas, termoeléctricas y nucleares, que
transforman la energía del movimiento del agua o aire en energía eléctrica.
Más impresionante aún es que si conectamos corriente eléctrica a la bobina de un dínamo,
¡¡podemos mover los imanes en su interior!!. Esta es la base del funcionamiento del motor
eléctrico, el cual se encuentra en casi todos los electrodomésticos que mueven sus piezas (ej.
jugueras, batidoras, lavadoras, microondas, etc.), en los trenes del Metro, en los juguetes que se
mueven, y un largo etc.
COSTOS APROXIMADOS DEL EXPERIMENTO (por grupo de 9 alumnos):
- Tubería de cobre 1 m, en diferentes diámetros
- Tubería de aluminio 1 m, en diferentes diámetros
- Tubería de PVC 1 m, en diferentes diámetros
- Imán de neodimio, 20 mm diámetro (unidad)
- Imán cerámico (unidad)
- Bandeja de aluminio desechable (unidad)
- Cronómetro (puede usarse el que viene incorporado en los celulares)
$7400
$2100
$480
$5500
$430
$50
$0
Total
$15.960
SEGURIDAD
Tenga precaución cuando sus estudiantes:
-
-
No acerquen entre sí los imanes de neodimio, ya que se atraen con mucha intensidad, lo
que podría golpearlos violentamente y quebrarlos. También pueden lesionarse las manos al
apretarse violentamente con los imanes (producen pinzamiento).
Mantengan en una ubicación firme los tubos, para que no rueden por la mesa y caigan en
los pies de alguno de los integrantes. Esto puede lograrse poniendo los tubos entre dos
cuadernos, o dos estuches.
ESTÁNDARES CURRICULARES
Esta experiencia puede ser utilizada como un complemento para la clase de Ciencias Naturales en
el curso 3° básico, de acuerdo con los contenidos mínimos obligatorios dictados por el MINEDUC
en las Bases Curriculares de Ciencias Naturales para Educación Básica del año 2012.
Secciones del currículum en las cuales puede insertar este experimento:
3º Básico
4º Básico
5º Básico
6ºBásico
Eje de Ciencias Físicas y
Químicas:
- Demostrar, por medio de la
investigación
experimental, los efectos de
la aplicación de
fuerzas sobre objetos,
considerando cambios en la
forma, la rapidez y la
dirección del movimiento,
entre otros.
Identificar, por medio de la
investigación
experimental,
diferentes tipos de fuerzas y
sus efectos en
situaciones concretas:
• fuerza de roce (arrastrando
objetos)
• peso (fuerza de gravedad)
• fuerza magnética (en
imanes)
REFERENCIAS
-
MINEDUC. Bases Curriculares para Ciencias Naturales, Educación Básica. Diciembre de
2012.
Física Conceptual. Hewitt, Paul. 10° edición. Pearson Educación. 2007.
Escrito por: María Cuéllar | [email protected] | Febrero 2012
Editado por: Fabián Bravo | [email protected] | Mayo de 2013