Enseñanza de la ley de inducción de Faraday con experimentos sencillos, materiales de bajo costo y de fácil consecución

Enseñanza de la ley de inducción de
Faraday con experimentos sencillos,
materiales de bajo costo y de fácil
consecución
Claudia Liliana Pérez Campo
Universidad Nacional de Colombia
Facultad de Ciencias
Valledupar – Cesar
2017
III
Enseñanza de la ley de inducción de
Faraday con experimentos sencillos,
materiales de bajo costo y de fácil
consecución
Claudia Liliana Pérez Campo
Trabajo Final de Maestría para optar al título de:
Magister en Enseñanza de las Ciencias Exactas y Naturales
Director
Dr. rer. nat. John William Sandino del Busto
Línea de Investigación:
Enseñanza-Aprendizaje, Evaluación y Didáctica de las Ciencias Naturales
Universidad Nacional de Colombia
Facultad de Ciencias
Valledupar – Cesar
2017
Dedicatoria
A mis hijos Andrés, Santiago y José Alejandro que
son la razón de mi vivir. A mi madre Marlene mujer
luchadora y mi gran apoyo. A mi compañero Darío
por animarme en los momentos difíciles.
Cinco seres que amo con todo mi corazón.
.
Claudia Liliana Pérez Campo
Agradecimientos
A Dios por darme la vida y el conocimiento necesario para realizar esta maestría
A mi director de trabajo final de maestría, John William Sandino del Busto, por su
dedicación en las asesorías, correcciones y sugerencias. Su constancia en sus clases
refleja el amor por su labor docente.
A mis profesores de la maestría, quienes mostraron siempre el amor por el arte de la
educación y disciplina constante en sus conocimientos.
A Roosevelt Carrillo y Juan Pacheco, docentes de Física, por sus asesorías y ser
incondicionales durante el proceso académico.
A Freddys Miguel Socarras Reales (Alcalde 2012 – 2016) por gestionar y ejecutar el
proyecto para la realización de la maestría.
A Waldemiro Andrés Martínez Pérez, mi hijo quien fue constante en colaborarme para la
elaboración de este trabajo.
A Víctor Calderón, quien me colaboró en muchas ocasiones en la traducción de textos en
inglés.
A mis compañeros de maestría, en especial Jean Carlos Baena, por su colaboración y
trabajo en equipo en las diferentes asignaturas.
Resumen y Abstract
VII
Resumen
En este trabajo final se presenta el diseño y la aplicación de una propuesta didáctica
dirigida a la enseñanza de los conceptos relacionados con la ley de Inducción de
Faraday en estudiantes del grado undécimo de la Institución educativa Alfonso Araujo
Cotes de la ciudad de Valledupar. La propuesta consta de un conjunto de actividades
experimentales, mediante las cuales se desarrollaron los conceptos de electricidad,
magnetismo,
campo,
flujo,
circulación
de
corriente
eléctrica
e
inducción
electromagnética, que se realizaron en clases como material de apoyo. Cada experiencia
se abordó utilizando la metodología del aprendizaje activo, fundamentado en el uso de
los montajes experimentales.
La eficacia de la secuencia de enseñanza se verificó a través de la ganancia de Hake,
comparando los resultados de la Evaluación Post Actividades con los resultados de la
prueba de diagnóstica, con un resultado de ganancia Alta dentro de la escala.
Palabras clave: Electricidad, Magnetismo, Campo eléctrico, Campo Magnético, Flujo,
circulación, diferencial de potencial, enseñanza, aprendizaje activo.
VIII
Abstract
This document introduces, the design and application of a didactic proposal focused on
the teaching of the concepts related to Faraday’s Law of Induction in eleventh graders of
the Alfonso Araujo Cotes Educational Institution of the city of Valledupar. The proposal
consists of a set of experimental activities, through which the concepts of electricity,
magnetism, field, field flux, electric current circulation and electromagnetic induction were
developed, which were carried out in classes as support material. Each experience was
addressed taking into account the methodology of active learning, based on the use of
the experimental assemblies.
The effectivity of the teaching process was verified through the Hake gain, by comparing
the Post Activities test results with the results of the diagnostic test, with an outstanding
outcome.
Keywords: Electricity, Magnetism, Electric Field, Magnetic Field, Flow, Circulation,
Potential Differential, Teaching, Active Learning.
Contenido
IX
Contenido
Pág.
Dedicatoria....................................................................................................................... V
Agradecimientos ............................................................................................................ VI
Resumen ........................................................................................................................ VII
Abstract......................................................................................................................... VIII
Introducción .................................................................................................................. 15
1.
Marco Teórico ......................................................................................................... 18
1.1. Aspectos histórico – epistemológicos. ........................................................ 18
1.1.1. Aspectos históricos del Electromagnetismo ............................................. 18
1.2. Aspecto Disciplinar ........................................................................................ 21
1.2.1. Carga Eléctrica .............................................................................................. 21
1.2.2. Fuerza Electromagnética ............................................................................... 22
1.2.3. Campo Eléctrico ............................................................................................ 23
1.2.4. Campo Magnético.......................................................................................... 24
1.2.5. Flujo de campo vectorial ................................................................................ 26
1.2.6. Flujo Magnético ............................................................................................. 27
1.2.7. Corriente Eléctrica ......................................................................................... 28
1.2.8. Voltaje ........................................................................................................... 28
1.2.1. Inducción Electromagnética. Ley de Faraday ................................................ 30
1.3. Aspectos Didácticos ...................................................................................... 33
1.3.1. Aspectos epistemológicos en el aprendizaje de La ley de Inducción de
Faraday .................................................................................................................... 34
1.3.2. Estrategias didácticas en la enseñanza de la ley de inducción de Faraday. .. 36
1.3.3. Experiencias de aula en la enseñanza de la Ley de Inducción de Faraday.... 36
2.
Marco Metodológico............................................................................................... 38
2.2.
2.3.
3.
Estructura de la Secuencia didáctica ........................................................... 39
Metodología de Implementación de las prácticas experimentales ............. 40
Implementación y análisis de Resultados ............................................................ 41
X
Enseñanza de la ley de inducción de Faraday con experimentos sencillos,
materiales de bajo costo y de fácil consecución
3.1. Caracterización de la Población.................................................................... 41
3.2. Evaluación Diagnóstica ................................................................................. 41
3.3. Las Practicas Experimentales ....................................................................... 43
3.3.1. Practica experimental 1 - Magnetismo ....................................................... 44
3.3.1.1.
Conceptos previos de los estudiantes................................................ 44
3.3.1.2.
Practica experimental propuesta ......................................................... 44
3.3.1.3.
Análisis de la práctica Experimental 1 ................................................ 45
3.3.2. Practica experimental 2 - Fuerzas entre imanes. ....................................... 46
3.3.2.1.
Conceptos previos de los estudiantes................................................ 46
3.3.2.2.
Practica experimental propuesta ......................................................... 47
3.3.2.3.
Análisis de la Práctica Experimental 2 ................................................ 48
3.3.3. Práctica experimental 3 - Polos de un imán............................................... 49
3.3.3.1.
Conceptos previos de los estudiantes................................................ 49
3.3.3.2.
Practica experimental propuesta ......................................................... 49
3.3.3.3.
Análisis de la Práctica Experimental 3 ................................................ 51
3.3.4. Práctica experimental 4 - Electroimán........................................................ 51
3.3.4.1.
Conceptos previos de los estudiantes................................................ 52
3.3.4.2.
Práctica experimental propuesta ......................................................... 52
3.3.4.3.
Análisis de la Práctica Experimental 4 ................................................ 53
3.3.5. Practica experimental 5 - Circuito eléctrico ............................................... 54
3.3.5.1.
Conceptos previos de los estudiantes................................................ 54
3.3.5.2.
Práctica experimental propuesta ......................................................... 54
3.3.5.3.
Análisis de la Práctica Experimental 5 ................................................ 56
3.3.6. Práctica experimental 6 - Inducción electromagnética ............................. 56
3.3.6.1.
Conceptos previos de los estudiantes................................................ 57
3.3.6.2.
Practica experimental propuesta ......................................................... 57
3.3.6.3.
Análisis de la Práctica Experimental 6 ................................................ 58
3.4. Evaluación Post - Actividades....................................................................... 59
3.4.1. Ganancia de Hake ........................................................................................ 62
4.
Conclusiones y Recomendaciones....................................................................... 65
4.1.
4.2.
Conclusiones.................................................................................................... 65
Recomendaciones............................................................................................ 66
Anexos ........................................................................................................................... 69
A.
Anexo A: Evaluación Diagnóstica ......................................................................... 69
B. Anexo B: Guía Práctica experimental 1- Magnetismo ......................................... 75
C. Anexo C: Guía Práctica experimental 2 - Fuerzas entre imanes. ....................... 78
D. Anexo D: Guía Práctica Experimental 3 - Polos de un imán ............................... 82
E.
Anexo E: Guía Práctica Experimental 4 - Electroimán......................................... 86
F.
Anexo F: Guía práctica Experimental 5 - Circuito eléctrico ................................ 89
Contenido
XI
G. Anexo G: Guía Práctica Experimental 6 - Inducción electromagnética .............. 92
5.
Bibliografía ............................................................................................................. 97
Contenido
XII
Lista de figuras
Pág.
Ilustración 1. Balanza de torsión de Coulomb. ................................................................ 23
Ilustración 2. Líneas de campo eléctrico para tres diferentes distribuciones de carga.
a. Una sola carga Positiva
b. Dos cargas iguales y opuestas c. Dos cargas
positivas iguales ............................................................................................................. 24
Ilustración 3. Campo magnético alrededor de un conductor a través del cual la corriente
está fluyendo. I es la dirección del flujo de corriente. B es la dirección del campo
magnético....................................................................................................................... 25
Ilustración 4. Líneas de Inducción Magnética ................................................................. 25
Ilustración 5. Flujo Magnético ......................................................................................... 27
Ilustración 6. a. Definición de corriente eléctrica. b. Corriente en un alambre. ................ 28
Ilustración 7. Corte transversal de un cable de cobre. .................................................... 29
Ilustración 8. Voltaje ....................................................................................................... 29
Ilustración 9. Ley de Kirchhoff de Voltajes. ..................................................................... 30
Ilustración 10. Voltaje de la bobina. ................................................................................ 31
Ilustración 11. Aplicación de la Evaluación Diagnóstica.................................................. 43
Ilustración 12. Evidencias del Experimento 1 - Magnetismo ........................................... 46
Ilustración 13. Evidencias de la Práctica Experimental 2 ................................................ 48
Ilustración 14. Evidencias de la Práctica Experimental 3 ................................................ 51
Ilustración 15.Evidencias de la Práctica Experimental 4 ................................................. 53
Ilustración 16. Evidencias de la práctica Experimental 5 ................................................ 56
Ilustración 17. Elementos para desarrollar la práctica Inducción electromagnética......... 56
Ilustración 18. Evidencias Práctica Experimental 6 ......................................................... 59
Ilustración 19. Aplicación de la Evaluación Final ............................................................ 61
Contenido
XIII
Lista de tablas
Pág.
Tabla 1. Tareas Propuestas para cumplir objetivos ........................................................ 38
Tabla 2. Actividades de la Secuencia didáctica .............................................................. 39
Tabla 3. Estructura de las Actividades ............................................................................ 40
Tabla 4. Resultados Evaluación Diagnóstica .................................................................. 61
Tabla 5. Resultados Evaluación Post - Actividades ........................................................ 61
Tabla 6. Ganancia de Hake ............................................................................................ 63
Lista de gráficos
Gráfico 1. Resultados de la aplicación de la prueba Diagnóstica .................................... 42
Gráfico 2. Resultados Evaluación Post – Actividades ..................................................... 59
Gráfico 3. Comparativo de la Prueba Diagnóstica y la Evaluación Post – Actividades ... 60
Introducción
Muchos de los investigadores en didáctica de las ciencias concuerdan en las dificultades
del aprendizaje de algunos temas concretos de la física en los niveles de básica
secundaria y media, en el caso de electromagnetismo, la mayoría coinciden en afirmar
que los estudiantes de bachillerato no cuentan con las competencias que les permita
explicar de una manera adecuada situaciones relacionadas a fenómenos eléctricos y
magnéticos [1].
Un estudio realizado por Guisasola, Almundí y Ceberio [2] evidenció que “los estudiantes
no identifican correctamente las fuentes del campo magnético”, “ni la interacción eléctrica
y magnética”, “no tienen claro las fuentes del campo”, “confunden la fuerza con el campo”
y “utilizan la inducción magnética para explicar todas los fenómenos eléctricos y
magnéticos”.
Mientras que Furio y Guisasola [3] evidenciaron mediante un estudio titulado
“Deficiencias epistemológicas en la enseñanza habitual de los conceptos de campo y
potencial eléctrico” que los estudiantes de primer año de universidad no asumen la idea
de campo eléctrico desde el concepto de interacción, y que en la básica secundaria y
media no profundizan los temas relacionados con electromagnetismo específicamente lo
que refiere a la ley de Faraday. Estos aportes de la investigación, y otras más, parecen
indicar que existe un problema de enseñanza de la inducción electromagnética y, en
particular, de la ley de Faraday.
Por otro lado, pese a que la Institución Educativa Alfonso Araujo Cotes de Valledupar ha
apostado con la implementación de la jornada única escolar a fortalecer la enseñanza de
las ciencias y las matemáticas, estas asignaturas aún se encuentran en nivel de
desempeño bajo en las pruebas saber 2016. Esto se presenta por muchas razones. Una
de ellas puede ser que los estudiantes manifiestan sentir cierta apatía a las clases
16
Enseñanza de la ley de inducción de Faraday con experimentos sencillos,
materiales de bajo costo y de fácil consecución
magistrales, donde se realizan exposiciones teóricas por parte de los docentes,
deducción de ecuaciones, resolución de ejercicios y evaluaciones escritas sin el uso de
experimentación.
Esto ha evidenciado que las prácticas de enseñanzas aplicadas hasta ahora no han
logrado procesos de aprendizajes efectivos, debido a que no se presenta una conexión
entre los conocimientos que se imparten a los estudiantes con su realidad cotidiana.
Es por eso que surge el interrogante: ¿Qué estrategia didáctica se puede utilizar con los
estudiantes de grado undécimo de la Institución educativa Alfonso Araujo Cotes para
enseñar la ley de inducción de Faraday?
Para tratar de dar respuesta al interrogante anterior, se diseñó y aplicó una secuencia
didáctica que comprende una serie de actividades experimentales que llevaron a los
estudiantes a la comprensión del concepto de campo magnético y de esa manera
entender el concepto de la ley de inducción de Faraday, las actividades permiten a los
estudiantes identificar ideas y fenómenos de electricidad y magnetismo, explicar la
generación de campos magnéticos y conceptualizar teorías científicas sobre el
comportamiento eléctrico y magnético de la materia. Para ello se han tomado en cuenta
investigaciones realizadas por Guisasola, Almundí y Zuza [4] quienes sugieren que para
disminuir la brecha entre la enseñanza de la ley de Faraday y la comprensión de la
misma se deben diseñar materiales didácticos e implementar la experimentación con los
mismos estudiantes, para que se les facilite su comprensión. Por otro lado, también se
tiene en cuenta las teoría de Campanario y Moya [5], quiene establecen que en la
enseñanza de las ciencias se deben aplicar estrategias propias del contexto del
estudiante, con el fin de que ellos se sientan familiarizados con los materiales.
La secuencia fue aplicada a 41 estudiantes del grado undécimo de la Institución
educativa Alfonso Araujo Cotes de la ciudad de Valledupar, que se encuentra ubicada al
suroccidente de la ciudad, donde la población estudiantil es de un nivel socioeconómico
bajo.
Para lograr el desarrollo del trabajo se planteó el siguiente objetivo general:
Desarrollar una estrategia didáctica que usando materiales de bajo costo y fácil
consecución permita enseñar la ley de inducción de Faraday a estudiantes de secundaria
del colegio Alfonso Araujo Cotes de la ciudad de Valledupar.
Introducción
17
Con el fin lograr este objetivo se estableció el siguiente proceso:
1. Se Identificaron los conceptos previos en los estudiantes de grado undécimo
acerca de los principios fundamentales de la electricidad y el magnetismo
mediante una prueba diagnóstica.
2. Se determinaron los aspectos teóricos relacionados con la ley de Faraday
pertinentes en el trabajo con estudiantes de grado undécimo.
3. Se diseñaros las prácticas experimentales encaminadas a la enseñanza de la ley
de inducción de Faraday utilizando la Metodología de Aprendizaje Activo.
4. Se Implementaron las prácticas experimentales diseñadas, con los estudiantes
del grado undécimo del colegio Alfonso Araujo Cotes.
5. Se validó la estrategia didáctica utilizada mediante ganancia de Hake.
Este trabajo final está estructurado en cinco (5) capítulos, organizados de la siguiente
manera.
En el capítulo I se establece el Marco teórico desde una perspectiva histórica y
epistemológica, disciplinar y didáctica sobre magnetismo.
En el capítulo II se encuentra el Marco metodológico de la propuesta y las actividades
planteadas para lograr los objetivos propuestos. El capítulo III trata sobre la aplicación de
la estrategia didáctica para la enseñanza de la ley de inducción de Faraday. En el
capítulo IV se establece el análisis de los resultados de la secuencia didáctica, mediante
la ganancia de Hake obtenida al comparar los resultados de la prueba diagnóstica y la
evaluación final.
El capítulo V contiene las conclusiones y recomendaciones que surgieron luego del
análisis desarrollado en el capítulo anterior. Finalmente, se presentan algunos anexos
importantes.
1. Marco Teórico
1.1. Aspectos histórico – epistemológicos.
En esta sección se relacionan aspectos históricos del electromagnetismo desde sus
orígenes en la antigua Grecia, señalando los principales aportes de Faraday, hasta llegar
a la unificación de los fenómenos físicos y magnéticos que se dio gracias a los aportes
de Maxwell, para lo cual se consultaron diferentes fuentes bibliográficas entre las que se
destacan los siguientes libros, La Historia de General de las Ciencias de René Taton [6],
Magnetismo de McKeehan [7], y Ciencia y Sociedad en el Siglo XIX de José María
Bocanegra [8] entre otros artículos y publicaciones.
1.1.1. Aspectos históricos del Electromagnetismo
Alrededor del año 800 a. C. Tales de Mileto, matemático, astrónomo y filósofo griego,
observó que al frotar el ámbar con seda se producían chispas, y que ésta poseía la
“capacidad de atraer pequeños cuerpos tras ser frotado”, Además de eso, se conocían
ciertas rocas ígneas que tenían propiedades magnéticas llamadas magnhz (magnes),
que podían atraer pequeños trozos de hierro. Se cuenta como una leyenda que el
nombre se atribuye al pastor Magnes, quien observó cómo sus zapatos, provistos de
tachuelas de hierro, se quedaban pegados al caminar por encima de dichas rocas. [9]
Con el tiempo se estableció que esas rocas correspondían a lo que hoy se conoce como
magnetita, compuesta por óxido ferroso-férrico (𝐹𝑒3 𝑂4 ), que, era relativamente fácil de
hallar en las proximidades de Magnesia, una ciudad griega situada en el norte del Mar
Egeo. [9]
Pese a que muchos historiadores coinciden en afirmar que la brújula ya era usada en
China mucho antes de que los griegos usaran la magnetita, no fue sino hasta el año 1100
19
Enseñanza de la ley de inducción de Faraday con experimentos sencillos,
materiales de bajo costo y de fácil consecución
d.C. que se registra su uso en Europa, coincidiendo con el interés despertado por la
navegación. [7].
El 8 de agosto 1269 es la fecha que tiene el primer documento sobre los imanes, una
carta escrita por un ingeniero llamado Pedro de Maricourt a un amigo en París, quien
describe el comportamiento de esferas de Magnetitas que simulaban la Tierra, llamadas
terrellas, las cuales presentaban dos polos hacia donde se orientaban pequeñas agujas
magnéticas. [9]
En 1576 Robert Norman, fabricante de brújulas inglés, midió por primera vez el ángulo de
inclinación de una aguja magnética, instalando su eje de forma horizontal y no vertical,
como era lo habitual. [7]. Lo que hizo Norman sirvió de referente para los trabajos de
William Gilbert, quien en el año 1600 publicó en latín el primer libro sobre imanes: De
Magnete, en el cual insiste en que el extremo norte de una brújula es similar al polo sur
magnético de la Tierra, que la consideraba un gran imán permanente. También prueba
que un hierro pierde su propiedad magnética si se le calienta adecuadamente, y la
recupera si se enfría y se lo golpea simultáneamente. [9]
A inicios del siglo XVIII, aparece Dufay, un francés que estableció la existencia de dos
clases de electricidad, designadas más adelante como positiva (la del vidrio) y negativa
(la del ámbar) por Benjamin Franklin. Mientras tanto, en Inglaterra, Gray descubrió que la
electricidad podía pasar de unos cuerpos a otros a través de hilos metálicos, y en
Holanda Von Kleist y Musschenbroeck descubrieron que podía llegar a acumularse en
una botella especial, o botella de Leiden. Al mismo tiempo, se inventaron las primeras
máquinas de electrización por rozamiento, que tuvieron aplicaciones médicas y, sobre
todo, lúdicas al ponerse de moda como juego de sociedad en los aristocráticos salones
de la época. ( [10], citado por [9]).
John Michell en 1750 estableció (mediante un experimento en el que usó una balanza de
torsión) que los polos magnéticos ejercen una fuerza entre ellos, y esta varía
inversamente proporcional al cuadrado de sus distancias. Simultáneamente en 1785
Charles Coulomb, usando también una balanza (pero de su propio diseño), corroboró lo
propuesto por Michell: que la acción a distancia entre dos cargas depende del inverso del
cuadrado de las distancias, y ésta no es otra que su ley fundamental.
Alessandro Volta, en 1800 construyó el primer generador eléctrico llamado Pila de Volta,
Johann Wilhelm Ritter, tres años después, probó que la pila de Volta presentaba un
inconveniente al polarizarse hasta convertirse en pilas secundarias de corrientes
Marco Teórico
20
inversas. Esto permitió que varios científicos, construyeron pilas imporalizables. Tras la
publicación en 1823 del Efecto Seebeck, Ohm descubrió que la intensidad en un circuito
es el cociente entre la tensión (suministrada por el generador) y las resistencias del
circuito (𝐼 = 𝐸/(𝑟 + 𝑅) [6]. Estos hechos son considerados el nacimiento de la
electricidad [8]
El 21 de Julio de 1820, es considerado el nacimiento del electromagnetismo moderno,
gracias a que se publica la experiencia de Oersted, que se refiere a que cuando una
aguja magnética se aproxima a un conductor eléctrico, esta sufre una desviación. [6]
Francesc Arago, quién fuera el inventor del electroimán, el 11 de septiembre de 1820
expone los resultados del experimento de Oersted, André Marie Ampere, quién introdujo
el término electrodinámica, había escuchado con atención esta exposición y aprovechó
para presentar los resultados de sus propias experiencias, donde demostraba que las
corrientes eléctricas se atraen o se repelen dependiendo de ciertas leyes. Biot y Savart
(1820), fueron quienes lograron comprobar de manera experimental que la fuerza
depende de 1/𝑟 2 y de la intensidad de la corriente, pero fue Laplace quién logró deducir
matemáticamente lo anterior [6]
En 1821, Michael Faraday (1791- 1867) construye el primer motor eléctrico, en 1831
descubre las corrientes inducidas y ese mismo año descubre que cuando un imán se
acerca o se aleja de una bobina, también se genera una corriente inducida.
Es de gran relevancia anotar que Faraday era un simple encuadernador, pero con su
ánimo de aprender leía todos los libros que le tocaba encuadernar. Fue así como
aprendió de ciencia y pudo pasar a ser el ayudante de Davy, un científico profesional.
Poco a poco, fue ganándose el respeto de los demás científicos de la Royal Institution,
Faraday llegó a tener un laboratorio muy bien equipado para la época, y de sus
experimentos se considera que llegó a realizar más de cuatrocientas publicaciones.
Maxwell consideraba las interacciones entre cargas desde el punto de vista de acción a
distancia, en explicaciones que necesariamente utilizan cargas de prueba. [6]
James Clerk Maxwell (1831 –1879) compiló la obra de Faraday, y en 1873 publica su
obra cumbre, A Treatise on Electricity and Magnetism, que fue inspirada en los trabajos
sobre la propagación del calor de Fourier, en los de óptica ondulatoria de Fresnel y en las
ideas de campo y líneas de campo de Faraday (introducidos por él en 1845). Sus
conocidas cuatro leyes de Maxwell en derivadas parciales, que sintetizan los
conocimientos de electricidad y magnetismo, y lleva a cabo la segunda gran unificación
de estos fenómenos físicos de la historia de la ciencia: los fenómenos eléctricos y
21
Enseñanza de la ley de inducción de Faraday con experimentos sencillos,
materiales de bajo costo y de fácil consecución
magnéticos tienen el mismo origen y la luz no es más que la propagación de una
perturbación electromagnética en el vacío; en resumidas cuentas, las cargas eléctricas
generan los fenómenos eléctricos y el movimiento de dichas cargas genera los
fenómenos magnéticos ( [11], citado por [9]).
En 1878 Henrich Hertz verifica las predicciones de Maxwell produciendo ondas
electromagnéticas en el laboratorio. Esto fue seguido por desarrollos prácticos como la
radio la televisión. Las contribuciones de Maxwell a la ciencia del electromagnetismo
fueron significativas debido a que las leyes formuladas por él son básicas para todas las
formas de los fenómenos los electromagnéticos. [9]
La ley de Faraday-Henry es, sin ningún tipo de duda, la más importante de las cuatro
ecuaciones de Maxwell, por lo menos desde el punto de vista aplicado, y ella es la que
controla la mayor parte del mundo económico, tal y como ahora lo conocemos. El
fenómeno de la inducción electromagnética cambió de manera radical nuestro mundo, y
fue una de los principales responsables de la revolución industrial de finales del siglo XIX
y comienzos del XX. Hoy en día se calcula que más de las tres cuartas partes de la
energía consumida es de origen eléctrico y es generada usando los descubrimientos de
Faraday y Henry. [12]
1.2. Aspecto Disciplinar
1.2.1. Carga Eléctrica
La materia se compone de átomos. Por su parte, los átomos se componen de electrones,
protones y neutrones. La carga eléctrica es una propiedad de la materia que permite
describir la fuerza electromagnética. [13]
La carga eléctrica está regida por leyes, los cuales son las siguientes:

principio de conservación de la carga: La suma algebraica de todas las cargas
eléctricas en cualquier sistema cerrado es constante.

Cargas de signos opuestos se atraen, y cargas del mismo signo se repelen.

La carga está cuantizada.
Marco Teórico
22
Las corrientes eléctricas son electrones u otras partículas cargadas en movimiento y con
un desplazamiento global o flujo neto. La carga total que atraviesa por unidad de tiempo
cualquier superficie 𝑆 se llama corriente eléctrica.
1.2.2. Fuerza Electromagnética
Las cargas pueden ser estáticas o en movimiento. Cuando las cargas se pueden
considerar estáticas esta fuerza se puede calcular por la ley de Coulomb. Cuando las
cargas están en movimiento la fuerza total es la suma de la fuerza eléctrica y la fuerza
magnética.
Charles Coulomb (1736-1806) midió las magnitudes de las fuerzas eléctricas entre
objetos con carga. Para hacerlo usó la balanza de torsión, que él mismo inventó.
(Ilustración 1). A partir de esos experimentos, se derivan las propiedades de la fuerza
eléctrica entre dos partículas inmóviles con carga. Para ello se usa el término carga
puntual, que hace referencia a una partícula con carga de tamaño cero. El
comportamiento eléctrico de electrones y protones queda muy bien descrito si se
representan como cargas puntuales. A partir de observaciones experimentales es posible
encontrar la magnitud de una fuerza eléctrica (a veces llamada fuerza de Coulomb) entre
dos cargas puntuales, es lo que se conoce como la ley de Coulomb [14],
𝐹⃗𝑒 = 𝑘𝑒
𝑞1 𝑞2
𝑟⃗
𝑟2
(1)
𝑟⃗: es un Vector unitario y 𝑘𝑒 es la Constante de Coulomb, cuyo valor depende de la
elección de las unidades. En el SI, tiene un valor de
(2)
𝑘𝑒 = 8,9876 × 109 𝑁 ∙ 𝑚2 /𝑐 2
La unidad de carga del SI es el coulomb (C).
23
Enseñanza de la ley de inducción de Faraday con experimentos sencillos,
materiales de bajo costo y de fácil consecución
De esa manera, la ley de Coulomb establece: “La magnitud de la fuerza eléctrica entre
dos cargas puntuales es directamente proporcional al producto de las cargas, e
inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa” [13].
Ilustración 1. Balanza de torsión de Coulomb.
Fuente:
Tomado
de
http://balanzadetorsion.blogspot.com.co/2010/04/balanza-de-
torsion.html
1.2.3. Campo Eléctrico
El campo vectorial se conoce como un vector que se asigna a cada punto del espacio, si
a ese punto se le coloca una carga 𝑞 de prueba positiva en dicho punto, éste
experimentará una fuerza eléctrica 𝐹⃗𝑒 , por lo que el campo eléctrico 𝐸⃗⃗ es definido como
la fuerza 𝐹⃗𝑒 por unidad de carga [15].
𝐸⃗⃗ =
𝐹⃗𝑒
.
𝑞0
(3)
Para visualizar los campos eléctricos se dibujan líneas. Una línea de campo eléctrico es
una recta o curva trazada a través de una región del espacio de modo que es tangente
Marco Teórico
24
en cualquier punto a esté en la dirección del vector del campo eléctrico en dicho punto.
[13]
En la ilustración 2 se pueden ver ejemplos de líneas de campo eléctrico para tres
distribuciones de cargas diferentes.
Ilustración 2. Líneas de campo eléctrico para tres diferentes distribuciones de carga.
a. Una sola carga Positiva
b. Dos cargas iguales y opuestas c. Dos cargas positivas iguales
Fuente: [16] Tomado de https://ricuti.com.ar/no_me_salen/ELECTRICIDAD/elec01.html
bajo licencia de uso libre.
La fuerza eléctrica sobre una carga 𝑞 que se encuentra en un punto con campo eléctrico
𝐸⃗⃗ , es:
(4)
⃗⃗⃗⃗
𝐹𝑒 = 𝑞𝐸⃗⃗.
1.2.4. Campo Magnético
Todo espacio cercano a un imán o a un conductor por el cual circula una corriente
eléctrica es el asiento de un campo magnético. El campo magnético en un punto se
⃗⃗ llamado inducción magnética o densidad de flujo magnético, y
representa por un vector 𝐵
por medio de líneas de inducción que deben cumplir con lo siguiente:
a. La tangente a una línea de inducción en un punto cualquiera indica la dirección de
⃗⃗ en ese punto.
𝐵
25
Enseñanza de la ley de inducción de Faraday con experimentos sencillos,
materiales de bajo costo y de fácil consecución
b. Las líneas de inducción se dibujan de tal manera que el número de ellas por
⃗⃗.
unidad de área de sección transversal sea proporcional a la magnitud de𝐵
⃗⃗⃗ es grande y donde
Si las líneas están muy cercanas entre sí, la magnitud de 𝐵
⃗⃗⃗ es pequeña. [17]
están muy separadas, la magnitud de 𝐵
Así, Un campo magnético queda definido por unas líneas de fuerza que se llaman líneas
de inducción magnética. Estas líneas son tangentes en cualquier punto a un vector
⃗⃗ . La inducción en cada
llamado vector inducción magnética o inducción magnética ⃗𝐵
punto es igual al número de líneas de inducción que atraviesa la unidad de superficie en
ese punto.
Este vector inducción magnética es el equivalente al vector intensidad de campo
gravitatorio 𝑔⃗ y al vector intensidad de campo eléctrico 𝐸⃗⃗ en los campos gravitatorio y
electrostático, respectivamente. [14]
Ilustración 3. Campo magnético alrededor de un conductor a través del cual la corriente está
fluyendo. I es la dirección del flujo de corriente. B es la dirección del campo magnético.
Fuente: Esta imagen se distribuye bajo la Licencia de Documentación Libre GNU subido a la web
el 7 de febrero de 2007
Ilustración 4. Líneas de Inducción Magnética
Marco Teórico
26
Fuente: Ramón Flores-Martínez publicado en http://fisicayquimicaenflash.es/ bajo Licencias
Creative Commons no comercial.
1.2.5. Flujo de campo vectorial
Para definir flujo de campo vectorial se tiene en cuenta la definición de Alonso y Finn
[18], que establece lo siguiente. Considere una superficie colocada en una región donde
⃗⃗⃗ y divídala en infinitesimales superficies de áreas
hay un campo vectorial 𝑀
𝑑𝑆1 , 𝑑𝑆2 , 𝑑𝑆3 … Trace los versores 𝑣1 , 𝑣2 , 𝑣3 …
perpendiculares a las superficies en uno
de sus puntos. Si la superficie es cerrada, los versores 𝑣𝑛 , apuntan hacia fuera. Sean
𝜃1 , 𝜃2 , 𝜃3 , …los ángulos entre los vectores normales 𝑣1 , 𝑣2 , 𝑣3 …
y los vectores de campo
𝑀1, 𝑀2, 𝑀3, … en cada punto de la superficie”. Entonces por definición el flujo Φ del vector
a través de la superficie es Φ = 𝑀1 𝑑𝑆1 𝐶𝑜𝑠𝜃1 + 𝑀2 𝑑𝑆2 𝐶𝑜𝑠𝜃2 + 𝑀3 𝑑𝑆3 𝐶𝑜𝑠𝜃3 , o
simplemente:
(5)
Φ = ∫𝑠 𝑀 𝐶𝑜𝑠𝜃𝑑𝑆 = ∫𝑠 𝑀 𝑣𝑛 𝑑𝑆,
donde la integral se extiende a toda la superficie. El factor cos 𝜃 implica que el flujo puede
ser positivo (flujo saliente), negativo (flujo entrante) o nulo.
Para calcular el flujo eléctrico, mediante la ecuación (5) se tiene:
Φ = ∫ 𝐸 𝐶𝑜𝑠𝜃 𝑑𝑆.
(6)
27
Enseñanza de la ley de inducción de Faraday con experimentos sencillos,
materiales de bajo costo y de fácil consecución
1.2.6. Flujo Magnético
El número de líneas de inducción que atraviesa una superficie se define como flujo
magnético a través de esa superficie. Teniendo en cuenta la ecuación (5), el flujo
magnético se define por la siguiente expresión:
⃗⃗⃗⃗⃗ = ∫ 𝐵 ∙ 𝑐𝑜𝑠𝜃 ∙ 𝑑𝑆 ,
⃗⃗⃗⃗ ∙ 𝑑𝑆
Φ = ∫𝐵
(7)
donde ⃗⃗⃗⃗
𝐵 , es la inducción magnética que atraviesa un diferencial de superficie ⃗⃗⃗⃗⃗
𝑑𝑆 . Su
unidad de medida es el Weber (𝑊𝑏 ).
Ilustración 5. Flujo Magnético
Fuente: Tomado bajo licencia de uso libre de:
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/archive/c/cf/20110916140859%21Magnetic_field_and_flux.s
vg
La contribución al flujo magnético para una determinada área es igual al área por la
componente del campo magnético perpendicular al área. Para una superficie cerrada la
suma del flujo magnético es siempre igual a cero (ley de Gauss para el magnetismo). No
Marco Teórico
28
importa cuán pequeño sea el volumen, las fuentes de campos magnéticos son siempre
fuentes dipolares (como imanes de barra miniatura), de modo que hay tantas líneas de
campo magnéticos entrando (al polo sur) como saliendo (del polo norte). [14]
1.2.7. Corriente Eléctrica
Si se tiene un área como la que muestra la ilustración 6, la corriente dentro de ésta se
define como la cantidad de carga que atraviesa el área por unidad de tiempo. Ahora bien,
si se tiene un alambre, al hablar de la corriente del alambre, se refiere aquella que
atraviesa su sección transversal.
Ilustración 6. a. Definición de corriente eléctrica. b. Corriente en un alambre.
a.
b.
Fuente: [19]
1.2.8. Voltaje
Pero la Ley de Faraday no es solo inducción, también se relaciona con la idea de voltaje.
Si se toma un cable conductor, puede ser un alambre de cobre y se piensa en el campo
eléctrico que impulsa a los electrones a moverse dentro del cobre. (Como se observa en
la Ilustración 8). Como los electrones no podrán salir fácilmente del material, el campo
eléctrico que está a lo largo del cable podrá producir una corriente, esta corriente solo la
produce la componente del campo tangente al alambre.
29
Enseñanza de la ley de inducción de Faraday con experimentos sencillos,
materiales de bajo costo y de fácil consecución
Ilustración 7. Corte transversal de un cable de cobre.
Fuente: Diseño propio usando el programa CorelDraw
La suma del campo eléctrico a lo largo de una curva (que puede ser un cable) es el
voltaje,
Ilustración 8. Voltaje
Fuente: [19]
⃗⃗⃗⃗⃗
𝑉 (𝐶) = ∫ 𝐸⃗⃗ . 𝑑𝐿
𝐶
(8)
La integral indica que se divide la curva en pedazos pequeños, cada uno de los cuales es
casi recto y el producto punto establece que sólo se toma la componente del campo
eléctrico paralela a la curva.
Marco Teórico
30
La idea de voltaje está relacionado con una curva. Cuando la curva es cerrada, si las
corrientes y los campos no cambian con el tiempo, sino que se mantienen, la suma de la
componente paralela a lo largo de una curva cerrada es igual a cero. Esto equivale a
decir que la integral de línea del campo eléctrico a lo largo de una curva cerrada es cero.
𝑑𝐿 = 0,
∮ 𝐸⃗⃗ ∙ ⃗⃗⃗⃗⃗
(9)
Como a una curva cerrada se le llama malla, entonces,
∑ 𝑉𝑖 = 0
𝑚𝑎𝑙𝑙𝑎
Esto es la Ley de Kirchhoff de voltajes.
Ilustración 9. Ley de Kirchhoff de Voltajes.
Fuente: [19]
1.2.1. Inducción Electromagnética. Ley de Faraday
(10)
31
Enseñanza de la ley de inducción de Faraday con experimentos sencillos,
materiales de bajo costo y de fácil consecución
Pero en el caso que los campos si cambian en el tiempo, la sumatorias de los voltajes es
diferente de cero.
Como se anotó en el apartado 1.1, Michael Faraday realizó una serie de experimentos
usando un diseño sencillo (Ver Ilustración 10). Entre sus experiencias, Faraday encontró
que si hay un campo magnético atravesando la superficie limitada por una curva cerrada
(malla), la suma de los voltajes ya no es cero, sino que es igual a que tan rápido cambia
la cantidad de campo magnético que atraviesa la superficie.
∑ 𝑉𝑖 = −
𝑚𝑎𝑙𝑙𝑎
𝑑
∫ ⃗⃗⃗⃗
𝐵 ∙ ⃗⃗⃗⃗⃗
𝑑𝑆
𝑑𝑡
(11)
La parte de la derecha de la ecuación (11) se llama “inducción”. Sus unidades son en
voltios pero no es un voltaje. Los voltajes son campos eléctricos a lo largo de curvas, la
inducción es un campo magnético a través de una superficie.
El voltaje y la inducción pese a que tiene las mismas unidades no son lo mismo. Muchos
textos hablan de f.e.m. pero hay que dejar claro que en ocasiones la f.e.m. es un voltaje
(como es el caso de una pila A.A.) y en otras es una inducción (como es el caso de una
bobina), por lo que no se pueden mezclar ya que tienden a confundir.
Se piensa en un voltímetro en paralelo con una bobina (ver ilustración 10). De algún lado
entra una corriente en la bobina y una malla formada por la bobina y el voltímetro.
Ilustración 10. Voltaje de la bobina.
Fuente: [19]
Marco Teórico
32
Se piensa en la curva cerrada que va por dentro de los alambres y atraviesa el
voltímetro, se tiene:
∑𝑉 = −
𝑑
𝑑𝑡
⃗⃗ en la bolsa
Flujo de 𝐵
El campo eléctrico dentro de un alambre de cobre es prácticamente cero, excepto que la
corriente sea muy intensa. Pero dentro del voltímetro hay un transistor MOS-FET que
funciona igual que un condensador. Entre sus placas, el campo eléctrico es diferente de
cero. El voltaje a lo largo de la curva que va de una placa a la otra es lo que marca el
voltímetro (para eso está calibrado)
Ahora bien, la suma de voltajes a lo largo de la malla es = −𝑉, donde el signo negativo
es porque la curva va de – 𝑄 a +𝑄. Por otra parte, la corriente en la espira produce un
campo magnético que se encuentra en las áreas de la espira. La cantidad de campo
magnético que atraviesa esas espiras es proporcional a la corriente 𝐼. La constante de
proporcionalidad se conoce como Inductancia 𝐿.
(12)
Φ𝐵⃗⃗ (𝑎𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑒𝑠𝑝𝑖𝑟𝑎𝑠) = 𝐿𝐼.
Luego, de la Ley de Faraday
∑ 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 = −𝐼𝑛𝑑𝑢𝑐𝑐𝑖ó𝑛
∮ 𝐸⃗⃗ ∙ 𝑑𝑙 = −
𝑐
=−
𝑑
Φ (𝑏𝑜𝑙𝑠𝑎)
𝑑𝑙 𝐵⃗⃗
𝑑
⃗⃗ ∙ 𝑑𝐴⃗
∫ 𝐵
𝑑𝑡
𝑏𝑜𝑙𝑠𝑎
−𝑉 = −
𝑑
(𝐿 𝐼)
𝑑𝑡
𝑉=𝐿
𝑑𝐼
𝑑𝑡
Inducción
(13)
33
Enseñanza de la ley de inducción de Faraday con experimentos sencillos,
materiales de bajo costo y de fácil consecución
Lo anterior es la Ley de Inducción de Faraday. El lado izquierdo es un voltaje, y el
derecho es una inducción.
Finalmente, en una resistencia1, un campo eléctrico uniforme 𝐸⃗⃗ produce una densidad de
corriente uniforme. 𝑗⃗ = 𝜎𝐸⃗⃗ . (Ley de Ohm). 𝜎 Se llama conductividad del material.
Sacando los vectores:
(14)
‖𝑗⃗‖ = 𝜎‖𝐸⃗⃗ ‖.
Se considera ahora la sección transversal del área 𝐴 del cilindro. La corriente de
electrones que la atraviesa es:
𝐼 = ‖𝑗⃗‖ 𝐴.
(15)
Similarmente, se considera una curva 𝐶 que va a lo largo de la resistencia. El voltaje a lo
largo de esa curva es:
𝑉 = ‖𝐸⃗⃗ ‖ℓ
Luego, reemplazando en la ley de Ohm se tiene:
𝐼(𝐴)
𝑉(𝐶)
= 𝜎
𝐴
ℓ
1 ℓ
𝑉 (𝑐) = . 𝐼(𝐴)
𝜎 𝐴
Donde
1
𝜎
.
ℓ
𝐴
corresponde a la Resistencia.
1.3. Aspectos Didácticos
1
Una resistencia es un cilindro de material óhmico.
(16)
Marco Teórico
34
1.3.1. Aspectos epistemológicos en el aprendizaje de
La ley de Inducción de Faraday
Los fenómenos electromagnéticos son vistos dentro de la física como un tema poco
atractivo. La dinámica establecida en las aulas, enmarcadas en clases teóricas y la
solución de problemas, limita al docente a resolver ejercicios teóricos y corregir pruebas,
siendo esto una estrategia nada eficiente para alcanzar los objetivos propuestos de
aprendizaje. Además, los espacios en los cuales se pueden realizar la experimentación
son muy pocos o inexistentes. Así, el proceso enseñanza- aprendizaje de los diversos
contenidos de la materia carecen de herramientas alternativas que permitan estimular la
creación y fortalecimiento del conocimiento de manera significativa. [20]
Diversos estudios acerca del aprendizaje científico han demostrado que las prácticas
experimentales son un proceso dinámico en el que los estudiantes construyen su propio
entendimiento a la luz de sus experiencias [21]. Además, Sánchez [22] expresa que las
prácticas experimentales son una estrategia que motiva a investigar porque promueve a
través de los experimentos el desarrollo de habilidades y actitudes para la investigación.
La enseñanza tradicional de la física ha originado que el estudiante no se sienta
motivado en su proceso de aprendizaje, de acuerdo a lo expresado en párrafos
anteriores. Para intentar dar respuesta a esta situación, en las últimas décadas han
surgido una serie de investigaciones en el campo de la didáctica de la física que
proponen una interactividad mayor del estudiante con su proceso de aprendizaje a través
de la presentación de fenómenos experimentales y el uso de las nuevas tecnologías de
información y comunicación (TIC), especialmente en el campo del electromagnetismo. En
las siguientes líneas se presenta una breve revisión de algunas de estas investigaciones.
Albarracín y Fajardo [23] presenta una propuesta didáctica de enseñanza aprendizaje de
los fenómenos electromagnéticos, basada en la realización de experimentos sencillos
que permiten la comprensión de los fenómenos electromagnéticos y el formalismo de la
ley de inducción de Faraday. Esta propuesta fue una adaptación de la metodología
presentada en algunos trabajos publicados en la revista “The Physics Teacher”, los
autores realizan una propuesta didáctica dirigida a complementar la enseñanza y/o
aprendizaje de los fenómenos electromagnéticos, consta de 10 experimentos entre los
que se pueden anotar el número 6 que consiste en estudiar el comportamiento de la
fuerza magnética y el momento de fuerza generado sobre una espira que conduce
35
Enseñanza de la ley de inducción de Faraday con experimentos sencillos,
materiales de bajo costo y de fácil consecución
corriente, construyendo un motor sencillo, el número 9 que consiste en construir un
generador simple y con el estudiar el principio de inducción de Faraday- Henry, entre
otros.
Entre los resultados pedagógicos obtenidos por Albarracín y Fajardo [23] se resalta:
“Mayor asimilación de los conceptos, tales como: superficie
gaussiana, líneas de campo, flujo eléctrico, flujo magnético, fuerza
eléctrica, fuerza magnética, campo eléctrico, potencial eléctrico,
campo magnético, inducción electromagnética, dirección de a FEM
inducida y corriente de desplazamiento”. [23]
En la revista “Brasileira de Ensino de Física” Villalba y otros en su artículo [12] “estudio
experimental de la inducción electromagnética entre dos bobinas” muestra experiencias
sencillas de laboratorio que ilustran el fenómeno de la inducción electromagnética, como
medir el fenómeno de la inducción cuando el que se modifica es el campo magnético
responsable del flujo magnético, Shitu [24] en su artículo “Experimentos sencillos en
magnetismo con materiales de bajo costo: desarrollo de modelos y terminología a partir
de las observaciones”, propone una construcción modelada de fenómenos magnéticos
básicos, partiendo de experiencias sencillas y teniendo en cuenta las ideas previas de los
estudiantes.
Por último, en el artículo “El aprendizaje de Fenómenos electromagnéticos mediante una
herramienta interactiva”, Briseño y otros [25] proponen una solución a la dificultad que
presentan los estudiantes de nivel diversificado y profesional en la enseñanza y
aprendizaje de los elementos básicos del electromagnetismo. (pág. 502).
Los fenómenos electromagnéticos requieren de habilidad docente para presentar
analogía entre la parte teórica y la experimental, sin embargo, suelen presentarse
insuficiente dominio conceptual del docente, poco estudio para determinar cuáles
analogías son adecuadas y cuáles no, y falta de claridad en el planteamiento de los
objetivos, el cambio constante de docentes donde cada uno de ellos aborda la temática
con un nivel de complejidad diferente. Además, los profesores no utilizan la abundante
información que se encuentra en la internet, es decir el recurso de utilizar las nuevas
tecnologías se está desperdiciando. Todos estos inconvenientes, son los que llevan al
Marco Teórico
36
estudiante a no tener un buen proceso enseñanza aprendizaje en los fenómenos
electromagnéticos.
1.3.2. Estrategias didácticas en la enseñanza de la
ley de inducción de Faraday.
Ante la visible dificultad en el aprendizaje de los fenómenos electromagnéticos, entre
ellos la ley de inducción de Faraday, por parte de los estudiantes de básica secundaria,
los investigadores han planteado estrategias didácticas que apuntan a solventar este
problema. Dichas estrategias reflejan el proceso enseñanza –aprendizaje
como un
proceso de metodología activa donde los estudiantes son actores capaces de construir
sus propios conocimientos.
Según Almudí [26], para el aprendizaje de la ley de inducción es necesario tener en
cuenta el aprendizaje de los conocimientos científicos acompañado del aprendizaje
epistemológico, es decir de formas de producir y aceptar conocimientos que caracterizan
la metodología científica. Almudí [26] propone una estrategia para la enseñanza de los
contenidos que permita sortear las dificultades de aprendizaje en los fenómenos de
inducción electromagnética basada en la exigencia de realizar un estudio histórico
epistemológico para comprender las dificultades que existen en la enseñanza y al mismo
tiempo, clarificar conceptualmente el significado de los contenidos a enseñar.
Meneses
y
Caballero
[27]
plantean
una
secuencia
de
enseñanza
sobre
electromagnetismo basada en tres fases. La primera llamada fase de planificación, es la
encargada de los aprendizajes significativos, requiere que los alumnos tengan interés por
aprender. La segunda fase llamada las situaciones problemas, busca que el alumno
ponga en dudas sus ideas, utilizando contraejemplos y generando conflictos cognitivos,
para que de este modo formulen sus propias hipótesis y den propuestas de solución. En
la fase final llamada fase de construcción, los estudiantes deben comprobar la
coherencia de sus hipótesis.
1.3.3. Experiencias de aula en la enseñanza de la Ley
de Inducción de Faraday
Existen numerosas experiencias en la enseñanza de la ley de inducción de Faraday, pero
no todas trascienden del aula de clases, esta revisión bibliográfica nos pone de
37
Enseñanza de la ley de inducción de Faraday con experimentos sencillos,
materiales de bajo costo y de fácil consecución
manifiesto una muestra de las enseñanzas de la Ley de inducción de Faraday que han
sido documentadas.
En la escuela Universitaria de Ingeniería Industrial. Universidad de Zaragoza, los
profesores Antonio Uson, Jesús Artal, Joaquín Mur y Jesús Letosa participaron en el XI
congreso al premio Innovación Docente y Renovación Pedagógica 2003 con el proyecto
de
aula
titulado
“Incorporación
de
experimentos
en
las
clases
teóricas
de
Electromagnetismo para estudiantes de primer curso de Ingeniería Técnica industrial”.
Los profesores incorporan de forma regular y sistemática experimentos en clases
teóricas, encontrando en los alumnos una reacción muy positiva, puesto que con los
experimentos pueden observar todo aquello que se les exige imaginar. Los profesores, a
través de encuestas, pudieron determinar que en un (90%) de los estudiantes consideran
que las prácticas de laboratorio en clases son útiles para entender las teorías que se
explican. Esta iniciativa ha servido para mejorar el grado de aceptación hacia la
asignatura.
García [28], en su artículo “Ciencia Recreativa: Un Recurso Didáctico para Enseñar
Deleitando”, expresa la dedicación que ha tenido para dar a conocer la ciencia mediante
experiencias que muchos relacionan con artes de magia. García resalta la importancia
de acercar nuestros jóvenes a la ciencia mediante la experimentación, especialmente la
que se hace con materiales de bajo costo y fácil consecución, debido a que hace más
fácil la ejecución de la experiencia. Aunque el autor considera que la ciencia recreativa
como recurso didáctico no garantiza el aprendizaje, genera en los estudiantes un cambio
de actitud y un mayor grado de motivación frente a las temáticas.
2. Marco Metodológico.
En este capítulo se presenta los aspectos metodológicos que se sigue en la realización
del presente trabajo final. Se relacionan las actividades desarrolladas para el
cumplimiento de los objetivos propuestos, tal como se observa en la tabla 1. Luego se
expone lo pertinente a la secuencia didáctica, mostrando cada una de las actividades
planteadas y, finalmente, la metodología de aplicación de las prácticas experimentales.
Tabla 1. Tareas Propuestas para cumplir objetivos
Objetivos
1. Identificar los conceptos previos
en los estudiantes de grado
undécimo
acerca
de
los
principios fundamentales de la
electricidad y el magnetismo.
2. Determinación de los aspectos
teóricos relacionados con la ley
de Faraday pertinentes en el
trabajo con estudiantes de grado
undécimo.
3. Diseñar al menos cinco prácticas
experimentales encaminadas a la
enseñanza de la ley de inducción
de
Faraday
utilizando
la
Metodología
de
Aprendizaje
Activo.
4. Implementar
las
prácticas
experimentales diseñadas, con
los
estudiantes
del
grado
undécimo del colegio Alfonso
Araujo Cotes.
Tareas
Se realiza una prueba diagnóstica con la finalidad de
indagar los conocimientos previos que tienen los
estudiantes del grado undécimo con respecto a los
principios fundamentales de electricidad y magnetismo
Se analizaron diferentes investigaciones relacionados
con el tema de estudio para establecer los aspectos
teóricos pertinentes.
Se diseñaron seis (6) prácticas experimentales a
desarrollar con temas como electricidad, magnetismo,
flujo, campo y circulación, manteniendo entre ellos una
relación, de tal forma que al terminar los experimentos
los estudiantes fuesen capaces de explicar con sus
propias palabras en que consiste la ley de inducción de
Faraday
En esta etapa se aplicó la secuencia diseñadas en la
etapa anterior a los estudiantes del grado undécimo. El
grupo definido para la implementación de la secuencia
fue 11º01, el cual cuenta con 41 estudiantes.
39
Enseñanza de la ley de inducción de Faraday con experimentos sencillos,
materiales de bajo costo y de fácil consecución
5. Validar la estrategia didáctica Para validar la estrategia, se realizaron las siguientes
utilizada y realizar los ajustes
pertinentes
para
su
optimización.
tareas:
 Se revisaron los resultados de la evaluación
diagnóstica al grupo 11º01 (Prueba Diagnóstica)
 Se aplicó nuevamente la evaluación diagnóstica
al grupo (Prueba de salida)
 Se calculó la ganancia de Hake2 para validad la
efectividad de la secuencia.
Fuente: Diseño Propio
2.2. Estructura de la Secuencia didáctica
La secuencia está estructurada en una prueba diagnóstica, seis actividades
experimentales mediante el uso de la metodología de aprendizaje activo (tal como se
indica en la Tabla 2) y la evaluación final, para la cual se usa el mismo temario de la
evaluación diagnóstica.
Tabla 2. Actividades de la Secuencia didáctica
Número
Título de las actividades
Actividad 1
Evaluación Diagnóstica (Ver Anexo A)
Actividad 2
Practica experimental 1 - Magnetismo (Ver Anexo B)
Actividad 3
Practica experimental 2 - Fuerzas entre imanes. (Ver Anexo C)
Actividad 4
Práctica experimental 3 - Polos de un imán (Ver Anexo D)
Actividad 5
Práctica experimental 4 - Electroimán (Ver Anexo E)
Actividad 6
Practica experimental 5 - Circuito eléctrico (Ver Anexo F)
Actividad 7
Práctica experimental 6 - Inducción electromagnética (Ver Anexo G)
Actividad 8
Evaluación Post- Actividades que corresponde a la misma prueba
diagnóstica con el fin de poder realizar el comparativo entre las dos
evaluaciones y establecer la ganancia de Hake.
Fuente: Diseño Propio
2
Richard R Hake [29] utilizó este método estadístico en una gran población de estudiantes de
nivel preuniversitario y universitario en Estados Unidos para medir el aprendizaje en cursos
similares de mecánica introductoria. La aplicación del instrumento se hizo al inicio y al final del
semestre, con el propósito de cuantificar el aprendizaje conceptual a través de la ganancia
normalizada.
Marco Metodológico
40
Cada actividad se desarrolló en el aula con elementos de fácil consecución, con apoyo
del profesor. Para cada experimento se diseñó una guía, la cual contiene una serie de
instrucciones.
Las actividades de la 2 a la 7 están diseñadas con la misma estructura para cada uno de
los temas, esta se puede ver en la Tabla 3.
Tabla 3. Estructura de las Actividades
a.
Título de la practica
b.
Conceptos previos de los estudiantes
c.
Práctica experimental propuesta
 Objetivo
 Logros esperados
 Planteamiento del problema
 Estrategia
 Propuesta de evaluación
 Aspectos que fueron reforzados
en los estudiantes.
Fuente: Diseño propio
2.3. Metodología de Implementación de las prácticas
experimentales
Para el desarrollo de cada actividad se establecen ocho (8) momentos. El primero es el
espacio donde el docente pide a los estudiantes llenar sus hojas de predicciones
individuales. El segundo momento es donde la docente pide a los estudiantes llenar sus
hojas de predicciones grupales. En el tercero los estudiantes socializan las predicciones
grupales. En el cuarto momento cada grupo dispone del material y hace el montaje de
su experimento, el experimento es de exploración o en el caso que sea demostrativo
será realizado por el docente. En el quinto momento se hace la realización de la
práctica, que igual que en el momento anterior puede ser realizada por la docente
cuando solo sea demostrativa.
En el sexto momento se hacen los análisis de los resultados. En el séptimo momento se
hace la presentación y discusión general de resultados de cada grupo y se comparan
con las predicciones. Y en el último momento, la docente formaliza la idea del tema a
tratar, y a través de discusiones aclara conceptos y errores que se evidencien a partir
de la experiencia y establece las actividades de refuerzos.
Estos momentos se
establecen en concordancia con lo que es la metodología del aprendizaje activo.
3. Implementación y análisis de Resultados
3.1. Caracterización de la Población
La secuencia didáctica se implementó con 41 estudiantes del grado undécimo, grupo 1
(11º 01) de la Institución Educativa Alfonso Araujo Cotes, que se encuentra ubicada en el
barrio San Martín, al sur de la capital del departamento del Cesar. La Institución es de
carácter oficial, y sus estudiantes provienen de familias de estratos socioeconómicos 1 y
2. Por eso se establece que los materiales usados en los experimentos sean de bajo
costo y de fácil consecución.
La estrategia se implementó en el área de Física asignatura que hace parte de las
ciencias naturales y que cuenta con una intensidad horaria de 3 horas semanales.
El rango de edades de los estudiantes que participaron en el desarrollo de la secuencia
está entre los 15 y 19 años.
3.2. Evaluación Diagnóstica
La evaluación diagnóstica se planteó con el propósito de generar un diagnóstico sobre
los conocimientos de los estudiantes sobre los conceptos fundamentales de electricidad y
magnetismo.
Esta prueba contó con 14 preguntas de tipo cerradas, de selección múltiple con única
respuesta. Fue aplicada a 41 estudiantes del grado 11º 01. (Ver Anexo A)
La dinámica de aplicación fue la siguiente. Los estudiantes se reunieron en el aula de
clases, donde recibieron la copia de la prueba por parte de la docente investigadora y la
resolvieron, contando para ello con dos (2) horas de clase. Al finalizar la prueba, los
estudiantes devolvieron la copia con sus respuestas consignadas.
Los resultados de esta prueba se muestran en la gráfica 1.
Implementación y análisis de Resultados
42
Gráfico 1. Resultados de la aplicación de la prueba Diagnóstica
Resultados Prueba Diagnóstica
97,6
100,0
73,2
80,0
80,5
82,9
78,0
82,9
78,0
73,2
80,5
75,6
80,5
78,0
78,0
73,2
60,0
40,0
26,8
19,5
20,0
17,1
22,0
22,0
5
6
26,8
17,1
19,5
24,4
19,5
22,0
22,0
11
12
13
26,8
2,4
0,0
1
2
3
4
Porcentaje de respuestas correctas
7
8
9
10
14
Porcentaje de Respuestas Incorrectas
Analizando el gráfico anterior se puede evidenciar que los estudiantes poseen
dificultades relacionadas con la ley de inducción de Faraday y con los conceptos
necesarios para su comprensión tal, como se esperaba.
Confunden el concepto de campo con energía y potencial, a pesar que los estudiantes
saben que los imanes generan campo magnético, no relacionan este mismo con el
campo magnético de La Tierra.
Los estudiantes describen los fenómenos ocurridos en un circuito como un fenómeno de
fuente consumidor. Estos conceptos obedecen a las experiencias vividas en su rol diario,
sin que se hayan abordado los temas a profundidad en su formación básica. Solamente
describen los hechos observados, sin profundizar en la explicación de ellos. Se hace
necesario realizar prácticas experimentales que lleven a una descripción satisfactoria de
fenómenos eléctricos y brindarles ideas solidas en el concepto de cargas, flujo y
circulación.
La gran mayoría de los estudiantes no saben explicar la inducción electromagnética
cuando se trata de un campo magnético que se mueve en un circuito. No tienen claro si
esta corriente se puede inducir en tres situaciones, una cuando mueva el imán, otra
cuando cambie el área o cuando mueva la espira. De igual forma, no saben explicar
43
Enseñanza de la ley de inducción de Faraday con experimentos sencillos,
materiales de bajo costo y de fácil consecución
cómo una corriente eléctrica genera un campo magnético. Se sugiere realizar prácticas
experimentales
demostrativas
que
permitan
evidenciar
estos
fenómenos
electromagnéticos.
Ilustración 11. Aplicación de la Evaluación Diagnóstica
Fuente: Fotografía tomada por Claudia Pérez Campo
3.3. Las Practicas Experimentales
En el proyecto se agrupan las actividades en prácticas experimentales. La estrategia
busca los siguientes propósitos:

Motivar a los estudiantes al aprendizaje de la física mediante el desarrollo de
actividades experimentales.

Desarrollar actividades experimentales que ayuden a interpretar y comprender los
conceptos de electricidad, magnetismo, campo, circulación de corriente e
inducción electromagnética.

Promover el desarrollo de prácticas experimentales sencillas para que los
estudiantes participen activamente, muestren sus habilidades y las puedan poner
en uso.
Implementación y análisis de Resultados
44
3.3.1. Practica experimental 1 - Magnetismo
La siguiente práctica utiliza limaduras de hierro e Imanes, en la cual se busca que los
estudiantes obtengan resultados que permitan determinar de qué manera se genera un
campo magnético y sepan que es un campo.
3.3.1.1. Conceptos previos de los estudiantes
Los estudiantes piensan que el campo magnético se produce cuando colocamos el imán
por debajo del acetato con las limaduras de hierro y que las líneas de campo que se
forman pueden tomar cualquier dirección dependiendo de la forma del imán.
Los estudiantes tienen dificultades para expresar y explicar los fenómenos magnéticos.
3.3.1.2. Practica experimental propuesta
 Objetivo
Fomentar en los estudiantes el uso de prácticas experimentales que les permitan
comprender el concepto de Campo magnético.
 Logros esperados
Los estudiantes observan las líneas de campo que se producen en un acetato al vaciar
sobre él limaduras de hierro y por debajo colocamos un imán.
A partir de esta
observación pueden expresar como se forman las líneas de campo.
 Planteamiento del problema
El magnetismo es un conjunto de fenómenos de atracción y repulsión producidos por los
imanes. Hay algunos materiales de la naturaleza como el hierro, níquel y sus aleaciones
que comúnmente se llaman ferromagnéticos. Sin embargo, no todos los materiales son
influidos por la presencia de un campo magnético [14]. De tal manera que en ocasiones
no es tan sencillo visualizar ese campo magnético. ¿De qué manera se puede visualizar
un campo magnético?
45
Enseñanza de la ley de inducción de Faraday con experimentos sencillos,
materiales de bajo costo y de fácil consecución
 Estrategia
Cada estudiante escribe sus predicciones individuales. Luego, en grupos de cuatro,
discuten esas predicciones y escriben las grupales. Por último, realizan la experiencia y
escriben sus resultados. Al realizar la experiencia ellos son capaces de responder
preguntas, como: ¿qué forma en particular toman las limaduras de hierro al esparcirlas
sobre un acetato que contiene por debajo un imán? Además, dibujan las líneas de campo
producidas por un imán.
Los resultados son socializados, discutidos y valorados por cada grupo. La docente
orienta la actividad, verifica las predicciones de los grupos y formaliza las ideas que
presentan los estudiantes al realizar la experiencia.
 Propuesta de evaluación
Los grupos hacen uso de los conceptos anteriores para proponer situaciones que
permitan observar un campo magnético.
 Aspectos que fueron reforzados en los estudiantes
Las líneas de hierro se van orientando formando las líneas de campo. Los imanes
generan un campo magnético consistente en una serie de líneas de campo que salen por
el Norte del imán y entran por el polo Sur del mismo y recorren al imán por su interior
hacia el norte del mismo.
3.3.1.3. Análisis de la práctica Experimental 1
Al dar inicio a la primera practica experimental de la unidad didáctica, los estudiantes
muestran timidez para escribir sus predicciones, y le piden al profesor haga una breve
explicación del tema. la docente investigadora les aclara los pasos de la metodología del
aprendizaje activo, La cual no les causa motivación debido a que vienen acostumbrados
a una metodología pasiva donde el docente es el dueño del conocimiento y los
estudiantes, unos seres repetitivos del aprendizaje. Esta actividad tuvo poco impacto en
los estudiantes.
Implementación y análisis de Resultados
46
Ilustración 12. Evidencias del Experimento 1 - Magnetismo
Fuente: Fotografía tomada por Claudia Pérez Campo
3.3.2. Practica experimental 2 - Fuerzas entre imanes.
La siguiente práctica utiliza imanes de diferentes tamaños, a través de las cuales se
busca que los estudiantes logren vivenciar y explicar el efecto que causa al acercar dos
imanes.
3.3.2.1. Conceptos previos de los estudiantes
Los estudiantes tienen el concepto que, al acercar dos imanes, estos siempre se atraen.
Además, creen que en los imanes hablar de polos es lo mismo que hablar de cargas.
Los estudiantes tienen dificultades para identificar que los imanes tienen polos.
47
Enseñanza de la ley de inducción de Faraday con experimentos sencillos,
materiales de bajo costo y de fácil consecución
3.3.2.2. Practica experimental propuesta
 Objetivo
Promover en los estudiantes actividades con imanes que los lleven a concluir que los
imanes ejercen fuerzas capaces de atraer o repeler.
 Logros esperados
Los estudiantes exploran el efecto que causa acercar dos imanes, ya sea con caras
iguales o con caras diferentes. A partir de esta observación pueden expresar cómo se
manifiestan las fuerzas entre dos imanes.
 Planteamiento del problema
Usted aprende en los textos que al acercar dos imanes se atraen o se repelen. ¿Cómo
puede determinar o reconocer cuando estos se atraen o se repelen? ¿Cómo puedes
saber que los imanes tienen polos?
¿Cómo se manifiestan las fuerzas entre dos imanes?
 Estrategia
Cada estudiante escribe sus predicciones individuales, luego en grupo de cuatro discuten
esas predicciones y escriben las grupales, por ultimo realizan la experiencia y escriben
sus resultados, de tal forma que sean capaces de explicar sobre lo siguiente:
¿Qué ocurre cuando acercamos dos imanes?
¿Qué sucede cuando se acercan imanes del mismo polo y luego de polos
diferentes?
¿Qué sucede si los imanes están suspendidos y cuando están sobre una
superficie?
Los resultados son socializados, discutidos y valorados por cada grupo. La docente
orienta la actividad, verifica las predicciones de cada grupo y formaliza las ideas que
presentan los estudiantes al realizar la experiencia.
Implementación y análisis de Resultados
48
 Propuesta de evaluación
Los grupos hacen uso de la exploración sobre los conceptos anteriores y proponen
actividades cotidianas que permitan evidenciar las fuerzas entre dos imanes.
 Aspectos que fueron reforzados en los estudiantes
Dependiendo de cómo se los acerque, ambos imanes experimentarán una atracción o
repulsión. Los imanes tienen dos polos: un polo norte y un polo sur, llamados polos
magnéticos, y a su vez hacer saber que los polos magnéticos del imán son inversos a los
polos geográficos.
El magnetismo terrestre es un imán con su polo sur próximo al Polo Norte geográfico. El
campo magnético de la tierra es similar al de una barra imantada inclinada unos 11º,
respecto al eje de giro. La magnitud del campo magnético sobre la superficie de la tierra
varía en un rango de 0.3 a 0.6 gauss. El campo magnético de la tierra no es constante
en dirección, pues análisis de rocas de diferentes épocas en un mismo lugar muestran
magnetizaciones en direcciones diferentes, donde el campo magnético ha invertido su
sentido.
3.3.2.3. Análisis de la Práctica Experimental 2
Al iniciar esta práctica, los estudiantes se encuentran ansiosos y estaban a la expectativa
por conocer más sobre los fenómenos magnéticos, estudiar sus causas y efectos,
mostraron mucho interés por escribir sus predicciones, socializarlas con el grupo y darlas
a conocer.
Algunos manifiestan que estas prácticas son útiles para comparar los
conceptos previos con la realidad.
Ilustración 13. Evidencias de la Práctica Experimental 2
49
Enseñanza de la ley de inducción de Faraday con experimentos sencillos,
materiales de bajo costo y de fácil consecución
Fuente: Fotografía tomada por Claudia Pérez Campo
3.3.3. Práctica experimental 3 - Polos de un imán
La siguiente práctica utiliza Imanes y una brújula. En ella se busca que los estudiantes
experimenten y observen los polos de un imán y la manera como están relacionados con
los polos geográficos.
3.3.3.1. Conceptos previos de los estudiantes
Los estudiantes tienen la idea que los imanes tienen polos, que llaman polo positivo y
polo negativo. Los estudiantes tienen dificultades para establecer una relación entre los
polos geográficos de la tierra y los polos de un imán.
3.3.3.2. Practica experimental propuesta
 Objetivo
Implementación y análisis de Resultados
50
Despertar en los estudiantes el interés de conocer los polos de un imán, haciendo uso de
prácticas experimentales con materiales de fácil consecución, como una aguja, y
relacionarlos con los polos geográficos.
 Logros esperados
Los estudiantes demuestran que, al acercar un imán a una brújula, esta muestra el polo
inverso al polo geográfico terrestre. A partir de esta demostración pueden determinar los
polos de un imán y hacer una comparación con los polos geográficos.
 Planteamiento del problema
En los textos se menciona que los imanes tienen polos llamados Norte y polo Sur, y que
polos iguales se repelen y polos diferentes se atraen. Además, se menciona que los
polos de un imán son inversos a los polos geográficos terrestres.
A partir de la
información anterior, ¿Cómo puedes determinar los polos de un imán? ¿De qué manera
puedes comparar los polos geográficos terrestres con los polos de un imán?
 Estrategia
Cada estudiante escribe sus predicciones individuales, luego en grupo de cuatro discuten
esas predicciones y escriben las grupales. Por ultimo realizan la experiencia y escriben
sus resultados. El estudiante debe ser capaz de expresar cuales son los respectivos
polos del imán cuando se alinee con los polos de la brújula. Los resultados son
socializados, discutidos y valorados por cada grupo, la docente orienta la actividad,
verifica las predicciones de cada grupo y formaliza las ideas que presentan los
estudiantes al realizar la experiencia.
 Propuesta de evaluación
El docente explica a los estudiantes cómo hacer una brújula casera por medio de una
aguja, hilo e imanes y pide a la vez repetir la experiencia en casa haciendo uso de la
brújula casera y en la próxima clase narrar sus vivencias.
 Aspectos que fueron reforzados en los estudiantes
51
Enseñanza de la ley de inducción de Faraday con experimentos sencillos,
materiales de bajo costo y de fácil consecución
Las brújulas sirven para orientarnos, y se utilizan como medio de funcionamiento del
magnetismo terrestre. Las brújulas nos indican los cuatro puntos cardinales, pero
siempre utilizando como referencia de orientación el Norte geográfico terrestre. Así pues,
La Tierra es como un imán gigante con sus polos magnéticos invertidos respecto los
polos geográficos.
3.3.3.3. Análisis de la Práctica Experimental 3
El inicio de esta práctica fue impactante. Los estudiantes estaban totalmente motivados,
y mostraban un gran deseo por explorar conceptos relacionados con magnetismo. Así se
da inicio a la práctica 3, y las ideas fluyen, la participación de los estudiantes ya se tornó
activa, iniciaron a respetar parámetros de esta metodología. Algunos manifestaban no
conocer una brújula. Además, sabían que los imanes tenían polos, y los identificaban
como Norte y Sur cuando estaban marcados.
Ilustración 14. Evidencias de la Práctica Experimental 3
Fuente: Fotografía tomada por Claudia Pérez Campo
3.3.4. Práctica experimental 4 - Electroimán
La siguiente práctica utiliza clavos de hierro, baterías, alambre de cobre y clips. En ella
se busca que los estudiantes infieran que una corriente eléctrica genera un campo
magnético.
Implementación y análisis de Resultados
52
3.3.4.1. Conceptos previos de los estudiantes
A pesar de que los estudiantes saben que hay una corriente eléctrica, no logran explicar
cómo se genera un campo magnético, debido a que tienen la idea de que sólo los imanes
como tal son capaces de atraer objetos ferromagnéticos.
3.3.4.2. Práctica experimental propuesta
 Objetivo
Buscar en los estudiantes la comprensión del fenómeno físico mediante el cual una
corriente eléctrica genera un campo magnético.
 Logros esperados
Los estudiantes observan cómo al enrollar un alambre de cobre sobre un clavo de hierro
y conectar sus extremos a una batería, éste es capaz de atraer materiales
ferromagnéticos, generándose así un campo magnético. A partir de esta observación
pueden argumentar como funciona un electroimán.
 Planteamiento del problema
En la actualidad, los electroimanes se utilizan para levantar grandes pesos que
contengan materiales ferromagnéticos, los cuales son más funcionales que los imanes
naturales, ya que se pueden activar y desactivar cuando se desee. ¿Cómo construir un
electroimán? ¿Cómo funciona un electroimán?
 Estrategia
Cada estudiante escribe sus predicciones individuales. Luego en grupo de cuatro
discuten esas predicciones y escriben las grupales. Por ultimo realizan la experiencia y
escriben sus resultados. El estudiante debe ser capaz de explicar por qué el material
ferromagnético se vuelve un imán transitorio o deja de hacerlo. Además de proponer qué
puede hacer para que un electroimán sea más potente y qué sucede cuando el material
utilizado es o no es ferromagnético.
 Propuesta de evaluación
53
Enseñanza de la ley de inducción de Faraday con experimentos sencillos,
materiales de bajo costo y de fácil consecución
Se pide a los estudiantes tomar otros materiales como aluminio, plástico, acero etc… y
repetir la experiencia con el electroimán, y luego explicar que sucedió en cada caso.
 Aspectos que fueron reforzados en los estudiantes.
Un electroimán es un imán artificial que consta de un núcleo de hierro y está rodeado por
una bobina por la que pasa una corriente eléctrica.
El funcionamiento del electroimán es simple. Al hacer pasar una corriente eléctrica por un
conductor enrollado en un núcleo de hierro, se consigue que los espines de los átomos
que forman el núcleo se reordenen y alineen, reordenando los espines en un mismo
sentido, De esta forma, los campos magnéticos formados por los espines de todos los
átomos se suman dando lugar a una fuerza de atracción con otros imanes y objetos
metálicos (ferromagnéticos).
3.3.4.3. Análisis de la Práctica Experimental 4
Esta práctica fue una de las actividades con mayor grado de motivación. Los estudiantes
al leer las predicciones escribieron con mucha rapidez. A la hora de discutir en grupo se
escuchaban estudiantes que decían. Con relación a los clips no pasa nada, las baterías
solo sirven para encender bombillos. Mostraban ansiedad porque el docente realizara la
práctica y ellos poder conocer en realidad el fenómeno. Cuando el docente hace la
demostración de cómo generar un campo magnético a través de una corriente eléctrica,
muchos manifestaban que era magia y pedían al docente les permitiera hacerlo ellos,
como se puede ver en las evidencias de la práctica 4.
Ilustración 15.Evidencias de la Práctica Experimental 4
Implementación y análisis de Resultados
54
Fuente: Fotografía tomada por Claudia Pérez Campo
3.3.5. Practica experimental 5 - Circuito eléctrico
La siguiente práctica utiliza batería, cables conductores y bombilla. En ella se busca que
los estudiantes superen los conceptos erróneos de corriente, voltaje, resistencia y
potencia.
3.3.5.1. Conceptos previos de los estudiantes
Los estudiantes describen un circuito eléctrico como un modelo de fuente consumidor.
Los estudiantes muestran dificultades para explicar la función de cada uno de los
elementos de un circuito eléctrico.
3.3.5.2. Práctica experimental propuesta
 Objetivo
Propiciar en los estudiantes la realización de prácticas experimentales cotidianas que los
lleven a entender los conceptos corrientes, voltaje y resistencia
 Logros esperados
Los estudiantes proponen modelos de cómo conectar los elementos (batería, cables y
bombilla) en la construcción de un circuito, y cómo hacerlo funcionar. A partir de estos
55
Enseñanza de la ley de inducción de Faraday con experimentos sencillos,
materiales de bajo costo y de fácil consecución
modelos poder comprender qué es un circuito, cómo funciona, qué elementos lo
componen y las funciones de cada uno de sus elementos.
 Planteamiento del problema
Un circuito eléctrico está presente en algunos elementos que dependen de la electricidad
para funcionar, en nuestros hogares encontramos a diario aparatos que funcionan con la
electricidad como por ejemplo una linterna, pero nos surgiría la siguiente pregunta: ¿Qué
necesitamos para construir un circuito y hacerlo funcionar?
 Estrategia
Se repinten los pasos de las practicas anteriores. Al realizar la experiencia se busca que
los estudiantes sean capaces de explicar cómo se construye un circuito, igualmente
identificar la función de cada elemento del circuito.
Los resultados son socializados, discutidos y valorados por cada grupo. La docente
orienta la actividad, verifica las predicciones de cada grupo y formaliza las ideas que
presentan los estudiantes al realizar la experiencia.
 Propuesta de evaluación
En grupos de cuatro estudiantes, se pide llevar 2 bombillas con sus respectivas rosetas,
cables conductores y 2 baterías de 9 V. Se sugieren conexiones en serie y paralelos,
tanto de las pilas como de las bombillas. Cada grupo debe explicar qué sucede con la
corriente eléctrica cuando se colocan dos baterías y un bombillo, tanto en serie como
paralelo, o viceversa.
 Aspectos que fueron reforzados en los estudiantes.
Un circuito eléctrico DC es un camino por donde fluye la corriente eléctrica, desde el polo
negativo hasta el polo positivo de una fuente de alimentación (pila, batería, generador,
etc.). Donde la fuente de alimentación, en este caso la batería, produce una fuerza
eléctrica sobre las cargas de tal manera que éstas se muevan. La bombilla es la que
permite visualizar que las cargas se están moviendo, y los cables son el camino
conductor por donde se mueven las cargas.
Implementación y análisis de Resultados
56
3.3.5.3. Análisis de la Práctica Experimental 5
En este momento los estudiantes manejan de forma adecuada los conceptos de
Electricidad. Ellos están inquietos y quieren explorar todo lo que ocurre a su alrededor
con los fenómenos eléctricos, y conocen circuitos eléctricos caseros, situación que los
lleva conservar sus ideas previas al momento de escribir sus predicciones.
A nivel
general los estudiantes no comprenden cómo funcionan los elementos de un circuito
eléctrico.
Ilustración 16. Evidencias de la práctica Experimental 5
Fuente: Fotografía tomada por Claudia Pérez Campo
3.3.6. Práctica experimental 6 - Inducción electromagnética
La siguiente práctica utiliza un imán permanente, un bobinado y un voltímetro. Así se
busca que los estudiantes puedan identificar que un campo magnético cambiante induce
una corriente eléctrica.
Ilustración 17. Elementos para desarrollar la práctica Inducción electromagnética
Fuente: Tomado de http://www.youtube.com/watch?v=8QG8sqDwM1c
57
Enseñanza de la ley de inducción de Faraday con experimentos sencillos,
materiales de bajo costo y de fácil consecución
3.3.6.1. Conceptos previos de los estudiantes
Los estudiantes manejan el concepto de que un campo magnético siempre induce una
corriente eléctrica, sin importar el movimiento.
Los estudiantes muestran dificultades para explicar como un campo magnético induce
una corriente eléctrica.
3.3.6.2. Practica experimental propuesta
 Objetivo
Mostrar a los estudiantes cómo un campo magnético en movimiento induce una corriente
eléctrica.
 Logros esperados
Que los estudiantes identifiquen el concepto de corriente inducida y expliquen la forma
cómo se induce esta corriente.
 Planteamiento del problema
La corriente inducida es el fenómeno que origina la producción de una fuerza
electromotriz en un medio conductor, expuesto a un campo magnético variable, o bien en
un conductor móvil respecto a un campo magnético estático no uniforme. ¿Qué se
necesita para generar corriente eléctrica por medio de un campo magnético?
 Estrategia
Se repinten los mismos pasos de las experiencias anteriores, por último, se espera que
realicen la experiencia y escriben sus resultados. Realizada la experiencia los
estudiantes serían capaces de explicar el mecanismo por el cual se produce corriente
eléctrica en un circuito eléctrico expuesto a un campo magnético.
 Propuesta de evaluación
Implementación y análisis de Resultados
58
Los estudiantes observan el video www.youtube.com/watch?v=Dipsdb2l9Sc, el cual
explica la ley de inducción electromagnética (ley de Faraday), después de ver el video se
les pide hagan sus aportes y comparaciones con la práctica aplicada anteriormente.
 Aspectos que fueron reforzados en los estudiantes.
Al acercar el imán a la bobina aumenta el flujo del campo magnético que atraviesa cada
una de las espiras y se induce una corriente eléctrica, por lo que la aguja se desplaza.
Cuando el imán está en reposo el flujo del campo magnético que atraviesa la bobina no
cambia. Por lo tanto, allí no se genera corriente eléctrica.
Cuando el imán se aleja de la bobina, disminuye el flujo magnético y la aguja se mueve
hacia la izquierda. De igual forma, se induce una corriente eléctrica con sentido contrario
que cuando el imán se acerca, y la aguja del voltímetro se mueve hacia la derecha.
Si el imán está en reposo y se mueve la bobina alrededor del imán de igual forma se
genera una corriente eléctrica. La presencia de estas corrientes en la bobina implica la
existencia de una fuerza electromotriz inducida, la cual está presente durante el tiempo
que el flujo magnético está variando. El flujo del campo magnético que atraviesa la
bobina está relacionado con la fuerza electromotriz mediante la ley de Faraday, que
establece que la fuerza electromotriz.
3.3.6.3. Análisis de la Práctica Experimental 6
A nivel general los estudiantes contrastaron las ideas previas que tienen con los
fenómenos observados, logrando así acercarse un poco más a la física como ciencia. En
cuanto al concepto de corriente inducida, lograron comprender que se da cuando se tiene
un campo magnético y se mueve alrededor de una espira. En esta práctica los
estudiantes tenían una motivación más: la de conocer y manipular un multímetro.
De todo este proceso podemos decir que el conocimiento común no siempre es paralelo
al conocimiento científico. Es el conocimiento común el que despierta el interés de hacer
ciencia, pero hay que llegar al científico.
59
Enseñanza de la ley de inducción de Faraday con experimentos sencillos,
materiales de bajo costo y de fácil consecución
Ilustración 18. Evidencias Práctica Experimental 6
Fuente: Fotografía tomada por Claudia Pérez Campo
3.4. Evaluación Post - Actividades
Para finalizar la aplicación de la secuencia, se realizó una evaluación Post - Actividades
(Ver Anexo), que está compuesta por 14 preguntas, de las cuales corresponden a las
mismas preguntas de la Evaluación Diagnóstica, con el fin de poder realizar una
comparación entre ambas pruebas y así determinar la efectividad de la secuencia y
establecer de qué manera influyen las practicas experimentales en los estudiantes
durante su proceso enseñanza – aprendizaje. Esta medición se realiza mediante el
cálculo de la Ganancia de Hake.
Las preguntas planteadas fueron cerradas, del tipo selección múltiple con única
respuesta.
Los resultados se relacionan en el gráfico 2:
Gráfico 2. Resultados Evaluación Post – Actividades
Implementación y análisis de Resultados
60
Resultados Evaluación Post - Actividades
100,0
100,0
78,0
73,2
80,0
78,0
73,2
78,0
75,6
75,6
78,0
75,6
82,9
80,5
73,2
80,5
60,0
40,0
22,0
26,8
26,8
22,0
22,0
24,4
24,4 22,0
24,4
20,0
17,1
19,5
11
12
26,8
19,5
0,0
0,0
1
2
3
4
5
6
7
Porcentaje de respuestas correctas
8
9
10
13
14
Porcentaje de Respuestas Incorrectas
Teniendo en cuenta el gráfico anterior, se observa que en las preguntas que los
estudiantes presentaron mayor dificultad, tales como el ítem 2 que se indaga el concepto
de campo eléctrico, los estudiantes pasaron de un 19,5% de respuestas correctas (Ver
gráfico 1) a un 73,2% en la evaluación post – actividades, mostrando una mejoría
porcentual alrededor del 53%.
En general, los estudiantes tuvieron un mejor desempeño, lo que se ve reflejado en el
gráfico 3.
Gráfico 3. Comparativo de la Prueba Diagnóstica y la Evaluación Post – Actividades
18,95
18,9
18,85
Lower Quartile
18,8
Minimum
Median
18,75
Maximum
Upper Quartile
18,7
18,65
18,6
Data Set # 1
Data Set # 2
61
Enseñanza de la ley de inducción de Faraday con experimentos sencillos,
materiales de bajo costo y de fácil consecución
Tabla 4. Resultados Evaluación Diagnóstica
EVALUACIÓN DIAGNÓSTICA
Q1
21,4
Calificación Mínima
7,1
Mediana
28,6
Calificación Máxima
42,9
Q3
35,7
Tabla 5. Resultados Evaluación Post - Actividades
EVALUACIÓN POST - ACTIVIDADES
Q1
71,4
Calificación Mínima
64,3
Mediana
78,6
Calificación Máxima
92,9
Q3
85,7
Al realizar el análisis del gráfico 3 y las tablas anexas, se puede observar que el valor
mínimo obtenido por los estudiantes pasó de 7,1 en la evaluación diagnóstica a 64,3 en
la evaluación Post – Actividades. Este resultado no lo obtuvo el mismo estudiante, pero
quién sacó la menor nota en la evaluación diagnóstica, obtuvo una mejor calificación en
la evaluación Post – Actividades.
Con el análisis del primer cuartil Q1, se pasó de un 25% de los estudiantes con puntajes
hasta 21,4 en la evaluación diagnóstica a un 25% de estudiantes con puntajes hasta 71,4
La mediana pasó de ser 28,6 en la evaluación diagnóstica a 78,6 en la evaluación Post –
Actividades. El tercer cuartil, Q3 pasó de 35,7 a 85,7
Ilustración 19. Aplicación de la Evaluación Final
Implementación y análisis de Resultados
62
Fuente: Fotografías tomadas por Claudia Pérez Campo
3.4.1. Ganancia de Hake
Para validar la propuesta, además de hacer una comparación pregunta a pregunta entre
la evaluación diagnóstico y la evaluación post actividades, se utilizó la ganancia de Hake,
que consiste hallar la ganancia normalizada < 𝑔 > que se define como la razón del
aumento del pre-test y el post-test respecto al valor máximo posible. Se determina a
partir de los aciertos obtenidos en el instrumento de evaluación utilizado.
La ganancia relativa de aprendizaje conceptual se determina con la siguiente ecuación:
<𝒈> =
donde
%<𝒔𝒇 >−%<𝒔𝒊 >
𝟏𝟎𝟎−%<𝒔𝒊 >
< g >=
%<sf >-%<si >
100-%<si >
,
[𝟕]
% < 𝑠𝑖 > corresponde al promedio de porcentaje de respuestas correctas de la
prueba diagnóstico
% < 𝑠𝑓 >
corresponde al promedio obtenido en la prueba post
actividades.
La ganancia de Hake se categoriza según los datos obtenidos en tres zonas de la
siguiente manera: una ganancia de Hake baja se encuentra considerada entre 0,0 𝑦 0,3
una ganancia de Hake media se encuentra entre 0,3 𝑦 0,7 y una ganancia de Hake alta
está comprendida entre 0,7 𝑦 1,0. En la Tabla 3 se encuentra el porcentaje de respuestas
correctas tanto de la evaluación diagnóstica como de la evaluación post actividades de
cada estudiante, haciendo uso de ecuación [7].
En la Tabla 6 se muestran los resultados de la ganancia de Hake.
63
Enseñanza de la ley de inducción de Faraday con experimentos sencillos,
materiales de bajo costo y de fácil consecución
Tabla 6. Ganancia de Hake
ESTUDIANTES
%
EVALUACIÓN
DIAGNÓSTICA
% EVALUACIÓN
POSTACTIVIDADES
GANANCI
A HAKE
<h>
CATEGORÍA
GANANCIA DE HAKE
1
35,7
78,6
0,67
Media
2
21,4
85,7
0,82
Alta
3
21,4
85,7
0,82
Alta
4
28,6
71,4
0,60
Media
5
28,6
85,7
0,80
Alta
6
35,7
85,7
0,78
Alta
7
21,4
71,4
0,64
Media
8
7,1
64,3
0,62
Media
9
42,9
78,6
0,63
Media
10
28,6
85,7
0,80
Alta
11
42,9
85,7
0,75
Alta
12
21,4
78,6
0,73
Alta
13
42,9
92,9
0,88
Alta
14
7,1
71,4
0,69
Media
15
42,9
92,9
0,88
Alta
16
35,7
71,4
0,56
Media
17
21,4
78,6
0,73
Alta
18
14,3
85,7
0,83
Alta
19
21,4
85,7
0,82
Alta
20
28,6
71,4
0,60
Media
21
35,7
71,4
0,56
Media
22
35,7
92,9
0,89
Alta
23
28,6
85,7
0,80
Alta
24
14,3
78,6
0,75
Alta
25
21,4
64,3
0,55
Media
26
21,4
92,9
0,91
Alta
27
14,3
71,4
0,67
Media
28
35,7
64,3
0,44
Media
29
35,7
92,9
0,89
Alta
30
35,7
71,4
0,56
Media
31
21,4
64,3
0,55
Media
32
28,6
78,6
0,70
Alta
33
14,3
64,3
0,58
Media
Implementación y análisis de Resultados
64
34
42,9
78,6
0,63
Media
35
21,4
71,4
0,64
Media
36
42,9
85,7
0,75
Alta
37
28,6
78,6
0,70
Alta
38
21,4
64,3
0,55
Media
39
21,4
92,9
0,91
Alta
40
21,4
71,4
0,64
Media
41
28,6
85,7
0,80
Alta
PROMEDIO
27,4
83,26
0,70846552
Alta
Fuente: Diseño propio
Al observar la ganancia promedio de los estudiantes, es de 0,708, la cual está
categorizada como una ganancia “Alta”. El 54% que corresponde a 22 estudiantes
están en esta categoría, y los 19 restantes que corresponde al 46% están en la
categoría “Media”. Ninguno de los estudiantes del grado once uno (11º 01) está en la
categoría Baja.
4. Conclusiones y Recomendaciones
4.1. Conclusiones
Al finalizar la ejecución y el análisis de la secuencia diseñada para la enseñanza de los
conceptos relacionados con la ley de Faraday, se tienen las siguientes apreciaciones:

Al analizar la ganancia de Hake, se observa que el 54%, es decir, 22 estudiantes
obtuvieron una ganancia “alta”, y el 46% restante que corresponde a 19
estudiantes se ubica en la categoría “Media”, lo que permite establecer que la
propuesta resultó efectiva a nivel individual dentro del grupo.

En cuanto al promedio grupal, la ganancia es de 0,708 que corresponde a una
categoría “Alta” lo que permite establecer que la propuesta diseñada funcionó
para el grupo, se puede decir que las prácticas experimentales propuestas y
aplicadas generaron en los estudiantes un mayor grado de participación en el
proceso de enseñanza–aprendizaje.

Las prácticas experimentales aplicadas fueron de gran ayuda en los estudiantes
para mejorar los conceptos previos que tenían en la evaluación diagnóstica,
notándose significativamente en la evaluación post – actividades.

El promedio de resultado de la evaluación diagnóstica fue de 27,4 mientras que el
de la evaluación post- actividades fue de 78,7, lo que corrobora que la propuesta
aplicada resultó efectiva dentro del grupo.
Conclusiones y Recomendaciones

66
Es importante destacar que esta misma secuencia se aplicó el año anterior con
otros estudiantes y el resultado de la ganancia de Hake estuvo categorizada
como “Media”, lo que permitió realizar una revisión de las actividades, analizar los
resultados y establecer que se requería mayor motivación hacia la aplicación de
la secuencia. En este año, se realizó una actividad de motivación hacia la
aplicación de nuevas estrategias de enseñanza – aprendizaje, lo que permitió que
los estudiantes se mostraran más receptivos hacia las actividades propuestas.
4.2. Recomendaciones
Se recomienda desarrollar paulatinamente prácticas experimentales que conlleven a
cambios significativos en el proceso de enseñanza- aprendizaje. Por ejemplo la
aplicación de experimentos que permitan medir cuantitativamente el voltaje inducido por
un flujo variable (ver Apéndice). Estas estrategias deben considerarse como una
oportunidad para mejorar.
Es importante tener en cuenta los conceptos previos de los estudiantes y construir, a
partir de estos, estrategias que permitan orientar los procesos de enseñanza aprendizaje.
Sería deseable que los docentes que tengan a cargo grados en la educación media
analicen y hagan uso de propuestas como esta, no solo en electromagnetismo, sino en
cualquier campo de la física.
Apéndice.
Se tienen dos bobinas superpuestas de manera que una envuelve a la otra. La bobina 1
tiene 100 espiras, 10 𝑐𝑚 de longitud y 5 𝑐𝑚 de radio. La bobina 2, que envuelve a la
primera, tiene 10 espiras e igual radio. Por el circuito 1 circula una corriente alterna de
60𝐻𝑧 con una intensidad máxima de 0,2𝐴. Calcular e voltaje inducido en la bobina 2.
El campo de una Bobina de 𝑛1 espiras es:
𝐵 = 𝜇𝑜 𝑛1 𝐼(𝑡) /𝐿
Si se tiene que la corriente cambia armónicamente con el tiempo de la forma 𝐼(𝑡) =
𝐼𝑜 𝑐𝑜𝑠(𝜔 𝑡)
El campo será
𝐵 = 𝜇𝑜 𝑛1 𝐼𝑜 cos(𝜔 𝑡) /𝐿
67
Enseñanza de la ley de inducción de Faraday con experimentos sencillos,
materiales de bajo costo y de fácil consecución
Si se tiene el flujo sobre una espira secundaria con c 𝑛2 espiras se tiene que
Φ = 𝑛2 𝐵(𝑡) 𝐴
Φ = 𝑛2 𝐵(𝑡) 𝐴 = 𝜇𝑜 𝑛1 𝑛2 𝐼𝑜 cos(𝜔 𝑡) /𝐿
Si se quiere calcular el voltaje inducido 𝑉2 que un voltímetro en paralelo mide sobre la
espira secundaria, se tendrá
𝑉2 = −
𝑑Φ
𝑑
𝑎2
= − (𝑛2 𝐵(𝑡) 𝐴) = 𝜇𝑜 𝑛1 𝑛2 𝐼𝑜 𝜔 sin(𝜔 𝑡)𝜋
𝑑𝑡
𝑑𝑡
𝐿
𝑉2 = 𝜇𝑜 𝑛1 𝑛2 𝐼𝑜 𝜔 sin(𝜔 𝑡)𝜋 𝑎2 /𝐿 = 𝑀𝐼𝑜 𝜔 sin(𝜔 𝑡) = −𝑀
𝑑𝐼(𝑡)
𝑑𝑡
Anexos
A.
Anexo A: Evaluación Diagnóstica
INSTITUCIÓN EDUCATIVA ALFONSO ARAUJO COTES
VALLEDUPAR – CESAR
FÍSICA
DOCENTE: LIC. CLAUDIA LILIANA PEREZ CAMPO
EVALUACIÓN DIAGNÓSTICA
NOMBRE: _______________________GRADO:_________FECHA:___________
OBJETIVO: Identificar conceptos previos en estudiantes de grado undécimo sobre los
fenómenos eléctricos y magnéticos.
Preguntas de selección múltiple con única respuesta. Marque con una equis (x) la
respuesta que usted considere correcta.
Ítem 1. Un objeto de masa M se encuentra a cierta altura, sobre él actúa una fuerza
llamada peso. Lo que hace que este objeto sienta esa fuerza es.
A.
B.
C.
D.
Energía gravitacional
Potencial gravitacional
Campo gravitacional
Campo eléctrico terrestre
Ítem 2. Análogamente a la situación del ítem 1. Tenemos un cuerpo cargado Q y a este
acercamos otro cuerpo, lo que hace que ese segundo cuerpo sienta fuerza es.
A.
B.
C.
D.
Energía eléctrica
Campo eléctrico
Potencial eléctrico
Campo gravitacional
Ítem 3. En clase de Ciencias, la profesora muestra a sus alumnos una botella plástica
vacía transparente a la cual se acerca un imán, con respecto a la botella podemos decir.
Anexo A. Evaluación Diagnóstica
A.
B.
C.
D.
70
La botella no siente fuerza3 nada
La botella siente una fuerza hacia el imán
La botella siente una fuerza en dirección opuesta al imán
No se puede determinar
Ítem 4. Luego se introducen unos clips en la botella y nuevamente se acerca el imán,
podemos decir que.
A.
B.
C.
D.
No hay un efecto visible
Los clips son rechazados por el imán
Los clips son atraídos por el imán
No se puede determinar el efecto
Ítem 5. Teniendo en cuenta la situación anterior el fenómeno observado se debe a que.
A.
B.
C.
D.
Los imanes tienen un campo magnético y este traspasa al plástico
Los imanes tienen cargas eléctricas y traspasan el plástico
Los imanes tienen campo magnético pero esas fuerzas no traspasan el plástico.
Los imanes tienen cargas eléctricas y pero estas no traspasan el plástico
Ítem 6. Sobre una hoja de papel se tienen limaduras de hierro y por debajo de ella
movemos un imán, observando que las limaduras de hierro se van orientando y dibujan
ciertas figuras sobre el papel. Esto se da porque
A.
B.
C.
D.
Los imanes generan un campo eléctrico
Los imanes generan una diferencia de potencial
Los imanes generan un campo magnético
Los imanes generan un campo gravitacional
Conteste los ítems 7, 8 y 9 de acuerdo a la siguiente información
La imagen muestra un circuito simple formado por una batería, dos alambre conductores
y una bombilla.
Fuente: www1.uprh.edu
Ítem 7. Podemos afirmar que la función de la batería en el circuito mostrado es.
A. Proporcionar energía a la bombilla para que emita luz
B. Producir corriente solo sobre el bombillo
C. Producir una fuerza sobre las cargas de tal manera que estas se muevan
3
Entiéndase como sentir la atracción o repulsión del material.
71
Enseñanza de la ley de inducción de Faraday con experimentos sencillos,
materiales de bajo costo y de fácil consecución
D. Producir cargas eléctricas
Ítem 8. Con relación a la utilidad de los cables podemos decir que.
A.
B.
C.
D.
Producen un camino para que las cargas se muevan
Transportan energía hacia el bombillo
Generan energía
Generan corriente
Ítem 9. La bombilla en el circuito sirve para
A.
B.
C.
D.
Decorar el circuito
Mantener las cargas en reposo
Visualizar que las cargas se están moviendo
Mostrar que la batería funciona.
Ítem 10. Tenemos un bombillo LED conectado a un enrollado de alambre (embobinado)
como muestra la figura, tenemos además un imán. ¿El bombillo se prende cuándo?
Fuente www.youtube.com/watch?v=RZb5B2p8aqM
A.
B.
C.
D.
Las espiras se muevan cerca del imán
Las espiras estén quietas
El imán este quieto muy cerca de las espiras.
El imán se aleje de las espiras.
Ítem 11. El diagrama muestra un alambre con una gran corriente eléctrica i que sale de
la de papel (Iout) ¿Qué dirección tendría el campo magnético en las posiciones A y B?
Anexo A. Evaluación Diagnóstica
(e)
72
Ninguna de las anteriores
Ítem 12. Una partícula cargada positivamente se encuentra en reposo en el plano entre
dos imanes de barra fijos, como se muestra en la figura inferior. El imán de la izquierda
es tres veces más fuerte que el imán a la derecha. ¿Cuál opción a continuación es la que
mejor representa la fuerza magnética resultante ejercida por los imanes en la carga?
e) cero
Fuente: David P. Maloney Physics Department, Indiana University–Purdue
University Fort Wayne, Fort Wayne, Indiana 46805
Ítem 13. Dos bucles idénticos de alambre llevan igual corriente i en dirección de la flecha.
Los bucles se encuentran, como se muestra en el diagrama. ¿Qué flecha representa
mejor la dirección del campo magnético en el punto P a mitad de camino entre los
bucles?
Fuente: David P. Maloney Physics Department, Indiana University–Purdue University
Fort Wayne, Fort Wayne, Indiana 46805
Ítem 14. Las cinco figuras separadas a continuación implican un imán cilíndrico y una
minúscula bombilla conectada a los extremos de un aro de alambre de cobre. Estas
figuras son para ser utilizadas en la siguiente pregunta. El plano en el bucle de alambre
es perpendicular al eje de referencia. Los estados de movimiento del imán y del bucle de
alambre se indican en el diagrama. La velocidad estará representada por V y CCW
representa un giro del aro de alambre con el bombillo en sentido anti horario.
73
Enseñanza de la ley de inducción de Faraday con experimentos sencillos,
materiales de bajo costo y de fácil consecución
Fuente: David P. Maloney Physics Department, Indiana University–Purdue University
Fort Wayne, Fort Wayne, Indiana 46805
¿En cuál de las figuras anteriores la bombilla se enciende?
A. I, III, IV
B. I, IV
C. I, II, IV
D. I
B. Anexo B: Guía Práctica experimental 1Magnetismo
UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA
MAESTRIA EN ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS EXACTAS Y NATURALES
FACULTAD DE CIENCIAS
Experiencia I Inferir y argumentar
Material realizado por Claudia Liliana Pérez Campo, estudiante de maestría Enseñanza de las
ciencias exactas y naturales. Universidad Nacional de Colombia – Bogotá
Problema
El magnetismo es un conjunto de fenómenos de atracción y repulsión producidos por los
imanes. Hay algunos materiales de la naturaleza como el hierro, níquel y sus aleaciones que
comúnmente se llaman ferromagnéticos. Sin embargo todos los materiales son influidos por la
presencia de un campo magnético. De tal manera que en ocasiones no es tan sencillo
visualizar ese campo magnético. ¿De qué manera se puede visualizar un campo magnético?
¿Qué forma tiene el campo magnético de un imán?
En este experimento realizaremos una práctica con limaduras de hierro e Imanes, en la cual se
obtendrán resultados que permitan determinar de qué manera se produce un campo magnético.
Actividad
Observaremos las líneas de campo que se producen en un acetato al vaciar sobre él limaduras
de hierro y por debajo colocamos un imán. A partir de esta observación se puede visualizar un
campo magnético.
Tendremos a nuestra disposición:
a) Limaduras de Hierro
b) Imanes
c) Acetato
PREDICCIONES INDIVIDUALES
1. ¿Considera usted que las limaduras de hierro tomaran una forma en particular al
colocarles por debajo un imán? ¿Por qué?
2. Dibuje las formas de las líneas de campo producidas por el imán.
Anexo A. Evaluación Diagnóstica
76
3. Dibuje las líneas de campo producidas por los imanes sobre las limaduras de
hierro en cada caso.
a.
b.
c.
d.
PREDICCIONES GRUPALES
1. ¿Considera usted que las limaduras de hierro tomaran una forma en particular al
colocarles por debajo un imán? ¿Por qué?
2. Dibuje las formas de las líneas de campo producidas por el imán.
3. Dibuje las líneas de campo producidas por los imanes sobre las limaduras de hierro en
cada caso.
a.
b.
c.
d.
RESULTADOS (Limaduras de hierro, acetato, imán)
1. ¿Qué forma en particular tomaron las limaduras de hierro al colocarles por debajo el
imán? Explique
77
Enseñanza de la ley de inducción de Faraday con experimentos sencillos, materiales
de bajo costo y de fácil consecución
2. Dibuje las formas de las líneas de campo producidas por el imán.
3. Dibuje las líneas de campo producidas por los imanes sobre las limaduras de hierro en
cada caso.
MANUAL DE LA PRÁCTICA
Vamos a realizar un experimento que nos permita responder la pregunta : Que nombre reciben
las líneas de campo formadas por un imán? (Limaduras de hierro, acetato, imán)
1. La profesora pedirá a los estudiantes que llenen sus hojas de predicciones individuales.
Tiempo de ejecución de esta actividad.(10 MINUTOS)
2. El profesor pedirá a los estudiantes que llenen sus hojas de predicciones grupales.
tiempo de ejecución de esta actividad.(5 MINUTOS)
3. Socializar las predicciones grupales (10 MINUTOS)
4. Cada grupo dispondrá ahora del material y hará el montaje de su experimento (5
minutos)
5. Realización de la práctica (10 MINUTOS)
6. Análisis de los resultados, (20 MINUTOS)
7. Presentación y discusión general de resultados de cada grupo y comparación con las
predicciones (20 MINUTOS)
8. El profesor intenta formalizar la idea del campo magnético, haciendo comparaciones y
analogías con el campo gravitacional.
Las líneas de hierro se van orientando formando las líneas de campo, debido a que los
imanes producen un campo magnético consistente en una serie de líneas de campo que
salen por el Norte del imán y entran por el polo Sur del mismo y recorren al imán por su
interior hacia el norte del mismo.
C. Anexo C: Guía Práctica experimental 2 Fuerzas entre imanes.
UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA
MAESTRIA EN ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS EXACTAS Y NATURALES
FACULTAD DE CIENCIAS
Experiencia II Exploración
Fuerzas entre Imanes
Material realizado por Claudia Liliana Pérez Campo, estudiante de maestría Enseñanza de las
ciencias exactas y naturales. Universidad Nacional de Colombia – Bogotá
Problema
Usted aprende en los textos que al acercar dos imanes estos se atraen o se repelen. ¿Cómo
puede determinar o reconocer cuando estos se atraen o se repelen? ¿Cómo puedes saber que
los imanes tienen polos?
En este experimento realizaremos una práctica de exploración con imanes, en la cual se podrá
¿Cómo se manifiestan las fuerzas entre dos imanes?
vivenciar el efecto que causa al acercar dos imanes I1, I2
Actividad
Proponemos actividades exploratorias, donde los estudiantes podrán identificar las regiones
que tienen los imanes.
Tomaremos dos imanes I1, I2, colgamos de unos hilos y los acercamos el uno al otro, de tal
forma que podamos sentir las fuerzas que producen los imanes entre ellos.
Tendremos a nuestra disposición:
a) Dos (2) Imanes
b) Hilo
79
Enseñanza de la ley de inducción de Faraday con experimentos sencillos, materiales
de bajo costo y de fácil consecución
Colgaremos los imanes de unos hilos y luego los acercamos I1, I2, o viceversa, alternando
sus lados.
PREDICCIONES INDIVIDUALES
1. ¿Qué crees que ocurra cuando acerques los imanes?
2. Si acercamos los imanes cambiando la cara del uno y nuevamente acercamos el uno al
otro ¿ocurrirá lo mismo?
3. Si repetimos las actividades anteriores con imanes sin colgar y apoyados sobre una
superficie horizontal, ¿Sucederá lo mismo?
PREDICCIONES GRUPALES
1. ¿Qué crees que ocurra cuando acerques los imanes?
2. Si acercamos los imanes cambiando la cara del uno y nuevamente acercamos el uno al
otro ¿ocurrirá lo mismo?
3. Si repetimos las actividades anteriores con imanes sin colgar y apoyados sobre una
superficie horizontal, ¿sucederá lo mismo?
Anexo E.
80
RESULTADOS (Fuerzas entre dos imanes)
1. ¿Qué ocurrió cuando acercaste los imanes? Explica.
2. Cuando acercamos los imanes cambiando la cara del uno y nuevamente acercamos el
uno al otro ¿ocurrió lo mismo? Explica
3. Si repetimos las actividades anteriores con imanes sin colgar y apoyados sobre una
superficie horizontal, ¿sucedió lo mismo? Explica.
MANUAL DE LA PRÁCTICA
Vamos a realizar un experimento que nos permita responder la pregunta: ¿Cómo
puedes determinar o reconocer cuando dos imanes se atraen o se repelen?
1. El profesor pedirá a los estudiantes que llenen sus hojas de predicciones individuales.
tiempo de ejecución de esta actividad.(10 MINUTOS)
2. El profesor pedirá a los estudiantes que llenen sus hojas de predicciones grupales.
tiempo de ejecución de esta actividad.(10 MINUTOS)
3. Socializar las predicciones grupales (10 MINUTOS)
4. Cada grupo dispondrá ahora del material y hará el montaje de su experimento
5. Realización de la práctica (15 MINUTOS)
6. Análisis de los resultados, (20 MINUTOS)
7. Presentación y discusión general de resultados de cada grupo y comparación con las
predicciones (20 MINUTOS)
8. El profesor intenta formalizar la idea de fuerzas entre dos imanes. Por medio de
explicaciones como
Las fuerzas entre dos imanes se experimentan Dependiendo de cómo se los acerque, ambos
imanes experimentarán una atracción o repulsión, según el caso, aclarando que los imanes
tienen dos polos, un polo norte y un polo sur llamados polos magnéticos y a su vez hacer saber
que los polos magnéticos del imán son inversos a los polos geográficos.
81
Enseñanza de la ley de inducción de Faraday con experimentos sencillos, materiales
de bajo costo y de fácil consecución
El magnetismo terrestre es un imán con su polo sur próximo al Polo Norte geográfico. El
campo magnético de la tierra es similar al de una barra imantada inclinada unos 11º, respecto
al eje de giro. La magnitud del campo magnético sobre la superficie de la tierra varía en un
rango de 0.3 a 0.6 gauss. El campo magnético de la tierra no es constante en dirección,
análisis de rocas de diferentes épocas en un mismo lugar muestran magnetizaciones en
direcciones diferentes, donde el campo magnético ha invertido su sentido.
D. Anexo D: Guía Práctica Experimental 3 Polos de un imán
UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA
MAESTRIA EN ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS EXACTAS Y NATURALES
FACULTAD DE CIENCIAS
Experiencia III Demostrar
Polos de un Imán
Material realizado por Claudia Liliana Pérez Campo, estudiante de maestría Enseñanza de las
ciencias exactas y naturales. Universidad Nacional de Colombia – Bogotá
Problema
En los textos se menciona que los imanes tiene polos llamados polo norte y polo sur, en ellos
encuentras que polos iguales se repelen y polos diferentes se atraen. Además se menciona que
los polos de un imán son inversos a los polos geográficos terrestres. A partir de la información
anterior, ¿Cómo puedes determinar los polos de un imán? ¿De qué manera puedes comparar
los polos geográficos terrestres con los polos de un imán?
¿Cómo identificas los polos de un imán?
Para resolver las preguntas anteriores, realizaremos una práctica demostrativa con imanes, en
la cual se podrá vivenciar el efecto que causa al acercar un imán alrededor de una brújula.
Actividad
Tomaremos una brújula, la cual estará tiene su polo norte indicando el polo norte geográfico
terrestre y le acercamos un imán.
Para ello tendremos a nuestra disposición:
a) Una Brújula
b) Un imán
83
Enseñanza de la ley de inducción de Faraday con experimentos sencillos, materiales
de bajo costo y de fácil consecución
PREDICCIONES INDIVIDUALES
1. ¿Qué crees que ocurre con los polos de la brújula cuando la acerquemos el imán? Haz
un dibujo y explica con tus propias palabras.
2. Si acercamos el imán cambiando su cara ¿ocurrirá lo mismo?
PREDICCIONES GRUPALES
1. ¿Qué creen que ocurre con los polos de la brújula cuando la acerquemos el imán? Haz
un dibujo y explica con tus propias palabras.
2. Si acercamos el imán cambiando su cara ¿ocurrirá lo mismo?
Anexo E.
84
RESULTADOS (Polos de un imán)
1.
¿Qué ocurrió con los polos de la brújula cuando le acercabas el imán? Haz un dibujo y
explica con tus propias palabras.
2. cuando acercabas el imán cambiando su cara ¿ocurrió lo mismo? Explica
MANUAL DE LA PRÁCTICA
Vamos a realizar un experimento que nos permita responder la pregunta: ¿Cómo
puedes determinar o reconocer cuando dos imanes se atraen o se repelen?
1. El profesor pedirá a los estudiantes que llenen sus hojas de predicciones individuales.
tiempo de ejecución de esta actividad.(10 MINUTOS)
2. El profesor pedirá a los estudiantes que llenen sus hojas de predicciones grupales.
tiempo de ejecución de esta actividad.(10 MINUTOS)
3. Socializar las predicciones grupales (10 MINUTOS)
4. Cada grupo dispondrá ahora del material y hará el montaje de su experimento
5. Realización de la práctica (15 MINUTOS)
6. Análisis de los resultados, (20 MINUTOS)
7. Presentación y discusión general de resultados de cada grupo y comparación con las
predicciones (20 MINUTOS)
8. El profesor intenta formalizar la idea de fuerzas entre dos imanes. Por medio de
explicaciones como
Las fuerzas entre dos imanes se experimentan Dependiendo de cómo se los acerque, ambos
imanes experimentarán una atracción o repulsión, según el caso, aclarando que los imanes
tienen dos polos, un polo norte y un polo sur llamados polos magnéticos y a su vez hacer saber
que los polos magnéticos del imán son inversos a los polos geográficos.
El magnetismo terrestre es un imán con su polo sur próximo al Polo Norte geográfico. El
campo magnético de la tierra es similar al de una barra imantada inclinada unos 11º, respecto
al eje de giro. La magnitud del campo magnético sobre la superficie de la tierra varía en un
rango de 0.3 a 0.6 gauss. El campo magnético de la tierra no es constante en dirección,
85
Enseñanza de la ley de inducción de Faraday con experimentos sencillos, materiales
de bajo costo y de fácil consecución
análisis de rocas de diferentes épocas en un mismo lugar muestran magnetizaciones en
direcciones diferentes, donde el campo magnético ha invertido su sentido.
E. Anexo E: Guía Práctica Experimental 4 Electroimán
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MAESTRIA EN ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS EXACTAS Y NATURALES
FACULTAD DE CIENCIAS
Experiencia IV
Inferir y Argumentar
Electroimán
Material realizado por Claudia Liliana Pérez Campo, estudiante de maestría Enseñanza de las
ciencias exactas y naturales. Universidad Nacional de Colombia – Bogotá
Problema
En la actualidad, los electroimanes se utilizan para levantar grandes pesos que contengan material
ferromagnéticos, ya que tienen una ventaja muy importante sobre los imanes naturales, y es que se
pueden activar y desactivar cuando se desee. ¿Cómo construir un Electroimán? ¿Cómo funciona
un electroimán?
Actividad
Proponemos actividades demostrativas, donde se podrá inferir como funciona un electroimán.
Tomaremos un clavo de hierro, en el enrollamos el alambre de cobre y en los extremos de este
alambre conectamos una batería, luego acercamos el clavo a los clips. Para ello necesitamos: un
clavo de hierro, una batería, alambre de cobre, unos clips.
PREDICCIONES INDIVIDUALES
1. ¿Qué esperas que ocurra cuando acerquemos el clavo a los clips? Explica
87
Enseñanza de la ley de inducción de Faraday con experimentos sencillos, materiales de
bajo costo y de fácil consecución
2. ¿Qué ocurre dentro del cable cunado conecto la batería?
3. ¿Qué ocurre si cambio la puntilla de hierro por otro material, ejemplo aluminio?
4. ¿Qué puedo hacer para que el electroimán sea más potente?
PREDICCIONES GRUPALES
1. ¿Qué esperas que ocurra cuando acerquemos el clavo a los clips? Explica
2. ¿Qué ocurre dentro del cable cunado conecto la batería?
3. ¿Qué ocurre si cambio la puntilla de hierro por otro material, ejemplo aluminio?
4. ¿Qué puedo hacer para que el electroimán sea más potente?
RESULTADOS
1. ¿Qué ocurrió cuando acercamos el clavo a los clips? Explica.
2. ¿Qué ocurre dentro del cable cunado conecto la batería? Explica.
Anexo E.
88
3. ¿Qué ocurre si cambio la puntilla de hierro por otro material, ejemplo aluminio? Explica.
4. ¿Qué puedo hacer para que el electroimán sea más potente? Explica.
MANUAL DE LA PRÁCTICA
Vamos a realizar un experimento que nos permita responder la pregunta: ¿Cómo funciona
un electroimán?
El profesor pedirá a los estudiantes que llenen sus hojas de predicciones individuales.
tiempo de ejecución de esta actividad. (10 MINUTOS)
1. El profesor pedirá a los estudiantes que llenen sus hojas de predicciones grupales. tiempo de
ejecución de esta actividad.(10 MINUTOS)
2. Socializar las predicciones grupales (10 MINUTOS)
3. Cada grupo dispondrá ahora del material y hará el montaje de su experimento
4. Realización de la práctica (15 MINUTOS)
5. Análisis de los resultados, (20 MINUTOS)
6. Presentación y discusión general de resultados de cada grupo y comparación con las
predicciones (20 MINUTOS)
7. El profesor intenta formalizar la idea que es un electroimán y como funciona, haciendo uso de
los siguientes comentarios
Un electroimán es un imán artificial que consta de un núcleo de hierro y está rodeado por una
bobina por la que pasa una corriente eléctrica.
El funcionamiento del electroimán, es tan simple como importante. Al hacer pasar la corriente por
un conductor enrollado en un núcleo de hierro, se consigue que los espines de los átomos que
forman el núcleo se reordenen y alineen, reordenando los espines en un mismo sentido, De esta
forma, los campos magnéticos formados por los espines de todos los átomos se suman dando lugar
a una fuerza de atracción con otros imanes y objetos metálicos (ferromagnéticos).
F. Anexo F: Guía práctica Experimental 5 Circuito eléctrico
UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA
MAESTRIA EN ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS EXACTAS Y NATURALES
FACULTAD DE CIENCIAS
Experiencia V
Inferir y Argumentar
Circuito eléctrico
Material realizado por Claudia Liliana Pérez Campo, estudiante de maestría Enseñanza de las
ciencias exactas y naturales. Universidad Nacional de Colombia – Bogotá
Problema
Un circuito eléctrico es algo que a veces no vemos, pero que está presente en algunos
elementos que dependen de la electricidad para funcionar, en nuestros hogares encontramos a
diario aparatos que funcionan con la electricidad como por ejemplo una linterna, pero nos
surgiría la siguiente pregunta: ¿Qué necesitamos para construir un circuito y hacerlo funcionar?
Actividad
Proponemos actividades demostrativas, donde se pueda comprender que es un circuito, como
funciona, que elementos lo componen y algunas de sus funciones. Tomaremos una batería, dos
cables con sus terminales y una bombilla. Conectamos los terminales de los cables en cada
uno de los extremos de la batería, luego los otros terminales de los cables los conectamos a la
bombilla. Para ello necesitamos: Una batería, Dos cables con sus terminales, una bombilla.
PREDICCIONES INDIVIDUALES
1. Haga un esquema de la forma que usted conectaría los elementos (Cables,
bombilla, batería) para construir un circuito.
Anexo F.
90
2. ¿Por qué enciende la bombilla?
3. ¿Qué ocurre dentro del cable cuando conecto la batería?
4. ¿Cuál es la función de la batería dentro del circuito?
PREDICCIONES GRUPALES
1. Haga un esquema de la forma que usted conectaría los elementos (Cables,
bombilla, batería) para construir un circuito.
2. ¿Por qué enciende la bombilla?
3. ¿Qué ocurre dentro del cable cuando conecto la batería?
4. ¿Cuál es la función de la batería dentro del circuito?
RESULTADOS
1. Haga un esquema de la forma que usted conectaría los elementos (Cables,
bombilla, batería) para construir un circuito.
91
Enseñanza de la ley de inducción de Faraday con experimentos sencillos, materiales
de bajo costo y de fácil consecución
2. ¿Por qué enciende la bombilla? Explica
3. ¿Qué ocurre dentro del cable cundo conecto la batería? Explica
4. ¿Cuál es la función de la batería dentro del circuito? explica
MANUAL DE LA PRÁCTICA
Vamos a realizar un experimento que nos permita responder la pregunta: ¿Qué necesitamos
para construir un circuito y hacerlo funcionar?
El profesor pedirá a los estudiantes que llenen sus hojas de predicciones individuales.
tiempo de ejecución de esta actividad. (10 MINUTOS)
1. El profesor pedirá a los estudiantes que llenen sus hojas de predicciones grupales.
tiempo de ejecución de esta actividad.(10 MINUTOS)
2. Socializar las predicciones grupales (10 MINUTOS)
3. Cada grupo dispondrá ahora del material y hará el montaje de su experimento
4. Realización de la práctica (15 MINUTOS)
5. Análisis de los resultados, (20 MINUTOS)
6. Presentación y discusión general de resultados de cada grupo y comparación con
las predicciones (20 MINUTOS)
7. El profesor intenta formalizar la idea que es un circuito, donde se puede ver, como
se construye y como funciona, haciendo uso de los siguientes comentarios
Un circuito eléctrico es un camino cerrado por donde fluye la corriente eléctrica, desde el polo
negativo hasta el polo positivo de una fuente de alimentación (pila, batería, generador, etc.).
Donde la fuente de alimentación en este caso la batería Produce una fuerza eléctrica sobre las
cargas de tal manera que estas se muevan, la bombilla es la que permite visualizar que las
cargas se están moviendo y los cables son el camino conductor por donde se mueven las
cargas.
G. Anexo G: Guía Práctica Experimental 6 Inducción electromagnética
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MAESTRIA EN ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS EXACTAS Y NATURALES
FACULTAD DE CIENCIAS
Experiencia VI Inferir y Argumentar
Inducción electromagnética. (Ley de Faraday)
Material realizado por Claudia Liliana Pérez Campo, estudiante de maestría Enseñanza de las
ciencias exactas y naturales. Universidad Nacional de Colombia – Bogotá
Problema
La corriente inducida es el fenómeno que origina la producción de una fuerza electromotriz
(f.e.m. o tensión) en un medio conductor, expuesto a un campo magnético variable, o bien en
un conductor móvil respecto a un campo magnético estático no uniforme. ¿Qué se necesita
para generar corriente eléctrica con un campo magnético?
Actividad
Proponemos actividades demostrativas, donde se podrá observar como un campo magnético
genera una corriente eléctrica inducida. Tomaremos una bobina, cables conductores, un imán
y un voltímetro. Tomamos el imán y lo acercamos a la bobina, introduciéndolo y sacándolo del
carretel que hace parte de la bobina. Para ello necesitamos: Alambre de cobre, Carretel de
hilo, un imán, 2 cables conductores y un voltímetro.
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Enseñanza de la ley de inducción de Faraday con experimentos sencillos, materiales
de bajo costo y de fácil consecución
PREDICCIONES INDIVIDUALES (Parte uno)
1. Realice un esquema de la forma que usted conectaría los elementos dados para que se
genere una corriente eléctrica.
PREDICCIONES INDIVIDUALES (Parte Dos)
2. ¿Qué crees que ocurra cuando introduzcas y saques el imán de la bobina?
3. ¿Qué sucederá si introduces el imán en la bobina y lo dejas en reposo?
4. ¿Qué sucederá si le cambias el sentido al imán y lo introduces y lo sacas de la bobina?
5. ¿Qué sucederá si el imán se introduce o se saca de la bobina más rápidamente?
6. ¿Qué crees que ocurra si dejamos el imán en reposo y movemos la bobina a su
alrededor?
PREDICCIONES GRUPALES (Parte uno)
1. Realice un esquema de la forma que usted conectaría los elementos dados para que
se genere una corriente eléctrica
Anexo G.
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PREDICCIONES GRUPALES (Parte dos)
1. ¿Qué crees que ocurra cuando introduzcas y saques el imán de la bobina?
2. ¿Qué sucederá si introduces el imán en la bobina y lo dejas en reposo?
3. ¿Qué sucederá si le cambias el sentido al imán y lo introduces y lo sacas de la
bobina?
4. ¿Qué sucederá si el imán se introduce o se saca de la bobina más rápidamente?
5. ¿Qué crees que ocurra si dejamos el imán en reposo y movemos la bobina a su
alrededor?
RESULTADOS
1. Realice un esquema de la forma que usted conectaría los elementos dados para que
se genere una corriente eléctrica
RESULTADOS (Parte Dos)
2. ¿Qué ocurrió cuando introduces y sacas el imán de la bobina? Explica
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Enseñanza de la ley de inducción de Faraday con experimentos sencillos, materiales
de bajo costo y de fácil consecución
3. ¿Qué sucede si introduces el imán en la bobina y lo dejas en reposo? Explica
4. ¿Qué sucede cuando cambias el sentido al imán y lo introduces y lo sacas de la
bobina? Explica
5. ¿Qué sucede cuando el imán se introduce o se saca de la bobina más rápidamente?
Explica
6. ¿Qué ocurre si dejamos el imán en reposo y movemos la bobina a su alrededor?
MANUAL DE LA PRÁCTICA
Vamos a realizar un experimento que nos permita responder la pregunta: ¿Cómo puede
un campo magnético generar corriente eléctrica? El profesor pedirá a los estudiantes
que llenen sus hojas de predicciones individuales. (Parte uno) tiempo de ejecución de
esta actividad.(5 MINUTOS)
1. El profesor pedirá a los estudiantes que llenen sus hojas de predicciones grupales
(Parte uno). tiempo de ejecución de esta actividad.(5 MINUTOS)
2. Socializar las predicciones grupales (10 MINUTOS)
3. Realización de la práctica (5 MINUTOS)
4. Análisis de los resultados, (10MINUTOS)
5. Presentación y discusión general de resultados de cada grupo y comparación con
las predicciones (10 MINUTOS)
6. El profesor intenta formalizar el esquema
eléctrica a través de un campo magnético.
de la forma de inducir corriente
Anexo G.
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Parte Dos
El profesor pedirá a los estudiantes que llenen sus hojas de predicciones individuales.
(Parte dos) tiempo de ejecución de esta actividad.15 MINUTOS)
1. El profesor pedirá a los estudiantes que llenen sus hojas de predicciones grupales
(Parte dos). tiempo de ejecución de esta actividad.(20 MINUTOS)
2. Socializar las predicciones grupales (10 MINUTOS)
3. Realización de la práctica (10 MINUTOS)
4. Análisis de los resultados, (10MINUTOS)
5. Presentación y discusión general de resultados de cada grupo y comparación con
las predicciones (10 MINUTOS)
6. El profesor intenta formalizar la idea de que es una inducción electromagnética y
como se genera, mediante las siguientes explicaciones.
Al acercar el imán a la bobina aumenta el flujo del campo magnético que atraviesa cada una de
las espiras y se induce una corriente eléctrica, de tal manera que la aguja se desplaza hacia la
izquierda. Cuando el imán está en reposo el flujo del campo magnético que atraviesa la bobina
no cambia, por lo tanto allí no existe corriente eléctrica.
Cuando el imán se aleja de la bobina disminuye el flujo magnético, de igual forma se induce
una corriente eléctrica con sentido contrario que cuando el imán se acerca, por tanto la aguja
del voltímetro se mueve hacia la derecha.
Si el imán está en reposo y se mueve la bobina alrededor del imán de igual forma se genera
una corriente eléctrica.
La presencia de estas corrientes en la bobina implica la existencia de inducción y voltaje, la cual
están presentes durante el tiempo que el flujo magnético está variando.
El flujo del campo magnético que atraviesa la bobina está relacionado con inducción y voltaje
mediante la ley de Faraday, que establece que la fuerza electromotriz depende de la rapidez
con
la
que
varíe
el
flujo
magnético.
5. Bibliografía
[1] J. M. Almudí, K. Zuza y J. Guisasola, «Aprendizaje de la teoría de inducción
electromagnética en cursos universitarios de física general, una enseñanza por
resolución guiada de problemas,» Enseñanza de las Ciencias, pp. 7 - 24, 2016.
[2] J. Guisasola, A. J. Manuel y M. Ceberio, «Propuesta de Enseñanza en cursos
introductorios de Física en la Universidad, Basada en la investigación didáctica: Siete
años de experiencia y resultados,» Departamento de Física Aplicada I. Universidad
del País Vasco-Euskal Herriko Unibertsitatea, 2003.
[3] c. Furio y J. Guisasola, «Deficiencias epistemológicas en la enseñanza habitual de
los conceptos de campo y potencial eléctrico,» Enseñanza de las Ciencias, vol. 2, nº
15, pp. 259-271, 1997.
[4] J. Guiasasola, J. M. Almundí y K. Zuza, «Dificultades de los estudiantes
universitarios en el aprendizaje de la inducción electromagnética,» Brasileira de
Ensino de Física, vol. 32, nº 1401, 2010.
[5] J. M. Campanario y A. Moya, «¿CÓMO ENSEÑAR CIENCIAS? PRINCIPALES
TENDENCIAS Y PROPUESTAS,» Grupo de Investigación en Aprendizaje de las
Ciencias. Departamento de Física. Universidad de Alcalá de Henares., Alcalá de
Henares. Madrid, 1999.
[6] R. Taton, Historia General de las Ciencias., Barcelona: Orbis, 1988.
[7] L. McKeehan, Magnetismo. Van Nostrand Momentum Books, Reverté Mexicana,
1991.
[8] J. M. Bocanegra, Ciencia y Sociedad en el Siglo XIX, Cep Málaga, 1997.
[9] R. López Valverde, «Historia del Electromagnetismo,» Ediciones IES Pablo Picasso,
2001.
[10] J. Bernal, La proyección del hombre. Historia de la Física clásica. Siglo XXI, 1975.
[11] J. Hendry, James Clerk Maxwell and the Theory of de Electromagnetic Field. Adam
Hilder Ltd, Bristol and Bostom, 1986.
[12] J. M. Villalba, L. Ferreira, E. Arribas, A. Nájera y A. Beléndez, «Estudio experimental
de la inducción electromagnética entre dos Bobinas: Dependencia con la corriente
Bibliografía
98
eléctrica,» Brasileira de Ensino de Física, vol. 37, nº 1313, 2015.
[13] H. Young y R. Freedman, Fisica Universitaria, México: Pearson, 2009.
[14] R. Serway y J. Jewett, Física para ciencias e ingeniería con física moderna, México:
Cengage learning, 2009.
[15] R. A. Serway y J. W. Jewett, Física para Ciencias e Ingeniería, Cengage Learning,
2008.
[16] R. Cabrera, «Apuntes de Electricidad,» 11 Octubre 2017. [En línea]. Available:
https://ricuti.com.ar/no_me_salen/ELECTRICIDAD/elec01.html .
[17] H. Barco Ríos y E. Rojas Calderón, Electromagnetismo y Física Moderna, Manizales:
Universidad Nacional de Colombia, 2001.
[18] M. Alonso y E. Finn, Física: Campos y Ondas. 1ed., México: Addison Wesley
Iberoamericana, 1987.
[19] J. D. Muñoz Castaño, «corriente eléctrica, corriente en un alambre y nodo.
Presentaciones Docente José Daniel Muñoz Castaño,» Bogotá, 2017.
[20] D. Ausebel, Sicología educativa. Un punto de vista cognoscitivo, México: Trillas (10
edición), 1997.
[21] D. Hodson, Hacia un enfoque más crítico del trabajo de laboratorio. The Ontario
Institute for Studies in Education, Toronto (Canadá), 1994.
[22] E. Sánchez, «Las prácticas en laboratorio estrategia motivadora para investigar,»
Cataluña - España, 2008.
[23] R. H. Albarracín y F. Fajardo, «Propuesta metodológica para la enseñanza de
fenómenos electromagnéticos apoyada en experimentos de Clase,» Revista
Colombiana de Física, vol. 34, nº 1, pp. 280 -283, 2002.
[24] J. Shitu, «Experimentos sencillos en magnetismo con materiales de bajo costo:
desarrollo de modelos y terminología a partir de las observaciones,» Latin-American
Journal of Physics Education, vol. 8, pp. 281-291, 2014.
[25] J. Briceño, J. Rosario, Y. Rivas, H. Lobo, G. Gutiérrez, M. Villarreal, J. Díaz y F.
Pineda, «El aprendizaje de fenómenos electromagnéticos,» Investigación Arbitrada,
vol. 45, nº ISSN: 1316 - 4910 , pp. 501 - 507, 2009.
99
Enseñanza de la ley de inducción de Faraday con experimentos sencillos,
materiales de bajo costo y de fácil consecución
[26] M. Almudí, «Explicando los fenómenos de inducción electromagnética: relevancia de
su enseñanza y dificultades de aprendizaje,» de VII congreso enseñanza de las
ciencias, 2005.
[27] J. A. Meneses y M. Caballero, Secuencia de enseñanza sobre el electromagnetismo.
Colegio Universitario de Burgos, Sección de Químicas. Av. de Valladolid, 1995.
[28] M. García, «Ciencia recreativa: Un recurso didáctico para enseñar deleitando,»
Eureka sobre enseñanza y divulgación de las ciencias, 2011.
[29] R. R. Hake, «Interactive-engagement versus traditional methods: A six-thousandstudent survey of mechanics test data for introductory physics courses,» vol. 66, nº 1,
1998.
[30] J. Cabezone, «¿Fue Maxwell precursor de Hertz?,» Mundo Científico, vol. 40, nº
1984.
[31] J. A. Díaz - Hellín, «Michael Faraday: El Encuadernador que revolucionó la ciencia,»
Revista Española de Física, pp. 36 - 43, 2003.
[32] A. J. Barbero, J. A. Manzanares y S. Mafé, «FEM inducido en un solenoide: una
simple verificación cuantitativa de la ley de Faraday,» Physics Education , vol. 29, pp.
102 -105, 1994.
[33] A. Castaño, Física III, UNNE – Facultad de Ingeniería , 2012.