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Guía del docente.
1. Descripción curricular:
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Nivel: MN4, IVº medio.
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Subsector: Ciencias Física.
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Unidad temática: Circuito de corriente variable.
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Palabras
claves:
Jaula
de
Faraday;
Campo
magnético;
Campo
electromagnético; Campo eléctrico;
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Contenidos curriculares:
•
Demostración experimental de la corriente inducida por el movimiento
relativo entre una espira y un imán. Inducción electromagnética: leyes
de Michael Faraday y Heinrich Lenz. Inductancia y su efecto cualitativo
en un circuito de corriente variable en el tiempo.
2. Contenidos relacionados:
- Iº medio:
•
Magnetismo y fuerza magnética.
•
Magnetismo
natural.
La
electricidad
como
fuente
de
magnetismo.
Demostración experimental de que un alambre recto que porta corriente
eléctrica produce un campo magnético.
•
Fuerza magnética sobre un conductor que porte corriente eléctrica: el motor
eléctrico de corriente continua.
3. Aprendizajes esperados:
Los alumnos y alumnas:
•
Identificar los diferentes tipos de ondas electromagnéticas, sus características
y la forma de emitirlas y captarlas.
•
Reconocer que la vibración de una carga eléctrica produce una onda
electromagnética que se propaga en el espacio.
4. Recursos digitales asociados de www.educarchile.cl:
Video: ¿Qué es el electromagnetismo?
5. Descripción general de las actividades:
La actividad “construyendo una jaula de Faraday” está relacionada con el video
¿Qué es el electromagnetismo?, el cual explica en qué consiste este concepto.
Esta actividad pretende que los alumnos y alumnas fabriquen una Jaula de
Faraday, y la relacionen con los campos electromagnéticos.
La actividad está estructurada de tal forma que puede realizarse en 2 horas
pedagógicas.
Se recomienda que los alumnos y alumnas trabajen en grupos de cuatro
personas.
Actividad: Construyendo una jaula de Faraday.
I. Introducción.
Un Campo electromagnético es un campo físico, de tipo tensorial, que afecta a
partículas con carga eléctrica.
Fijado un sistema de referencia podemos descomponer convencionalmente el
campo electromagnético en una parte eléctrica y en una parte magnética. Sin
embargo, un observador en movimiento relativo respecto a ese sistema de
referencia medirá efectos eléctricos y magnéticos diferentes, lo cual ilustra la
relatividad de lo que llamamos parte eléctrica y parte magnética del campo
electromagnético. Como consecuencia de lo anterior tenemos que ni el "vector"
campo eléctrico ni el "vector" de inducción magnética se comportan genuinamente
como magnitudes físicas de tipo vectorial, sino que juntos constituyen un tensor para
el que sí existen leyes de transformación físicamente esperables.
Visualización de una estrella neutrónica, mostrando las líneas del campo
magnético y el haz de ondas de radio emanando de un polo magnético.
Visualización de una estrella neutrónica, mostrando las líneas del campo
magnético (recortado) y el haz de ondas de radio.
El efecto jaula de Faraday provoca que el campo electromagnético en el interior de
un conductor en equilibrio sea nulo, anulando el efecto de los campos externos. Esto
se debe a que, cuando el conductor sujeto a un campo electromagnético externo, se
polariza de manera que queda cargado positivamente en la dirección en que va el
campo electromagnético, y cargado negativamente en el sentido contrario. Puesto
que el conductor se ha polarizado, este genera un campo eléctrico igual en magnitud
pero opuesto en sentido al campo electromagnético, luego la suma de ambos
campos dentro del conductor será igual a 0.
Se pone de manifiesto en numerosas situaciones cotidianas, por ejemplo, el mal
funcionamiento de los teléfonos móviles en el interior de ascensores o edificios con
estructura de rejilla de acero.
Una manera de comprobarlo es con una radio sintonizada en una emisora en onda
media. Al rodearla con un periódico, el sonido se escucha correctamente. Sin
embargo, si se sustituye el periódico con un papel de aluminio la radio deja de emitir
sonidos: el aluminio es un conductor eléctrico y provoca el efecto Jaula de Faraday.
Este fenómeno, descubierto por Michael Faraday, tiene una aplicación importante en
protección de equipos electrónicos delicados, tales como repetidores de radio y
televisión situados en cumbres de montañas y expuestos a las perturbaciones
electromagnéticas causadas por las tormentas.
II. Desarrollo de la actividad: Construyendo la Jaula de Faraday.
Materiales:
1 m de malla para mosquitos (metálica, gruesa)
Alicate.
Plumavit de 25 x 25 cm y 5 de grosor.
Papel aluminio.
Un cautín.
Estaño para soldar.
Pasta pasa soldar.
Una radio a pilas pequeña, (tipo grabadora), o un celular con radio.
Una caja de zapatos.
Montaje:
1. Corte un rectángulo de 70 x30 cm de malla.
2. Enrolle la malla formando un cilindro de 30 cm. de longitud y 20 cm de
diámetro. Ligue los bordes de la malla con soldadura de estaño, como se
observa en la figura.
3. Encienda la radio, y luego introdúzcala en la caja de cartón. Anote lo que
sucede, con respecto a la intensidad del sonido.
4. Tome la radio nuevamente, e introdúzcala en la malla recién construida.
Analice sus resultados.
5. Realice los pasos 3 y 4 con un celular.
III. Cuestionario.
1. ¿Qué es el electromagnetismo?
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2. ¿Qué sucede cuando introduces en la radio en la caja de zapatos?
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3. ¿Cómo es la intensidad del sonido emitido por la radio, cuando se encuentra
en la caja de zapatos en comparación con la Jaula de Faraday?
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4. ¿Cómo explicarías lo acontecido?
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5. ¿Qué ejemplo tecnológico conoces con estas características?
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