Cómo motivar a los estudiantes mediante actividades científicas atractivas

1

INDUCCIÓN ELECTROMAG NÉTICA

Nieves Fernández Feijoo Isabel Matamoros

I. E. S. PERE BOÏL, MANISES

Introducción: Cuando se producen variaciones de flujo magnético através de un circuito, se produce en este una ddp (V) dada por la ley de Fáraday:

� = −�Φ

��

siendo N el nº de espiras que forman el circuito y Φ = B.S el flujo del campo magnético através del circuito. Si la superficie S es contante:

� = −� ∙ �

��

� =−�

� ∙ ∙ ��

Si medimos la tensión inducida en una bobina al mover un imán a través de ella, podemos calcular la inducción magnética B por integración.

Objetivos:

•••• Medir flujo magnético a través de una bobina y calcular el campo magnético. •••• Aplicar métodos y cálculos del MAS y determinar la constante elástica. •••• Mostrar un montaje curioso que relaciona dos temas, en principio inconexos.

Relación del tema propuesto con el curriculo del Curso: El MAS se ve a principio de curso en Física de 2º de bachillerato, y Campo magnético e Inducción son también temas de 2º de Bachillerato.

Cómo motivar a los estudiantes mediante actividades científicas atractivas

2

Material y recursos necesarios:

•••• Muelle. •••• Pesas y portapesas •••• Balanza •••• Regla •••• Bobina. •••• Imanes. •••• Sensor voltage-intensidat. •••• Soporte.

Normas de seguridad:

•••• Aunque se usa corriente continua de baja tensión, siempre hay que tomar precauciones con la corriente.

•••• Hay que asegurarse que el enchufe sea el adecuado, y que se manejan los cables en condiciones de seguridad.

•••• Cuidado con los campos magnéticos, pueden estropear los dispositivos de almacenamiento de datos (lápiz de memoria, DVD, …) y las pantallas de TV y ordenador.

Procedimiento:

Parte 1: Determinación del flujo y el campo magnético a través de una bobina

1. Mide la masa del muelle y el imán. 92,565 g

2. Siguiendo el esquema de la fotografía, cuelga el imán de un muelle y hazlo oscilar en el interior de una bobina.

3. Conecta la bobina al sensor de voltaje. Deja que se estabilice la oscilación y empieza a tomar datos.

Cómo motivar a los estudiantes mediante actividades

Cuestiones:

• ¿Cómo varía el voltaje en función del tiempo?• A partir de la gráfica, determina el valor de la tensión máxima y del periodo • Utilizando la ley de Faraday determinar el flujo y la variación del campo

magnético a través de la bobina

Considerando que V = V0.sin wt, podremos calcular el flujo integrando la expresió

Cómo motivar a los estudiantes mediante actividades científicas atractivas

¿Cómo varía el voltaje en función del tiempo? la gráfica, determina el valor de la tensión máxima y del periodo

Utilizando la ley de Faraday determinar el flujo y la variación del campo magnético a través de la bobina

.sin wt, podremos calcular el flujo integrando la expresió

�Φ =−�

���

�Φ =−��

�· sin�ω · �� · ��

Φ ���

� · ω· cos�ω · ��

atractivas

3

la gráfica, determina el valor de la tensión máxima y del periodo Utilizando la ley de Faraday determinar el flujo y la variación del campo

.sin wt, podremos calcular el flujo integrando la expresión:

Cómo motivar a los estudiantes mediante actividades científicas atractivas

4

Parte 2: Cálculo de la constante elástica del muelle

1. Utilizando el periodo obtenido en la parte 1, calcula la constante elástica del muelle

k = m.w2 = 0,09256.(2.π/0,45)2 = 18,045 N/m

Ahora calcularemos esta constante elástica mediante otro procedimiento:

2. Cuelga del muelle un portapesas y mide la longitud del conjunto muelle-potapesas.

3. Coloca diferentes pesas y mide los alargamientos producidos.

Cuestiones:

• Representa el peso en función del alargamiento • A partir de la gráfica, determina el valor de la constante elástica del muelle • Compara el valor obtenido con el que habías calculado en la parte 1. • ¿Cuál de los dos métodos es más adecuado? Razona tu respuesta.

0,000 0,020 0,040 0,060 0,080 0,100 0,120 0,140 0,160

0,0000

0,5000

1,0000

1,5000

2,0000

2,5000

3,0000

f(x) = 17,88x + 0,1R² = 1

Gráfica fuerza-alargamiento muelle

Alargamiento

Regresión lineal para Alargamiento

alargamiento (m)

Pe

so (N

)

Cómo motivar a los estudiantes mediante actividades científicas atractivas

5

Tiempo necesario para desarrollar esta práctica:

2 horas de trabajo en grupo en el laboratorio 2-3 horas para la realización de la memoria individual

Análisis de la práctica:

La práctica está pensada para alumnos de 2º de Bachillerato. El objetivo era que los alumnos aplicaran los conocimientos teóricos estudiados en la asignatura y que aplicaran algunas técnicas de laboratorio, como realización de montajes, medición de magnitudes, representaciones gráficas, cálculos, … Al mismo tiempo se pretende que los alumnos desarrollen un informe del estudio realizado, relacionando dos de temas del currículum en principio inconexos, el MAS y la Inducción Electromagnética. A pesar de la simplicidad del montaje, se encontraron con algunas dificultades que tuvieron que resolver que hubo que resolver con la colaboración y el ingenio de todos:

• Idear la forma de unir el imán al muelle. • Buscar un método para elevar la bobina y que el imán pudiera pasar por su

interior sin tocar la superficie de la mesa. • Conseguir que el imán pasara por el hueco de la bobina sin rozar.

Superadas todas estas dificultades, procedieron a realizar las mediciones y los cálculos.

Debido a las dificultades encontradas en el montaje, el tiempo de la realización de la práctica se alargó en una sesión más de laboratorio.

Análisis de los resultados:

Debido a las dificultades encontradas durante el montaje, a la no disponibilidad del laboratorio durante el horario habitual de las clases con estos alumnos, y a las huelgas de estas últimas semanas, los trabajos prácticos se alargaron hasta el martes 28 de febrero. Les pedimos los cálculos y reflexión personal para el jueves 1 de marzo pero no los trajeron (tenían varios exámenes ese día). Como el viernes 2 tenían también otro examen, se les pidió el trabajo para el lunes 5, y tampoco los han traído.

En base a los valores experimentales obtenidos por uno de los grupos de alumnos se han realizado los cálculos y análisis de resultados.

Según sus mediciones, ambos métodos dan un resultado parecido para el valor de k.

El primer método emplea sensores V-I de gran sensibilidad, en contraste con el segundo método, que emplea una regla graduada en milímetros, y se mide la longitud del muelle de forma poco precisa. Sin embargo, el cálculo de k por el primer método se basa en un único valor de Vmax y T, mientras que el cálculo por el segundo método se basa en 11 tomas experimentales diferentes. Podemos por tanto confiar más en este segundo método que en el primero.

Cómo motivar a los estudiantes mediante actividades científicas atractivas

6

Conclusiones de la práctica:

•••• Los alumnos se encuentran motivados por el hecho de ir al laboratorio. •••• Los alumnos han colaborado entre ellos para resolver los problemas prácticos •••• Los alumnos han aprendido a aplicar el método científico •••• Dado que los alumnos no suelen ir mucho al laboratorio, se observó poca

destreza en el manejo de algunos instrumentos, y en ocasiones les cuesta relacionar los resultados experimentales con las expresiones teóricas.

•••• Los alumnos siguen sin trabajar en casa, aunque sea un trabajo basado en actividades prácticas.

NOTA: La idea de esta práctica ha surgido de un artículo de la Revista Española de Física, Volumen 22, n. 4 del año 2008 de Jesús Alba Fernández, Jaime Ramis Soriano, Romina del Rey Tormos y Eva Escuder Silla.