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Indicadores de logro:
Compara la alineación de dominios magnéticos en un imán y un electroimán.
Evidencia experimentalmente las líneas de campo magnético.
Probablemente estés familiarizado con algunos objetos como los adornos que puedes colocar en la puerta de un refrigerador o los timbres tipo campana. Ambos tienen en común que, para su funcionamiento, hacen uso del magnetismo. En el entorno hay varios objetos que necesitan del magnetismo para su funcionamiento, este fenómeno será nuestro objeto de estudio durante la semana.
A. Magnetismo en nuestro entorno
¿Qué te parece si comenzamos por ayudar a nuestros amigos? Pon atención a sus experiencias e intenta responder en tu cuaderno de trabajo las preguntas que se plantean.
Luis: Cuando he jugado con imanes, he notado que algunos objetos, como los clavos, son atraídos, pero hay otros que no. Lo mismo me ha pasado cuando he colocado o retirado adornos con imanes en la puerta de un refrigerador, ¿por qué pasará este fenómeno?
Lisa: Saben que cuando acercas dos imanes solo se atraen por uno de sus lados. Dependiendo de cómo los colocas, a veces no se pueden unir. Me ha pasado que al soltarlos, ellos solos se repelen, ¿por qué los imanes se atraen o repelen?
Carlos: El otro día me fijé en algo muy curioso. Si aproximas una brújula a un imán, la aguja siempre se orienta señalando uno de sus extremos. ¿A qué se deberá esto?
Fíjate que...
Nuestro planeta produce un campo magnético, comportándose como un gigantesco imán. Su origen se encuentra en discusión, pero se admite que es debido a la existencia de iones y material ferromagnético.
Nico: Si acercas dos imanes, sus polos opuestos se atraen y los polos iguales se repelen.
El magnetismo, es considerado un fenómeno físico que podemos identificar por la fuerza de atracción o repulsión sobre ciertos materiales. Si bien existe un mineral llamado magnetita, que es considerado un imán natural, en la actualidad existen materiales que en ciertas condiciones podría comportarse como un imán.
B. Polos magnéticos de un imán
Los imanes, poseen dos polos uno llamado norte (N) y otro sur (S). Si ninguno de sus polos se encuentra identificado, podemos descubrirlo realizando el siguiente experimento.
Materiales: 2 imanes de barra, una brújula, limadura de hierro, 2 hojas de papel bond y un lápiz.
Procedimiento:
Coloca un imán de barra sobre una hoja de papel bond. Calca el imán sobre el papel.
Desde un lugar lejos del imán, desliza lentamente la brújula, al centro del imán, sobre la hoja de papel bond.
3. Detén el movimiento de la brújula cuando observes que cambie de orientación de la aguja de la brújula.
4. Mueve la brújula, de forma paralela al imán y busca el extremo que señala la brújula.
5. Mueve de extremo a extremo el imán para ir dibujando una línea continua en el papel que vaya señalando una de las puntas de la aguja. Traza en total 6 líneas: 3 a cada lado del imán.
6. Coloca limadura de hierro sobre las 6 líneas dibujadas.
7. Lee el siguiente texto: A estas líneas formadas se les conoce como líneas de campo magnético. Estas líneas salen del polo norte y entran al polo sur del imán. El polo sur del imán atrae al polo norte de la aguja de la brújula. A partir de este hecho, diremos que el otro extremo del imán es el polo norte.
8. Dibuja cómo quedan las líneas de campo magnético y escribe el nombre de cada polo del imán.
C. Dominio magnético
Todos los imanes naturales son permanentes porque nunca perderán el magnetismo, a menos que sufran un incremento de temperatura porque desalinea sus dominios magnéticos. Por otra parte, hay otros materiales que pueden convertirse en imanes bajo ciertas condiciones; por ejemplo, cuando circula corriente eléctrica por un conductor eléctrico.
Los electrones en torno al núcleo crean sus propios campos magnéticos, es decir, son pequeños imanes. En la mayoría de átomos, estos pequeños imanes están emparejados, por lo que sus campos magnéticos se cancelan; pero en materiales llamados ferromagnéticos, como el hierro (Fe) o el níquel (Ni), los electrones desapareados están en grandes grupos, favoreciendo que sus campos magnéticos apunten en la misma dirección.
D. Construyendo un imán
Al frotar una aguja sobre un imán, podrías generar un imán en la aguja. Otro tipo de imán que fácil de construir es el electroimán. Aprendamos a construir imanes estos tipos de imanes.
Materiales: un aguja y un clavo, un imán de barra, un porta baterías y 2 baterías AA, 2 hojas de papel bond, 3 clips metálicos, limadura de hierro y 2 m de alambre de cobre, esmaltado calibre 28.
Procedimiento:
Frota la aguja sobre el imán de barra por unos 5 minutos.
Acerca la aguja a los clips. ¿Qué observas?
Enrolla 1 m de alambre de cobre alrededor del clavo, asegúrate de dejar unos 5 cm libres y retirar el esmalte a las puntas.
Acerca el clavo a los clips. ¿Qué observas?
Coloca las baterías AA en el porta baterías.
Conecta cada una de las salidas del porta baterías a las puntas del enrollado.
Vuelve a acercar el clavo a los clips y observa lo que sucede.
Acerca un imán de barra e identifica los polos norte y sur del electroimán.
¿Qué pasaría si se invierten las salidas del porta baterías al electroimán?
Irene: En un imán, el polo norte se representa con una letra N y el sur con S.
Las líneas de campo magnético se unen en el polo opuesto del mismo o del otro imán, saliendo del polo norte hacia el polo sur (por convención).
El enrollado (bobina) de alambre produce un campo magnético que depende de la intensidad de la corriente. Las líneas de este campo se pueden visualizar.
9. En una hoja de papel bond, realiza un enrollado tipo espiral con alambre de cobre.
10. De forma similar que el enrollado en el clavo retira el esmalte de las puntas.
11. Coloca un poco de limadura de hierro sobre la hoja donde se encuentra cubierta por el espiral.
12. Conecta el porta baterías a la espiral y observa lo que pasa con la limadura de hierro.
13. Invierte la conexión del porta baterías en el espiral y contesta:
a. ¿Cómo se comporta la limadura de hierro cuando se invierte la conexión en el porta baterías?
b. ¿Cómo identificas hacía donde se dirigen las líneas de campo con los materiales que tienes a disposición?
Lisa: O sea que, cuando la corriente eléctrica pasa por un conductor eléctrico, genera un campo magnético.
Nico: Al clavo enrollado de alambre se le llama núcleo de hierro. El núcleo es básicamente un amplificador del campo magnético creado por el alambre portador de corriente.
E. Resuelve los desafíos
Procedimiento:
1. Observa la imagen que se muestra.
2. Discute con tus compañeros, cómo tendrías que colocar el imán para que el carrito acelerara hacia la derecha.
3. Luego, dibuja las líneas de campo de esta interacción magnética.
4. En la figura inferior se encuentra un embobinado o enrollado como los que elaboramos en la actividad D.
5. Discute con tus compañeros ¿por qué la aguja de la brújula apunta en esa dirección particular cuando circula corriente por la bobina?
6. ¿Qué pasaría si el embobinado se desconectara de la batería?
¿Qué aprendimos?
Esta semana identificamos los campos magnéticos de los imanes, incluyendo sus polos norte y sur. También utilizamos una brújula y limaduras de hierro para observar su forma geométrica, estando aislados y bajo interacción con otros imanes. Por convención, las líneas de campo magnético parten del polo norte y llegan al sur.
El responsable de que los materiales ferromagnéticos sean atraídos por los imanes es el dominio magnético. ¿Qué sucede en el interior del dominio magnético? Los polos de los diminutos imanes de los diversos grupos de átomos que originalmente están apuntando aleatoriamente en varias direcciones, se alinean todos en la misma dirección que el campo externo, pero haciendo que sus polos opuestos busquen el polo del imán exterior.
Al acercar el polo sur del imán al clip metálico, este será atraído porque internamente los polos norte de los dominios serán atraídos por el polo sur del imán externo. Por esta razón, el clip siempre es atraído por el imán y jamás repelido. Los materiales ferromagnéticos más conocidos son: hierro (Fe), níquel (Ni) y cobalto (Co).
Irene: Yo aprendí que ciertos materiales pueden quedar imantados cuando se frotan contra un imán permanente.
Luis: Yo encontré que una corriente eléctrica que pasa por un conductor eléctrico genera un campo magnético. Esto lo vimos al construir un electroimán.
Carlos: Las magnitudes básicas de la electricidad pueden medirse con un multímetro, recuerda el uso adecuado para medir cada una de las magnitudes.
Irene: Una corriente eléctrica que pasa por un conductor puede producir un campo magnético. El clavo amplifica este campo.
Cuando hablamos de electricidad, es importante identificar magnitudes básicas medibles, las de esta unidad fueron las siguientes:
El valor teórico de la resistencia eléctrica se puede obtener mediante el código de colores.
Los circuitos eléctricos se pueden representar mediante diagramas. Las magnitudes de los elementos eléctricos pueden cambiar su valor dependiendo del resto del circuito. Los dos tipos de conexión estudiadas son:
El polo norte de una brújula siempre se orienta al polo sur de un imán. Si movemos una brújula alrededor del imán, podemos descubrir las líneas invisibles del campo magnético . Además, los imanes pueden atraer a otros materiales que tengan hierro, níquel o cobalto, debido a sus dominios magnéticos.
A continuación, se presentan tres diagramas de circuitos eléctricos. Encuentra el valor de las resistencias eléctricas equivalentes de cada uno.
Irene: Recuerdo que en un circuito en serie, la resistencia eléctrica total o equivalente del circuito, es la suma de las resistencias eléctricas que lo conforman.
2. Observa la figura que muestra dos circuitos eléctricos formados por una batería, interruptor y dos luminarias. Responde en tu cuaderno de trabajo:
a. ¿Cuál es el tipo de conexión?
b. Si a cada uno de esos circuitos se les retira una iluminaria, ¿cuál circuito seguiría iluminando?
c. Elabora el diagrama eléctrico de cada circuito.
Luis: Yo recuerdo que las resistencias eléctricas, poseen unas bandas, que se les conoce como código de colores, que sirven para identificar la magnitud aproximada.
Carlos: Las líneas de campo magnético en un imán parten del polo norte y llegan al polo sur.
3. Observa la figura. Resuelve en tu cuaderno de trabajo:
a. Encuentra el valor de las resistencias eléctricas usando el código de colores.
b. ¿Qué valor tendría la resistencia equivalente si se conectan en serie?
c. ¿Qué valor tendría la resistencia equivalente si se conectan en paralelo?
4. A partir de la figura, desarrolla en tu cuaderno de trabajo.
a. Dibuja las líneas de campo magnético de la región entre ambos imanes de la figura.
b. Si se invierte uno de los dos imanes, ¿cómo serían las líneas de campo magnético en interacción?
5. Observa la figura. Ahora responde:
a. ¿Cuál es el polo norte y el polo sur?
b. Si se acerca una brújula al polo norte del imán, ¿qué zona del imán señalará la aguja de la brújula?
6. Observa la figura. Luego, responde:
a. Si se acercan grapas al campo magnético originado por el electroimán ¿qué pasarían con ellas?
b. Si desconectamos uno de los cables del electroimán ¿qué pasará con las grapas?
7. A partir de la figura I, contesta: ¿Dónde está el polo norte y sur del embobinado?
Los imanes permanentes y los electroimanes son utilizados en muchas a aplicaciones científicas y tecnológicas, y también en la vida cotidiana. Tenemos desde imanes que son utilizados para sostener papeles en el refrigerador hasta imanes y electroimanes utilizados en los motores eléctricos.
Las imágenes por resonancia magnética (IRM: Magnetic Resonance Imaging) constituyen una técnica de diagnóstico muy utilizada en la medicina, que se basa en la resonancia magnética nuclear. Aprovechando que los tejidos tienen diferente espesor y contienen agua con protones capaces de resonar con radiofrecuencias específicas, se han desarrollado instrumentos muy precisos que permiten escanear el cuerpo humano para obtener una imagen detallada de la zona del paciente que necesita el médico.
El equipo para IRM, posee un imán enorme que genera campos magnéticos muy intensos. La parte del cuerpo que se pretende analizar se introduce en el campo magnético, mientras un sistema de emisión y detección de radiofrecuencias registra la absorción de la radiación de microondas en diferentes puntos, lo que luego se muestra en una pantalla.
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