5to Sec - UNIDAD 7 - Actividad 2 - RRR.pptx

Unidad didáctica

1. UNIDAD 7: Uniendo Fuerzas: Magnetismo y Electricidad en Acción Actividad 2 | 5t o de Secundaria Prof. LA DANZA DE LAS FUERZAS: CORRIENTE Y MAGNETISMO

2. COMPETENCIA EVIDENCIA Ejercicios propuestos sobre la fuerza magnética en un conductor de corriente. Ejercicios propuestos para calcular la intensidad de un campo magnético. RETO DE LA ACTIVIDAD ¿Cómo podemos medir y utilizar la fuerza magnética generada por una corriente eléctrica para mover un objeto en un circuito simple? CAPACIDAD Comprende y usa conocimientos sobre los seres vivos, materia y energía, biodiversidad, Tierra y universo. Evalúa las implicancias del saber y del quehacer científico y tecnológico. PROPÓSITO DE LA ACTIVIDAD Describir las fuerzas magnéticas sobre una carga móvil. Calcular las fuerzas magnéticas sobre los conductores de corriente. LA DANZA DE LAS FUERZAS: CORRIENTE Y MAGNETISMO Explica el mundo físico basándose en conocimientos sobre los seres vivos, materia y energía, biodiversidad, Tierra y universo. PRODUCTO DE LA UNIDAD Prototipo: Motor de inducción electromagnética.

3. DESEMPEÑOS PRECISADOS Expliqué, en base a fuentes documentadas, que la fuerza magnética es una interacción fundamental que influye en fenómenos físicos y químicos, y apliqué estos conocimientos a situaciones cotidianas. Expliqué, de manera cuantitativa y cualitativa, en base a fuentes documentadas, que el magnetismo afecta a la materia en función de sus propiedades magnéticas y apliqué estos conocimientos a situaciones cotidianas.

4. SITUACIÓN SIGNIFICATIVA DE LA UNIDAD Los estudiantes de 5to de secundaria del PCNBR Nuestra Señora de Guadalupe del Cercado de Lima han notado que en su comunidad se están explorando soluciones para reducir la congestión vehicular. En particular, se está investigando la posibilidad de implementar trenes de levitación magnética, que funcionan utilizando la fuerza magnética generada por corrientes eléctricas. Los estudiantes muestran interés por conocer cómo la corriente eléctrica produce una fuerza magnética y cómo esta puede ser aprovechada para desplazar objetos. ¿Cómo podemos medir y utilizar la fuerza magnética generada por una corriente eléctrica para mover un objeto en un circuito simple? Frente a esta situación, se proponen como reto:

5. SITUACIÓN SIGNIFICATIVA DE LA UNIDAD ¿Qué crees que ocurre cuando una corriente eléctrica circula por un alambre? 01 ¿Alguna vez has visto o escuchado sobre dispositivos que usen imanes y electricidad juntos? ¿Cómo crees que funcionan? 02 ¿Cómo crees que se genera un campo magnético a partir de una corriente eléctrica? 03 ¿Qué sucede cuando acercamos un imán a un cable con corriente eléctrica? 04

6. VEAMOS ESTE VIDEO “ Fuerzas magnéticas sobre conductores con corriente eléctrica” LINK: https://www.youtube.com/watch?v=pj1sIxVShB8 DURACIÓN: 03:09 mins

7. VEAMOS ESTE VIDEO “PRINCIPIOS DEL ELECTROMAGNETISMO” LINK: https://youtu.be/dxkaQEkSGdc?si=AlUjBtf17mXaRu9O DURACIÓN: 05:40 mins

8. La corriente es el movimiento de cargas positivas en un conductor. Es decir, sobre las cargas en movimiento actuarán fuerzas magnéticas que originarán una fuerza neta sobre el conductor. RECURSO 1: LA FUERZA MAGNÉTICA EN UN CONDUCTOR DE CORRIENTE Un conductor con corriente perpendicular a un campo magnético sufre la acción de una fuerza perpendicular al cable y al campo.

9. Consideremos que el conductor por el que circula la corriente I (A) tiene una longitud L (m), la carga (q) que se mueve en el conductor puede ser expresada en términos de la intensidad de corriente como q = I × t. Reemplazando obtenemos la siguiente ecuación: RECURSO 1: LA FUERZA MAGNÉTICA EN UN CONDUCTOR DE CORRIENTE

10. Además, el producto t × v es la distancia recorrida por las cargas, que es justamente la longitud L del alambre sometido al campo magnético, por lo tanto: RECURSO 1: LA FUERZA MAGNÉTICA EN UN CONDUCTOR DE CORRIENTE Donde B es la componente del campo magnético perpendicular a la velocidad.

11. Una fuerza que actúa en un circuito tendrá un torque máximo cuando el brazo de palanca de la fuerza es siempre igual al radio de giro de la espira; esto se consigue disponiendo los imanes en forma de anillos cilíndricos. El torque también será mayor cuantas más espiras tenga el circuito; este sistema se llama motor de corriente continua. RECURSO 1: LA FUERZA MAGNÉTICA EN UN CONDUCTOR DE CORRIENTE El motor de corriente continua Una corriente genera un campo magnético cuyas líneas son circulares alrededor del conductor.

12. RECURSO 1: LA FUERZA MAGNÉTICA EN UN CONDUCTOR DE CORRIENTE El motor de corriente continua Para que el motor funcione, es necesario alimentarlo con corriente mediante unas escobillas llamadas colectores. Los motores son dispositivos que transforman la energía eléctrica en energía mecánica.

13. RECURSO 1: LA FUERZA MAGNÉTICA EN UN CONDUCTOR DE CORRIENTE Fuerza magnética sobre una espira Si en lugar de colocar el segmento de un conductor colocáramos una espira rectangular en el interior de un campo magnético, observaríamos que aparecen fuerzas opuestas en los segmentos perpendiculares al campo, lo que origina una cupla que produce un torque en la espira que tiende a hacerla rotar. Una espira en el interior de un campo magnético sufre la acción de un par de fuerzas que la hacen rotar.

14. RECURSO 1: LA FUERZA MAGNÉTICA EN UN CONDUCTOR DE CORRIENTE Fuerza magnética sobre una espira El torque en cada segmento está dado por la magnitud de la fuerza y el brazo de palanca, que es un componente del radio de giro. Como son dos fuerzas, el torque resultante es:

15. RECURSO 1: LA FUERZA MAGNÉTICA EN UN CONDUCTOR DE CORRIENTE

16. RECURSO 2: LA ELECTRICIDAD Y EL MAGNETISMO Hasta finales del siglo XVII, se pensba que los fenómenos magnéticos eran absolutamente independientes de los eléctricos. Sin embargo, debido a la gran similitud entre las fuerzas eléctricas y magnéticas, a principios del siglo XVIII se consideró la posibilidad de que existiera relación entre ellas.

17. RECURSO 2: LA ELECTRICIDAD Y EL MAGNETISMO El físico danés Hans Christian Ørsted (1777-1851) encontró una forma de generar campos magnéticos sin el uso de imanes. Comprobó que al colocar una brújula sobre un cable conductor, esta giraba bruscamente cuando se hacía pasar corriente a través del cable. Observó que la aguja se orientaba en dirección perpendicular al cable.

18. RECURSO 2: LA ELECTRICIDAD Y EL MAGNETISMO Con este experimento, se concluyó lo siguiente: La corriente eléctrica que circula en un alambre genera un campo magnético cuyas líneas de fuerza son circulares con centro en el conductor. La dirección de las líneas de fuerza dependen de la dirección de la corriente. Las líneas de campo forman circunferencias concéntricas alrededor de un alambre conductor, como revela el patrón de las limaduras de hierro. Si rociamos limaduras de hierro alrededor del conductor con corriente, observaremos que las líneas de fuerza son circulares y con centro en el conductor.

19. RECURSO 2: LA ELECTRICIDAD Y EL MAGNETISMO Segunda regla de la mano derecha Para determinar la direccion de las lineas de fuerza generadas por un elemento de corriente, usaremos la segunda regla de la mano derecha. Esta consiste en alinear el conductor indicando con el pulgar la dirección de la corriente. La dirección de las líneas de campo están representadas por la direccion de los dedos que envuelven al conductor. Para trazar el vector campo magnetico en un punto, debemos recordar que este es tangente a las lineas de fuerza; por lo tanto, perpendicular al radio de una linea de fuerza.

20. RECURSO 2: LA ELECTRICIDAD Y EL MAGNETISMO La ley de Biot y Savart En 1820, los físicos franceses Jean B. Biot y Félix Savart enunciaron su ley sobre la intensidad de los campos magnéticos generados por un conductor con corriente. La intensidad del campo magnético generado por un elemento con corriente (porción muy pequeña del conductor) es directamente proporcional a la intensidad de la corriente e inversamente proporcional a la distancia del elemento de la corriente.

21. RECURSO 2: LA ELECTRICIDAD Y EL MAGNETISMO Campo magnético creado por un conductor rectilíneo Analicemos algunos casos: Las líneas de fuerza del campo magnético creado por un conductor rectilíneo son circunferencias concéntricas y perpendiculares al conductor eléctrico. Para saber la dirección que llevan dichas líneas de fuerza, nos ayudaremos con la regla de la mano derecha. La intensidad del campo magnético generado en un punto está dada por la ecuación: La distancia r al conductor coincide con el radio de la línea de fuerza que pasa por el punto. La constante μ0 = 4π × 10 –7 T × m/A se denomina permeabilidad magnética del vacío.

22. RECURSO 2: LA ELECTRICIDAD Y EL MAGNETISMO Campo magnético creado por N espiras Una espira es un hilo conductor en forma de línea cerrada, que puede ser circular, rectangular, cuadrado, etc. Si por la espira hacemos circular una corriente eléctrica, el campo magnético creado se hace más intenso en el interior de ella. Campo magnético generado por la corriente eléctrica que circula en una espira Un electroimán está conformado por una bobina que contiene material ferromagnético en su interior

23. RECURSO 2: LA ELECTRICIDAD Y EL MAGNETISMO Campo magnético creado por N espiras La intensidad en el centro está dada por la siguiente ecuación:

24. RECURSO 2: LA ELECTRICIDAD Y EL MAGNETISMO Campo magnético creado por un solenoide o bobina Si enrollamos un conductor con corriente en forma de espira en un núcleo de radio pequeño comparado con su longitud, se origina un campo magnético en el interior de la bobina muy similar al de un imán en forma de barra. El campo magnético producido en el interior del solenoide por la corriente que circula por él es constante.

25. RECURSO 2: LA ELECTRICIDAD Y EL MAGNETISMO Campo magnético creado por un solenoide o bobina Su intensidad está dada por la siguiente ecuación:

26. RECURSO 2: LA ELECTRICIDAD Y EL MAGNETISMO El campo magnético producido en el interior del solenoide por la corriente que circula por él es constante.

27. RECURSO 2: LA ELECTRICIDAD Y EL MAGNETISMO

28. COMPRENDE Y USA CONOCIMIENTOS CIENTÍFICOS Un conductor transporta 0,6 A de corriente eléctrica y está sometido a la acción de un campo magnético de 2 T. Calcula la fuerza y la dirección de la fuerza que actúa en 1 m del alambre. 01

29. COMPRENDE Y USA CONOCIMIENTOS CIENTÍFICOS Dos conductores paralelos transportan corriente en la misma dirección, ¿será que se atraen o se repelen? 02

30. COMPRENDE Y USA CONOCIMIENTOS CIENTÍFICOS Se tiene un conductor que transporta una corriente de 4 A. Un segmento de 30 cm de dicho conductor está expuesto perpendicularmente a un campo magnético uniforme de 0,4 T. Calcula la fuerza aplicada sobre el segmento. 03

31. COMPRENDE Y USA CONOCIMIENTOS CIENTÍFICOS Un alambre recto de 0,1 m de largo conduce una corriente de 2 A. Si dicho alambre se coloca en un campo magnético B de 0,01 T y la dirección del campo es horizontal y positiva (hacia la derecha), halla la fuerza y su dirección a partir de las siguientes condiciones: 04 El alambre y el campo forman un ángulo de 90°.

32. COMPRENDE Y USA CONOCIMIENTOS CIENTÍFICOS Un alambre recto de 0,1 m de largo conduce una corriente de 2 A. Si dicho alambre se coloca en un campo magnético B de 0,01 T y la dirección del campo es horizontal y positiva (hacia la derecha), halla la fuerza y su dirección a partir de las siguientes condiciones: 04 El alambre y el campo son paralelos.

33. COMPRENDE Y USA CONOCIMIENTOS CIENTÍFICOS Un alambre recto de 0,1 m de largo conduce una corriente de 2 A. Si dicho alambre se coloca en un campo magnético B de 0,01 T y la dirección del campo es horizontal y positiva (hacia la derecha), halla la fuerza y su dirección a partir de las siguientes condiciones: 04 El alambre y el campo forman un ángulo de 30°.

34. COMPRENDE Y USA CONOCIMIENTOS CIENTÍFICOS Un cable de 2 m de longitud transporta una corriente de 2 A y se encuentra inmerso en un campo magnético de 5000 G. El ángulo que forma el cable con el campo es de 45º. Realiza un diagrama donde se recoja la situación. Calcula el módulo de la fuerza que actúa sobre el cable. (Dato: 1 g = 10 – 4 T) 05

35. COMPRENDE Y USA CONOCIMIENTOS CIENTÍFICOS Un electrón de carga q = –1,6 × 10 –19 C se mueve con una velocidad de 2 x 105 m/s. Determina la fuerza con la que ingresa a un campo magnético de –5,65 × 10 –22 T. 06

36. COMPRENDE Y USA CONOCIMIENTOS CIENTÍFICOS ¿Qué formas tienen las líneas de fuerza generadas por un alambre rectilíneo? Grafica. 07

37. COMPRENDE Y USA CONOCIMIENTOS CIENTÍFICOS ¿Cómo cambiaría la dirección de las agujas de la brújula si se cambiara el sentido de la corriente? 08

38. COMPRENDE Y USA CONOCIMIENTOS CIENTÍFICOS ¿Cuál sería la fórmula si solo el extremo superior es infinito y el otro no? 09

39. COMPRENDE Y USA CONOCIMIENTOS CIENTÍFICOS Calcula la intensidad e indica la dirección con respecto a la hoja del campo magnético generado en el punto P del conductor finito mostrado. 10

40. COMPRENDE Y USA CONOCIMIENTOS CIENTÍFICOS Calcula la intensidad de un campo magnético en el centro de una espira de radio 10 cm que transporta una corriente de 5 A. 11

41. COMPRENDE Y USA CONOCIMIENTOS CIENTÍFICOS ¿Cómo identificarías el polo norte y el polo sur del campo magnético generado por un solenoide? 12

42. COMPRENDE Y USA CONOCIMIENTOS CIENTÍFICOS Calcula la intensidad del campo magnético en el centro del conjunto de 10 espiras. 13

43. COMPRENDE Y USA CONOCIMIENTOS CIENTÍFICOS Calcula la intensidad del campo magnético resultante, con respecto a la hoja, generado por las dos espiras circulares coplanares y concéntricas, como se muestra en la figura. 14

44. COMPRENDE Y USA CONOCIMIENTOS CIENTÍFICOS Averigua las propiedades físicas de un material ferromagnético. 15

45. COMPRENDE Y USA CONOCIMIENTOS CIENTÍFICOS En la figura, un imán se acerca a la espira. 16 ¿El campo que crea la espira será de atracción o repulsión? ¿Cuál será la dirección de la corriente?

46. COMPRENDE Y USA CONOCIMIENTOS CIENTÍFICOS En la figura se muestra un conductor rectilíneo infinito. Calcula la intensidad del campo magnético en el punto P y traza el vector campo magnético usando una escala apropiada. 17

47. NOS EVALUAMOS COMPETENCIA CRITERIOS DE EVALUACIÓN LO LOGRÉ ESTOY EN PROCESO DE LOGRARLO ¿QUÉ PUEDO HACER PARA MEJORAR MIS APRENDIZAJES? Explica el mundo físico basándose en conocimientos sobre los seres vivos, materia y energía, biodiversidad, Tierra y universo. Expliqué, en base a fuentes documentadas, que la fuerza magnética es una interacción fundamental que influye en fenómenos físicos y químicos, y apliqué estos conocimientos a situaciones cotidianas. Expliqué, de manera cuantitativa y cualitativa, en base a fuentes documentadas, que el magnetismo afecta a la materia en función de sus propiedades magnéticas y apliqué estos conocimientos a situaciones cotidianas. Gestiona su aprendizaje de manera autónoma. Aprendí en base a una tarea, empleando estrategias durante la búsqueda de información y monitorie de manera permanente mis avances.

48. ¡GRACIAS!