SECUENCIA DIDÁCTICA I. REFERENTE PROGRAMÁTICO

Bloque

IV. Manifestaciones de la estructura interna de la materia.

3. Los fenómenos electromagnéticos.

Tema

Subtema

3.2 ¿Cómo se genera el magnetismo?. • Experiencias alrededor del magnetismo producido por el movimiento de electrones. • Inducción electromagnética. • Aplicaciones cotidianas de la inducción electromagnética.

Aprendizajes esperados Al final del estudio del subtema, el alumno: • Relaciona, en algunos fenómenos cotidianos, el magnetismo con el movimiento de electrones en un conductor. • Analiza y contrasta las ideas y los experimentos que permitieron el descubrimiento de la inducción electromagnética. • Reinterpretar los aspectos analizados previamente sobre el magnetismo con base en el movimiento de los electrones. • Reconoce y valora de manera crítica las aportaciones de las aplicaciones del electromagnetismo al desarrollo social y a las facilidades de la vida actual.

II. ANTECEDENTES/IDEAS PREVIAS Los antecedentes con que cuentan los alumnos son de Ciencias Naturales. Primaria. Quinto grado. Bloque 4. Energía para transformar. Lección 25 “Las fuentes de energía”, Lección 28 “La energía eléctrica” y Lección 32 “Energía y sociedad”. Ideas previas1 de los alumnos, con respecto a magnetismo. Después de recibir una enseñanza hacen referencia a un , a y a . Tienden a pensar en los polos sólo en los extremos de los imanes. Relacionan sólo sucesos. Comienzan a emplear la noción de una fuerza que no se ve y hablan del imán que actúa . El uso del lenguaje y de palabras , o es carente en la explicación del fenómeno. 1

Driver Rosalind y otros (2000),Magnetismo , en Dando sentido a la ciencia en secundaria., México, BAM. pp.167 y 168.

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III. ESTRUCTRURA DE LA SECUENCIA Momento

Propósitos

Actividades Nivel Cuantitativo

Inicio Exponer panorama general de las actividades que se van a realizar. Conocimiento de los criterios para la entrega de productos. Desarrollo

Explicativo Explicar e inferir el movimiento del electrón en rotación sobre su eje y la gen generación de un campo magnético.

Analizar y valorar el avance científico en relación a la vinculación entre electricidad y magnetismo. Analizar la fuerza magnética que produce una carga en movimiento.

Analizar de las espiras en un conductor.

Evaluación Tipo/Productos Criterios

Actividad de Inicio. Encuadre para el trabajo en clase.

Actividad 1. ¿Cómo un trompo? Representar el movimiento del electrón en un imán.

Eval. Diagnostica y Formativa Recuperación de antecedentes. Elaboración de un dibujo. Expresión de oral y escrita. Elaboración de conclusiones.

Actividad 2. ¿Qué pasa con la brújula? Realizar el experimento que planto Oersted en la relación entre electricidad y magnetismo.

Construcción y manejo de materiales

¿Se mueven pero no se ven! Realizar un experimento del movimiento de las cargas en circuitos eléctricos para generar una fuerza magnética. ¿Qué es eso llamado electroimán? Realizar un electroimán para la comprensión de las espiras en el alambre.

Respuesta a las preguntas planteadas. Elaboración de conclusiones. Valoración en la construcción del conocimiento científico. Construcción y manejo de materiales Respuesta a las preguntas planteadas. Elaboración de conclusiones

Construcción y manejo de materiales

Manejo de un lenguaje abstracto – conceptual. Términos causales los procesos de fenómenos.

Construcción de esquemas descriptivos de los cambios que se observan en los fenómenos. Manejo de un lenguaje abstracto – conceptual. Manejo de relaciones básicas en términos causales de los procesos.

Respuesta a las preguntas planteadas. Elaboración de conclusiones.

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Analizar un campo magnético que produce una corriente eléctrica.

Actividad 3. ¿Cuál es el camino a seguir? Realizar un experimento que explica la inducción electromagnética.

Analizar y contrastar las ideas que llevaron a la elaboración de la ley de Faraday.

¡Presente y futuro! Búsqueda de información acerca de Michael Faraday y Joseph Henry.

Reflexión y discusión de los resultados del experimento de Faraday.

Cierre

Plenaria para discutir y reflexionar en relación a los resultados de Faraday.

Aplicación Analizar y valorar la importancia del desarrollo tecnológico en la aplicación de la inducción electromagnética en nuestra sociedad.

Eval. Sumativa. Búsqueda de información acerca del funcionamiento de algunos aparatos que se elaboraron a partir del descubrimiento de la inducción electromagnética que favorecen nuestra vida.

Construcción y manejo de materiales Respuesta a las preguntas planteadas. Elaboración de conclusiones. Comunicación oral y escrita. Búsqueda, selección, interpretación y análisis de información.

Búsqueda, selección, interpretación y análisis de información. Comunicación oral y escrita.

Elaboración carteles.

de

Exposición cartel.

de

Construcción de esquemas descriptivos de los cambios que se observan en los fenómenos. Manejo de un lenguaje abstracto – conceptual. Manejo de relaciones básicas en términos causales de los procesos

Construcción de esquemas descriptivos de los cambios que se observan en los fenómenos. Manejo de un lenguaje abstracto – conceptual. Elaboración de modelos explicativos y funcionales. Manejo de relaciones básicas en términos causales de los procesos

¡Nada es aislado!

Relacionar y jererquizar los conceptos estudiados.

Elaboración de un mapa conceptual de magnetismo.

Comunicación oral y escrita.

Mapa conceptual Comunicación oral y escrita.

Organización de contenidos. Interpretación de las relaciones que establece con los contenidos.

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IV. ACTIVIDADES SUGERIDAS

Tiempo total: 6 hrs.

Actividad de Inicio.

Tiempo estimado: 20 min.

o Comentar al alumnado los aprendizajes esperados del subtema ¿Cómo se genera el magnetismo?. o Establecer con el alumnado los productos y criterios a evaluar en cada una de las actividades que se van ir desarrollando. o Todos los productos que se elaboren formarán parte del portafolios que ayuden a la elaboración del proyecto. Actividades de desarrollo. Los antecedentes con los que cuentan los alumnos son los subtema: 1.1 “¿Cómo se pueden producir cambios? El cambio y las interacciones, 4.2 “Los efectos de los imanes” del bloque II y 3.1 “La corriente eléctrica en los fenómenos cotidianos”de este bloque. Esto permite relacionar y explicar el ma gnetismo con base en el comportamiento del electrón. En el desarrollo del subtema se tiene que favorecer que los alumnos argumenten con base en el modelo atómico de Bohr, los términos causales de los fenómenos a nivel microscópico entre el magnetismo y la electricidad. Actividad 1. ¿Cómo un trompo?

Tiempo estimado:30 min. Orientación didáctica

“...una situación observable al describir las diferencias que se perciben entre profesores y estudiantes en situaciones de clase cuando se resuelven problemas. Por un lado, el profesor describe a los alumnos cómo utiliza las leyes de la Física para interpretar los datos del problema y los alumnos, por su parte, la dificultad de comprender cómo se utilizan los conceptos físicos, debido a que su representación del problema es diferente, centrado en factores observables y no en conceptos.” Por tal motivo es necesario ir recuperando las experiencias que se han desarrollado en el estudio de las interacciones con imanes y la relación entre la atracción y la repulsión de sus polos con la fuerza magnética. Así mismo, hacer énfasis en el uso del modelo atómico para explicar el magnetismo con base en el movimiento de electrones. Flores Fernando. Modelos conceptuales de las concepciones físicas de los estudiantes. Enfoques y perspectivas.

La siguiente actividad tiene la intención que los docentes interpreten la forma de estructuración o elaboración conceptual de las representaciones en los alumnos acerca del tema Favorecer en los alumno que expresen sus ideas con los antecedentes que tienen en relación a la 4

función del electrón como portador de carga eléctrica para explicar el magnetismo con el movimiento de electrones en un conductor. Solicitar a los alumnos que cada uno elaboren un dibujo en su cuaderno, que represente el movimiento del electrón en un imán. N

S Se pretende que los alumnos puedan inferir acerca de que un imán puede estar inmóvil, por estar compuesto de átomos cuyos electrones se mueven constantemente alrededor de los núcleos atómicos y que la carga en movimiento constituye una corriente diminuta y produce un campo magnético. Se sugiere que el docente comente en este momento que los electrones giran en torno a sus propios ejes como trompos y es un imán diminuto. Recuperando sus experiencias anteriores de las interacciones en imanes y su relación de atracción y repulsión de sus polos con la fuerza magnética. Orientar a los alumnos en la elaboración de su conclusión acerca de que un electrón en rotación alrededor de su eje constituye una carga en movimiento y, por tanto, crea otro campo magnético. Actividad 2. ¿Qué pasa con la brújula?

Tiempo estimado:40 min. Orientación didáctica

Al presentar los experimentos que permitieron el descubrimiento de la inducción electromagnética, no se vean como hechos aislados, sino, la construcción de conocimientos en base a investigaciones previas que buscan dar respuesta a fenómenos físicos.

La siguiente actividad pretende que ol s alumnos analicen y valoren los experimentos que se realizaron para encontrar que algunos fenómenos no son totalmente aislados de otros y que se encuentra una vinculación entre la electricidad y el magnetismo. Organizar al grupo en equipos de 4 a 5 integrantes y pedirles que realicen el experimento que realizo Oersted para comprobar que una carga eléctrica en movimiento produce un campo magnético. Hans Christian Oersted en 1820, realiza un experimento de hacer circular una corriente galvánica por un conductor por encima y perpendicular a la aguja de una brújula. No hubo efecto. Después de la clase, ensayo de nuevo el experimento con un conductor paralelo a la aguja dela brújula. La aguja giró y al invertir la corriente galvánica se invirtió el sentido de giro.

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Brújula

Conductor que transporta corriente

Material 7 brújulas Un conductor de 50 cm. Una pila de 9 V. Una cartulina de 30 cm x30 cm. Procedimiento Construir el circuito eléctrico (conductor y pila) Colocar las brújulas como se muestra en la figura, sin cerrar el circuito. Conectar el circuito y registrar que sucede con la brújula. Invertir el sentido de la corriente y registrar que sucede.

Brújulas Pila

Cartulina

Conductor

Solicitar a los alumnos que respondan las siguientes preguntas: ¿Para qué colocar brújulas alrededor del conductor? ¿Qué sucede con las brújulas antes de conectar el circuito? ¿Por qué se necesita conectar el circuito eléctrico? ¿Qué sucede con las brújulas al conectar el circuito? ¿Cuál es el efecto del movimiento de las agujas de las brújulas? ¿Qué pasa al invertir la corriente eléctrica? Favorecer en los alumnos la construcción de esquemas descriptivos de los cambios que observan en fenómenos.

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Orientar a los alumnos en sus ideas para que argumenten sus respuestas con base en el modelo atómico de Bohr y expliquen que muchas cargas en movimiento (una corriente eléctrica) también producen un campo magnético. Las brújulas se alinean con el campo magnético que genera la corriente y muestran que consiste en un patrón de círculos concéntricos en torno al alambre. Cuando se interviene el sentido de la corriente, las agujas de las brújulas dan media vuelta y muestran que la dirección del campo. ¡Se mueven pero no se ven!

Tiempo estimado: 60 min. Orientación didáctica

Es importante que los alumnos no confundan que las interacciones por contacto y a distancia: mecánica, eléctrica y magnética no se transforman entre ellas.

La actividad que se presenta pretende que los alumnos analicen el efecto que se produce cuando la carga están en movimiento y que no confundan la carga eléctrica estática en la superficie del conductor. Precisar que puede existir la carga, y los conductores estar a distintos potenciales, pero la fuerza que se considera depende solamente del movimiento de la carga en los conductores, es decir de las dos corrientes. Estas nuevas cargas que entran en juego cuando se mueven las cargas, se llaman magnéticas. El docente tiene que recordar que el campo eléctrico era simplemente una manera de describir la entre cargas estacionarias, la que se expresa por la ley de Coulomb. Una corriente eléctrica tiene un campo magnético asociado que ocupa el espacio que le rodea. La corriente, o cualquier partícula cargada móvil que se encuentre en este campo, experimenta una fuerza proporcional a la intensidad del campo magnético en aquella posición. Una partícula cargada, la fuerza es siempre perpendicular a la velocidad. Esta información no es para trabajarla con el alumno.

F

v q

Orientación didáctica Es necesario hacer un énfasis en el empleo del modelo atómico para que los alumnos argumenten en el proceso de la siguiente actividad.

Organizar al grupo en equipos de 4 a 5 integrantes y pedirles que realicen la siguiente actividad para relacionar el magnetismo con el movimiento de electrones en un conductor.

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Se sugiere ir rolando a los alumnos en los equipos para que puedan intercambiar entre ellos sus argumentos y conocimientos acerca del contenido. Guiar a los alumnos en el análisis de las fuerzas, que entran en juego cuando se mueven las cargas y que se llaman magnéticas. Material Cuatro conductores de 50 cm cada uno. 2 pilas de 9 V. Procedimiento A) Construir un dispositivo como el que se muestra en la figura 1. Conectar los conductores en donde la corriente fluye por ambos alambres en la misma dirección. Observar lo que sucede antes y después de cerrar el circuito.

Figura 1

__

+ + __

Contestar las siguientes preguntas: ¿Que transita en el conductor de cada circuito eléctrico? Explica. ¿Qué sucede cuando se conectan los dos conductores en la misma dirección para que la corriente fluya? Explica. ¿Cuál es el nombre de la interacción que se manifiesta entre las cargas de los conductores? B) Construir un dispositivo como el que se muestra en la figura 2. Conectar los conductores en donde la corriente fluye por ambos alambres en dirección contraria. Observar lo que sucede antes y después de cerrar el circuito. 8

Figura 2.

__ +

__ +

Contestar las siguientes preguntas: ¿Que transita en el conductor de cada circuito eléctrico? Explica. ¿Qué sucede cuando se conectan los dos conductores en dirección contraria para que la corriente fluya? Explica. ¿Cuál es el nombre de la interacción que se manifiesta entre las cargas de los conductores? Propiciar en los alumnos, la recuperación de contenidos antes desarrollados para establecer relaciones claras y coherentes en explicaciones causales de los fenómenos. Utilizar en las explicaciones el argumento de desde el modelo atómico de Borh. Solicitar al alumnado que elija un representante por equipo para explicar la situación de cada uno de los dispos itivos y argumentar en la respuesta de cada pregunta. Elaboren sus conclusiones con respecto al movimiento de las cargas y el magnetismo. ¿Qué es eso llamado electroimán?

Tiempo estimado: 40min.

La siguiente actividad pretende que los alumnos analicen que sucede con las espiras en un conductor con las líneas de un campo magnético. El tratamiento del contenido es a nivel del efecto se percibe. Material Dos clavos grandes Dos conductores de cobre de 60 cm cada uno Una pila de 9 V Objetos metálicos Procedimiento

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Enrollar unas 5 vueltas el alambre alrededor del clavo y conectar los extremos del alambre a la pila. Figura 1. Acercar el clavo a los diferentes materiales metálicos para observar que sucede. Acercar el clavo a los diferentes materiales metálicos pero sin cerrar el circuito para observar que sucede. Enrollar unas 15 vueltas el alambre alrededor del clavo y conectar los extremos del alambre a la pila. Figura 2. Acercar el clavo a los diferentes materiales metálicos para observa r que sucede. Acercar el clavo a los diferentes materiales metálicos pero sin cerrar el circuito para observar que sucede.

Contestar las siguientes preguntas: ¿Qué sucede al circular la corriente por el clavo y acercar los materiales metálicos? Explica ¿Qué sucede al no cerrar el circuito y acercar los materiales metálicos? Explica ¿Cómo sabemos cuál es el polo norte y cuál es el polo sur del electroimán que hemos creado? ¿Existe diferencia entre las vueltas que tiene un clavo y otro? Explica ¿Qué se gana al aumentar el número de vueltas en el clavo? ¿Qué sucede si el clavo es más pequeño? Propiciar en los alumnos, la recuperación de contenidos antes desarrollados para elaborar imágenes y representaciones que permitan construir modelos explicativos y funcionales. La siguiente información es para el docente: Al forman una espira (vuelta) con el alambre, las líneas de campo magnético se apiñan dentro de la espira. Si hacen otra espira que se superponga a la primera la concentración de líneas de campo magnético en el interior de la doble espira es dos veces mayor que en la espira individual. Con esto se deduce que la intensidad del campo magnético en esta región se incrementa a medida que aumenta el número de espiras. Una bobina de alambre que transporta corriente y que tiene muchas espiras es un electroimán.

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Alambre portador de corriente

Elegir un representante de tu equipo para exponer las respuestas a las preguntas planteadas, con respecto a la actividad; así mismo, identificar la aplicación de este efecto de una corriente que produce un campo magnético en una bobina en nuestras actividades cotidianas y representarlas por medio de un dibujo. Presentar sus dibujos ante los demás equipos y recuperar los comentarios que se realizan para enriquecer el trabajo. Elaborar conclusiones. Actividad 3. ¿Cuál es el camino a seguir?

Tiempo estimado: 60min.

Plantear a los alumnos la siguiente pregunta ¿Podría el magnetismo producir corriente eléctrica en un conductor? Contestar en su cuaderno . Organizar al grupo en equipos de 4 a 5 integrantes y solicitar que realicen la siguiente actividad que pretende un análisis que un campo magnético produce una corriente eléctrica y recibe el nombre de corriente inducida. Material 60 cm de alambre delgado de cobre Un imán recto Un multímetro o amperímetro Dos cables de conexión y cuatro caimanes Procedimiento Construir una bobina con el alambre (diámetro mayor que el ancho del imán). Enrolla el alambre sobre un objeto cilíndrico; entre más espiras (vueltas) tenga la bobina, será más fácil observar los efectos que se producen. A) Conecta la bobina al amperímetro o al multímetro. Contestar las siguientes preguntas: ¿Qué sucede al cerrar el circuito y conectar la bobina al amperímetro (multímetro)? 11

B) Introduce lentamente el imán en la bobina y retíralo también lentamente. Observar que sucede. Contestar las siguientes preguntas: ¿Qué observas? ¿Qué significa la lectura que se registra en la pantalla del amperímetro(multímetro)? Explica

Ahora introduce el imán y retíralo también rápidamente. ¿Qué observaste ahora en el amperímetro (multímetro)? Explica ¿Cuál es la situación en la cual se genera momentáneamente la corriente eléctrica? Introduce el imán, con el polo contrario a como lo hiciste inicialmente, y observa lo que sucede cuando repites el procedimiento anterior.

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Solicitar a los alumnos que describan que sucede en cada situación de la actividad con el uso del modelo atómico de Bohr para exponer las respuestas a las preguntas planteadas. Propiciar el tener respecto a los demás por sus ideas, escuchar con atención y argumentar si es necesario en la presentación de sus compañeros. Favorecer la participación en la respuesta a la pregunta planteada inicialmente y exponer ante los demás compañeros Elaborar conclusiones con respecto de la inducción electromagné tica.

¡Presente y futuro!

Tiempo estimado: 30min.

Solicitar una investigación previa los descubrimientos de Michael Faraday y Joseph Henry en relación con el magnetismo y la electricidad. Comentar las semejanzas y diferencias con relación a su investigación y posteriormente, reflexionar y discutir acerca de los resultados del experimento de Faraday En plenaria participar en el intercambio de ideas y argumentar con el manejo de contenidos que se han trabajado en el transcurso del las actividades para reconocer las aportaciones y experimentos que permitieron el descubrimiento de la inducción electromagnética. Elaborar sus conclusiones. Actividad de cierre Actividad 4.. ¿Cómo funcionan?

Tiempo estimado:60 min.

La siguiente actividad pretende que los alumnos comprendan y valoren la importancia del desarrollo tecnológico en la aplicación del electromagnetismo en nuestra vida. Organizar al grupo en equipos de 4 a 5 integrantes y solicitar que elijan uno de los aparatos que a continuación se enlistan una búsqueda de información acerca del funcionamiento de las siguientes aparatos: motores eléctricos, transformadores eléctricos, teléfono, telégrafo y micrófonos y argumentar de que manera la aplicación del electromagnetismo al desarrollo social, facilita la vida actual. Solicitar a cada equipo que compartan su información obtenida por medio de la elaboración de un cartel que describa el funcionamiento del aparato con base a aplicación del electromagnetismo. Cada equipo elige un compañero para iniciar la explicación a los demás compañeros y posteriormente se van a ir rolando para que todos participen en el recorrido de los carteles.

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Transformador

Sistema de distribución de electricidad, desde la planta generadora hasta los diversos consumidores. Este sistema es posible gracias a los transformadores

Telégrafo

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Teléfono

Micrófono

Orientar a cada equipo para revisar y aportar sugerencias en la presentación del cartel de los demás compañeros. Es importante monitorear la presentación de los expositores para reconocer su acercamiento al uso del lenguaje abstracto – conceptual- que al establecimiento de relaciones claras y razonamientos coherentes. ¡Nada es aislado!

Tiempo estimado:20 min.

Solicitar a los alumnos la elaboración de un mapa conceptual del magnetismo. Para esto, enlistar los conceptos más importantes, ordenarlos de arriba hacia abajo, según sea el más o menos importante, y determinar las palabras de enlace. Entre pares, intercambio de ideas, argumentación de opiniones y elaboración de conclusiones.

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