Force
07 Mar, 2013
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PDFBetween currents
PRESENTATION: Two thin aluminum sheets are placed in parallel and close to each other, and they can move slightly. Both sheets are connected to a battery, in a way that the current may run either in the same direction by both sheets or in different directions. In the first case, the repulsion between both sheets can be observed, while in the second case the sheets attract each other.
- Magnetic force demo, John Koser, Phys. Teach. 51, 260 (2013)
- F = qv×B:v is with Respect to What?, Kent W. Scheller and Thomas J. Pickett, Phys. Teach. 51, 169 (2013)
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La Ciencia describe un conjunto de fenómenos que se dan en la naturaleza, por lo tanto, requiere para su aprendizaje la presentación de experimentos didácticos representativos de tales hechos naturales. El electromagnetismo comprende todo el conjunto de procesos físicos donde se manifiestan los fenómenos relacionados con las cargas eléctricas en movimiento y donde se encuentran involucrados simultáneamente efectos eléctricos y magnéticos. En particular, el video, presenta un experimento clásico de fuerza magnética. La demostración se realiza con un equipo sencillo y de fácil construcción, que cualquier docente puede fabricar o proponer a sus estudiantes en un laboratorio de clase. De esta forma, los alumnos pueden realizar actividades experimentales de campo magnético que les permita identificar y comprender las fuerzas magnéticas.
A continuación dejo un artículo relacionado con el aprendizaje en física con juguetes electromagnéticos que se pueden llevar al aula como material pedagógico, tanto para el desarrollo de clases como para motivar el interés de los alumnos sobre esta materia.
La regla de la mano derecha creo que es un clásico que a todos nos han enseñado en el instituto, y como tal lo hemos incorporado a nuestros conocimientos como algo que es ley ya que lo dice el profesor. Plantear una experiencia para ver que es real hará que sea más fácil de darle un significado y que se incorpore como aprendizaje significativo.
He tenido que consultar el tema de vectores y la regla de la mano derecha porque lo tenía muy olvidado!
Volviendo al experimento, una pregunta podría ser si los campos elctro-magnéticos generan fuerzas sobre las cargas eléctricas y con este experimento se ve. La explicación de después de la realización del experimento creo que es necesaria para que los alumnos puedan comprender el fenómeno y no lo asuman como “magia”. Ya que tiene una explicación científica.
Otro experimento que creo que sería interesante realizar cuando estemos trabajando estos conceptos es este, sobre la levitación de una bobina sobre una placa de aluminio, también con una explicación tras la realización, aunque soy partidaria de dejar un tiempo a los alumnos para que piensen que fuerzas intervienen y porqué sucede estos fenómenos.
En 1820, Hans Christian Oersted (1777-1851) demostró por primera vez que la electricidad y el magnetismo están relacionados, apareciendo como una nueva ciencia, el electromagnetismo. Oesterd observó que la aguja magnética se desvía siempre que pase una corriente por un cable cercano. Así llegó a la conclusión de que una corriente eléctrica crea a su alrededor un campo magnético.
Este experimento se ilustra en el siguiente vídeo.
É moi interesante o uso de experiencias sinxelas capaces de representar a regla da “man dereita” e ao tempo, reforzar a visualización do campo magnético. O uso dunha randeira percorrida por unha corrente electrica e sometida a un campo magnético, permite observar as consecuencias da Lei de Laplace. Particularmente, paréceme moi interesante a construcción do chamadao “randeira de Laplace” , construcción exenta de complicación e que expresa moi ben o seguinte vídeo.
Basándose en el descubrimiento del electromagnetismo por Oersted, como se describe en un comentario anterior, William Sturgeon inventó el llamado electroimán. Este consistía en un trozo de hierro alrededor del cual se enrolló una bobina. El campo magnético generado en la pieza de hierro por la corriente eléctrica que circulaba por la bobina le permitió levantar hasta 4 kg de hierro. Con el tiempo, estos electroimanes se han ido perfeccionando consiguiendo aumentar su potencia para darle multitud de usos. Por ejemplo, se instalan en grúas para separar metales de otros materiales en chatarrerías y centros de reciclaje. También esta tecnología es utilizada en los trenes de levitación magnética. En este vídeo se puede observar la base científica de dicho mecanismo de transporte.
El aluminio posee una buena conductividad eléctrica, que se encuentra entre los 34 y 38 m/Ω mm2. Aparte del cobre, el aluminio es el único metal común que posee una alta conductividad como para ser usado como conductor eléctrico.
Cobre e aluminio son bos conductores, pero tamén hai outros.
En la presentación del vídeo de esta demostración experimental se puede apreciar como dos finas láminas de aluminio, conectadas a una batería de tal manera que la corriente pueda circular por dichas láminas en la misma dirección o en dirección contraria, experimentan entre ellas repulsión o atracción, respectivamente. Acerca de la repulsión entre cargas, podemos encontrar una aplicación práctica en el electroscopio y otra en el motor electrostático de Franklin. Sobre la primera aplicación práctica (la del electroscopio) cabe destacar que se utiliza para saber si un cuerpo está cargado eléctricamente y que consta de dos láminas delgadas de oro o aluminio que están fijas en el extremo de una varilla metálica que pasa a través de un soporte de ebonita, ámbar o azufre. Cuando se toca la bola del electroscopio con un cuerpo cargado, las hojas adquieren carga del mismo signo y se repelen siendo su divergencia una medida de la cantidad de carga que han recibido. Se puede encontrar más información sobre dicho instrumento y su fundamentación en este enlace.
Un ejemplo similar pero con campo magnético se ejemplifica en este vídeo.
Cómpre destacar que un experimento moi semellante serviu para a definición do amperio como unidade de corrente no Sistema Internacional durante moito tempo. En concreto, “The ampere is that constant current which, if maintained in two straight parallel conductors of infinite length, of negligible circular cross-section, and placed one metre apart in vacuum, would produce between these conductors a force equal to 2×10−7 newtons per metre of length.” De feito, o culombio definíase a partir do amperio e o segundo. Agora coa nova definición das unidades do Sistema Internacional dando valores exactos a certas constantes da natureza, o amperio defínese a partir do culombio.
Creo que sería interesante engadirlle a esta actividade unha cuantificación do campo magnético e da forza que se exercen os fíos mutuamente. A Lei de Biot-Savart indícanos o campo magnético producido por unha corrente eléctrica constante. Grazas a esta lei, simplemente cun amperímetro e medindo a distancia, poderíase estimar o campo magnético producido por dous fíos como os debuxados no encerado do vídeo. Con el podemos obter a forza utilizando a Lei de Lorentz, moi ben explicada no artigo de referencia.
No devandito experimento centra a súa análise teórica ó redor da lei de Lorentz. Podemos facer extensible a utilización do mesmo a moitas outras leis electromagnéticas que entran en xogo e que son complementarias neste proceso. A lei de Ampere (cálculo de campos magnéticos creados por determinadas distribucións de corrente), lei de Maxwell (xeralización da lei de Ampere incluíndo as correntes discontinuas) ou a lei de Biot e Savart (cálculo do campo magnético producido por unha corrente rectilínea e indefinida), son algúns das leis a destacar.
Este experimento me parece una sencilla manera de entender la Ley de Lorentz. Con el fin de complementarlo, en este enlace se realiza un experimento semejante pero utilizando cables, y posteriormente se acerca un imán a los cables, para observar como se altera el campo magnético de los mismos.
Este experimento paréceme moi adecuado para desenvolver nunha aula de Física de 2º de Bacharelato para traballar os campos magnéticos xerados por fíos con corrente eléctrica, dentro do bloque de campo electromagnético. No seguinte enlace recóllese unha explicación desenvolvida de como os cables paralelos que portan correntes poden atraerse ou repelerse, así como do cálculo da forza de atracción ou repulsión entre os mesmos. A combinación do experimento con esta explicación conformarían unha estupenda sesión de electromagnetismo.