Orientaciones para el profesorado
No hay duda de que el magnetismo tiene algo especial. Cuando a los estudiantes se les muestra "en vivo" algunas experiencias asociadas con imanes es muy fácil captar su atención, lo cual está probablemente asociado a que los fenómenos magnéticos cotidianos pueden parecer mágicos en muchos casos. Esta es la idea a partir de la cual se pretende "enganchar" a los estudiantes en la historia inicial, donde se muestran algunas curiosidades asociadas al magnetismo y un vídeo que muestra la importancia y utilidad de los imanes y electroimanes. A partir de aquí se desarrollan los cuatro temas de la unidad.
En el tema 1 se describen los fenómenos magnéticos tomando como hilo conductor la historia del magnetismo. Pensamos que esta es una buena forma de abordar la unidad ya que, desde esta perspectiva, el estudiante se acerca al estudio del campo magnético desde las experiencias cotidianas que puede ver. En el tema 2 se explican los fenómenos magnéticos introduciendo el concepto de campo magnético, de esta forma las propiedades del campo se describen a través de la magnitud By se calcula su valor en ciertas condiciones de simetría, como son los casos de campos creados por corrientes rectilíneas o circulares. En el tema 3 la idea de campo magnético ya está establecida y trata de la acción del campo sobre diferentes elementos colocados en él. Finalmente el tema 4 tiene como eje central la ley de Faraday Lenz, elemento esencial que explica la producción de la corriente eléctrica y todas las repercusiones tecnológicas de estos fenómenos.
Con toda probabilidad, los estudiantes observarán pocas similitudes entre el estudio del campo magnético y el de los dos campos estudiados anteriormente, gravitatorio y eléctrico. Es necesario dejar claro que estas diferencias observadas se deben, fundamentalmente, a la no existencia de monopolos magnéticos y la consiguiente consecuencia de que el campo magnético no es conservativo.
Una de las diferencias en el estudio del campo magnético que se hacen más evidentes se encuentra en el tratamiento vectorial de la interacción, lo cual es posible que se convierta en una dificultad añadida. En este sentido se nos antoja fundamental que los estudiantes comprendan con claridad meridiana las propiedades del producto vectorial, en particular la dirección y sentido del resultado del producto vectorial de dos vectores cualesquiera.
En relación con las tareas, se han propuesto dos, relacionadas con el movimiento de cargas en el interior de un campo eléctrico y magnético, y una segunda tarea en la que se trata un poco de todo lo visto en la unidad, cálculo de campos, acción del campo y variaciones de flujo . En ambos casos se ha pretendido que el estudiante analice de forma cualitativa la situación presentada, para realizar a continuación cálculos numéricos de aplicación de la teoría estudiada.
A lo largo de los temas aparecen ejercicios resueltos y reflexiones, además de una sección dedicada a las pruebas de acceso a la Universidad. Aquí se procura fomentar el razonamiento físico, aunque son necesarios los cálculos numéricos. En cualquier caso, desde los siguientes enlaces (Preguntas de selectividad: Campo magnético), se puede acceder al histórico actualizado de exámenes de selectividad en Andalucía.
Criterios de evaluación
Al terminar la unidad, mediante la realización de las tareas propuestas, el alumnado deberá ser capaz de:
- Conocer las propiedades de los imanes y explicar el magnetismo natural.
- Comprender que el origen del magnetismo está asociado al movimiento de las cargas eléctricas y el paralelismo entre imanes y corrientes eléctricas.
- Entender la expresión de B, a la vista de los resultados experimentales.
- Conocer y calcular el campo magnético B creado por una corriente rectilínea indefinida y una espira circular.
- Aplicar la ley de Lorentz para resolver problemas de movimientos de cargas en presencia de campos magnéticos y eléctricos : trayectoria, energía cinética, trabajo, etc.
- Conocer, y calcular en casos sencillos, la fuerza que ejerce un campo magnético sobre corrientes eléctricas, así como la fuerza entre dos corrientes rectilíneas.
- Conocer la definición internacional de amperio.
- Comprender que las corrientes inducidas se deben a la variación del flujo magnético.
- Calcular el flujo a través de superficies planas y en presencia de campos magnéticos uniformes.
- Aplicar la Ley de Faraday-Lenz para calcular la fuerza electromotriz inducida en un circuito en casos sencillos de variación de flujo magnético.
- Determinar el sentido de la corriente inducida en los casos descritos en las experiencias con imanes y espiras de Faraday
- Conocer el fundamento de los alternadores y deducir la fuerza electromotriz inducida en este dispositivo.
- Describir cualitativamente el fundamento de un transformador.
- Distinguir entre sustancias paramagnéticas, diamagnéticas y ferromagnéticas.
En la valoración de las tareas se comprobará si el alumnado ha adquirido las capacidades anteriores, utilizando los criterios de calificación generales de la materia. Esto quiere decir que se valorará:
- la realización de esquemas y gráficas que muestren la comprensión de la situación a resolver,
- razonamientos que den lugar a una percepción objetiva, clara y fundamentada de la situación,
- la calidad de las explicaciones,
- elaboración adecuada de los aspectos matemáticos necesarios y especificar los resultados en las unidades correctas,
- la expresión de las unidades,
- la buena presentación, redacción y ortografía.
Temas:
Tema 1. Introducción al magnetismo
Se introduce el magnetismo a partir de la descripción de un conjunto de hechos experimentales. También se hace un recorrido histórico del fenómeno incluyendo algunas curiosidades relacionadas con el tema.
Tema 2. Campo magnético
Se describe el campo magnético como la idea sobre la cual se explican los fenómenos magnéticos y se introduce la magnitud física B que lo describe. Asimismo, se presenta el cálculo del campo magnético creado por diferentes elementos en condiciones de simetría sencilla (una espira en su centro, una corriente rectilínea a una distancia d de ella, un solenoide en su eje o una carga en movimiento).
Tema 3. Efectos del campo magnético
En este tema nos despreocupamos de quién crea el campo magnético y se estudian sus efectos sobre diferentes elementos, desde una carga en movimiento hasta una corriente eléctrica rectilínea o espira de corriente. También se describen algunas de las aplicaciones tecnológicas, como el motor eléctrico o el galvanómetro
Tema 4. Inducción magnética
A partir de la descripción de las experiencias de Faraday y Henry, se presentan los fenómenos de inducción magnética, haciendo hincapié en la variación de flujo magnético como elemento común de todas ellas para, a partir de ahí, formular la ley de Faraday Lenz. Finalmente se hace un recorrido por las repercusiones tecnológicas de estos fenómenos.