La enseñanza de ciencias naturales utilizando los materiales de laboratorio y recursos tic”




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fecha de publicación17.08.2016
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¿Qué descubriste? Los imanes hacen un montón de cosas. El imán se pegó a las patas de la silla y al escritorio de la seño. Hay cosas que se pegan al imán. El imán puede levantar cosas que se quedan pegadas en el aire y no se caen. Si el imán es fuerte puede mover un juguete. El imán no se pega a las paredes ni en los cuadernos. Se pega en algunos metales. Con el imán podemos recoger cosas. También se le pueden colgar cosas. Cuando un clavito toca al imán, la fuerza del imán se queda en el clavito. ¿Qué quisieras saber? Me gustaría saber si hay un imán tan fuerte como para levantar un auto de verdad. Quiero saber si el poder del imán pasa a través del agua. ¿De qué está hecho el imán?


Secuencia de actividades: La secuencia que pensamos es un ejemplo, entre otros posibles, para colaborar en la construcción de una propuesta para introducir a los chicos en el estudio de las fuerzas a distancia, comenzando con las magnéticas. Comienza con una exploración sobre los imanes y los materiales, y finaliza con una actividad que permite “materializar el campo magnético de un imán”.

¿QUÉ ATRAE UN IMÁN?

Para el docente:

Para recuperar algunos de los temas que surgieron en las exploraciones anteriores con los imanes y proponer a la clase que los investiguemos con más detenimiento, un aspecto que requiere atención particular es la interacción de los imanes con objetos de distintos materiales. La asociación causal del comportamiento magnético de los objetos con los materiales que los constituyen no siempre es inmediata por parte de los chicos. Si bien aparecen referencias a materiales, también, en muchos casos, sus explicaciones aluden a otras características de los objetos.

Ciertos objetos pueden provocar dudas y generar debates; por ejemplo, algunas monedas o llaves pueden ser atraídas por un imán, mientras que otras no (incluso monedas del mismo valor, aparentemente iguales, es el caso de algunas monedas de 10 centavos). Al respecto, es importante resaltar que no es el tipo de objeto lo que determina si será atraído o no por el imán, sino el material con que está hecho. Los chicos pueden entender este aspecto con relativa facilidad.

No obstante, persiste otra idea: que todos los metales son atraídos, desconociendo la variedad de comportamientos magnéticos que estos presentan.

Información para el docente:

Los chicos suelen pensar que todos los metales son atraídos por un imán. En realidad, sólo los materiales denominados ferromagnéticos (hierro, cobalto, níquel o las aleaciones que los contienen, por ejemplo aceros) son fuertemente atraídos. El resto de los materiales, tanto los no metálicos como metálicos, interaccionan con los imanes de una manera prácticamente imperceptible.

Leemos en algunos registros de clases que muchas veces las experiencias con imanes y objetos metálicos generan conflictos e ideas contradictorias; por ejemplo:

Alumno 1: Probé con el clavito y se quedó pegado porque es de metal.

Alumno 2: Pero la moneda de un peso no se pegó, y también es de metal.

Alumno 1: Es redonda y más grande, por eso no se queda. Si fuera más chiquita se quedaría. Voy a probar con la de diez centavos. ¿Ves? ¡Pero tampoco se pega!

Alumno 3: Hay que buscar un imán más fuerte…

Para clarificar sus ideas y reconocer con mayor precisión qué materiales interactúan fuertemente con un imán destinamos un tiempo a una exploración más sistemática, y a probar con objetos compuestos por diferentes materiales, incluyendo distintos tipos de metales o aleaciones.
ACTIVIDAD

Materiales: Una bolsa conteniendo diferentes objetos (en lo posible, construidos con un solo material; incluyendo, entre otros, plástico, papel, madera, hierro, acero, cobre, aluminio y otros metales). Un imán. Un papel a modo de ficha de registro, para apuntar las predicciones, observaciones y conclusiones.
Desarrollo:

Retirar los objetos que están dentro de la bolsa.

Consigna:

¿Cuáles creen que serán atraídos por el imán? y Antes de probar qué sucede con el imán, anoten sus predicciones en la ficha, colocando los nombres de cada objeto en la columna que corresponda.

  1. Utilizando el imán verifiquen sus predicciones, probando uno por uno todos los objetos. A medida que lo hacen, completen la ficha con los resultados.

  2. En una segunda instancia: ¿Qué criterios utilizaron para clasificar los objetos? ¿Pueden enunciar una regla acerca de qué será atraído por el imán? Escríbanla brevemente en la ficha.

  3. ¿En qué casos se cumplió lo que habían previsto? ¿En qué casos no? ¿Se cumplió la regla o piensan que deberían modificarla? Si es así, ¿cómo enunciarían una nueva regla? Escriban sus conclusiones en la ficha.



Objetos atraídos

por el imán

Objetos NO atraídos

por el imán

un imán

la cuchara

un cable pelado

un clavo

anillo

el pizarrón

un repasador

agua

el vaso de plástico


Entonces: ¿Qué atrae un imán?
Preguntas orientadoras:

¿Qué comprobaron?

¿Qué diferencias encontraron con lo que esperaban?

¿Se sorprendieron con algunos de los objetos? ¿Por qué?

¿Todos los metales fueron atraídos? ¿Cuáles no? ¿Cuáles sí?

A través del diálogo, retomaremos las observaciones realizadas para afianzar algunas ideas:

  • Los imanes atraen objetos de hierro o aleaciones que contienen hierro, como el acero.

  • Si un objeto es atraído, entonces contiene hierro.

  • Otros metales, tales como el cobre, el bronce, el oro o la plata, no son atraídos.

  • Los materiales no metálicos no son atraídos.




Para el docente:

Comentarios para el cierre: Los chicos reconocerán fundamentalmente al hierro como material que compone los objetos atraídos por imanes, ya que es el material ferromagnético más frecuente en objetos cotidianos. Podemos mencionarles que existen otros materiales, tales como el níquel o el cobalto, que tienen un comportamiento magnético similar al hierro.

Una vez completada la actividad y registrada en la ficha la “regla” que permite establecer si un objeto será afectado o no por un imán, se pueden comentar algunas aplicaciones útiles de esa propiedad, por ejemplo, cómo puede utilizarse para reconocer si un objeto contiene hierro, o para separar metales ferrosos y no ferrosos, o para levantar y sostener objetos ferrosos.


Otra Actividad

Construyamos una Brújula:




Materiales:
Un imán

Una aguja

Un vasito descartable (del tipo de los de café)

Un corcho Brújula
Imanten la aguja del mismo modo como lo hicieron con el tubo de ensayo.

Corten un pedacito de corcho y péguele encima la aguja.

Pongan agua al vaso, y apoyen el conjunto aguja-corcho suavemente sobre el agua.

Esperen unos segundos y comprueben con la brújula la dirección de la aguja en su “nueva brújula”
Imanes temporarios


  • Inducción magnética


Una barra de hierro no magnetizada se puede convertir en un imán, si se acerca a esta un imán. Esto se produce como consecuencia de la “orientación de los dominios” de la barra, como consecuencia de la acción de la fuerza magnética. A este proceso, se lo denomina inducción magnética. En la ilustración, las chinches se convierten en pequeños imanes por inducción, temporalmente.

La magnetización por inducción suele ser temporal. Es decir, en el momento en que el imán se aleja, los dominios gradualmente vuelven a estar desorientados. Pero si luego de retirar el imán, los dominios (o algunos de ellos), continúan alineados, se dice que el trozo de hierro quedó permanentemente magnetizado. A esta propiedad de mantener orientados los dominios luego de ser retirado el imán, se la llama retentividad.

INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA
¿CÓMO SE GENERA LA CORRIENTE ELÉCTRICA?
CAMPOS DE FUERZA
La palabra "campo" indica un lugar físico donde puede detectarse una fuerza. Es bien conocido el hecho de que si se arroja una piedra hacia arriba, esta cae por efecto de la fuerza con que la atrae la Tierra. La Tierra está rodeada por un campo de fuerza que denominamos gravitacional.

Si colocamos una brújula cerca de un cable conductor, al hacer pasar una corriente eléctrica por él observaremos que la aguja se mueve.

Esto significa que los electrones que se mueven por el alambre han generado un campo magnético que fue detectado por la brújula.

La desviación de la aguja depende del sentido de la corriente y de la ubicación del cable por encima o por debajo de la brújula.
Inversamente, cuando un imán se mueve mecánicamente en la cercanía de un cable conductor, genera en él una corriente eléctrica.

Entonces:

Cuando una corriente circula por un cable genera una desviación en una aguja de una brújula. Es decir, genera un campo magnético.

Cuando un alambre, enrollado en forma de cilindro se mueve con respecto a un imán o viceversa, se genera en él una corriente eléctrica.

A estos fenómenos se los denomina inducción electromagnética.



La relación existente entre los campos magnéticos y los eléctricos es muy importante. Ella explica, por ejemplo, el funcionamiento de los motores eléctricos, el de las dínamos para generar electricidad a partir de la energía mecánica, el de los transformadores que modifican las características de la corriente eléctrica o el de los micrófonos y los parlantes entre otras cosas.
El genial Maxwell

A partir de estos dos fenómenos, el físico escocés James C. Maxwell, formuló dos hipótesis sobre el comportamiento de la electricidad y el magnetismo.

Maxwell probó que ambos fenómenos son interdependientes, es decir que son aspectos diferentes de una sola interacción, que se denomina interacción electromagnética.

Los campos magnéticos y eléctricos no están “adheridos” a los cuerpos magnetizados ni a corrientes eléctricas, sino que también pueden existir y propagarse en el espacio en forma de ondas electromagnéticas.

Todo campo eléctrico variable genera un campo magnético variable.
Todo campo magnético variable genera un campo eléctrico variable.



Actividad
Un electroimán casero
Materiales:
Cable muy finito.

Una batería de 9v o una pila.

Un clavo grande (de la longitud de la pila).

Algunos clips o alfileres.
Tendrán que enrollar un cable o alambre de cobre alrededor de un clavo (¡muuuchas vueltas!) y luego conectar los extremos del cable a los polos de una pila, o de una batería de 9 volts. Siempre trabajamos únicamente con pilas, jamás con la corriente de línea ni con un transformador, como una medida más de seguridad.
Acerquen el clavo conectado a algunos alfileres y observen que sucede con ellos.




¿Qué pasa si se desconectan los cables de la pila?

¿y si conecta la pila al revés?


Para el docente

Utilizando el simulador Phet: https://phet.colorado.edu/es/simulation/faraday sugerimos trabajar con las opciones que se ofrecen en las diferentes pestañas.

Más información: ¿Qué es un solenoide? Solenoide
El solenoide, más comúnmente conocido como bobina, es un alambre aislado enrollado sobre una barra generalmente de hierro. El número de vueltas o espiras, es acorde con las necesidades de requerimiento. Por estas espiras se hace circular una corriente eléctrica, la que al circular genera dentro del solenoide un campo magnético inducido.
La función del núcleo de hierro, es que ayuda a proporcionar un campo magnético mucho más uniforme.
Este tipo de bobinas o solenoides es utilizado para accionar válvulas, que responden a pulsos eléctricos. Su aplicación más recurrente, tiene relación con sistemas de regulación hidráulica y neumática.
Otro uso muy común lo podemos encontrar al poner en marcha un automóvil. El mecanismo que acopla y desacopla el motor de arranque de los motores de combustión interna en el momento de su puesta en marcha se realiza por medio de un solenoide.

ACTIVIDADES EXPLORATORIAS Y EXPERIMENTALES DEL CURSO

1-Experiencias con imanes:


  1. Observación de fuerzas magnéticas

  • Colocar dos imanes orientados con los polos N y S enfrentados dejando unos centímetros entre uno y otro ( de manera que no se atraigan totalmente ).

  • Colocar una hoja de papel encima de los imanes

  • Tirar sobre la hoja un puñado de limaduras de hierro ( en el sitio dónde se encuentran los imanes.

  • Observar y registrar.

  • Repetir la experiencia pero colocando los imanes enfrentados por el mismo polo ( N-N o S-S ).

          • - Observar y registrar.




  1. Observación del campo magnético

Materiales:
Un tubo de ensayo con tapón

Limaduras de hierro (también pueden obtenerse “amasando” y deshaciendo un bollito de lana de acero (virulana))

Un imán

Una brújula

Llenen 3/4 partes del tubo de ensayo con las limaduras de hierro, luego póngale el tapón.

Acérquenle la brújula para verificar que el tubo no se encuentre imantado. Froten el tubo con un imán, siempre con el mismo polo, entre 10 y 20 veces, acerquen nuevamente la brújula y observen si se ha convertido en un imán. Presten particular atención a la disposición de los pedacitos de hierro.

Luego agiten fuertemente el tubo y vuelvan a comprobar las propiedades magnéticas.

2- Destilación
Materiales :

Trípode

Tela metálica

Mechero de alcohol

Matraz de 250 ml

Tapón perforado

Tubo acodado

Manguera de goma o plástico

Vaso de precipitado de 250 ml

Tubo de ensayo

Solución de sulfato de cobre


Arme un dispositivo para destilar agregando al matraz 100 ml de solución de sulfato de cobre.

Coloque agua fría en el vaso de precipitado y ponga en el agua el tubo de ensayo, para que facilite la condensación. ( si tiene hielo, mejor ).

Encienda el mechero y deje que que el sistema se caliente. Cuando la solución entre en ebullición el vapor de água pasará al tubo y se condensará en el tubo de ensayo.

Observe y registre los resultados.
3- Reacciones químicas

  1. Reacción ácido base. Fabricando un extinguidor


Coloque una cucharada de Bicarbonato de Sodio en um Kitasato. Conecte uma manguera de goma de unos 15 a 20 cm. Prenda una pequeña vela. Agregue unos 20 ml de ácido acético ( vinagre ) al kitasato y rapidamente coloque um tapón de goma en la boca del frasco. Agite y dirija la manguera hacia la llama de la vela.

Observe y registre lós resultados.

Reacción :
NaHCO3 + CH3COOH CH3COONa + H2O + CO2 (g)



  1. Reacción de óxidorreducción. “Cobreando un clavo”


Coloque 10 ml de solución de sulfato de cobre en un tubo de ensayo. En outro tubo coloque 10 ml de agua. Agregue un clavo nuevo a cada tubo. Deje los tubos en la gradilla durante 15 minutos.

Observe y registre los resultados.

Reacción :
CuSO4 + Fe(s) Cu(s) + FeSO4

4-Obsevaciones con lupa de disección y microscopio


  1. Observación de artrópodos con lupa de mano y lupa de disección.

Observe los preparados de insectos y arañas con la lupa de mano y la lupa de disección. Distinga las características de los ejemplares y la diferencia de aumento entre las lupas utilizadas.


  1. Observación de células de mucosa bucal al microscopio óptico.

Utilizando um hisopo tome una muestra del interior de la boca, pasando el hisopo firmemente sobre la mucosa del carrillo.

Coloque la muestra sobre un portaobjeto y agregue una gota de azul de metileno. Coloque um cubreobjetos y observe al microscopio. Registre los resultados.


  1. Observación de una muestra de agua estancada.

Coloque uma gota de agua estancada entre portaobjetos y cubreobjetos. Observe al microscopio. Recuerde comenzar el enfoque con el objetivo de menor aumento.

Registre los resultados.


1 Angulo Delgado Fanny “UN MODELO DIDÁCTICO PARA LA FORMACIÓN INICIAL

DEL PROFESORADO DE CIENCIAS NATURALES” Universidad de Antioquia


2 Obra citada
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