Ficha para el profesorado · 15–16 años · unos 45–50 minutos
El magnetismo: dominios, electroimanes y el campo terrestre
Página de la lección: echoesof.science/school/es/magnetism/ages-15-16/ · Ficha del alumnado: echoesof.science/school/es/magnetism/ages-15-16/print/
Objetivos
- Explicar el ferromagnetismo con los dominios y la temperatura de Curie.
- Saber que los polos magnéticos van en parejas y que la corriente produce campos magnéticos.
- Investigar los factores que influyen en la fuerza de un electroimán.
- Describir el campo terrestre: geodinamo, declinación, desplazamiento del polo, inversiones y magnetosfera.
Desarrollo de la clase
| Tiempo | Actividad |
|---|---|
| 5 min | Inicio: frotar un clavo con un imán y luego dejarlo caer varias veces al suelo. Probarlo cada vez. |
| 10 min | Leer el texto; comentar los dominios. |
| 25 min | Investigación del electroimán por parejas. |
| 5 min | Compartir las gráficas; comentar la saturación. |
| 5 min | Cuestionario, o ¿Verdadero o falso? como deberes. |
Material para el experimento
- Una barra de hierro o un clavo grande como núcleo
- Cable de cobre aislado (unos 3 m)
- Una fuente de corriente continua de baja tensión (máx. 6 V) o un portapilas
- Un amperímetro y una resistencia variable (reóstato)
- Un montón de clips pequeños idénticos (o una pequeña masa de acero y un dinamómetro)
Seguridad: Solo baja tensión (máx. 6 V). Las bobinas y las resistencias se calientan: desconecta entre medidas y no dejes nunca el circuito encendido. No cortocircuites la fuente.
Ideas erróneas frecuentes
| El alumnado puede pensar… | En realidad… |
|---|---|
| El Norte geográfico es un polo norte magnético. | Es un polo sur magnético: atrae el extremo norte de la brújula. |
| El campo terrestre se debe a un enorme imán permanente en el interior. | El núcleo está mucho más caliente que la temperatura de Curie; el campo lo producen corrientes en el núcleo externo fundido. |
| Más corriente siempre da un electroimán proporcionalmente más fuerte. | Con núcleo, la saturación hace que el aumento se aplane. |
Respuestas de la ficha
- Los dominios (pequeñas regiones magnéticas) están al principio desordenados; un campo externo los alinea y sus campos se suman. Calentar da a los átomos energía para volver a desordenar los dominios; por encima de la temperatura de Curie no pueden seguir alineados.
- Más intensidad y más espiras levantaron más clips; con intensidad alta el aumento puede frenarse porque el núcleo se satura.
- Porque los polos distintos se atraen: el extremo de la brújula que busca el norte es atraído hacia él, así que debe ser un polo sur magnético.
- El polo magnético se desplaza (ahora unos 55 km al año), así que la declinación de un lugar cambia con el tiempo.
Respuestas del cuestionario
- Por encima de la temperatura de Curie, el hierro… no puede imantarse. El calor desordena los dominios; para el hierro, la temperatura de Curie es de 1043 K.[2]
- El polo de la brújula que busca el norte apunta al Norte geográfico. Magnéticamente, ese polo de la Tierra es… un polo sur. Los polos distintos se atraen.[1]
- Según el libro de texto, ¿cuál es el origen de todo magnetismo? La carga eléctrica en movimiento (la corriente). Incluso los imanes permanentes deben su magnetismo al movimiento de las cargas en los átomos.[2]
- ¿Qué es la declinación magnética? El ángulo entre el norte magnético y el norte geográfico. Varía de un lugar a otro.[4]
- ¿Cuándo se invirtió por última vez el campo magnético de la Tierra? Hace unos 750 000–780 000 años. Las inversiones ocurren de forma irregular.[4]
- ¿Por qué un núcleo de hierro hace mucho más fuerte un electroimán? Sus dominios se alinean con el campo de la bobina y añaden su propio campo. El núcleo se convierte él mismo en un imán.[2]
Para ir más allá
Con una pequeña brújula, dibuja las líneas de campo alrededor de un imán de barra, y luego de dos imanes con polos iguales enfrentados y con polos distintos enfrentados. ¿Dónde hay un punto neutro?
Fuentes de esta lección
- [1] College Physics 2e, 22.1 Magnets (OpenStax, Rice University): fiabilidad Alta
- [2] College Physics 2e, 22.2 Ferromagnets and Electromagnets (OpenStax, Rice University): fiabilidad Alta
- [3] Earth's Magnetosphere: Protecting Our Planet from Harmful Space Energy (NASA Science): fiabilidad Alta
- [4] Geomagnetism Frequently Asked Questions (NOAA National Centers for Environmental Information): fiabilidad Alta
Lista completa con enlaces y una nota sobre la fiabilidad de cada fuente: echoesof.science/school/es/magnetism/sources/
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