Tema: Electromagnetismo y Leyes de Maxwell

 

Duración: 1 hora

Objetivos:

• Al finalizar la clase, los estudiantes podrán:
  • Explicar la relación entre el campo eléctrico y el campo magnético.
  • Describir las cuatro leyes de Maxwell y su importancia en el electromagnetismo.
  • Aplicar las leyes de Maxwell a diferentes situaciones físicas.
  • Identificar las ecuaciones de campo de Maxwell y su significado físico.
  • Relacionar las leyes de Maxwell con la propagación de ondas electromagnéticas.

Materiales:

• Pizarra o proyector
• Rotuladores o marcadores
• Imanes
• Brújula
• Alambre de cobre
• Fuente de alimentación de corriente continua (opcional)
• Hojas de trabajo (opcional)

Escenario:

• Aula de clase con espacio suficiente para que los estudiantes puedan realizar actividades prácticas.

Procedimiento:

Etapa 1: Activación (10 minutos)

1. Inicio: El docente inicia la clase preguntando a los estudiantes: ¿Qué saben sobre la electricidad y el magnetismo? ¿Han observado alguna relación entre estos dos fenómenos? ¿Cómo creen que se relacionan los campos eléctricos y magnéticos?
2. Lluvia de ideas: Los estudiantes comparten sus ideas y conocimientos previos sobre la relación entre la electricidad y el magnetismo. El docente anota las ideas en la pizarra o proyector.

Etapa 2: Exploración (15 minutos)

1. Experimento 1: El docente muestra a los estudiantes cómo un imán puede generar electricidad. Se puede utilizar una bobina de alambre de cobre y un imán para demostrar que al mover el imán dentro de la bobina se genera una corriente eléctrica.
2. Experimento 2: El docente muestra a los estudiantes cómo una corriente eléctrica puede generar un campo magnético. Se puede utilizar una bobina de alambre de cobre y una brújula para demostrar que al pasar una corriente eléctrica por la bobina, la brújula se desvía, indicando la presencia de un campo magnético.
3. Discusión: Los estudiantes discuten los resultados de los experimentos y relacionan sus observaciones con la relación entre los campos eléctricos y magnéticos. El docente introduce el término "electromagnetismo" y explica que es la rama de la física que estudia la interacción entre los campos eléctricos y magnéticos.

Etapa 3: Explicación (20 minutos)

1. Ley de Faraday: El docente explica la Ley de Faraday, que establece que un campo magnético variable induce un campo eléctrico. Se describe cómo un cambio en el flujo magnético a través de una bobina de alambre genera una fem (fuerza electromotriz) en la bobina.
2. Ley de Ampere: El docente explica la Ley de Ampere, que establece que una corriente eléctrica o un campo magnético variable generan un campo magnético. Se describe cómo una corriente eléctrica que fluye a través de un conductor crea un campo magnético alrededor del conductor.
3. Ley de Gauss para el magnetismo: El docente explica la Ley de Gauss para el magnetismo, que establece que no existen monopolos magnéticos. Se describe cómo las líneas de campo magnético siempre forman bucles cerrados y no tienen puntos iniciales ni finales.
4. Ley de Gauss para la electricidad: El docente explica la Ley de Gauss para la electricidad, que establece que la carga eléctrica total dentro de una superficie cerrada es igual al flujo eléctrico que atraviesa esa superficie. Se describe cómo la cantidad de líneas de campo eléctrico que atraviesan una superficie es proporcional a la carga eléctrica encerrada dentro de esa superficie.

Etapa 4: Elaboración (15 minutos)

1. Actividad 1: Los estudiantes trabajan en parejas para resolver problemas relacionados con la Ley de Faraday y la Ley de Ampere. Se utilizan diferentes situaciones para calcular la fem inducida en una bobina o el campo magnético generado por una corriente eléctrica.
2. Actividad 2: Los estudiantes dibujan las líneas de campo magnético alrededor de diferentes configuraciones de corrientes eléctricas, como un cable recto con corriente y una solenoide. Se analizan las características de las líneas de campo magnético en cada caso.

Etapa 5: Evaluación (10 minutos)

1. Resumen: El docente realiza un resumen de los conceptos clave abordados en la clase. Se enfatizan los puntos más importantes y se aclaran cualquier duda que puedan tener los estudiantes.
2. Preguntas de cierre: El docente formula algunas preguntas de cierre para evaluar la comprensión de los estudiantes sobre el tema. Se pueden utilizar preguntas abiertas, de opción múltiple o de resolución de problemas.

Recursos adicionales:

• Khan Academy: Electromagnetismo [se quit