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Libro para el mae s t r o

s e c u e n c i a 22

¿Qué hay en el átomo? Propósito y perspectiva En esta secuencia los alumnos analizan cómo es la estructura interna del átomo de acuerdo con diferentes teorías. Bajo una perspectiva de Historia de la Ciencia, los alumnos valoran cómo distintas teorías atómicas y sus modelos han permitido avanzar en la comprensión de la estructura de la materia y en la explicación de fenómenos.

Plan de trabajo En el plan de trabajo se incluye la siguiente información para cada actividad: • Los contenidos conceptuales en negritas. • Las destrezas en rojo. • Las actitudes en morado. • El trabajo que el alumno desarrolla en la actividad, en azul. El alumno decide cuál o cuáles trabajos incluye en su portafolio. Usted puede sugerir aquellos que considere representativos de la secuencia. • Los recursos multimedia con los que se trabaja en cada actividad. • Los materiales que deben llevarse de casa o el trabajo realizado previamente.

SESIÓN

Momento de la secuencia

Materiales necesarios o trabajo en casa

Texto introductorio

Presentar a partir de un pasaje de la vida de Alva Edison, un primer acercamiento hacia la idea de que distintos materiales están formados de partículas pequeñas relacionadas con fenómenos físicos como la electricidad.

Actividad de desarrollo

UNO Identificar los conocimientos previos sobre la estructura de la materia. Lista de palabras clave.

Texto de información inicial

Mostrar algunas de las ideas generales que llevaron a Dalton a inferir que el átomo es una partícula rígida indivisible presente en toda la materia.

¿Cuál es el primer modelo atómico moderno?


DOS Ilustrar con ejemplos las ideas sobre la estructura atómica de tres objetos distintos. Dibujos.

Por equipo: Lápiz, pluma, goma.

Texto de formalización

Describir la transformación de las ideas sobre el átomo después del modelo de Dalton. Valorar el papel de los modelos atómicos para comprender la estructura de la materia

1

2

Propósitos (conceptos, destrezas y actitudes)

TRES Identificar las ideas esenciales sobre los átomos con base en el texto de formalización. Línea del tiempo y cuestionario. Actividades de desarrollo

CUATRO Construir distintos modelos atómicos a partir de la información disponible. Modelos atómicos.

Construyendo un átomo Por equipo: Cinta adhesiva; compás; plastilina de colores rojo, verde, azul y negro; tarjetas de cartulina de 5 x 8 cm, plumones, cartulina de 30 x 30 cm.

Resuelvo el problema Actividades de evaluación

¿Para qué me sirve lo que aprendí? Ahora opino que…

L i b r o p a ra e l m a e s t r o

155

Para cada actividad se presenta la siguiente información:

secuencia 22

¿Qué hay en el átomo?

1. El propósito. 2. Las sugerencias generales para enseñar en Telesecundaria, que aparecen en un manchón como . Consulte el documento Cinco sugerencias para enseñar en la Telesecundaria para seleccionar la más adecuada. 3. Las sugerencias específicas para la actividad. 4. Las respuestas esperadas se marcan como RM: Respuesta modelo. Cuando la pregunta es abierta y acepta más de una respuesta se marca como RL: Respuesta libre. En este caso se ofrecen ejemplos de posibles respuestas o criterios que el alumno debe tomar en cuenta al dar su respuesta.

SESIÓN 1 1 Antes de iniciar la sesión, mencione a los alumnos que en esta sesión recordarán sus conocimientos sobre la estructura de la materia mediante la identificación de ideas clave sobre las teorías estudiadas en la Secuencia 16. Asimismo, elaborarán sus propias representaciones al ilustrar la estructura de tres objetos distintos de uso cotidiano. Pregunte a sus alumnos qué es lo que recuerdan sobre la estructura de la materia.

sesión 1

Para empezar Lee el texto. • Antes de leer, responde: ¿Por qué los cables son buenos conductores de la electricidad?

Texto introductorio

Thomas Alva Edison era un hombre tenaz y paciente. Se cuenta que después de experimentar durante mucho tiempo con una de sus bombillas, le pidió al muchacho que le asistía en su laboratorio que la dejara en la habitación del piso de arriba. El entusiasta joven subió la escalera y, accidentalmente, dejó caer la bombilla. Mientras observaba los pedazos esparcidos, Edison pidió a sus colaboradores ponerse inmediatamente a trabajar en la construcción de otra bombilla y tardaron veinticuatro horas en tenerla lista. Entonces, Edison pidió al muchacho que la subiera nuevamente. El joven, sorprendido por la petición, tomó cuidadosamente la bombilla y la llevó hasta su sitio, intacta. Ese día, Edison le enseñó al muchacho la tenacidad y la confianza características de las personas que se dedican al trabajo científico y a sus aplicaciones tecnológicas. El chico continuó trabajando en el laboratorio y aprendió que la electricidad viaja por cables y que ésta causa que las bombillas se iluminen. Jamás imaginó que dentro de la frágil esfera de cristal, en los cables y en toda la materia que existe, hay un mundo extraordinariamente pequeño de partículas y de fenómenos que ocurren entre ellas, que explica diversos cambios físicos, como la transformación de la electricidad en calor y en luz. El estudio de las características de estas partículas nos ha permitido explicar una variedad de fenómenos físicos, como la conducción de la electricidad en un metal o las propiedades magnéticas de la materia.

Edison nació en Ohio, EU en 1847 y murió en 1931. Ésta es una de sus bombillas.

Ahora conoces los alcances de la teoría cinética de partículas para explicar algunos comportamientos de la materia. En esta secuencia identificarás la estructura interna de las partículas que constituyen la materia, a partir del análisis de algunos modelos que a lo largo del tiempo se han empleado para explicar qué hay en un átomo. Apreciarás cómo los modelos atómicos han permitido avanzar en la comprensión de la estructura de la materia. 116

Para empezar • Antes de leer, responde: ¿Por qué los cables son buenos conductores de la electricidad? RL Por ejemplo: Porque son de metal y los metales son buenos conductores. Texto introductorio

El texto presenta cómo distintos materiales, como los usados por Thomas Alva Edison para probar sus bombillas, están formados de pequeñas partículas que están relacionadas con fenómenos físicos como la electricidad. El texto pone de manifiesto la importancia de tener confianza en uno mismo para realizar una tarea asignada. En el caso de la actividad científica, ser tenaz y paciente son actitudes deseables en el trabajo pues no siempre se obtienen los resultados esperados. 156


1 Pregunte a sus alumnos si conocen algo sobre la vida de Edison, cuyos inventos siguen siendo la base de muchos aparatos que forman parte de la vida cotidiana. 2 Pregunte a sus alumnos si pueden expresar lo que creen que pudo haber sentido el asistente de Edison al tirar la bombilla y luego al depositarla con éxito en su sitio. Realicen comentarios sobre la importancia sentir confianza en uno mismo.

Puede preguntar a sus alumnos si alguna vez han visto ilustraciones sobre el átomo en la televisión, en revistas o anuncios publicitarios. La secuencia permitirá a los alumnos tener un panorama de cómo surgieron estas teorías y qué es lo que representan para las ciencias. Puede comentarles que las ciencias actuales se basan en gran medida en la búsqueda de explicaciones sobre la estructura de la materia.

CIENCIAS

II

Consideremos lo siguiente…


Recuerde no pedir a los alumnos la respuesta al problema en este momento; deje que ellos imaginen posibles soluciones. La que le damos a usted le permitirá guiarlos adecuadamente durante las actividades.

A continuación se presenta el problema que resolverás con lo que hayas aprendido durante esta secuencia.

¿Cómo están formados el vidrio de las bombillas o focos, los cables y toda la materia que conoces? Elabora un modelo que represente su estructura interna, y que explique las siguientes cuestiones:

Solución al problema: RM 1. Los distintos objetos están formados por átomos que, a su vez, están formados por las mismas tres partículas, aunque en distinta proporción. Los protones, de carga positiva; los neutrones, que carecen de carga, y los electrones, cuya carga es negativa. Las dos primeras partículas se encuentran en el núcleo y tienen una masa similar. Los electrones son mucho más ligeros y se mueven alrededor del núcleo.

1. ¿Distintos objetos están formados por partículas diferentes? 2. ¿Cómo ha cambiado el conocimiento sobre la estructura de la materia a lo largo del tiempo?

Lo que pienso del problema Contesta en tu cuaderno: 1. ¿Un cable y un pedazo de vidrio están hechos de las mismas partículas? ¿De cuáles? 2. ¿Cuál es la parte más pequeña de estos cuerpos? 3. ¿Se pueden dividir las partículas más pequeñas con las que está formada la materia?

Manos a la obra Actividad UNO Identifica lo que sabes acerca de la estructura de la materia.

2. El conocimiento sobre la estructura de la materia ha cambiado a lo largo del tiempo. Mientras Dalton concibe al átomo como una esfera rígida e indivisible, Thompson aporta la idea de partículas más pequeñas que el átomo con carga negativa, llamadas electrones. Rutherford identificó al protón como una partícula de carga positiva. Bohr introdujo la idea de órbitas circulares alrededor del núcleo y Chadwick descubrió al neutrón. Todos estos aportes dieron lugar al modelo atómico actual, que seguirá modificándose conforme se obtengan más evidencias experimentales.

• Elabora una lista de palabras clave que explican los planteamientos de Aristóteles, Newton y Dalton acerca de la estructura de la materia. Palabras clave sobre la estructura de la materia Aristóteles

RM Cuatro elementos Agua Aire Tierra Fuego

Newton

Dalton

RM Corpúsculos Partículas

RM Esfera rígida Indivisible Sólido

Realicen lo siguiente: 1. Intercambien sus listas de palabras

Vínculo entre Secuencias

2. ¿Qué semejanzas encuentran entre ellas? Escríbanlas en el pizarrón

Recuerda que estudiaste los modelos de Aristóteles y de Newton en la Secuencia 16: ¿Cómo está formada la materia?

3. Comenten: ¿Cómo es posible saber algo de los átomos si no se pueden ver?

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Realicen lo siguiente: 2. RM Todas pensaron que la materia se forma de cosas pequeñas. Dalton pudo haber retomado la idea corpuscular de Newton. 3. RL Por ejemplo: Se han inferido debido a ciertas propiedades de la materia. Es conveniente recordar lo abordado en el Texto de formalización de la Secuencia 16.

3. RL Por ejemplo: No, porque átomo quiere decir sin división.

Manos a la obra Actividad UNO El propósito de esta actividad es identificar los conocimientos que poseen los alumnos sobre la estructura de la materia, dado el antecedente que tienen sobre esto en la Secuencia 16 con las teorías de Demócrito-Leucipo, Newton y Dalton. • Elabora una lista de palabras clave que explican los planteamientos de Aristóteles, Newton y Dalton acerca de la estructura de la materia. Para obtener las palabras clave, pídales hacer un listado de las diferencias entre estas teorías. RM En la tabla.

Lo que pienso del problema 1 Recuerde que en esta sección es importante que los alumnos expresen libremente sus conocimientos previos. Ellos podrán contrastar sus respuestas iniciales con las representanciones que elaboren y los cuestionamientos al final de la secuencia. Pregunte a los alumnos si creen que la materia es continua o discontinua y retome al final de la secuencia.

1. Algunos alumnos pueden pensar que existe un átomo distinto para cada sustancia, como si hubiera partículas para cada material. Así pueden creer que hay átomos de plástico o de agua. RL Por ejemplo: No, porque son distintos materiales. 2. Los alumnos ya tienen antecedentes sobre la idea de átomo, ya que se trabajó en la Secuencia 16. RL Por ejemplo: El átomo. L i b r o p a ra e l m a e s t r o

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El video describe cómo los experimentos meteorológicos de Dalton sobre la presión atmosférica le llevaron a suponer que los gases se combinan en proporciones definidas para formar compuestos. 3 El recurso tecnológico fortalece la información del texto. Puede aprovechar el recurso para presentar la información a sus alumnos de manera atractiva.

• Respondan la pregunta del título. Deje que los alumnos expresen libremente sus opiniones sobre la posible respuesta del título.

secuencia 22 ¿Cuál es el primer modelo atómico moderno? Lean el texto. • Respondan la pregunta del título. Texto de información inicial

¿Es invisible el átomo? Pensar que la materia está formada por átomos esféricos e indivisibles, como propuso Dalton, era algo difícil

de aceptar a principios del siglo XIX; ya que si los átomos son los fragmentos más pequeños de la materia, entonces no se pueden ver, y si no se ven, entonces es impensable hacer experimentos directamente con ellos para comprobar su existencia. Sin embargo, Dalton conformó su modelo atómico revisando algunas teorías conocidas en su época y combinando sustancias diferentes. Sospechó, con acierto, que el agua está formada por una combinación de los gases hidrógeno y oxígeno; incluso encontró que el hidrógeno y el oxígeno tienen diferente masa; el hidrógeno es más ligero que el oxígeno. De esta manera pudo concluir que así como el agua, las sustancias combinadas están formadas por partículas con apariencia similar, pero de distinta masa, que se llaman átomos y que conforman toda la materia. Si bien no todas las suposiciones de Dalton fueron correctas, su modelo de constitución de la materia reforzó la teoría atomista que habían postulado Demócrito y Leucipo 2000 años antes. El que la materia está formada por átomos sigue siendo una afirmación aceptada en la teoría atómica actual, y con ello, el trabajo y el pensamiento de Dalton se han colocado en la historia de los modelos atómicos.


El texto muestra algunas de las ideas generales que llevaron a Dalton a inferir que el átomo es una partícula rígida indivisible presente en toda la materia.

ido bre lo aprend as Reflexión so ra que pued pa o este text ¿Qué aporta lema? ¿Son diferentes ob omos resolver el pr bre a los át de un alam los átomos ? lla bi m bo a un del vidrio de

Nueva destreza empleada

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Actividad DOS

Comente con sus alumnos la nueva destreza trabajada en la secuencia. 5 Pida a los alumnos que mencionen alguna cosa, hecho o fenómeno que hayan explicado con un ejemplo, así como la utilidad de los ejemplos para explicar y entender algo

ilustren con ejemplos cómo se imaginan la estructura de la materia. 1. Observen tres objetos que tengan a la mano, como lápiz, goma, pluma. 2. En el cuaderno, expliquen cómo creen que están formados. 3. Ilustren con un dibujo sus explicaciones. Realicen lo que se indica: 1. Intercambien sus dibujos.

Actividad DOS

2. Comparen las semejanzas y las diferencias entre sus ilustraciones.

El propósito de esta actividad es que los alumnos se imaginen cómo son tres objetos distintos y los ilustren con dibujos. De esta manera queda implícita su idea sobre la estructura de la materia.

3. Comenten: ¿Qué hay en un átomo?

3 Permita que ellos expresen cuál de las ilustraciones puede representar mejor la idea de átomo.

Ilustren con ejemplos lo que se imaginaron sobre la estructura de la materia. 2. Quizás algunos alumnos confundan moléculas con átomos. Mencione a sus alumnos que las moléculas están formadas por átomos. RM De átomos.

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118

Realicen lo que se indica: 2. Con la información que tienen los alumnos hasta ahora, se espera que visualicen al átomo tal y como lo hizo Dalton. 5 Si alguno de ellos dibujara un átomo estereotipado como el modelo de Bohr o de Rutherford, que suelen aparecer en diversos medios masivos y marcas comerciales, pregúnteles sobre su significado. Quizás por los medios masivos de comunicación o las películas, algunos de sus estudiantes relacionen la palabra átomo con otras palabras como protones, neutrones, núcleo o electrones. Sin embargo no comprenden que son partículas subatómicas. Otros alumnos tendrán una idea como la de Dalton.

5 Para cerrar la sesión, y para su evaluación se recomienda colocar en un lugar visible los dibujos de los alumnos. De esta manera podrán comparar sus ideas del átomo con las que identifiquen posteriormente.

CIENCIAS

II

SESIÓN 2

Para terminar

sesión 2

Lean el texto. • Durante la lectura pongan atención en las diferencias entre los modelos atómicos. Texto de formalización

¿Cómo son los átomos?

-

Mientras la teoría de Dalton fue bien recibida por los químicos, los

3 Antes de iniciar la sesión, pida la participación del grupo para retomar lo aprendido durante la sesión anterior. Puede pedir que respondan algunas preguntas como éstas:

1. ¿Cuál es el problema que se quiere resolver?

experimentos con electricidad y magnetismo ocupaban a los físicos de finales del siglo XIX. Algunos de ellos habían comprobado que si se establece un campo eléctrico suficientemente intenso a través de los extremos de un tubo de cristal al vacío, se produce un rayo resplandeciente. Nadie podía explicar por qué sucedía esto. En 1897, Joseph J. Thomson (1856-1940) descubrió que el misterioso rayo se tuerce en presencia de imanes, lo que lo llevó a pensar que el rayo está formado de pequeñas partículas con carga negativa. Al poco tiempo, se le llamó electrón a esta partícula que desde luego no es visible. Thomson El modelo atómico de Rutherford tenía supuso que el electrón tenía que ser más pequeño que el átomo y parte electrones con carga negativa que se constitutiva de su estructura. En consecuencia, propuso un modelo atómico movían alrededor de un pequeño núcleo de gran masa con carga positiva. como una esfera sólida con carga positiva, en la que los electrones están en reposo y se disponen sobre él como las pasas de un panqué. Según este modelo, el número de electrones debe ser tal que equilibre la carga positiva que existe en el átomo. Así se obtiene un átomo con carga eléctrica neutra. Faltaba encontrar, acaso, las partículas de carga positiva, si es que las había. Por fin, el físico nacido en Nueva Zelanda Ernest Rutherford (1871-1937) postuló en 1911 que la carga positiva del átomo se encuentra concentrada dentro de una zona a la que llamó núcleo, alrededor de la cual giran los electrones. En 1917 Rutherford identificó al protón como una partícula con carga eléctrica positiva que forma parte del núcleo atómico. En 1913, el danés Niels Bohr (1885-1962) buscó explicar la estructura del átomo más simple: el hidrógeno. Propuso que el electrón gira alrededor del núcleo en órbitas, cada una con una distancia definida al núcleo y con una cantidad de energía asociada. Según Bohr, el átomo es como un sistema En 1932 James Chadwick (1891-1974) supuso que en el núcleo del solar en miniatura, en cuyas órbitas giran los electrones. átomo había otra partícula que llamó neutrón, por carecer de carga eléctrica y con una masa de valor muy similar a la del protón. Con todo lo estudiado hasta entonces, se supo que los átomos consisten en un núcleo muy pequeño que concentra la mayor parte de la masa, constituida por neutrones (sin carga eléctrica) y protones (de carga positiva) y, alrededor del núcleo se mueven electrones (con carga negativa) y que en número son igual + al de los protones, con lo que el átomo se mantiene eléctricamente neutro. La disposición de los electrones implica que el átomo es más grande que el núcleo. Si el núcleo fuera un balín esférico de 1 cm de diámetro, el átomo completo tendría ¡1 km de diámetro! La mayor parte del volumen atómico está dada, pues, por el volumen de la región que ocupan los electrones. En el modelo actual se reconoce un núcleo atómico y electrones alrededor como enjambre de abejas distribuidos según la energía que poseen En el modelo actual se reconoce un por la fuerza de atracción que ejerce el núcleo sobre ellos. núcleo atómico y electrones alrededor,

- +

2. ¿En qué se parecen sus ilustraciones al modelo de Dalton?

-

Mencione a sus alumnos que en esta sesión darán respuesta al problema mediante la identificación de las ideas centrales sobre la estructura del átomo que se dieron a finales del siglo XIX y a lo largo del Siglo XX. Con esta información construirán modelos de plastilina para representar y explicar los diferentes modelos atómicos.

+

-

Para terminar Texto de formalización

El texto describe la transformación de las ideas sobre el átomo después de la teoría de Dalton. Enfatice la evolución de las ideas sobre el átomo para que los alumnos valoren el papel de las teorías atómicas, para comprender poco a poco la estructura de la materia.

-

-

distribuidos según sus niveles de energía.

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1 Pregunte a sus alumnos sobre el tipo de modelo que es cada uno de los que se mencionan en el Texto de formalización. Escriban sus características en el pizarrón. Evidentemente, se trata de modelos científicos.


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Intercambien sus opiniones sobre: Los experimentos con electricidad aportaron muchos datos sobre el comportamiento de la materia a nivel atómico. Por ejemplo, un rayo producido por un campo eléctrico tenía un comportamiento distinto en presencia de un campo magnético. De alguna manera, la evidencia de esta desviación fue el criterio que llevó a Thomson a pensar en la existencia de una partícula subatómica con carga negativa. Rutherford, identificó al núcleo atómico y Bohr propuso la idea de un electrón orbitando al núcleo. Posteriormente, como constituyentes del núcleo, Rutherford descubrió el protón y Chadwick el neutrón. Si bien la teoría atómica actual considera que los electrones no se mueven alrededor del núcleo en órbitas definidas, estos científicos sentaron las bases de las teorías atómicas actuales. En nuestros días se conoce una gran cantidad de partículas subatómicas y subnucleares. Los quarks son hasta ahora las partículas más pequeñas que las personas dedicadas a la física han propuesto para explicar la estructura de la materia.

secuencia 22 intercambien sus opiniones sobre: Vínculo entre secuencias

Comente con sus alumnos cómo el interés por los fenómenos naturales es una actitud deseable en las personas que se dedican a las ciencias, aunque no es exclusiva de ellas. Cualquier persona puede tener este interés, pero requiere de cierta práctica en la actividad científica. Por ejemplo, relacionar que la película fotográfica se había velado con la presencia de sales de uranio en un cajón junto a las placas fotográficas, fue un hecho que pudo haber pasado desapercibido para otras personas sin los conocimientos necesarios para interpretar lo sucedido. Pero no para Becquerel, que observó el evento y siguió con sus experimentos. Sus conocimientos sobre la estructura del átomo hasta ese momento, sus observaciones y su capacidad de razonamiento le llevaron a descubrir la radioactividad y mostrar la utilidad de la idea de que el átomo está formado por partículas subatómicas. 160


3. La utilidad que tiene para la ciencia saber que la materia está compuesta por átomos y diversas partículas.

En 1896, el físico francés Henri Becquerel (1852 -1908) experimentaba con sales de uranio, un metal pesado. Una noche, dejó en un cajón las sales junto a una película fotográfica sin usar. Al día siguiente y para su gran sorpresa, encontró que la película se había puesto toda negra, aun en la oscuridad. Evidentemente, el uranio tenía que ser el responsable. Becquerel observó qué, sin importar su estado de agregación ni tampoco si estaban combinadas o puras, las sales seguían dejando impresiones en una película fotográfica aun cuando ésta se envolviera en un grueso papel negro. Todo esto le hizo pensar que el uranio tenía la propiedad de emitir radiación desde el interior del átomo con la propiedad de atravesar materiales opacos.

Henri Becquerel descubrió la radiactividad.

Fue así como descubrió la radioactividad, que es la capacidad de algunos elementos de emitir radiación de manera espontánea. Con este descubrimiento se tuvo una evidencia contundente: si el átomo puede emitir partículas subatómicas, entonces es divisible.

Actividad TRES identifiquen las ideas esenciales sobre los átomos. 1. Escriban una línea del tiempo en donde se aprecien las ideas más importantes sobre el átomo en forma cronológica. 2. Consideren los siguientes aspectos para su línea del tiempo: a) Partículas que considera, es decir, protones, electrones y neutrones. b) Forma del átomo. c) Distribución de las partículas.

2. RL Por ejemplo: Después de Dalton, cada teoría fue aportando elementos que completaron el rompecabezas de la explicación moderna sobre la estructura de la materia. Cada explicación tomó en consideración las teorías anteriores.

Las ciencias y la comunidad científica

2. El proceso de desarrollo de los modelos atómicos.

Las ciencias y la comunidad científica

1. RL Por ejemplo: La desviación de un rayo fue el hecho que le sugirió a Thomson la existencia del electrón.

3. RL Por ejemplo: Para elaborar materiales; para fabricar compuestos.

1. Los criterios que se tomaron en cuenta para definir los modelos atómicos.

Las características de los modelos las revisaste en la Secuencia 15: ¿Para qué sirven los modelos?

3. Utilicen colores para resaltar las diferencias entre la forma del átomo y las partículas detectadas por los autores señalados en el texto. identifiquen los modelos atómicos que comparten características. • Elaboren una clasificación de los modelos según su parecido.

120

Comente con sus alumno si las inferencias de Thomson, Rutherford, Chadwick y Bohr pueden considerarse modelos científicos. Desde luego que sí. Tienen capacidad explicativa y pueden predecir fenómenos electromagnéticos entre sí.

Actividad TRES El propósito de esta actividad es que los alumnos identifiquen las ideas esenciales sobre los átomos con base en el texto de formalización. 1. Se sugiere que esta línea del tiempo, que comienza con Dalton y termina con Chadwick se exponga con tiras de papel pegadas en la pared del salón. RM En la línea del tiempo que se muestra en página siguiente. 2. Consideren los siguientes aspectos para su línea del tiempo: b) RM Esférica, circular, elíptica.

c) RM Protones y neutrones en el núcleo. Electrones fuera de éste, girando alrededor. 3. Es conveniente que, aunque los modelos atómicos sean diferentes, los electrones siempre tengan el mismo color para poder identificarlos como tales en ambos modelos. • Elaboren una clasificación de los modelos según sus semejanzas. Sugiera a sus alumnos integrar su línea del tiempo al portafolio. RL Por ejemplo, los modelos de Dalton y de Thomson podrían clasificarse como estáticos, aunque el primero considere al átomo como indivisible y el segundo contemple una estructura, con electrones como pasas pegadas dentro de una zona de carga positiva. La otra clasificación en la que se encuentran Bohr, Rutherford y Chadwick puede ser la de modelos no estáticos en donde los electrones se están moviendo constantemente.

CIENCIAS

II

Sabías que...

Sabías que… La fuerza de atracción que mantiene unidos protones y electrones es una interacción a distancia pues es de naturaleza electromagnética.

Para elaborar una línea del tiempo: Identifiquen las características esenciales del objeto, proceso o fenómeno que se quiere representar. Decidan los materiales que van a usar. Puede ser un pliego de cartulina, cartoncillo, o papel, que tengan al menos 120 cm de largo y 80 cm de ancho. Se recomienda que cuenten con una regla de 1 m y plumones de colores. Tracen una línea horizontal como a 30 cm arriba del borde inferior, que comience a 1 cm del borde izquierdo y termine 1 cm antes del borde derecho y remarquen la línea con plumón de color oscuro.

Comente con sus alumnos las diferencias entre la fuerza de atracción gravitacional debida a las masas, con la fuerza electromagnética debida a las cargas. El modelo de Bohr podría sugerir a los alumnos que los electrones se mantienen girando en sus órbitas circulares por una atracción gravitatoria, lo cual es una apreciación incorrecta, pero frecuente.

Marquen con una pequeña línea vertical el comienzo y el fin de esa línea. Esas marcas representan el primer y último suceso que se registrará.

Actividad CUATRO

Dividan la línea en el número de segmentos iguales que se necesiten para representar el tiempo requerido, marcando cada uno con una pequeña línea vertical. Su línea tendrá el aspecto de una recta numérica.

El interactivo presenta diferentes animaciones tridimensionales de los modelos atómicos, así como los tipos de partículas que contemplan: electrón, protón y neutrón. 4 Además, fomenta la participación y el

Por último, ubiquen y rotulen cada uno de los sucesos que van a incluir.

Actividad CUATRO

debate en el aula con la oportunidad de que los alumnos integren sus conocimientos y expresen sus ideas sobre el fenómeno observado. El recurso cuenta con instrucciones y sugerencias didácticas que se debe revisar antes de utilizarlo para un mejor aprovechamiento.

Construyendo un átomo Construyan modelos atómicos. 1. Organícense en equipos. 2. Cada equipo elaborará un modelo diferente de átomo. a) Necesitan: i. Cinta adhesiva ii. Compás iii. Plastilina de colores rojo, verde, azul y negro. iv. Tarjetas de cartulina de 5 x 8 cm v. Plumones vi. Cartulina de 30 x 30 cm

Puede utilizar el interactivo como complemento a la actividad. El propósito de esta actividad es que los alumnos construyan distintos modelos atómicos a partir de la información que han estudiado utilizando materiales sencillos.

b) Realicen lo siguiente: i. Elaboren sobre la cartulina sus modelos. ii. Utilicen plastilina roja para representar el núcleo de los átomos, verde para los protones, azul para los neutrones y negra para los electrones. iii. Elaboren con las tarjetas letreros para señalar los componentes de cada modelo así como el científico que lo propuso. iv. Péguenlos en el lugar correspondiente. v. En el modelo actual del átomo representen un átomo de carbono que tiene 6 electrones, 6 protones y 6 neutrones.

121

MODELOS ATÓMICOS

Dalton

Thomson

Rutherford

Bohr

Chadwick

1808

1897

1911

1913

1932

Esfera rígida

Descubre el electrón

Descubre el núcleo

Átomo de hidrógeno

Descubre neutrones

Panqué de pasas

Órbitas circulares


161

c) i. RM La fuerza electrostática, que es un caso particular de la fuerza electromagnética. ii. RM El núcleo, pues contiene protones y neutrones, que son miles de veces más masivos que el electrón.

Lo que aprendimos

secuencia 22 c) Contesten en sus cuadernos: i. Si los electrones giran alrededor del núcleo, ¿qué evita que salgan disparados? ii. ¿Cuál es la parte con mayor masa en los átomos? ¿Por qué? Presenten sus modelos. • Expliquen las características de cada uno. Para saber más sobre el átomo puedes consultar el libro Dentro del átomo de las Bibliotecas escolares y de aula.

En la sección Lo que aprendimos, se presentan las siguientes actividades de evaluación de los contenidos de la secuencia:

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Lo que aprendimos Resuelvo el problema

✓ Resuelvo el problema: El alumno da una solución al problema; emplea para ello, los conceptos y las destrezas aprendidas.

"¿Cómo están formados el vidrio de las bombillas o focos, los cables y toda la materia que conoces? Elabora un modelo que represente su estructura interna y que explique las siguientes cuestiones: 1. ¿Distintos objetos están formados por partículas diferentes?

✓ Para qué me sirve lo que aprendí: El alumno transfiere los nuevos aprendizajes a situaciones y contextos diferentes a los estudiados.

2. ¿Cómo ha cambiado el conocimiento sobre la estructura de la materia a lo largo del tiempo?” Para resolver el problema, toma en cuenta los siguientes aspectos: 1. ¿De qué están formadas las cosas? 2. ¿Cuál es la parte más pequeña de la materia?

✓ Ahora opino que…: Se plantea una nueva situación problemática relacionada con los contenidos, ante la cual el alumno manifiesta una opinión informada.

comenten cómo ha cambiado el conocimiento de la estructura de la materia, a partir de nuevas evidencias.

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✓ Lo que podría hacer hoy: Se explora el componente conductual (tendencia a la acción) de las actitudes trabajadas durante la secuencia. Esta sección promueve la participación responsable e informada ante un problema o situación cotidiana. El maestro puede, si así lo desea, emplear algunas actividades de la secuencia, para realizar la evaluación diaria del trabajo en clase (evaluación formativa), como las que se sugieren en los cierres de sesión. Al final de cada bloque se presenta: • Un ejemplo de evaluación individual de Lo que aprendimos, así como un Ejemplo de evaluación sumativa de un bloque. • Una Lista de cotejo de destrezas y actitudes, en la que se presentan las destrezas y las actitudes que se trabajan en cada secuencia.

122

Resuelvo el problema Para resolver el problema, toma en cuenta los siguientes aspectos: 1. RM De átomos que están a su vez formados por partículas subatómicas. 2. En la actualidad el quark y el electrón son dos de las partículas verdaderamente elementales. RM En los modelos atómicos expuestos en las secuencia, el electrón. Comenten cómo ha cambiado el conocimiento de la estructura de la materia. RM El conocimiento sobre la estructura de la materia ha cambiado a lo largo del tiempo. Mientras Dalton concibe al átomo como una

162


esfera rígida e indivisible, Thompson aporta la idea de partículas más pequeñas que el átomo con carga negativa, llamadas electrones. Rutherford identificó que el protón tiene carga positiva. Bohr introdujo la idea de órbitas circulares alrededor del núcleo y Chadwick descubrió al neutrón. Todos estos aportes dieron lugar al modelo atómico actual.

Reflexión sobre lo aprendido RL Por ejemplo: Sí hay diferencia. Yo creía que la forma de los átomos era como la que proponía Dalton y que además cada uno tenía partículas diferentes.

CIENCIAS

II

¿Para qué me sirve lo que aprendí? ¿Cómo explican que un cuerpo sea eléctricamente neutro?

Para recapitular el contenido de la secuencia consulten el programa: La teoría atómica en la programación de la red satelital Edusat.

1. Utilicen alguno de los modelos atómicos para explicarlo. 2. Argumenten las respuestas en sus cuadernos.

Ahora opino que… La palabra átomo significa indivisible. 1. ¿Creen que este nombre es apropiado para referirse a la estructura de la materia? ¿Por qué? 2. Justifiquen su respuesta de acuerdo con los modelos atómicos posteriores a Dalton.

El programa permite identificar y valorar distintas teorías científicas que explican la estructura interna del átomo. 4 Puede aprovechar el recurso para sintetizar con sus alumnos los conocimientos construidos a lo largo de la secuencia. El recurso tecnológico integra el contenido de la secuencia.

¿Para qué me sirve lo que aprendí?

3. Escriban en su cuaderno qué nombre le darían ustedes al átomo.

Para saber más…

¿Cómo explicas que un cuerpo sea eléctricamente neutro? Utiliza alguno de los modelos atómicos para explicarlo.

1. Beltrán, Faustino (2007). La culpa es de las moléculas. México: SEP/Lumen. Libros del Rincón. 2. García, Horacio (2002). La naturaleza discontinua de la materia. México: SEP/ Santillana. Libros del Rincón.

1. RM a) En el modelo de Thomson la carga de los electrones que se disponen como pasas en un panqué, debe ser numéricamente igual que la carga de la esfera sólida que los contiene.

3. García, Horacio (2002). Del átomo al hombre. México: SEP/Santillana. Libros del Rincón. 4. Herrera, Miguel Ángel (1992). Átomos y moléculas. México: SITESA. Serie Nuestro Mundo. 5. Morrison, Ian (2004). ¡La materia se rompe! México: SEP/ Libros del Rincón. 6. Noreña, Francisco (2004). Dentro del átomo. México: SEP/Libros del escarabajo. Libros del Rincón.

7. Parisi, Anna et al. (2006). El hilo conductor. La antesala del átomo. México: SEP/ Paidós. Libros del Rincón. 1. De la Peña, Luis (2005). ¿Qué es un átomo? México: DGDC, UNAM.

b) En el modelo de Bohr, se tiene un objeto neutro cuando el número de protones en el núcleo y el de electrones en las órbitas es el mismo.

1. Bosch, Pedro, et al. Pioneros de las ciencias nucleares. ILCE. 6 de marzo de 2007. http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen3/ciencia3/120/htm/_5.sechtm

Ahora opino que…

2. Bulbulian, Silvia. La radiactividad. ILCE. 2 de marzo de 2007. http://omega.ilce.edu. mx:3000/sites/ciencia/volumen3/ciencia3/120/htm/sec_4.htm

La palabra átomo significa indivisible.

3. Menchaca, R. Arturo. El discreto encanto de las partículas elementales. ILCE. 2 de marzo de 2007. http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen2/ciencia3/068/ htm/discreto.htm

1. RM No, porque el átomo a su vez está formado de partículas subatómicas.

123

Para saber más La consulta de los textos y páginas electrónicas recomendadas en esta sección contribuye a que los alumnos puedan profundizar y ampliar sus conocimientos acerca del tema revisado en la secuencia.

2. RM Desde el descubrimiento de Thomson al de Chadwick, se fueron incorporando nuevas partículas constituyentes del átomo: Electrones, protones y neutrones. 3. Será interesante ver los nombres que proponen. En cualquier caso deben apelar a la idea de una partícula divisible. RL

1. Este texto explica cómo los átomos forman moléculas. 2. Se recomienda para abordar la idea de discontinuidad o divisibilidad del átomo. 4. Aborda de manera sencilla las ideas antiguas y modernas sobre el átomo. 6. Aborda las partículas subatómicas. 7. Visión histórica del átomo.

1. Presenta en forma sencilla los fundamentos de la teoría atómica. L i b r o p a ra e l m a e s t r o

163

164



¿Por qué enciende un foco? Propósito y perspectiva En esta secuencia se analiza la corriente eléctrica en fenómenos cotidianos. Desde una perspectiva de historia de las ciencias se analiza el desarrollo de las ideas sobre la corriente eléctrica.


SESIÓN 1

2



Materiales necesarios o trabajo en casa

Texto introductorio

Valorar el impacto familiar y social de algunos inventos como la radio y la televisión.

Después de la electricidad: Radio y televisión


UNO Observar los efectos de la corriente eléctrica al pasar por un material. Cuestionario.

Por grupo: Lámpara de mesa con foco de 100 watt.


Reconocer al electrón como la unidad eléctrica y su interacción en la corriente eléctrica.


DOS Construir un modelo de un conductor eléctrico y observar los obstáculos que impiden el libre tránsito de los electrones. Cuestionario.


Mostrar la resistencia eléctrica de un material y conocer los factores que lo determinan.

Por equipo: 2 rampas de unicel de 40 cm x 10 cm, 70 alfileres, 20 canicas, cronómetro.

Resistencia eléctrica


¿Para qué me sirve lo que aprendí? Ahora opino que…


165


secuencia 23

¿Por qué enciende un foco?

1. El propósito. 2. Las sugerencias generales para enseñar en Telesecundaria, que aparecen en un manchón como . Consulte el documento Cinco sugerencias para enseñar en la Telesecundaria para seleccionar la más adecuada. 3. Las sugerencias específicas para la actividad. 4. Las respuestas esperadas se marcan como RM: Respuesta modelo. Cuando la pregunta es abierta y acepta más de una respuesta se marca como RL: Respuesta libre. En este caso se ofrecen ejemplos de posibles respuestas o criterios que el alumno debe tomar en cuenta al dar su respuesta.

SESIÓN 1 5 Antes de iniciar la sesión, pida a sus alumnos que mencionen todos los aparatos que funcionan con energía eléctrica. También pida a sus alumnos que expresen las diferencias que se viven en casa entre un día con electricidad y otro día sin ella.

Para empezar El video describe el avance en la tecnología de los medios de comunicación: radio y televisión y cómo intervienen en ellos fenómenos eléctricos. 4 El recurso tecnológico complementa la información del texto. Puede aprovechar el video para reflexionar sobre las ventajas que tenían estos medios de comunicación sobre los tradicionales como el correo y el periódico.

• Antes de la lectura, responde: ¿Qué significa la expresión “en vivo” al momento de una transmisión por televisión o radio? RL Por ejemplo: Que ocurre en el mismo instante en que se transmite.

166


sesión 1

Para empezar Después de la electricidad: radio y televisión Lee el texto. • Antes de la lectura, responde: ¿Qué significa la expresión “en vivo” al momento de una transmisión por televisión o radio?

Texto introductorio

Mi abuelo me contó que cuando él era joven, una de sus diversiones era escuchar la radio por la noche. Por fin oían las canciones que durante mucho tiempo habían esperado pero también las noticias, las radionovelas, los programas de aficionados y el box. Un día me dijo: “La primera televisión en el pueblo la tuvo don Jesús en 1955. Me acuerdo que la trajeron en una camioneta un miércoles en la tarde y mi compadre Ismael y yo le ayudamos a poner la antena en el techo de su casa y nos invitó a ver las imágenes ése y muchos días más. Éramos felices con la novedad de ver algo que nos parecía de otro mundo, no parpadeábamos viendo todo lo que pasaban aunque sólo hubiera dos horas de programación al día. Ya no teníamos que imaginar lo que antes el locutor de radio quería hacernos ver en la mente con sus palabras. Las imágenes eran en blanco y negro, pero de Televisor blanco y negro de 1957. todas formas no había comparación con el radio que sólo oíamos. Todas las tardes nos juntábamos en la casa de Don Jesús para ver las noticias, una función de box o conocer al fin a los artistas que a diario oíamos en el radio cuando estábamos en el campo o en la casa. Al fin pudimos verle la cara a Jorge Negrete, a José Alfredo Jiménez y a Ninón Sevilla. ¡Esa rumbera sí que era guapa!” El invento que ha causado más revuelo y sensación no sólo en México sino en todo el mundo ha sido la televisión. Pero, sin suministro eléctrico se convierte en una caja completamente inútil, al igual que la mayoría de las máquinas que nos ayudan en nuestra vida cotidiana. Aunque los modelos han cambiado, la televisión sigue siendo el medio de comunicación de mayor alcance.

Ahora conoces algunos aspectos de la electricidad. En esta secuencia comprenderás cómo y por qué la corriente eléctrica puede encender un foco o producir calor. Valorarás la importancia de la resistividad de los materiales para producir diferentes efectos físicos. 124

Texto introductorio

El texto describe un aspecto de la influencia que tuvo la televisión en la vida familiar cuando se hizo un artículo de uso cotidiano. 4 Se sugiere comentar con los alumnos si la historia del texto tiene algún parecido con situaciones personales, familiares, de amigos o vecinos de la comunidad. Podrían preguntar en algún momento a sus abuelos u otras personas mayores.

1 Propicie que los alumnos comenten acerca de los costos del servicio de energía eléctrica en su casa. Haga que sus alumnos comenten acerca de los aparatos que “gastan más luz” y se pregunten ¿a qué se debe esto?

CIENCIAS

II



No espere que sus alumnos resuelvan al problema que presentamos. Deje que ellos imaginen posibles soluciones. La respuesta que le damos a usted le permitirá guiar a los alumnos adecuadamente durante las actividades.

A continuación se presenta el problema que resolverás con lo que hayas aprendido durante esta secuencia.

Vas a elaborar una extensión eléctrica para iluminar el patio de tu casa con un foco de 200 watt. Puedes elaborar una extensión larga de 20 m con cable delgado de cobre, o una corta de 3 m con cable grueso del mismo material. ¿Cuál de las dos extensiones ofrece menor resistencia al flujo de electrones? Argumenta tus respuestas en términos físicos.

Se propone esa situación problemática para iniciar al alumno en el conocimiento de los conductores y aislantes eléctricos. Se conocerán más tarde los factores que influyen en el libre flujo de electrones.

Lo que pienso del problema Contesta en tu cuaderno: 1. ¿Por qué brilla el filamento de un foco? 2. Los cables que se usan para conectar una pila con un foco generalmente son de cobre, ¿conducirá igual la electricidad un cable hecho de aluminio? ¿Por qué?

Solución al problema: RM El cable corto, el de 3m y de mayor grosor. Se emplea cobre porque es un material que presenta poca oposición al flujo de electrones.

3. Si tenemos dos cables eléctricos, uno delgado y largo y otro ancho y corto, ¿por cuál de ellos el flujo de electrones será mayor?

Manos a la obra Actividad UNO

Lo que pienso del problema

Observen los efectos del paso de una corriente eléctrica por un material. 1. Comenten: ¿Por qué prende un foco?

Recuerde que en esta sección se pretende que los alumnos elaboren sus primeras aproximaciones al problema. Anime a los estudiantes a participar reconociendo sus intervenciones, sin calificarlas como falsas o verdaderas, sino como una forma distinta de ver las cosas.

2. Van a necesitar una lámpara de escritorio con un foco de 100 watt. 3. Realicen lo siguiente: a) Conecten la clavija de la lámpara a la toma de corriente. b) Enciendan la lámpara. c) Describan en sus cuadernos lo que sucede con el foco. d) Pidan a un compañero que acerque su mano al foco encendido sin tocarlo. e) Permitan al compañero describir lo que sintió. f) Apaguen la lámpara. 4. Comenten: a) ¿Qué causó que el foco prendiera? b) ¿Por qué se apagó el foco? c) ¿Qué efectos detectaron en el foco cuando se encendió y apagó la lámpara? d) ¿Cómo llamarían a aquello que causó los efectos observados?

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Contesta en tu cuaderno: 1. RL Por ejemplo: Porque está hecho de un material que al contacto de la electricidad se calienta mucho y emite luz. 125

Reflexión sobre lo aprendido Puede pedir a sus alumnos que nombren situaciones cotidianas en las que se utiliza la electricidad. También puede aprovechar para indicarles que de las formas de energía, la eléctrica es una de las más versátiles: se puede transformar en luz, calor, sonido, etcétera. RL

Manos a la obra Actividad UNO El propósito de esta actividad es que los alumnos expresen sus conocimientos previos sobre el funcionamiento de los aparatos eléctricos mediante una corriente eléctrica.

2. RL Por ejemplo: Tal vez, pero eso se sabría haciendo pruebas con varios aparatos que midan si conduce mejor o no la corriente o haciendo experimentos para ver si encienden mejor los focos o funcionan mejor los aparatos conectados a la energía eléctrica. 3. RL Por ejemplo: Por el cable ancho puede haber mayor flujo de electrones, pero entre el corto y el largo desconozco la diferencia.

Observen los efectos del paso de una corriente eléctrica por un material. 1. RL Por ejemplo: Porque la electricidad fluye por el filamento. 4. a) RL Por ejemplo: El flujo de la corriente.

b) RL Por ejemplo: Porque dejó de fluir la corriente. c) RL Por ejemplo: Cuando enciende, emite luz y calor. d) RL Por ejemplo: Corriente eléctrica. L i b r o p a ra e l m a e s t r o

167


secuencia 23 Lean el texto.

El texto explica la participación del electrón en la corriente eléctrica. 3 Al final de la lectura, propicie que los alumnos expresen ideas claras de lo que han leído.

• Antes de la lectura, comenten: ¿Qué es una corriente electrica?


¿De qué está hecha la corriente eléctrica? A lo largo del siglo XIX se afianzó el conocimiento de la electricidad y el magnetismo. En ese entonces se estableció que la corriente eléctrica es la cantidad de carga eléctrica que atraviesa una superficie, por unidad de tiempo. A la unidad de corriente eléctrica se le llamó ampère en honor del científico francés André Ampère. La cuestión de la naturaleza de la carga o de la corriente eléctrica no se planteó hasta que se aceptó plenamente, a fines del siglo XIX, que la materia está hecha de átomos. G. John Stoney postuló la existencia de una unidad fundamental de carga eléctrica, lo que quiere decir que cualquier cuerpo electrificado o cargado eléctricamente debe poseer una cantidad de carga que sea múltiplo entero de esta unidad fundamental. Thomson identificó la unidad fundamental de carga como la carga de la partícula que descubrió en 1897 y que llamaron electrón. En 1917 Robert Andrews Millikan consiguió medir la carga eléctrica del electrón. Hoy sabemos que la corriente eléctrica es un flujo de electrones.

Ampolla de vidrio Filamento Soportes Corriente eléctrica

Gas inerte

Fuente de electricidad

Circuito Circuito Flujo de la corriente eléctrica a través de una resistencia incandescente.

126

168


CIENCIAS

II

Comenten:

Comenten:

1. RM Como un flujo de carga eléctrica.

1. ¿Cómo se define la corriente eléctrica? 2. ¿Qué partícula subatómica es responsable de la corriente eléctrica?

2. RM El electrón.

3. ¿Qué instrumentos o aparatos del salón de clase emplean corriente eléctrica?

3. RL Por ejemplo: Lámparas o focos, televisión, grabadora, computadora, proyector.

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Reflexión sobre lo aprendido En este momento es pertinente recordar a los alumnos que la teoría cinética no explica por qué algunos materiales conducen la electricidad y otros no. Por lo tanto, en esta secuencia conocerán los factores por los cuales un material puede conducir mejor la corriente o puede servir como un aislante. RL Por ejemplo: Me sirve para saber que no todos los materiales dejan pasar la carga eléctrica de la misma forma.

Sabías que… Los materiales en los cuales los electrones se pueden mover con facilidad se llaman conductores, y por el contrario, si los electrones tienen dificultad para moverse, al material se le llama aislante. La mayoría de los metales son buenos conductores y algunos buenos aislantes son la madera, el vidrio, los plásticos, la lana y la seda. No existen materiales que sean totalmente aislantes ni totalmente conductores. Los primeros se aprovechan para evitar descargas o controlar el flujo de electrones a través de los conductores. Los materiales aislantes que se utilizan con mayor frecuencia son los plásticos y las cerámicas.

Actividad DOS Construyan un modelo de la conducción eléctrica. Para ello: 1. Contesten: ¿Qué características de un material influyen en el libre tránsito de los electrones?

Sabías que…

2. Necesitan:

Se recomienda que aproveche este momento para fomentar que sus alumnos comenten las experiencias personales o familiares acerca de “toques”. Indique que el nombre “toque” se puede cambiar por el término de “descarga eléctrica”.

a) Dos rampas de unicel aproximadamente de 40 cm × 10 cm b) 70 alfileres c) 20 canicas d) Cronómetro

Vínculo entre Secuencias Recuerda que el concepto de carga eléctrica se revisó en la Secuencia 12: ¿Qué rayos sucede aquí?

127

Este vínculo permite valorar la importancia de cuidarse de las descargas eléctricas, ya sean naturales como los rayos, o artificiales como de la electricidad que usamos todos los días en casa.

Actividad DOS El propósito de la actividad es que los alumnos observen por medio de un modelo, los factores que influyen en el libre tránsito de los electrones.

Como inicio para comentar el fenómeno, realice preguntas como ¿qué circunstancias había alrededor cuando se dieron el “toque”? ¿Había agua cerca? ¿Cuál fue la fuente de energía de donde salió la descarga? ¿Qué se siente? ¿Hubo contacto con alguna sustancia o material? Traten de deducir las causas por las cuales se originó esta descarga y propongan algunas precauciones para evitar estos fenómenos. Para ello, haga notar el uso correcto de los aislantes.

Elaboren un modelo de la conducción eléctrica. 1. RL Por ejemplo: El tipo de material, y su grosor.


169

3. a) Impida que sus alumnos jueguen con los alfileres.

secuencia 23 3. Realicen lo que se indica: a) Claven 20 alfileres en la superficie de una de las rampas, de manera uniforme. Es importante que la distancia entre los alfileres sea siempre mayor al diámetro de las canicas para impedir que estas queden atrapadas.

Respondan: 1. a) RM Los electrones en el alambre.

b) RM Los obstáculos que impiden el libre flujo de los electrones que pueden ser los núcleos atómicos u otros electrones.

b) Claven 50 alfileres en la superficie de la otra rampa de manera similar. c) Coloquen cada una de las rampas de tal forma que tengan una inclinación de 15° aproximadamente. d) Dejen correr las 20 canicas desde la parte alta de cada una de las rampas.

2. RM La rampa que tiene 50 alfileres. 3. RM La rampa que tiene 50 alfileres.

Reflexión sobre lo aprendido

e) Midan el tiempo que tardan en pasar todas las canicas en cada una de las rampas.

Puede aprovechar este momento para hacer un repaso y reafirmar algunas de las ideas que se han comentado durante la secuencia, al hacer preguntas como: ¿Qué relación existe entre la resistividad de un material con los aislantes eléctricos? ¿Qué importancia tiene el que haya aislantes y conductores eléctricos? RL Por ejemplo: Ahora sé que hay materiales que permiten un mayor flujo de electrones que otros.

1 Para cerrar la sesión, se recomienda que revise rápidamente lo que los alumnos saben hasta este momento acerca de los conceptos y definiciones que tienen que ver con la electricidad. Una lluvia de ideas es recomendable para hacer este repaso de manera sencilla y rápida. Puede emplear esta actividad para evaluar la sesión.

170


Respondan: 1. Si la rampa representa un cable conductor: a) ¿Qué representan las canicas? b) ¿Qué representan los alfileres? 2. ¿Cuál de las dos rampas representa un alambre donde se obstaculiza en mayor medida el libre tránsito de electrones? Coloquen los alfileres de forma similar a la que se muestra en la fotografía.

3. ¿Cuál de las dos rampas representa un alambre que ofrece mayor oposición al paso de la corriente eléctrica?

ido entó en la bre lo aprend un conductor se repres en la Reflexión so d tu a de ni ric ag ct m elé ta d es tu ¿Qué magni papel jugará terior? ¿Qué actividad an l problema? solución de

128

CIENCIAS

II

Para terminar

SESIÓN 2 3 Antes de iniciar la sesión, haga un breve recordatorio sobre lo visto en la sesión pasada. Para ello, puede formular algunas preguntas como las siguientes:

SESIÓN 2

Resistencia eléctrica Lean el texto. • Durante la lectura, pongan atención en los factores que influyen en la oposición al flujo de la electricidad. Texto de formalización

¿Cómo influye el tipo de material para conducir la corriente?

2. ¿Cuál es la diferencia entre un conductor eléctrico y un aislante eléctrico?

La resistencia eléctrica es la oposición

al paso de una corriente eléctrica. A mayor resistencia, la corriente eléctrica disminuye. La resistencia de un alambre depende de su longitud y de su grosor. A mayor longitud del alambre la resistencia aumenta pues el camino que tienen que atravesar los electrones es mayor. En cambio, a mayor grosor la resistencia disminuye, ya que aumenta el espacio del que pueden disponer los electrones para recorrer su camino de un extremo al otro del alambre. La resistencia de un conductor se mide en ohm cuyo símbolo es la letra griega omega mayúscula: .

longitud

grosor

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Material

Longitud

Grosor

Coeficiente de resistividad · mm2 / m (a 20°C )

Para terminar El interactivo permite la simulación de la resistencia eléctrica de varios alambres cilíndricos en función de sus dimensiones y de la resistividad de los materiales.

Resistencia del cable

Plata

1m

1 mm 2

0.0159

0. 0159

Cobre

1m

1 mm 2

0.0172

0. 0172

Aluminio

1m

1 mm 2

0.028

0. 028

Tungsteno

1m

1 mm 2

0.0549

Carbón

1m

1 mm 2

40.0

1. ¿Cuál es el problema que hay que resolver?

0. 0549 40. 0

Tabla comparativa de resistencias de algunos materiales con la misma longitud, mismo grosor pero diferente coeficiente de resistividad. La resistividad es específica para cada material.

4 Además, fomenta la participación y el debate en el aula con la oportunidad de que los alumnos integren sus conocimientos y expresen sus ideas sobre el fenómeno observado. El recurso cuenta con instrucciones y sugerencia didáctica que se debe revisar antes de utilizarlo para un mejor aprovechamiento.

Puede utilizar el interactivo como complemento a la lectura.

Responde en tu cuaderno:


• ¿De qué manera influyen la longitud y el grosor en el flujo de la corriente eléctrica por un conductor?

El texto define la resistencia eléctrica y expone los factores que la determinan. 129

Responde en tu cuaderno: • RM A mayor longitud, mayor resistencia y viceversa. A mayor área o grosor, menor resistencia al paso de la corriente.


171

Lo que aprendimos En la sección Lo que aprendimos, se presentan las siguientes actividades de evaluación de los contenidos de la secuencia: ✓ Resuelvo el problema: El alumno da una solución al problema; emplea para ello, los conceptos y las destrezas aprendidas. ✓ Para qué me sirve lo que aprendí: El alumno transfiere los nuevos aprendizajes a situaciones y contextos diferentes a los estudiados.

secuencia 23 Sabías que… Existen algunos materiales que prácticamente no presentan resistencia al paso de la corriente, llamados superconductores. Éstos se han utilizado para fabricar electroimanes que generan campos magnéticos intensos sin pérdidas de energía. La gama de aplicaciones de los superconductores es inmensa: computadoras más rápidas, desarrollo de trenes de alta velocidad que pueden desplazarse en levitación y que evitan toda pérdida de energía por frotamiento. En la tecnología del futuro los superconductores tendrán un papel especial y predominante. El desplazamiento de un tren de alta velocidad que usa electroimanes, se lograría al cambiar rápidamente el sentido de los polos magnéticos de los imanes. Al no tocar el riel, no habría fricción ni desgaste.


Lo que aprendimos Resuelvo el problema “Vas a elaborar una extensión eléctrica para iluminar el patio de tu casa con un foco de 200 watt. Puedes elaborar una extensión larga de 20 m con cable delgado de cobre, o una corta de 3 m con cable grueso del mismo material. ¿Cuál de las dos extensiones ofrece menor resistencia al flujo de electrones? Argumenta tus respuestas en términos físicos.”

✓ Lo que podría hacer hoy: Se explora el componente conductual (tendencia a la acción) de las actitudes trabajadas durante la secuencia. Esta sección promueve la participación responsable e informada ante un problema o situación cotidiana. El maestro puede, si así lo desea, emplear algunas actividades de la secuencia, para realizar la evaluación diaria del trabajo en clase (evaluación formativa), como las que se sugieren en los cierres de sesión.

Para resolver el problema, haz lo que se te pide: 1. ¿Cuáles son los factores que influyen en la resistencia eléctrica de un material? 2. ¿Cuál de las dos extensiones ofrece menor resistencia? 3. ¿Por qué se eleva la temperatura en un cable que conduce corriente? 4. ¿Por qué los filamentos de un foco son de tungsteno y no de cobre?

Para recapitular el contenido de la secuencia consulten el programa: Cargas y corrientes eléctricas en la programación de la red satelital edusat.

Al final de cada bloque se presenta: • Un ejemplo de evaluación individual de Lo que aprendimos, así como un Ejemplo de evaluación sumativa de un bloque. • Una Lista de cotejo de destrezas y actitudes, en la que se presentan las destrezas y las actitudes que se trabajan en cada secuencia.

Resuelvo el problema Para resolver el problema, haz lo que se te pide: 1. RM El grosor, la longitud y el tipo de material. 2. RM La extensión de menor longitud y de mayor grosor. 3. RM Porque los choques de los electrones con los átomos del material les transfiere energía y se ponen vibrar. 4. RM Porque el tungsteno se vuelve incandescente a esa temperatura y el cobre no. 172


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130

Reflexión sobre lo aprendido Los estudiantes deben utilizar los nuevos conocimientos para explicar la importancia de los materiales con alta y baja resistividad en la vida diaria. RL Por ejemplo: Creía que los focos producían luz usando cualquier material, pero desconocía que esto es efecto de la resistividad del material.

El programa permite identificar los conceptos de energía eléctrica, corriente y carga eléctrica, así somo sus formas de medición. 4 Puede aprovechar el recurso para sintetizar con sus alumnos los conocimientos construidos a lo largo de la secuencia. El recurso tecnológico integra el contenido de la secuencia.

CIENCIAS

II



Comparen el flujo eléctrico que corre por un cable con el flujo de agua que corre por una tubería.

Comparen el flujo eléctrico que corre por un cable con el flujo de agua que corre por una tubería. 1. Utilicen para ello los términos resistividad, resistencia eléctrica, corriente eléctrica y ohm.

1. RL Por ejemplo: El agua que fluye por un tubo de mucho diámetro tiene pocos o ningún problema para desaguar con facilidad. Todo lo contrario pasará con un tubo delgado que además pueda tener dentro sarro o se hayan quedado objetos atorados, lo que hace que el agua se estanque y no fluya. También influye la longitud del tubo: es más fácil que fluya por uno corto que por uno largo. La corriente eléctrica se compararía con el agua; los factores que impiden el flujo continuo del agua se compararían con la resistencia eléctrica de los materiales. Y la cantidad de obstáculos dentro de los tubos, el material, el grosor se compararía con la medida de resistencia, que es el ohm.

2. Consideren tubos de agua de diferente longitud y grosor; y si el tubo se encuentra limpio o con depósito de sarro en su interior.

Lo que podría hacer hoy… Algunos aparatos que sirven para producir calor utilizan un dispositivo que se llama resistor, como el filamento de las parrillas eléctricas. • Comenten: 1. Nombren al menos dos dispositivos o aparatos que utilizan resistores. 2. Pregunten en su casa, o con amigos y familiares, si estos aparatos consumen poca o mucha corriente eléctrica. 3. ¿Qué precauciones debemos tener al manejar estos aparatos?

Para saber más… 1. Allier Cruz, Rosalía A. et al (2005). La Magia de la Física. Tercer Grado. México: McGraw-Hill. 2. Herrera, Miguel Ángel (1996). Cargas y Corrientes. México: SITESA. 1. Barry, Patrick. Cumpliendo con las expectativas. Los superconductores. Ciencia NASA. 1 de febrero de 2007. http://ciencia.nasa.gov/headlines/y2003/05feb_superconductor. htm 2. De Buen, Odón. ILUMEX: desarrollo y lecciones del primer proyecto mayor de ahorro de energía en México. INE. 28 de febrero de 2007. http://www.ine.gob.mx/ueajei/ publicaciones/libros/437/odon.html

Lo que podría hacer hoy… Algunos aparatos que sirven para producir calor utilizan un dispositivo que se llama resistor, como el filamento de las parrillas eléctricas. 1. RL Por ejemplo: Las parillas eléctricas para cocinar y calentar alimentos, las bombillas o focos. 131

2. RL Por ejemplo: Generalmente consumen mucha energía. 3. RL Por ejemplo: Como son aparatos que pueden quemar hay que manejarlos con cuidado. No dejar que duren conectados a la corriente más tiempo del necesario. Revisar que los componentes: cable, aislante, resistencia, contacto, estén en buenas condiciones.

Para saber más… Estos libros amplían la información sobre materiales conductores, corriente eléctrica y carga eléctrica. En las siguientes páginas puede encontrar más información sobre la conductividad y los resistores eléctricos.


173

174



¿Cómo se genera el magnetismo? Propósito y perspectiva En esta secuencia se analizan los experimentos sobre el magnetismo que permitieron el descubrimiento de la inducción electromagnética; para ello se considera que la corriente eléctrica se debe al movimiento de electrones en un conductor. Desde una perspectiva CTS, se relacionan fenómenos cotidianos con el magnetismo y el movimiento de electrones en un conductor. Se reconocen y valoran de manera crítica las aportaciones de las aplicaciones del electromagnetismo al desarrollo social y a las facilidades de la vida actual.


SESIÓN 1

Momento de la secuencia Texto introductorio

Señalar el uso de las tarjetas con banda magnética en la sociedad moderna. Apreciar la importancia de la inducción electromagnética en la vida cotidiana.


UNO Analizar cómo se genera el magnetismo a partir de la electricidad. Cuestionario.


Describir los experimentos que permitieron el descubrimiento de la inducción electromagnética.


2



DOS Analizar cómo se genera una corriente eléctrica a partir del magnetismo. Reporte de práctica.

Materiales necesarios o trabajo en casa La inducción de Faraday en nuestro siglo Generación de un campo magnético Por equipo: 1m de alambre de cobre esmaltado delgado, calibre 22, batería de 9 o 25 Volts, 2 rectángulos de madera para soporte del clavo, 1 clavo grande de 5 cm de largo, brújula, globo y cinta adhesiva.

Inducción electromagnética Por equipo: 1 imán de barra grande de 10 cm de largo por 5 cm de ancho; 3 m de alambre de cobre esmaltado delgado, calibre 22; cilindro de cartón o trozo de tubo, de entre 8 a 10 cm de diámetro; lija para metal; amperímetro o medidor de corriente.

Explicar cómo se produce la inducción electromagnética y el establecimiento de la ley de inducción de Faraday.


¿Para qué me sirve lo que aprendí? Ahora opino que… Lo que podría hacer hoy… L i b r o p a ra e l m a e s t r o

175


secuencia 24

¿Cómo se genera el magnetismo?

1. El propósito. 2. Las sugerencias generales para enseñar en Telesecundaria, que aparecen en un manchón como . Consulte el documento Cinco sugerencias para enseñar en la Telesecundaria para seleccionar la más adecuada.

sesión 1

La inducción de Faraday en nuestro siglo Lee el texto. • Antes de la lectura, recuerda algunas propiedades de los imanes.

3. Las sugerencias específicas para la actividad.

Texto introductorio

Muchas de nuestras actividades cotidiana como encender la luz, ver la televisión o comunicarnos telefónicamente a muy larga distancia, son posibles gracias a la tecnología desarrollada a partir del electromagnetismo. Hoy en día algunas tarjetas telefónicas "prepagadas", las credenciales de identificación en algunas instituciones educativas y empresas privadas, así como las tarjetas de banco, incluyen una banda magnética con información que puede ser leída por una máquina lectora electrónica. Las bandas magnéticas tienen excelentes posibilidades en aplicaciones de corta duración, como boletos de avión y de estacionamiento, donde la utilidad esperada del boleto es del orden de las 24 horas. Las tarjetas con banda magnética nos han permitido la comunicación telefónica, la identificación de personal y los retiros de dinero en cajeros automáticos, con un mínimo de esfuerzo y de consumo de tiempo. La automatización de muchas actividades cotidianas es hoy una realidad.

4. Las respuestas esperadas se marcan como RM: Respuesta modelo. Cuando la pregunta es abierta y acepta más de una respuesta se marca como RL: Respuesta libre. En este caso se ofrecen ejemplos de posibles respuestas o criterios que el alumno debe tomar en cuenta al dar su respuesta.

SESIÓN 1 Para el inicio de sesión, antes de la lectura, se le sugiere repasar brevemente con los alumnos conceptos adquiridos en las secuencias 13 y 21, donde se establece que el magnetismo puede ser generado con una corriente eléctrica. En esta sesión describirán como se produce un campo magnético a partir de una corriente eléctrica, entendida como el movimiento de carga y, en concreto, como un movimiento de electrones dentro de un material conductor. Apreciarán la importancia de un experimento que verifique ese hecho y valorarán posteriormente cómo este conocimiento permitió el descubrimiento de la inducción electromagnética, fundamental para el desarrollo de gran parte de los adelantos tecnológicos de nuestro tiempo.

Para empezar

Ahora conoces algunas características de los imanes y lo que es una corriente eléctrica. En esta secuencia comprenderás que el movimiento de los electrones en un conductor produce efectos magnéticos y que, en determinadas condiciones, el magnetismo puede producir electricidad. Valorarás el fenómeno de la inducción electromagnética como uno de los descubrimientos científicos más importantes de la historia, sin el cual no se hubiera desarrollado gran parte de la tecnología que utilizas en tu vida diaria. 132

Para empezar El video presenta los experimentos que llevaron al descubrimiento de la inducción electromagnética, así como la aplicación de la inducción electromagnética en el uso de las tarjetas de crédito, en el supermercado y otras aplicaciones. 4 El recurso tecnológico complementa la información del texto. Puede aprovechar el recurso para reflexionar con sus alumnos sobre las situaciones u objetos en los que identifican aplicaciones electromagnéticas.

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Texto introductorio

El texto describe el uso común de las tarjetas con banda magnética. La tecnología asociada al funcionamiento de las tarjetas con banda magnética pudo ser desarrollada gracias al conocimiento del fenómeno de la inducción electromagnética, tema que se irá desarrollando durante esta secuencia. Pida a sus alumnos que describan el funcionamiento del electroimán visto en la Secuencia 21.

CIENCIAS

II


Consideremos lo siguiente… A continuación se presenta el problema que resolverás con lo que hayas aprendido durante esta secuencia.

Ahora se puede hablar por teléfono o retirar dinero en los cajeros automáticos de los bancos mediante tarjetas de plástico en cuyo reverso tienen una banda magnética. La información del usuario se encuentra grabada allí. ¿Por qué la persona que cobra, desliza la tarjeta en la rendija de un lector electrónico? ¿Qué sucede dentro del lector que permite “leer” la información incluida en la banda magnética? Explica tus respuestas.

Recuerde no pedir a los alumnos la respuesta al problema en este momento; deje que ellos imaginen posibles soluciones. La solución que damos a usted le permite guiar adecuadamente a los alumnos durante las actividades.

Manos a la obra

Solución al problema: RM Cuando se desliza la banda magnética por la rendija del lector electrónico, se está haciendo pasar un imán a través de una bobina, ubicada en la rendija. Con este proceso se induce corriente eléctrica en una bobina, que está conectada a un circuito eléctrico más complejo por medio del cual se interpreta la corriente inducida como una señal, para realizar una llamada telefónica al banco y éste, dependiendo de la situación financiera del tarjetahabiente acepta o no la transacción.

Actividad UNO

Lo que pienso del problema

Lo que pienso del problema En tu cuaderno: 1. Cita una propiedad de los imanes. 2. Contesta: a) ¿Qué es lo que provoca el movimiento de la aguja de una brújula? b) ¿Cómo participa el magnetismo en la generación de electricidad? c) ¿Cómo se puede “leer” la información que contiene la banda magnética de una tarjeta de teléfono o bancaria?

Generación de un campo magnético

1. RL Por ejemplo: Atraen y repelen a otros imanes y a ciertos objetos.

Analicen cómo se genera el magnetismo a partir de la electricidad. • Respondan: ¿Una corriente eléctrica puede generar un efecto magnético?

2. a) RL Por ejemplo: La presencia de un imán o de cualquier fuente de magnetismo.

1. Van a necesitar: a) 1 m de alambre de cobre esmaltado delgado, calibre 22 b) Batería de 9 volts

b) En este caso, las respuestas pueden ser muy variadas y aproximadas. RL Por ejemplo: Un imán altera el funcionamiento de los aparatos eléctricos o la corriente eléctrica genera magnetismo, parece lógico que se dé el proceso contrario.

c) Clavo grande de 5 cm de largo d) 2 rectángulos de madera para soportar el clavo de 1.5 cm de espesor y 3 cm de altura e) Brújula f) Globo g) 2 trozos de cinta adhesiva 2. Realicen lo que se indica: • Armen un circuito eléctrico con la batería, el alambre y el clavo montado en los bloques de madera, como se muestra en la figura.

Circuito eléctrico. 133

El propósito de esta actividad es que los alumnos observen el fenómeno del magnetismo, reproduciendo aproximadamente el experimento de Oersted. Se verifica que una corriente que circula por un conductor genera magnetismo, que se detecta con el movimiento de la aguja de una brújula. Se hace hincapié en que la corriente se produce con el movimiento de los electrones libres que se encuentran en el metal del cual están hechos los cables. 2 Permita que los alumnos se den cuenta de la presencia de efectos magnéticos en cuanto conecten los cables a la pila. Analicen cómo se genera el magnetismo a partir de la electricidad.

c) RL Por ejemplo: Mediante algún aparato o equipo eléctrico o con una computadora.

Manos a la obra Actividad UNO El interactivo permite la simulación de los experimentos de Oersted y Ampère; mediante la manipulación de un cable conductor con corriente y una brújula se observan los efectos magnéticos con la deflexión de la aguja de una brújula. 4 Además, fomenta la participación y el debate en el aula con la oportunidad de que los alumnos integren sus conocimientos y expresen sus ideas sobre el fenómeno observado. El recurso cuenta con instrucciones y sugerencias didácticas que se deben revisar antes de utilizarlo para un mejor aprovechamiento.

Puede completar la actividad con este interactivo. L i b r o p a ra e l m a e s t r o

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3. Comenten:

secuencia 24 experiencia a

a) RM En la Experiencia A, cuando se conectan los cables a la pila, se produce una corriente eléctrica y entonces se mueve la aguja de la brújula, indicándonos que la corriente produce un efecto magnético. En la experiencia B, el movimiento del globo cargado con respecto a la brújula se puede entender como una corriente eléctrica (pues hay carga en movimiento) y la corriente eléctrica genera un campo magnético.

a) Enrollen el alambre en el clavo dejando dos terminales libres. Dejen un espacio de 2 a 3 mm entre cada vuelta como se muestra en la figura. b) Coloquen la brújula entre los bloques de madera y abajo del clavo, como se muestra en la figura. c) Conecten los extremos libres del alambre a los polos de la batería y fíjenlos con cinta de aislar o adhesiva. d) Observen qué pasa con la aguja imantada de la brújula. experiencia B a) Inflen el globo. b) Carguen eléctricamente el globo frotándolo con su cabello. c) Acerquen la brújula al globo y déjenla quieta.

b) RM En los casos en los que se presentó el efecto, hubo movimiento de carga eléctrica con respecto a la brújula.

d) Observen lo que ocurre. e) Dejen la brújula en un lugar fijo. f) Acerquen y alejen rápidamente el globo cargado a la brújula.

c) RM No. Cuando el globo cargado está frente a la brújula en reposo no se observa ningún efecto magnético.

g) Observen qué ocurre. 3. Comenten: a) ¿En cuáles de las demostraciones observaron efectos magnéticos y cómo los detectaron? b) ¿Qué provocó el efecto magnético? Expliquen. c) ¿Habrá campo magnético si se tiene una carga eléctrica en reposo? Justifiquen.

134

178


CIENCIAS

II


Lean el texto.

El texto describe cómo se genera el magnetismo a partir del movimiento de electrones y menciona algunos aspectos importantes de los experimentos originales de Oersted y Ampère. Con esta lectura se formalizan las conclusiones de la actividad anterior 2 .

• Durante la lectura pongan atención en las características del campo magnético. Texto de información inicial

¿El movimiento de los electrones genera el magnetismo? Sabemos que la corriente

eléctrica es carga eléctrica en movimiento. Los metales son buenos conductores porque cada uno de los átomos que le dan estructura al sólido tiene al menos un electrón débilmente ligado. Por lo tanto, si un cable metálico se conecta a una batería, estos electrones se mueven con facilidad, debido a la energía que ésta les transfiere; en ese momento se produce una corriente eléctrica. Cuando se acerca una brújula a Limadura de hierro alrededor de un alambre un cable metálico por el cual fluye con corriente. una corriente eléctrica, la aguja imantada de la brújula se mueve, orientándose siempre en una dirección particular. La aguja imantada es afectada por la corriente eléctrica tal como si se pusiera cerca de un imán de barra. La conclusión es simple la carga eléctrica en movimiento produce magnetismo. Este efecto fue descubierto por el físico danés Hans Christian Oersted en 1820. El gran físico y matemático francés André Marie Ampère, en esa misma década, perfeccionó los experimentos de Oersted y descubrió también que cuando dos cables paralelos conducen corriente en la misma dirección y sentido se repelen, y cuando conducen en sentidos opuestos, se atraen. iona vo que func un dispositi ctrica, Batería: Es elé a gí er en de rtir como fuente mente a pa permanente realimentada s. ica ím qu s de reaccione

Comenten: Si un electrón se mueve uniformemente, describiendo una trayectoria rectilínea: Vínculo entre Secuencias Recuerda que el concepto de electricidad se revisó en la Secuencia 12: ¿Qué rayos sucede aquí?

• RM Sí, porque un electrón en movimiento constituye una corriente eléctrica, un campo magnético produce una fuerza sobre el electrón, y una fuerza no equilibrada provoca una aceleración capaz de cambiar su trayectoria.

Vínculo entre Secuencias Recuerda que la descripción de un electroimán se revisó en la Secuencia 21: ¿De qué están hechas las moléculas?

Para el cierre de sesión y para la evaluación puede pedir a los alumnos un breve resumen de la Actividad UNO, incluyendo las ideas principales del texto de información inicial. 5

Vínculo entre Secuencias Para recordar el fenómeno del magnetismo revisa la Secuencia 13: ¿Un planeta magnético?

Comenten: Si un electrón se mueve uniformemente, describiendo una trayectoria rectilínea: • ¿Puede cambiar su trayectoria si se aproxima a un imán?

135

Estos vínculos permiten recuperar el concepto de carga eléctrica y algunas propiedades de los imanes.


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SESIÓN 2

secuencia 24

Para iniciar la sesión y recordar lo aprendido, se le sugiere reiterar que una corriente eléctrica en un conductor, genera efectos magnéticos a su alrededor. 2 Pregunte si lo contrario es posible: ¿mediante la manipulación de un imán y un conductor es posible generar una corriente eléctrica?

SESIÓN 2

Inducción electromagnética analicen cómo se genera un campo eléctrico a partir de un campo magnético. 1. Material a) 3 imanes de bocina unidos. b) 3 m de alambre de cobre esmaltado delgado, calibre 22. c) Cilindro de cartón o trozo de tubo, de entre 8 a 10 cm de diámetro. d) Pedazo de lija gris, para metal. e) Foco de 1.5 v con su receptáculo. 2. Procedimiento

Actividad DOS

a) Construyan una bobina. Para ello: i. Enrollen el metro de alambre de forma que tenga 10 vueltas de 8 cm de diámetro aproximadamente, como se muestra en la figura. Pueden auxiliarse enrollando el alambre sobre un cilindro de cartón de papel sanitario o un trozo de tubería.

El interactivo permite la simulación de los experimentos de inducción: el usuario porta un imán, lo introduce y lo retira de la espira, y el foco enciende. El usuario puede controlar la velocidad del movimiento del imán. El foco prenderá con diferentes intensidades en función de la velocidad del imán. Una segunda imagen, muestra al imán fijo y se mueve la espira, de igual manera el usuario tendrá control sobre la velocidad de la espira. Se pueden presentar las mismas imágenes variando el número de espiras.

ii. Lijen los extremos del alambre ligeramente. iii. Conecten los extremos del alambre al foco. b) Introduzcan los imanes en la bobina y retírenlos lentamente. c) Observen si el foco enciende. d) Repitan el inciso b pero con mayor rapidez. e) Observen si el foco enciende. f) Introduzcan los imanes a la mitad de la bobina. g) Observen si el foco enciende. Foco

campo Magnético

4 Además, se fomenta la participación y el debate en el aula con la oportunidad de que los alumnos integren sus conocimientos y expresen sus ideas sobre el fenómeno observado. El recurso cuenta con instrucciones y sugerencias didácticas que se sugiere revisar antes de utilizarlo para alcanzar un mejor aprovechamiento.

Puede hacer uso del interactivo como complemento de la actividad. El propósito de esta actividad es verificar que la inducción electromagnética se produce cuando se modifica el flujo magnético en una bobina, e inferir así, la ley de inducción: La cantidad de corriente inducida es directamente proporcional a la rapidez del cambio del flujo magnético en la bobina. Analicen cómo se genera un campo eléctrico a partir de un campo magnético.

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Actividad DOS

Bobina Receptáculo imán

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CIENCIAS

II

3. Resultados

3. Resultados

• RM En la tabla.

• Anoten sus observaciones en la tabla de resultados propuesta.

4. Análisis de resultados Experimento

Detección de corriente

Al retirar lentamente los imanes

RM Prácticamente no se detecta.

Al retirar rápidamente los imanes

RM En esta situación se induce la mayor cantidad posible de corriente.

Al introducir sólo la mitad de los imanes

RM Sí, se induce corriente aunque en una cantidad menor al caso anterior.

Pida a sus alumnos que guarden las preguntas y las respuestas de esta sección en su portafolio. a) RM Se induce mayor cantidad de corriente en cuanto aumenta la rapidez con la que se introduce y se retira el imán. b) RM Únicamente a la rapidez en el cambio del flujo magnético.

4. Análisis de resultados

Intercambien sus opiniones sobre la naturaleza de la inducción electromagnética.

a) ¿En qué casos detectaron corriente y en cuál de ellos fue mayor? b) ¿A qué se debe la diferencia entre las corrientes? 5. Comunicación • Elaboren un reporte de la práctica en sus cuadernos.

Oriente a sus alumnos para que sus opiniones reconozcan que sólo es posible tener una corriente inducida en una espira o en una bobina si varía el flujo magnético a través de la bobina. Esto se puede lograr de dos formas: poniendo y retirando el imán de las inmediaciones de la bobina o moviendo la bobina con respecto al imán; así cambia el área de la bobina expuesta al imán.

Intercambien sus opiniones sobre la naturaleza de la inducción electromagnética.

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181

Para terminar

secuencia 24

Para terminar


Lean el texto.

El texto describe cómo se produce la inducción electromagnética y se enuncia la ley de inducción de Faraday. Respondan en su cuaderno: 1. RM Fluye más corriente por la bobina que tiene un mayor número de espiras. La velocidad con la que cambia el flujo es la misma para las dos; entonces, la ley de Faraday establece que la corriente inducida es directamente proporcional al número de espiras. 2. RM No, porque es necesario que el flujo varíe para inducir una corriente; o bien que varíe el campo magnético del área expuesta al imán.


• Durante la lectura pongan atención en cómo se produce una corriente eléctrica. Texto de formalización

¿Cómo se genera electricidad a partir del magnetismo? El físico inglés Michael Faraday sabía que una corriente eléctrica genera un campo magnético y se hizo esta

pregunta: ¿El magnetismo genera, de alguna manera, corriente eléctrica? Para responderla experimentó con imanes y bobinas. Una bobina se compone de varias espiras superpuestas. Una espira es un trozo de alambre que forma un círculo, es decir, sus dos extremos coinciden. Faraday comprobó que si se sitúa un imán en reposo respecto a una espira, no pasa absolutamente nada. No se detecta ningún efecto. Pero, para su sorpresa, descubrió que si se introduce y se saca rápidamente un imán de la espira, se detecta inmediatamente una corriente eléctrica circulando en ésta. A este efecto se le llamó inducción electromagnética. Para que se induzca una corriente eléctrica tiene que haber movimiento relativo entre el imán y la espira, es decir, si se mantiene fijo el imán, hay que mover o rotar la espira con respecto a éste, logrando que cambie el área de la espira a él expuesta. También es posible inducir una corriente, manteniendo la espira fija y moviendo el imán hacia adentro y hacia fuera de ella. En ambos casos, Faraday reconoció que se estaba haciendo variar en el tiempo una cantidad llamada flujo magnético, definida como el producto de la magnitud del campo magnético —generado con un imán permanente o con un alambre que conduce corriente—, por el área de la espira expuesta al campo magnético. Faraday concluyó enunciando la ley de inducción: “La corriente inducida en una bobina, es directamente proporcional a la rapidez con la que cambia el flujo magnético y al número de espiras”. Una aplicación directa de la ley de inducción es la construcción de un generador, que permite convertir energía mecánica en energía Espira con un imán. eléctrica.

Aquí está la clave para resolver el problema: al inducirse una corriente en una bobina, ésta puede transmitirse a un circuito eléctrico complejo para su procesamiento. RM Se induce una corriente eléctrica en la bobina.

Respondan en su cuaderno: 1. Si se hace pasar un imán con la misma velocidad a través de dos bobinas del mismo diámetro, pero con diferente número de espiras, ¿en cuál se inducirá una mayor corriente? ¿Por qué? 2. ¿Se podrá producir una corriente en una espira si se tiene un imán en reposo? ¿Por qué?

ido anes? bre lo aprend entre dos im Reflexión so en el espacio el problema? r una bobina ra lve gi so re se si ra ¿Qué pasa cimiento pa ve este cono ¿De qué te sir 138

182


CIENCIAS

II

Las ciencias y la comunidad científica En este apartado, se presentan algunos datos sobre el descubrimiento de Faraday: la inducción electromagnética. Se le sugiere enfatizar que el trabajo de Faraday fue muy importante para las ciencias de su época. La inducción electromagnética mostró la simetría que existe entre la electricidad y el magnetismo, que entonces se consideraban dos disciplinas separadas. Con base en los trabajos de Ampère y Faraday, Maxwell pudo sintetizar teóricamente la electricidad y el magnetismo y descubrir las ondas electromagnéticas, tema de la siguiente secuencia. Con el electromagnetismo como conocimiento fundamental, se ha desarrollado gran parte de la tecnología que se utiliza cotidianamente. Se pueden hallar ejemplos de inducción electromagnética, como la generación de energía eléctrica en una planta hidroeléctrica, los acumuladores de autos, los lectores de discos duros de computadoras, etcétera.

Las ciencias y la comunidad científica Michael Faraday vivió durante el siglo XIX en Inglaterra. Su descubrimiento de la inducción electromagnética abrió la posibilidad de generar electricidad a partir de energía mecánica. Este conocimiento propició el desarrollo de la tecnología de las plantas hidroeléctricas y los transformadores, permitiendo con esto la industrialización de Inglaterra, de otros países europeos y de los Estados Unidos. Si con la máquina de vapor se dio la primera revolución industrial de finales del siglo XVIII, la inducción electromagnética tuvo su Michael Faraday (1791-1867). protagonismo en la segunda revolución industrial que se registró a finales del siglo XIX. Desde un principio, la electricidad fue considerada como la energía panacea, capaz de mejorar la vida de todos. Las exposiciones universales reservaban un lugar de honor a la electricidad, y técnicos e inventores se afanaban en crear aplicaciones prácticas para el nuevo tipo de energía. Faraday fue uno de los autodidactas más extraordinarios de todos los tiempos, demostrando que la falta de recursos económicos no es un impedimento para ingresar en el mundo fascinante de la ciencia. La inducción electromagnética se utiliza hasta nuestros días; se requiere para la generación de electricidad y para el funcionamiento de muchos de los dispositivos electrónicos que utilizamos en el hogar y en la industria.

Lo que aprendimos Resuelvo el problema “Ahora se puede hablar por teléfono o retirar dinero en los cajeros automáticos de los bancos mediante tarjetas de plástico en cuyo reverso tienen una banda magnética. La información del usuario se encuentra grabada allí. ¿Por qué la persona que cobra desliza la tarjeta en la rendija de un lector electrónico? ¿Qué sucede dentro del lector que permite “leer” la información incluida en la banda magnética? Explica tus respuestas”. Para resolver el problema responde: 1. ¿Cómo se puede producir corriente eléctrica en la bobina del lector electrónico a partir del campo magnético de la banda de la tarjeta?

Lo que aprendimos

2. ¿Un campo magnético fijo puede inducir corriente en los circuitos del lector electrónico?


3. ¿Por qué la persona que retira dinero de un cajero automático desliza la tarjeta en la rendija de un lector electrónico? 4. ¿Qué sucede dentro del lector que permite “leer” la información incluida en la banda magnética?


• Explica en términos físicos tu respuesta.

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Reflexión sobre lo aprendido RL Por ejemplo: Pensaba que se leían con un dispositivo electrónico, pero sin tener idea de cómo se generaba la señal, que permitiera transmitir los datos del usuario.

• Una Lista de cotejo de destrezas y actitudes, en la que se presentan las destrezas y las actitudes que se trabajan en cada secuencia.

Resuelvo el problema Para resolver el problema responde: 1. RM Deslizándola a través de ella. 2. RM No, a menos que se pudiera mover la bobina interior del lector con respecto al imán. 3. RM Por la misma razón, todos los lectores funcionan con base en la inducción electromagnética. 4. RM Hay una bobina, en la cual se induce corriente. La bobina está conectada a un circuito que se comunica vía telefónica o por cable al banco.

✓ Para qué me sirve lo que aprendí: El alumno transfiere los nuevos aprendizajes a situaciones y contextos diferentes a los estudiados. ✓ Ahora opino que…: Se plantea una nueva situación problemática relacionada con los contenidos, ante la cual el alumno manifiesta una opinión informada. ✓ Lo que podría hacer hoy: Se explora el componente conductual (tendencia a la acción) de las actitudes trabajadas durante la secuencia. Esta sección promueve la participación responsable e informada ante un problema o situación cotidiana. El maestro puede, si así lo desea, emplear algunas actividades de la secuencia, para realizar la evaluación diaria del trabajo en clase (evaluación formativa), como las que se sugieren en los cierres de sesión. Al final de cada bloque se presenta: • Un ejemplo de evaluación individual de Lo que aprendimos, así como un Ejemplo de evaluación sumativa de un bloque.


183

El programa describe el proceso científico que llevó al descubrimiento de la inducción electromagnética; se relacionan distintos fenómenos cotidianos con el magnetismo y el movimiento de electrones en un conductor. 4 Puede aprovechar el recurso para sintetizar con sus alumnos los conocimientos construidos a lo largo de la secuencia. El recurso tecnológico integra el contenido de la secuencia.

secuencia 24 ¿Para qué me sirve lo que aprendí? Para recapitular el contenido de la secuencia consulten el programa: Generando electromagnetismo en la programación de la red satelital edusat.

expliquen por qué se distorsiona la imagen cuando acercan un imán a la pantalla de la televisión. • Utilicen en su argumentación los conceptos de magnetismo y corriente inducida.

¿Para qué me sirve lo que aprendí? Expliquen por qué se distorsiona la imagen cuando acercan un imán a la pantalla de la televisión. RL Porque la imagen es generada por electrones en movimiento chocando con la pantalla. Cualquier imán produce cambios en la trayectoria de los electrones en movimiento.

Ahora opino que… Mencionen dos aparatos que se encuentren en su escuela que empleen la inducción electromagnética. Para ello:

Ahora opino que…

1. RL Por ejemplo: Dispositivos electrónicos como reproductores de cinta, grabadoras, reproductores de video o de discos compactos. 2. RL Por ejemplo: Ni siquiera tendríamos corriente en nuestros contactos escolares. Cualquier generador eléctrico utiliza el principio de inducción, así que no podríamos leer la información de los discos compactos de las computadoras.

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Mencionen dos aparatos que se encuentren en su escuela, que empleen la inducción electromagnética. 1. Localicen los aparatos donde haya este tipo de corriente. 2. Comenten qué pasaría con sus actividades escolares diarias sin esta tecnología. 140

CIENCIAS

II

Lo que podría hacer hoy…


Generalmente, se recomienda que no se acerquen las tarjetas con banda magnética ni dispositivos de almacenamiento electrónico de datos a los imanes. Si vieses a uno de tus compañeros jugando con un imán y su tarjeta de teléfono, ¿qué le sugerirías y cuál sería tu argumentación científica al respecto?

Generalmente, se recomienda que no se acerquen las tarjetas telefónicas con banda magnética ni los dispositivos de almacenamiento electrónico de datos a los imanes. Si vieses a uno de tus compañeros jugando con un imán y su tarjeta de teléfono, ¿qué le sugerirías y cuál sería tu argumentación científica al respecto? • Escribe un pequeño texto donde expliques tu argumentación. Elaboren un periódico mural informativo al respecto. Para ello: 1. Compartan sus explicaciones. 2. Elaboren una explicación conjunta en el pizarrón. 3. Copien la explicación en una cartulina.

• RL Por ejemplo: Con su campo magnético, el imán podría borrar la información grabada en la banda al desordenar las cargas, es decir al alterar el campo magnético que produce la banda. Por lo tanto, cuando se use la tarjeta, la corriente inducida que pasa a los lectores tendrá características distintas que el lector no reconocerá y, en consecuencia, la tarjeta ya no funcionará. Le sugeriría no acercar su tarjeta a ningún imán.

4. Agreguen las sugerencias. 5. Coloquen el periódico mural en algún lugar visible de la escuela o la comunidad.

Para saber más… 1. Diccionario de Física (2004). Madrid: Oxford-Complutense. 1. Braun, Eliezer. Faraday. La inducción electromagnética. ILCE. 4 de marzo de 2007. http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen3/ciencia3/112/htm/sec_7.htm 2. Braun, Eliezer. Faraday. Campo eléctrico y campo magnético. ILCE. 4 de marzo de 2007. http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen3/ciencia3/112/htm/sec_8.htm

3. Braun, Eliezer. Faraday. El electroimán. Motores y generadores de electricidad. ILCE. 4 de marzo de 2007. http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen3/ciencia3/112/htm/sec_9.htm

Elaboren un periódico mural informativo al respecto. Para ello:

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Oriente a sus estudiantes para que citen los riesgos de exponer tarjetas con banda magnética a un imán. Sería útil que propusieran títulos como recomendaciones para los usuarios de tarjetas telefónicas. Pueden distribuir la información en dos grandes apartados: uno que explique el fenómeno y otro que proporcione las recomendaciones

Para saber más… Estimule la consulta al diccionario para ampliar la información sobre conceptos como inducción. En estos vínculos se profundiza sobre la ley de inducción de Faraday.


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¿Existe la luz invisible? Propósito y perspectiva En esta secuencia se explora la naturaleza de la luz, así como los fenómenos de refracción, reflexión y absorción de la luz. Se explica el origen de las ondas electromagnéticas con base en el modelo atómico, relacionando sus propiedades con la energía que transportan. Se muestra la descomposición de la luz blanca como superposición de ondas. Se ejemplifican aplicaciones tecnológicas de diversas regiones del espectro electromagnético. Desde una perspectiva de Historia de la ciencia, se exponen las explicaciones sucesivas de la naturaleza de la luz, desde la teoría corpuscular de Newton hasta la teoría electromagnética de Maxwell. Desde la perspectiva CTS, se valora la importancia práctica del conocimiento de las ondas electromagnéticas y sus múltiples aplicaciones, en especial en telecomunicaciones y en la salud.


SESIÓN



Texto introductorio

Presentar la naturaleza de la luz como una pregunta que se ha planteado la humanidad desde siempre y demostrar la universalidad del fenómeno de la radiación.


UNO Identificar el comportamiento de la luz al atravesar ciertos objetos. Cuestionario.

1

Recapitular las diferentes teorías que surgieron para dilucidar la naturaleza y comportamiento de la luz, y probar la validez de las mismas para explicar fenómenos como la Texto de información inicial reflexión y la refracción. Explicar el origen de las ondas electromagnéticas con base en el modelo atómico. Cuestionario.


DOS Observar la reflexión y la refracción de la luz. Reporte de práctica.


Describir la luz blanca como la superposición de los colores del arco iris, y presentar el espectro electromagnético completo, señalando las aplicaciones de cada franja. Valorar la importancia del conocimiento de las ondas electromagnéticas en sus múltiples aplicaciones, como en el área de la salud y las telecomunicaciones.

2

Materiales necesarios o trabajo en casa Un poco de luz… Por equipo: Bolita de algodón o una servilleta desechable, un poco de aceite de cocina. hoja de papel, anillo, moneda, lápiz.

La luz y los cuerpos: rebotes, desviaciones y travesías Por equipo: Espejo plano rectangular, papel aluminio, cuchara sopera, vaso o frasco de vidrio transparente, agua, anillo, moneda, lápiz, mesa.


¿Para qué me sirve lo que aprendí? Lo que podría hacer hoy… L i b r o p a ra e l m a e s t r o

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secuencia 25


¿Existe la luz invisible?

1. El propósito. 2. Las sugerencias generales para enseñar en Telesecundaria, que aparecen en un manchón como . Consulte el documento Cinco sugerencias para enseñar en la Telesecundaria para seleccionar la más adecuada.

sesión 1

Un poco de luz… Lee el texto. • Explica con tus palabras qué es la luz.

3. Las sugerencias específicas para la actividad.

Texto introductorio

No hay día ni noche en nuestra vida en que no aparezca la luz de

alguna forma y con ella todos los fenómenos a los que da lugar. Es algo tan familiar que por lo general no nos detenemos a pensar en cuál es su naturaleza, por qué somos capaces de verla, y si hay, acaso, tipos de luz no visible a nuestros ojos. Estas preguntas se las han planteado los seres humanos desde tiempos muy remotos. En un principio, las personas dependían básicamente de la luz del Sol y la Luna para realizar sus actividades, conocer el mundo, viajar y crear. Durante las noches estrelladas, nuestros ancestros pasaron largas horas contemplando absortos el firmamento, y le dieron nombre propio a los astros más luminosos como Sol, Luna, Venus o Sirio, la más brillante de las estrellas. Los antiguos pueblos árabes pensaron que la luz era algo que emitían nuestros ojos para ver el mundo a nuestro alrededor. Por supuesto, esta hipótesis no pudo explicar por qué no vemos nada en la oscuridad total. Si observamos el cielo nocturno, notaremos enseguida que no todos los cuerpos celestes brillan con la misma intensidad. ¿Por qué La luz se manifiesta de maneras muy diversas en el ocurre eso? ¿Pueden existir objetos aunque no los podamos ver? mundo que nos rodea. ¿Qué es la luz, cuál es su naturaleza? La cuestión de la luz es en verdad intrigante. En todo el Universo existe lo que se conoce como radiación electromagnética, que puede manifestarse como luz visible. Hay otros tipos de radiación que podemos percibir como calor, y otros más que no percibimos en absoluto, pero son detectables con un dispositivo específico, como las antenas que captan la señal de televisión.

4. Las respuestas esperadas se marcan como RM: Respuesta modelo. Cuando la pregunta es abierta y acepta más de una respuesta se marca como RL: Respuesta libre. En este caso se ofrecen ejemplos de posibles respuestas o criterios que el alumno debe tomar en cuenta al dar su respuesta.

SESIÓN 1 Antes de iniciar la sesión, pida a los alumnos que citen ejemplos de fenómenos luminosos que hayan observado; pudieran ser halos en torno a objetos luminosos, el arco iris, los espejos y las lentes, la coloración del cielo al amanecer o al atardecer, etcétera.

Ahora conoces las interacciones eléctricas y magnéticas. En esta secuencia identificarás a la luz como un fenómeno de naturaleza electromagnética y observarás su comportamiento cuando incide sobre los objetos o cuando atraviesa medios materiales. Valorarás la importancia de las radiaciones electromagnéticas en todos los aspectos de tu vida.

1 Coménteles que en esta sesión se explorará la naturaleza de la luz mediante un recuento de las ideas primordiales que la humanidad ha concebido para ello, con lo cual podrán explicar algunos de estos fenómenos.

Para empezar El recurso muestra una variedad de ejemplos de fenómenos en los que interviene la luz, como: la reflexión de la luz, la refracción y algunos efectos de iluminación y sombras que pueden conseguirse combinando fuentes de luz de diversos colores. 4 El recurso tecnológico complementa la información del texto. Puede aprovechar el recurso para reflexionar sobre situaciones cotidianas en las que les es fácil a sus alumnos observar fenómenos luminosos.

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Para empezar

142

• Explica con tus palabras qué es la luz.

1 Permita que los estudiantes expresen sus conocimientos acerca de la naturaleza de la luz. RL Por ejemplo: La luz es una forma de energía que se propaga en línea recta. Texto introductorio

El texto muestra la importancia que la luz ha tenido en la vida sobre la Tierra, en particular para la especie humana. Introduce la idea de radiación electromagnética como un fenómeno omnipresente. 3 Pida a los alumnos que mencionen situaciones en las cuales la radiación que proviene del Sol juega un papel fundamental en los eventos biológicos y climáticos que ocurren en nuestro planeta.

CIENCIAS

II

Consideremos lo siguiente… No espere que sus alumnos resuelvan el problema que presentamos abajo; deje que imaginen posibles soluciones. La respuesta que damos le permitirá guiar a los alumnos adecuadamente durante las actividades.

Consideremos lo siguiente… A continuación se presenta el problema que resolverás con lo que hayas aprendido durante esta secuencia.

Ya sea que vivas al nivel del mar o en una zona montañosa, ¿qué pasa si te expones a los rayos del Sol por mucho tiempo? ¿Cómo te puedes proteger de las radiaciones que son potencialmente nocivas para tu salud? Fundamenta tu respuesta con base en las características de la luz.

Solución al problema: RM La teoría electromagnética de Maxwell reconoce a la luz como una onda electromagnética que, como toda onda, transporta energía. A partir de sus características, se puede predecir el efecto que dicha radiación electromagnética puede tener en nuestro organismo. Si estamos expuestos a los rayos solares, la componente infrarroja de su radiación nos hará sentir calor en nuestra piel. Si permanecemos expuestos al Sol, nos acaloramos tanto que podemos sufrir una insolación. Por otra parte, los rayos ultravioleta broncean nuestra piel, pero en una exposición prolongada, afectan las células del cuerpo y, a la larga, pueden producir manchas, enrojecimiento y hasta cáncer cutáneo.

Lo que pienso del problema Contesta en tu cuaderno: 1. Explica con tus palabras en qué consisten los rayos solares. 2. ¿Cómo te puede perjudicar una exposición prolongada a los rayos solares? 3. ¿Por qué es importante la luz solar en el desarrollo de la vida en el planeta. Comenten lo siguiente: 1. ¿Cómo definirían la luz? 2. ¿Qué son las radiaciones? 3. ¿La radiación transporta energía? ¿Por qué? • Escriban en sus cuadernos las ideas principales sobre los puntos anteriores.

Manos a la obra Actividad UNO Identifiquen el comportamiento de la luz al atravesar ciertos objetos. • Comenten: ¿Puede la luz atravesar cualquier objeto? 1. Necesitan: a) Bolita de algodón o una servilleta desechable b) Un poco de aceite de cocina c) Hoja de papel

La luz proveniente del Sol es extensamente utilizada como fuente de energía en pequeños dispositivos electrónicos como relojes, calculadoras y teléfonos de emergencia en carreteras.

d) Anillo e) Moneda f) Lápiz g) Cuaderno

Para protegerse de estas radiaciones, en especial de la ultravioleta, debemos cubrirnos con gorras, sombreros, camisas de manga larga o aplicarnos filtros solares que la bloquean. Para protegerse de la luz visible, que puede deslumbrarnos, es conveniente utilizar lentes de Sol que también bloqueen los rayos UV. Para los rayos infrarrojos, se recomienda el uso de sombreros, gorras o sombrillas, así como ropa ligera que cubra lo más posible nuestra piel.

Lo que pienso del problema 1.

1 Permita que los estudiantes expongan sus conocimientos previos. RL Por ejemplo: Los rayos solares consisten en emisión de luz y calor.

2.

3 Invite a los estudiantes a que narren eventos en los que han sabido de efectos perjudiciales de la radiación solar, no sólo en el organismo humano. RL Por ejemplo: Si una persona se expone por demasiado tiempo a los rayos solares puede sufrir quemaduras en su piel, insolación o deshidratación. Muchos materiales como las telas, las pinturas de las fachadas de casas y edificios se decoloran por la acción de los rayos solares. La vegetación que crece normalmente en lugares sombreados puede secarse si se le deja a la luz directa del Sol.

h) Pedazo de mica transparente, vidrio o papel celofán sin color

143

Manos a la obra Actividad UNO

El propósito de la actividad es que los alumnos observen que cuando la luz incide en un objeto, pueden suceder tres eventos: que lo atraviese completamente, en cuyo caso el objeto se dice que es transparente, o que sea absorbida o reflejada, tratándose entonces de un cuerpo opaco. Cuando sucede una situación intermedia, será un objeto translúcido. Identifiquen el comportamiento de la luz al atravesar ciertos objetos. • Comenten: ¿Puede la luz atravesar cualquier objeto? RL Por ejemplo: No, depende del tipo de objeto. Por lo general, la luz no atraviesa objetos sólidos a menos que sean transparentes. La luz del Sol, por ejemplo, sí atraviesa las capas de la atmósfera, pero si hay mucha nubosidad, sólo una parte la atravesará y otra parte de la luz será absorbida por las propias nubes. Igualmente, la luz no atraviesa líquidos como la leche.

Comenten lo siguiente: 1. RL Por ejemplo: La luz es una forma de radiación que emiten algunos cuerpos muy calientes, el Sol, el fuego, los rayos y artefactos fabricados por el ser humano, como los focos. 2. No se requiere que los alumnos proporcionen una lista exhaustiva de todos los tipos de radiación, sino que citen ejemplos de aquellas clases de radiación que conozcan o de las que hayan oído hablar. RL Por ejemplo: Además de la radiación luminosa, hemos oído hablar de los rayos X y los rayos UV o ultravioletas. 3. Sugiera a los estudiantes recordar algunas clases de energía conocidas, y analizar si corresponden a una forma de radiación. Coménteles, si lo considera conveniente, que tengan cuidado en no confundir la noción de “transporte de energía” con la de “transformación de energía” RL Por ejemplo: Sí, la radiación puede transportar energía, de tipo lumínico o térmico, entre otros.

3. Esta pregunta pretende hacer conciencia en los alumnos que la radiación solar no es necesariamente perniciosa, sino que en muchas situaciones, juega un importante papel en los procesos de la naturaleza y de la vida. RL Por ejemplo: La radiación que proviene del Sol es indispensable para la fotosíntesis de las plantas, que son el primer eslabón de las cadenas tróficas. También es un factor decisivo para conservar la temperatura del planeta en rangos adecuados para la vida, y es el factor primordial de los fenómenos climáticos. L i b r o p a ra e l m a e s t r o

189

3. RM En la tabla.

secuencia 25 2. Realicen lo que se pide:

Comenten lo siguiente:

a) Impregnen la bolita de algodón con un poco de aceite.

1. Se sugiere hacer ver a los estudiantes que no existen cuerpos totalmente transparentes, ya que cuando la luz incide en cualquier objeto o medio material, siempre es absorbida, aunque sea en una pequeña fracción. RM Los cuerpos transparentes son aquellos que dejan pasar casi toda la luz que incide en ellos, mientras que los traslúcidos absorben una parte y dejan pasar otra. 2. RM Asolearse por mucho tiempo cerca de una ventana transparente es lo mismo que exponerse directamente a los rayos solares, es decir, podemos sufrir ciertos daños en la piel. Si la ventana es traslúcida, parte de la luz será absorbida, lo que reduciría un poco el posible daño; sin embargo, no es suficiente para evitarlos. 3. RM Los cuerpos traslúcidos se utilizan con frecuencia en ventanas, donde nos interesa que la habitación esté iluminada pero no deseamos que nos vean desde fuera. Los vidrios coloreados se utilizan en los vitrales, arte a la que aún en estos tiempos se dedican muchas personas en nuestro país. Muchas botellas de vidrio y envases de plástico son traslúcidos, con la finalidad de que su contenido no se altere por efecto de la luz directa, pero a la vez podamos ver su contenido. Se usan botellas para medicinas, alimentos, bebidas o polvos.

190


b) Unten la hoja de papel con aceite, con excepción de las esquinas. c) Esperen un poco hasta que todo el aceite sea absorbido por la hoja de papel. d) Coloquen sobre la mesa el anillo, la moneda y el lápiz. e) Cubran dichos objetos con la hoja de papel impregnada de aceite. f) Observen cómo se ven los objetos a través de la hoja. g) Cubran ahora los mismos objetos con el cuaderno. h) Observen cómo se ven los objetos a través del cuaderno. i) Cubran los objetos con la mica, el vidrio o el celofán. j) Observen cómo se ven los objetos a través de la mica, el vidrio o el celofán. 3. Registren sus observaciones en una tabla como la que se muestra: Tipo de material según su capacidad para absorber o dejar pasar la luz

Material con el que se cubrieron los objetos

cómo se observaron los objetos a través del material

Hoja aceitada

RM Se observaron difusos.

RM Traslúcido.

cuaderno

RM No se observaron en absoluto.

RM Opaco.

Mica, vidrio o papel celofán

RM Se observaron bien.

RM Transparente.

comenten lo siguiente: 1. ¿Qué diferencia hay entre un cuerpo transparente y uno traslúcido? 2. ¿Qué pasaría si nos asoleamos mucho tiempo cerca de una ventana transparente? ¿Y si lo hacemos cerca de una ventana traslúcida? 3. Mencionen tres aplicaciones en la vida diaria que tienen los cuerpos traslúcidos.

Cuando la luz puede atravesar un cuerpo o medio sin ser absorbida, se dice que el cuerpo o medio es transparente. Si una parte es absorbida o reflejada y otra parte lo atraviesa, se trata de un cuerpo o medio traslúcido. Cuando toda la luz es absorbida o reflejada, decimos que el cuerpo o medio es opaco. 144

CIENCIAS

II

El interactivo permite la simulación de fenómenos que tienen que ver con la reflexión y la refracción de la luz, así como mostrar cuerpos transparentes, opacos y traslúcidos.

La luz y los cuerpos: rebotes, desviaciones y travesías Lean el texto. • Durante la lectura, pongan especial atención en los diferentes modelos para explicar la naturaleza de la luz. Texto de información inicial

¿Onda o partícula? A finales del siglo XVII, el célebre físico y matemático Isaac Newton realizó una serie de investigaciones en

torno a la cuestión de la luz. Newton propuso la Teoría Corpuscular de la Luz, donde se la concibe como un flujo de partículas pequeñísimas o corpúsculos que viajan juntas formando manojos, o, más propiamente, rayos luminosos. Esta teoría es satisfactoria para explicar la reflexión y la refracción de la luz. En la reflexión las partículas chocan contra la superficie de los objetos y rebotan formando un rayo luminoso reflejado. La refracción ocurre cuando un rayo de luz atraviesa cualquier medio material, ya sea sólido, líquido o gaseoso. En este caso, el haz luminoso cambia la trayectoria con la que incide en un medio, es decir, se desvía o cambia su ángulo de incidencia. La reflexión de la luz en superficies pulidas da lugar a la formación de imágenes definidas, como en los espejos. La refracción, por su parte, se utiliza en lentes de todo tipo. A: Reflexión de la luz

B: Refracción de la luz

Normal

Normal

Rayo incidente

Rayo reflejado

Superficie en la que incide el rayo

4 Además, fomenta la participación y el debate en el aula con la oportunidad de que los alumnos integren sus conocimientos y expresen sus ideas sobre el fenómeno observado. El recurso cuenta con instrucciones y sugerencias didácticas que usted puede revisar antes de utilizarlo para un mejor aprovechamiento.

Puede utilizar el interactivo como complemento de la actividad. Material 1

Rayo incidente

Material 2


Rayo refractado

La luz se caracteriza por viajar en línea recta. A: Cuando un rayo luminoso incide en una superficie, el rayo reflejado sale con el mismo ángulo que el rayo incidente. B: Cuando un rayo luminoso pasa de un medio material a otro, cambia el ángulo de incidencia. Esto se conoce como refracción de la luz. La línea normal es siempre perpendicular a la superficie en la que incide el rayo.

El que la luz esté formada por partículas planteó un nuevo problema, pues si dos rayos luminosos se encuentran, no se observa la desviación en sus trayectorias, lo que podría esperarse para un choque entre partículas. Más o menos por la misma época, el físico holandés Christiaan Huygens elaboró una explicación alterna a la de Newton. Tomando en cuenta que ciertos comportamientos de la luz son parecidos a los de las ondas sonoras, este autor consideró que la luz actúa como una onda longitudinal. Al considerar que la luz se comporta como una onda, este modelo era consistente con las nociones de reflexión y de refracción. Sin embargo, tenía un inconveniente, pues requería de un medio material para la propagación de la onda luminosa, de manera parecida al aire que permite la propagación de las ondas sonoras o el agua en el caso de las olas que se forman al perturbarla. Se llamó éter a este supuesto medio material perturbado por las ondas luminosas, y se pensó que se encontraba en todas partes, llenando el espacio vacío, permitiendo que la luz se propagara a través de ese medio. Poco tiempo después se comprobó que el éter no existe. 145

El texto muestra cuatro teorías que prominentes científicos han plateado para explicar la naturaleza intrínseca de la luz. Se parte de la Teoría Corpuscular de Newton y luego se expone la teoría ondulatoria de Huygens. A continuación se plantean algunos fundamentos de la Teoría Electromagnética de Maxwell, la cual considera a la luz como una onda electromagnética. Por último, se menciona el modelo cuántico, que define al fotón como la partícula fundamental de la luz. Se ilustran de manera muy esquemática la reflexión y la refracción de la luz. 3 Comente a los estudiantes que en la actualidad están vigentes tanto la teoría electromagnética como la cuántica, por lo que se le atribuye una naturaleza dual al fenómeno llamado luz. Cada una de estas teorías es exitosa en explicar determinados fenómenos que involucran a la luz. Los fenómenos luminosos cotidianos suelen quedar suficientemente descritos si se considera a la luz como una onda electromagnética.


191

Sabías que… Comente a los alumnos que el electrón es el que, al regresar a su nivel de energía, emite la radiación electromagnética. Es importante no confundir “radiación”, que equivale a decir “onda electromagnética”, con “radioactividad”, que corresponde a otro fenómeno que se da en el núcleo del átomo, donde éste, bajo ciertas condiciones, emite partículas como los protones.

secuencia 25 En 1865, el físico escocés James C. Maxwell desarrolló la Teoría Electromagnética. La teoría predice que la luz es una perturbación de campos magnéticos y eléctricos que viaja lo mismo en el vacío que en medios materiales, es decir, se trata de una onda electromagnética transversal que, a diferencia del sonido, no precisa de un medio material para propagarse, puesto que los campos eléctricos y magnéticos se extienden a través del vacío. La historia de la naturaleza de la luz no termina aquí. En el despertar del siglo XX, el físico alemán Max Planck publicó que la energía electromagnética que transportan las ondas del mismo nombre se transfiere a la materia, esto es, se emite o se absorbe en forma discontinua, en paquetes que llamó cuantos. El célebre físico de origen alemán Albert Einstein postuló en 1905 que los cuantos eran en sí “partículas” de luz, llamadas fotones. El campo electromagnético adquiría, entonces, una naturaleza dual, pues se comportaba como una onda electromagnética o como una partícula, según el experimento involucrado.

Sabías que… Vínculo entre secuencias

Recuerde a los alumnos que las ondas longitudinales se propagan en la misma dirección en que se origina la perturbación, y que las transversales se propagan perpendicularmente a la dirección de la perturbación. Diga a los alumnos que el modelo atómico considera el átomo formado por un núcleo, donde se encuentran protones y neutrones, en torno al cual giran los electrones, organizados por niveles. Los electrones poseen la carga eléctrica negativa, así que, cuando cambian de nivel, el campo eléctrico asociado a ellos varía, produciendo en consecuencia un campo magnético, también variable. Esto origina las ondas electromagnéticas. También comente a los estudiantes que un campo eléctrico en movimiento da lugar a un campo magnético, y viceversa. Este fenómeno ocurre en la propagación de las ondas electromagnéticas, de ahí su denominación, pues se perturban campos eléctricos y magnéticos.

Las ondas longitudinales y transversales se revisaron en la Secuencia 3: ¿Qué onda con la onda? El modelo atómico se expuso en la Secuencia 22: ¿Qué hay en el átomo? La inducción electromagnética, que vincula la electricidad con el magnetismo, se revisó en la Secuencia 24: ¿Cómo se genera el magnetismo?

Para comprender cómo se produce la luz, es necesario recurrir al modelo atómico de la materia. Los electrones se mueven en torno al núcleo atómico ocupando determinados niveles de energía. Cuando el electrón absorbe energía, por ejemplo, luz o calor, pasa a un nivel superior. Luego, el electrón regresa a su nivel original, y emite la cantidad de energía absorbida en forma de radiación, es decir, origina una perturbación electromagnética que se propaga como onda.

Energía Fase I: Excitación El electrón absorbe energía y sube a un nivel más alto

SESIÓN 2

SESIÓN 2 3 Antes de iniciar la sesión, pida la participación del grupo para retomar lo aprendido durante la sesión anterior. Puede pedir que respondan algunas preguntas como:

1. ¿Cuál es el problema que se quiere resolver? 2. ¿Todas las diferentes clases de radiación son ondas electromagnéticas? 192


Núcleo

Núcleo

Fase II: Decaimiento El electrón emite la energía absorbida y regresa a su nivel

Actividad DOS Observen la reflexión y la refracción de la luz. Para ello: • Contesten: ¿En qué consisten la reflexión y la refracción de la luz? 1. Material a) Espejo plano rectangular b) Papel aluminio c) Cuchara sopera d) Vaso o frasco de vidrio transparente. e) Agua suficiente para llenar el vaso o frasco hasta las dos terceras partes. f) Anillo g) Transportador h) Lápiz

Los halos se deben a la refracción de la luz del Sol, de la Luna o de cualquier fuente luminosa.

i) Mesa j) Regla o escuadra

146

Actividad DOS 1 Para cerrar la sesión, pida a los estudiantes que comenten qué aspectos del comportamiento de la luz no se pueden explicar a partir de las teorías corpuscular y ondulatoria, respectivamente.

Electrón

Energía

El propósito de la actividad es que los alumnos observen la reflexión de la luz en espejos planos y curvos, así como la refracción de la luz al pasar de un medio material a otro, en este caso del aire al agua.

• Contesten: ¿En qué consisten la reflexión y la refracción de la luz? Aquí se exploran de nuevo las ideas previas de los estudiantes. Pídales que ejemplifiquen cómo son las imágenes en los espejos y cómo se forma el arco iris. Permita respuestas un poco vagas o inexactas. Luego de realizar la actividad, se sugiere retomarlas para que los alumnos cotejen en qué se enriqueció su conocimiento previo. RL Por ejemplo: Las imágenes en los espejos se producen a partir de los rayos de luz que “rebotan” de la superficie del espejo. El arco iris se forma porque la luz blanca está compuesta por siete colores.

CIENCIAS

II

Experiencia A

2. Procedimiento

Asegúrese de que los estudiantes realicen correctamente la experiencia; es importante que comparen la imagen reflejada de la mano izquierda (la que tiene el anillo), con la mano derecha real con la palma vuelta hacia el rostro del alumno. Sólo así percibirán cómo la imagen de la mano izquierda corresponde a una mano derecha, pues ambas tienen el pulgar apuntando hacia el mismo lado.

Experiencia A a) Colóquense un anillo en el dedo que prefieran de la mano izquierda. b) Coloquen el espejo en posición vertical, apoyándolo sobre una pila de libros o cuadernos. c) Apoyen el codo izquierdo sobre la mesa y coloquen la mano en posición vertical con la palma hacia el espejo, de manera que se refleje en el espejo. d) Coloquen su mano derecha en posición vertical junto al espejo, con la palma hacia su rostro. e) Ahora comparen la imagen de su mano izquierda reflejada con la mano derecha real. f) Observen si su imagen muestra el anillo en la mano derecha o en la izquierda.

Experiencia B

g) Registren sus observaciones.

Cerciórese de que los alumnos efectúen la experiencia adecuadamente. Para hacer los trazos de los rayos incidentes y reflejados, indíqueles que se guíen con el esquema de la página 147 del libro del alumno. Sus trazos de los rayos incidentes y reflejados deben quedar como se muestra abajo.

Experiencia B a) Elijan a un estudiante que sostenga el espejo en posición vertical a la altura de su rostro. b) Elijan tres estudiantes que se coloquen a dos pasos de distancia frente al espejo plano, dispuestos como se ve en el esquema. c) Pidan al estudiante A que observe cuáles compañeros están reflejados en el espejo. d) En el esquema, tracen con regla o escuadra un rayo de luz incidente en el espejo, para los estudiantes B y C.

Espejo Normal

e) Con el transportador, midan el ángulo que estos rayos forman con la normal. f) Tracen los rayos reflejados correspondientes a los rayos incidentes, considerando que el ángulo de los rayos reflejados respecto a la normal es igual al ángulo de los rayos incidentes, también respecto a la normal.

Estudiante A

Estudiante B

Estudiante C

Experiencia C a) Forren la cuchara con el lado más brillante del papel aluminio hacia fuera; no es necesario forrar el mango. Procuren que quede con la menor cantidad de pliegues o arrugas.

Experiencia C Indique a los alumnos que procuren que el papel aluminio quede lo menos arrugado posible al forrar la cuchara, para que se puedan observar imágenes nítidas, y que usen el lado más brillante del mismo.

b) Observen la imagen de su rostro en la cara interna o cóncava de la cuchara. c) Registren si se ve igual o diferente que en el espejo plano. d) Repitan el inciso anterior pero ahora observen su imagen en la cara externa o convexa de la cuchara. e) Registren sus observaciones. 147

Espejo

Normal

Estudiante A

Estudiante B

Estudiante C


193

Experiencia D

secuencia 25 experiencia D

Esta experiencia es muy sencilla; sólo se requiere que los estudiantes observen atentamente lo que sucede con el aspecto del lápiz en los tres casos. Puede sugerirles que presten atención especialmente en la interfase entre el agua y el aire.

a) Pongan el vaso o frasco sobre la mesa, de manera que quede a la altura de sus ojos. b) Introduzcan el lápiz en el vaso y observen cómo se ve a través de la pared del mismo. c) Ahora llenen el vaso o frasco con agua hasta las dos terceras partes. d) Observen cómo se ve ahora el lápiz a través de la pared del vaso.

3. Resultados

e) Coloquen el lápiz en posición totalmente vertical, aún dentro del agua y observen qué sucede.

RM En la tabla.

3. Resultados • Registren sus resultados en una tabla como la que sigue: experiencia

Lo que observaron

Dibujo de lo observado

a

RM En la imagen reflejada, la mano con el anillo es una mano derecha.

RL

B

RM La imagen reflejada de la moneda se mueve hacia la izquierda.

RL

c

Si la imagen no se viera más pequeña, solicite a los alumnos que se alejen un poco del espejo cóncavo. RM En la cara cóncava, la imagen se ve más pequeña e invertida. En la cara convexa, se ve más pequeña y no invertida.

D

RM El lápiz se ve como si estuviera roto, es decir, su imagen tiene una discontinuidad justo a la altura de la interfase entre el agua y el aire. Solo en el caso de que el lápiz esté vertical, no se observa esta discontinuidad, lo que de debe a que si la luz incide a 90° en la interfase entre dos medios materiales, no hay refracción, es decir, no hay desviación del rayo luminoso.

RL

RL

Según la curvatura de su superficie, hay espejos planos, cóncavos y convexos. 148

194


CIENCIAS

II

4. Análisis de resultados Experiencia A

4. Análisis de resultados

a) RM Porque si no estuviera lisa, los rayos incidentes se dispersarían en diversas direcciones, y no se formaría una imagen definida.

• De acuerdo con sus observaciones, expliquen en sus cuadernos: Experiencia A a) ¿Por qué los espejos tienen la superficie lisa y pulida? b) ¿Qué características tiene la imagen reflejada en un espejo plano?

b) RM La imagen es del mismo tamaño que el objeto reflejado, pero es invertida en el eje vertical, es decir, la derecha se ve a la izquierda, y viceversa.

Experiencia B a) ¿Por qué el compañero A ve reflejada la imagen del compañero B y no la del compañero C? b) ¿En qué se relaciona esto con el ángulo de incidencia y el de reflexión? Experiencia C

Experiencia B

a) ¿Cómo se refleja la imagen en un espejo cóncavo?

a) RM Porque el ángulo de incidencia de la luz que proviene de cada compañero es diferente, y en el caso del compañero C, el ángulo es bastante mayor que el del compañero B, y dada la posición del compañero A, éste no puede observar al compañero C.

b) ¿Cómo se refleja la imagen en un espejo convexo? Experiencia D a) ¿Cómo se ve el lápiz cuando hay agua en el vaso? ¿Por qué? b) ¿Qué sucede cuando el lápiz se introduce en el agua en posición vertical? 5. Comunicación • Elaboren un reporte de la práctica en sus cuadernos.

b) RM El ángulo de incidencia es igual siempre al ángulo de reflexión, de ahí el efecto de no poder ver la imagen de algo cuyo ángulo de incidencia sea mayor que el ángulo que yo, como observador, formo con la normal al espejo.

Realicen lo siguiente: 1. Comenten: a) ¿Cuáles de las experiencias anteriores están relacionadas con la reflexión de la luz? ¿Por qué? b) ¿Cuáles de las experiencias anteriores están relacionadas con la refracción de la luz? ¿Por qué? 2. Diseñen una experiencia en la que se observen la reflexión o la refracción de la luz.

Experiencia C a) RM La imagen tiene distorsión de tamaño, se ve más pequeña que el original, aunque si me acerco lo suficiente, la imagen es más grande que el objeto reflejado. Además, está invertida en el eje horizontal, es decir, lo que está arriba se ve abajo y viceversa.

La reflexión y la refracción de la luz se aprovechan en una gran variedad de aparatos y dispositivos ópticos, como el telescopio, el microscopio, la cámara fotográfica, los anteojos, los periscopios y los espejos retrovisores.

ido bre lo aprend Reflexión so sobre o id nd re ap has Con lo que escribe z, lu la de a la naturalez ayudan ientos que te los conocim a. lem ob pr el r a resolve 149

agua. La luz que refleja la parte del lápiz bajo el agua tiene cierta trayectoria, la cual cambia su ángulo al pasar del agua al aire, por eso se ve discontinuo.


Puede explicar a los alumnos que nuestro cuerpo tiende a absorber la mayor parte de la luz que incide en él, y refleja otra porción. Si la luz es una onda electromagnética, puede interactuar con los campos eléctricos y magnéticos de los átomos de las moléculas que constituyen nuestras células, en particular las de la piel. Para protegernos de la radiación solar, requerimos interponer un material que absorba estas ondas, es decir, que sea opaco, o que las refleje en la mayor medida posible. RL Por ejemplo: Para evitar que nuestra piel absorba una gran cantidad de radiación proveniente del Sol, debemos cubrirla con algún material que la absorba o la refleje.

2.

4 Guíe a los alumnos en el diseño de la experiencia. Cada equipo puede elegir si diseña la experiencia para reflexión o para refracción. Cerciórese de que se formulan preguntas adecuadas, y que la planteen con el material que tengan disponible. Para la reflexión, pueden intentar combinar dos espejos planos formando un ángulo entre ellos, y aumentar o disminuir dicho ángulo para observar cuántas imágenes del objeto se forman. Puede pedirles que predigan si al reflejarse un objeto primero en un espejo, y luego la imagen del mismo reflejarse en otro espejo, se preservará la inversión en el eje vertical o no será así. Para el caso de refracción, pueden intentar utilizar líquidos diferentes al agua, como alcohol o glicerina. Si es el caso, pregúnteles si la densidad del líquido se relaciona con el ángulo de refracción. RL

b) RM La imagen también tiene distorsión de tamaño, se ve más pequeña que el original En el espejo convexo no hay inversión de la imagen en ningún eje. Experiencia D a) RM El lápiz se ve quebrado. Esto se debe a la refracción de la luz, es decir, muestra que la trayectoria de cada rayo de luz se dobla o desvía de su dirección original. El efecto de discontinuidad siempre se observa justo cuando cambia el medio material, en este caso, cambia de aire a agua. b) Comente a los estudiantes que cuando los rayos viajan por un medio material e inciden en un medio diferente con un ángulo de 90°, no se observa la discontinuidad o “quiebre” que sí sucede cuando inciden en cualquier otro ángulo. RM En este caso, y sólo en este caso, el lápiz se ve continuo. Realicen lo siguiente: 1. Comenten: a) RM Las experiencias A, B y C corresponden a la reflexión de la luz, pues en todos los casos la imagen se forma a partir de los rayos de luz provenientes del objeto que rebotan en la superficie pulida del espejo. b) RM La experiencia D se relaciona con la refracción de la luz, ya que se observa una imagen discontinua del lápiz cuando una parte del mismo está sumergido en L i b r o p a ra e l m a e s t r o

195

Para terminar

secuencia 25

Para terminar

• Antes de la lectura comenten: ¿Qué tipos de ondas electromagnéticas existen? Sugiera a los estudiantes que en adelante, cuando se refieran a la luz, hagan la precisión de luz visible, ya que hay ondas electromagnéticas con longitudes de onda mayores o menores a las de la luz visible, que, si bien tienen esencialmente la misma naturaleza, no son visibles al ojo humano. RL Por ejemplo: La luz visible, los rayos X, la luz ultravioleta, la luz infrarroja, las microondas, las ondas de radio, los rayos gamma.

Lean el texto. • Antes de la lectura comenten: ¿Qué tipos de ondas electromagnéticas existen? Texto de formalización

¿Un espectro luminoso? El cambio en longitud de onda o frecuencia en las ondas sonoras es percibido como un cambio en el tono

del sonido, es decir, se hace más agudo o más grave. ¿Qué ocurre con la luz? En el caso de la luz visible, la longitud de onda se manifiesta como color. La luz blanca está formada por la superposición de ondas de todas las longitudes posibles, es decir, por una superposición de todos los colores que aparecen en el arco iris. La longitud de onda mayor corresponde al color rojo, y va disminuyendo hasta llegar al violeta, el color que tiene la menor longitud de onda y la mayor frecuencia de luz visible.


El texto expone las características que tiene la luz al ser una onda electromagnética, como longitud de onda, frecuencia y amplitud. Se correlaciona la longitud de onda (o la frecuencia) de la onda electromagnética con el color, en el caso de la luz visible. Se muestra toda la gama de longitudes de onda posibles para estas ondas, donde la luz visible es apenas una estrecha franja. 5 Se sugiere elaborar, junto con los alumnos, un esquema o cuadro sinóptico del espectro electromagnético y colocarlo en un lugar visible del aula para consultarlo cuando se requiera.

196


La frecuencia de la luz cambia si la fuente luminosa se acerca o aleja.

Más allá del límite superior de longitudes de onda de la luz visible se encuentra la región de luz infrarroja y, por debajo del límite inferior, se ubica la región de la luz ultravioleta. Nuestro ojo es un órgano maravilloso que nos provee de infinidad de imágenes del mundo; sin embargo, las células de su retina no son estimuladas por estos tipos de luz. Esta es, por tanto, luz invisible para nuestros ojos, lo cual no quiere decir que no tenga efecto en nuestro organismo. La luz infrarroja estimula directamente los sensores de calor de la piel y, cuando acercamos una mano a una flama o nos exponemos a la luz del Sol, además de la luz que nuestros ojos ven, sentimos la radiación infrarroja como calor. Debemos tener cuidado, pues este calor puede producirnos insolación y deshidratación. La radiación ultravioleta es potencialmente más dañina que las otras, pues provoca efectos en nuestra piel. En pequeñas dosis, es necesaria para la síntesis de ciertas vitaminas y le da un tono bronceado a la piel, pero si estamos mucho tiempo expuestos a ella podemos quemarnos severamente. Además de la luz infrarroja, la visible y la ultravioleta, existe la radiación electromagnética en otros rangos de frecuencia. Todas las posibles frecuencias integran el llamado espectro electromagnético. De menor a mayor frecuencia, tenemos las siguientes clases de ondas electromagnéticas:

150

CIENCIAS

II

Tabla 1. Ondas electromagnéticas Ondas de radio o hertzianas Onda larga, Radio AM

Radio de onda corta

Televisión y radio FM

Televisión de ultra alta frecuencia y telefonía celular

Microondas Radar, telecomunicaciones satelitales, hornos de microondas.

Infrarrojo Emitidas por sólidos al enfriarse, el Sol, el fuego o los metales al rojo vivo. Lo sentimos como calor radiante.

Luz visible Rojo Naranja Amarillo Verde Azul Añil Violeta

Ultravioleta

Rayos X

Pueden causar cáncer de piel con exposición prolongada.

Radiografías: aplicaciones médicas, como ver una fractura de huesos, e industriales; por ejemplo, revisar la estructura de un edificio.

Rayos gamma Gammagrafías para aplicaciones médicas, como estudiar la irrigación de un tejido. La explosión de una bomba atómica genera rayos gamma.

Los colores se separan al atravesar un prisma.

Menor frecuencia Mayor longitud de onda

2 Se sugiere revisar detenidamente los esquemas del espectro electromagnético de este texto, y comentar a los estudiantes que la variación de frecuencia y longitud de onda de una franja a otra es paulatina y continua, y que la zonificación del espectro se ha establecido en función de la aplicación que se les da a las ondas en esos rangos de frecuencia.

Mayor frecuencia Menor longitud de onda

La cantidad de energía que transporta la onda es proporcional a su amplitud: a mayor amplitud es mayor la energía y más intensa la luz. Conforme la frecuencia de una onda electromagnética se hace mayor y su longitud de onda, por consiguiente, menor, las radiaciones van siendo progresivamente más penetrantes en nuestro cuerpo y potencialmente más dañinas. Es necesario, por lo tanto, limitar o evitar la exposición a las radiaciones desde rayos ultravioleta hasta rayos gamma, pues estas ondas tienen más posibilidad de afectar las células, las moléculas e incluso los átomos de los que todo está formado. Para proteger a los organismos vivos o a cualquier objeto de las radiaciones dañinas, se requiere resguardarlos con cubiertas capaces de detener esa radiación. Por supuesto, su espesor y el material con lo que estén confeccionadas corresponden a la intensidad y penetración de los rayos. Así, para bloquear los rayos ultravioleta existen cremas con filtros adecuados, además de viseras, gorras, sombreros, sombrillas y camisas de manga larga. En cambio, para protegerse de los rayos X se requieren chalecos de plomo y los rayos Gamma sólo son aislados con gruesas placas de cemento y plomo. El Sol emite radiación electromagnética en las franjas de luz infrarroja, luz visible y luz ultravioleta. La atmósfera de la Tierra absorbe la mayor parte Rayos gamma de la radiación ultravioleta y parte de Rayos X la infrarroja. Sin embargo, en esta era Rayos ultravioleta industrial, debido a la emisión de ciertos gases, nuestra Infrarrojo atmósfera ya no absorbe tanta radiación Microondas ultravioleta como Ondas de televisión antes, y ahora es muy importante protegernos Ondas de radio de estos rayos. ¡Sólo una estrecha franja de todo el espectro electromagnético es visible a nuestros ojos!

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Reflexión sobre lo aprendido RL Por ejemplo: Las diferentes clases de ondas electromagnéticas pueden tener longitudes de onda muy distintas, y aquéllas de menor longitud de onda, como los rayos ultravioleta, los rayos X y los rayos gamma, interactúan con la materia a nivel molecular o atómico. Por ello, y considerando que el Sol emite ondas en el infrarrojo, el visible y el ultravioleta, es de particular importancia protegernos de estas últimas.

Lo que aprendimos

secuencia 25 Vínculo entre secuencias Recuerda que las características de las ondas, como la longitud de onda, la frecuencia y la amplitud, se mencionaron en la Secuencia 3: ¿Qué onda con la onda? La descomposición de la luz blanca en los colores del arco iris se muestra en la Secuencia 21: ¿De qué están hechas las moléculas?

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✓ Lo que podría hacer hoy: Se explora el componente conductual (tendencia a la acción) de las actitudes trabajadas durante la secuencia. Esta sección promueve la participación responsable e informada ante un problema o situación cotidiana. El maestro puede, si así lo desea, emplear algunas actividades de la secuencia, para realizar la evaluación diaria del trabajo en clase (evaluación formativa), como las que se sugieren en los cierres de sesión. Al final de cada bloque se presenta: • Un ejemplo de evaluación individual de Lo que aprendimos, así como un Ejemplo de evaluación sumativa de un bloque. • Una Lista de cotejo de destrezas y actitudes, en la que se presentan las destrezas y las actitudes que se trabajan en cada secuencia.

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Las ondas electromagnéticas están presentes en todos y cada uno de los aspectos de nuestra vida. Lo importante es usar esta radiación en nuestro beneficio y evitar sus riesgos.

Resuelvo el problema “Ya sea que vivas al nivel del mar o en una zona montañosa, ¿qué pasa si te expones a los rayos del Sol por mucho tiempo? ¿Cómo te puedes proteger de las radiaciones que son potencialmente nocivas para tu salud? Fundamenta tu respuesta con base en las características de la luz”.



Las ondas electromagnéticas son indispensables: no podríamos vivir sin la luz y el calor del Sol, ni las plantas realizarían la fotosíntesis. Tampoco contaríamos con telecomunicaciones, hornos ni tratamientos basados en radiaciones o instrumentos de detección para ver imágenes del interior de nuestro organismo o de cualquier objeto.

Lo que aprendimos


✓ Para qué me sirve lo que aprendí: El alumno transfiere los nuevos aprendizajes a situaciones y contextos diferentes a los estudiados.

Sabías que…

Para resolver el problema completa la siguiente tabla en tu cuaderno: • Justifica tu respuesta para cada caso. características de la radiación

Tipo de radiación Rayos infrarrojos

Luz visible intensa Rayos ultravioletas

Riesgo ante exposición prolongada

Medidas de protección

RM Es invisible, pero la percibimos como RM Efecto de acaloramiento o calor. Su longitud de onda es mayor que insolación, deshidratación. la luz visible.

RM No exponerse por mucho tiempo al Sol, usar gorras, sombrillas, sombreros y ropa ligera que nos cubra lo más posible la piel sin bloquear la transpiración. Beber suficiente agua. posible la piel sin bloquear la transpiración. Beber suficiente agua.

RM Es la luz que captamos con las células de la retina de nuestros ojos. Cuando es monocromática, vemos el color correspondiente; si la vemos blanca es que combina todas las longitudes de onda, o colores. RM Es invisible, y no la detectamos como calor. Por su longitud de onda, interactúa con los núcleos de nuestras células, incluso, con el ADN, por lo que puede modificar el código genético y producir cáncer.

RM Deslumbramiento, ceguera temporal

RM Nunca mirar directamente al disco del Sol; usar lentes oscuros en lugares con mucha luz solar o que reflejen mucho su luz, como playas, lugares con agua como albercas o el mar, o bien en terrenos con nieve.

RM Manchas en la piel, oscurecimiento de la piel, cáncer cutáneo.

RM Siempre usar filtros o bloqueadores solares; usar lentes oscuros que bloqueen los rayos UV. El número del filtro solar, y por tanto su factor de protección, debe ser mayor según el tiempo y la cantidad de radiación a la que nos expondremos.

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Resuelvo el problema Para resolver el problema completa la siguiente tabla en tu cuaderno: • RM En la tabla. Recuerde a los estudiantes que la velocidad de propagación es constante, la longitud de onda es el inverso del periodo, y por ello, a mayor longitud de onda, menor frecuencia y viceversa. Mencione también la Actividad DOS de la Secuencia 21, donde observaron la descomposición de la luz blanca en colores. Explíqueles que esto se debe a que cada color tiene una longitud de onda específica (en realidad es un rango muy estrecho de valores, pero se puede considerar el valor medio) y que el ángulo de refracción

depende de la longitud de onda, por lo que cada color se desvía o refracta con un ángulo ligeramente diferente.

Reflexión sobre lo aprendido RL Por ejemplo: Antes pensaba que la luz era siempre visible a nuestros ojos, y no consideraba que otras radiaciones, como los rayos X o los Rayos ultravioleta u ondas de radio, eran en esencia lo mismo que la luz visible, pero con longitudes de onda diferentes. Ahora sé que todos estos tipos de luz son ondas electromagnéticas.

CIENCIAS

II

¿Para qué me sirve lo que aprendí? El conocimiento de las ondas electromagnéticas nos ha permitido una mejor comprensión de multitud de fenómenos naturales. Hoy en día, estas radiaciones se aplican en una infinidad de situaciones. Es vital saber protegernos de las que pueden causar daño a nuestra salud. 1. Averigüen qué significa el factor de protección solar (FPS) que ostentan en su etiqueta diversos productos para proteger la piel de los rayos ultravioletas en un laboratorio farmacéutico, fábrica de cosméticos, farmacia, botica, la biblioteca o internet.

Para recapitular el contenido de la secuencia consulten el programa: ¿Existe la luz invisible? en la programación de la red satelital Edusat.

El programa permite identificar el avance científico en el conocimiento de la electromagnética y demuestra fenómenos relacionados con la luz, como la refracción, reflexión y absorción, así como la descomposición de la luz.


4 Puede aprovechar el recurso para sintetizar con sus alumnos los conocimientos construidos a lo largo de la secuencia. El recurso tecnológico integra el contenido de la secuencia.

Supongan que por indicación médica deben practicarse una serie de radiografías del tórax.


2. Conforme a lo que averiguaron, ¿qué FPS debe incluir una crema para protegerse cuando se encuentren expuestos mucho tiempo al Sol? 3. ¿Cuál es el FPS recomendable si van de excursión a una montaña de gran altitud?

1. Investiguen en el centro de salud de su localidad cuáles medidas han implementado ahí para resguardar a los pacientes de la radiación, cuando les realizan estudios de gabinete, como radiografías y gammagrafías.

1. RL Por ejemplo: El FPS se relaciona con el tiempo en que podemos permanecer al rayo del sol sin sufrir mayores daños. Para uso diario, o si vivimos en una cuidad, se recomienda usar un FPS mínimo de 15 en el cuerpo y 20 en el rostro.

2. ¿En qué casos no es recomendable tomar placas de rayos X?

Para saber más… 1. Allier Cruz, Rosalía A. et al (2005). La Magia de la Física. Tercer Grado. México: McGraw-Hill. 2. Estrada, Alejandro F. et al (2001). Lecciones de Física. México: CECSA.

2. RL Por ejemplo: Si vamos en una excursión a la playa, podemos usar bloqueadores de FPS por arriba de 45. Si vamos a nadar, hay que cerciorarse de que el bloqueador sea impermeable, es decir, que no se disuelva con el agua. Si trabajamos bajo el Sol, reaplicar un poco más de bloqueador cada hora es una medida de protección adicional.

3. Homero, Héctor et al (1997). Física. Educación Secundaria. Tercer Grado. México: Ediciones Castillo. 1. Coordinación de Innovación Educativa Wilhelm Röntgen (1845-1923). Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo. 7 de marzo de 2007. http://dieumsnh.qfb.umich.mx/fisquimica/Roetgen.htm 2. Flores, Jorge. Los mensajeros de la interacción. ILCE. 22 de febrero de 2007. http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/22/htm/sec_13. html 3. Mercè Camps Miró. Protección solar. Collegui de Farmacèutics de la Provincia de Barcelona. 18 de junio de 2007. http://www.farmaceuticonline.com/cast/familia/familia_solar_c.html

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Para saber más… 1. En este texto se encuentra una buena descripción del espectro electromagnético con ejemplos de aplicaciones variadas.

3. RL Por ejemplo: Si vivimos en el campo o pasamos mucho tiempo al aire libre, debemos aplicar una crema con un FPS de al menos 25 o 30. Si vamos a una montaña, es conveniente usar un bloqueador de FPS por arriba de 45.


2. Aquí se puede consultar cómo se forman las imágenes en diferentes tipos de espejos y lentes.

1. En esta página se encuentra la biografía de Wilhelm Konrad Röntgen, físico alemán descubridor de los Rayos X, que en principio llevaron su nombre, y que fue el primer científico galardonado con este premio.

3. Este material expone con claridad las diferentes teorías acerca de la naturaleza de la luz.

2. Aquí se discuten algunos aspectos de los fotones, y cómo la luz es una manera de transportar la interacción. 3. Este vínculo contiene información suficiente y comprensible acerca de los efectos de la radiación solar y los filtros y bloqueadores.

1. RL Por ejemplo: Cuentan con gabinetes especiales para tomar las radiografías. Los operadores utilizan chalecos con placas de plomo y, dependiendo la parte del cuerpo que se vaya a radiar, también se cubre al paciente con delantales con plomo. 2. RL Por ejemplo: Se indica que a menos que sea de extrema urgencia o necesidad, una mujer embarazada no se someta a la radiación de los rayos X, pues podrían ocasionarse malformaciones en el bebé. En general, debe limitarse en todo lo posible la exposición a esta radiación y tomar las placas estrictamente necesarias. L i b r o p a ra e l m a e s t r o

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