Experimentos electromagnéticos para secundaria
Este plan de unidad para el Electromagnetismo está diseñado para un curso de primer año de secundaria de Física General. Para el material didáctico y las actividades de la unidad se ha elegido un enfoque de enseñanza conceptual, en lugar de histórico o temático, aunque se incluirán algunas anécdotas históricas, así como temas como los motores y la energía eléctrica. La unidad está dirigida a estudiantes de segundo semestre de física de primer año con dos años de álgebra, pero sin preparación de cálculo. Se ha asumido que la gran mayoría de los estudiantes son estudiantes de tercer o cuarto año de universidad. El libro de texto, que se utilizará principalmente como fuente de referencia más que como guía curricular, es Modern Physics de Frederick E. Trinklein (1990).
Los objetivos de conocimiento del contenido especifican, en términos generales, lo que los estudiantes deben saber y comprender al final de la unidad. Los estándares nacionales de educación son una buena fuente de objetivos de base amplia que proporcionan puntos centrales para el material que cubriremos en esta unidad. La Norma de Contenido B de los Estándares Nacionales de Educación Científica (1996), por ejemplo, enumera dos objetivos amplios que son particularmente aplicables para nuestros propósitos. Esta norma dice lo siguiente:
Informe de laboratorio del experimento de electromagnetismo
Clases para la presentación de los conceptos esenciales con la reflexión sobre la forma en que se establecieron estos conceptos. Clases para la discusión/resolución de problemas relacionados con situaciones prácticas, órdenes de magnitud, estimaciones sobre las magnitudes físicas relativas al electromagnetismo. Clases de laboratorio para realizar algunos experimentos que ilustren los conceptos esenciales del electromagnetismo. Apoyo al trabajo individual de los alumnos para que desarrollen un trabajo de recopilación de información, análisis de la misma y elaboración de sus propios apuntes sobre los temas abordados en esta unidad curricular.
Contribución al crecimiento de la cultura general respecto a la física y para el conocimiento de las múltiples aplicaciones del electromagnetismo a las sociedades modernas. Competencias genéricas: Competencias de análisis y síntesis.
1. Campo electrostático: Ley de Gauss; campo eléctrico y potencial eléctrico; ecuaciones locales del campo electrostático y condiciones de contorno. Ecuaciones de Poisson y de Laplace para el potencial eléctrico. Energía almacenada en el campo eléctrico.
Proyectos de electromagnetismo
Introducción a los vectores y sus propiedades, a los campos vectoriales y escalares, y el significado físico y las propiedades e identidades matemáticas de los operadores gradiente, divergencia y rizo y laplaciano. Introducción a la aplicación de estos conceptos matemáticos, notaciones y técnicas en Electromagnetismo.
Introducción a las ecuaciones diferenciales que implican más de una variable dinámica. Las ecuaciones de la física matemática: La ecuación de Laplace, la ecuación de onda, la ecuación de difusión, la ecuación de Poisson. Utilización de sistemas de coordenadas adecuados. El operador laplaciano en diferentes sistemas de coordenadas. Ecuaciones homogéneas e inhomogéneas y condiciones de contorno. Discusión del método de soluciones separables: introducción a las soluciones separables que implican coordenadas espaciales y que implican tiempo.
Se discuten los principios básicos de la electrostática, incluyendo la carga eléctrica, la Ley de Coulomb, el campo vectorial eléctrico E, el Principio de Superposición, el potencial escalar electrostático V, la naturaleza conservadora de E. Los conceptos de equipotenciales, flujo, y las propiedades y uso de la Ley de Gauss y el Teorema de Stokes.
Experimentos electromagnéticos para la escuela secundaria
La actividad de aprendizaje informal asociada indica que existe una versión abreviada de esta actividad. Estas actividades de 60 minutos o menos, de fácil preparación, son una muestra de la ingeniería y están pensadas para entornos de aprendizaje informal.
Los equipos de estudiantes investigan las propiedades de los electroimanes. Crean sus propios electroimanes pequeños y experimentan con formas de cambiar su fuerza para recoger más clips. Los estudiantes aprenden sobre las formas en que los ingenieros utilizan los electroimanes en aplicaciones cotidianas.
Las fuerzas eléctricas y magnéticas entre un par de objetos no requieren que los objetos estén en contacto. La magnitud de las fuerzas en cada situación depende de las propiedades de los objetos y de sus distancias y, en el caso de las fuerzas entre dos imanes, de su orientación mutua.Acuerdo de alineación:
Las fuerzas eléctricas y magnéticas entre un par de objetos no requieren que los objetos estén en contacto. La magnitud de las fuerzas en cada situación depende de las propiedades de los objetos y de sus distancias y, en el caso de las fuerzas entre dos imanes, de su orientación recíproca: