Conviértete en un imán por un día Teach article

Traducción de Elisa López Schiaffino. ¿Qué ocurre dentro de un imán? Los estudiantes de la escuela primaria podrán descubrirlo con esta divertida actividad, al convertirse ellos mismos en un imán.

Muchas generaciones de niños han descubierto que jugar con imanes es muy divertido. La forma en que el poder invisible del magnetismo los junta o los separa es fascinante: es como si una fuerza viniera de la nada. Además, los imanes son útiles, pueden usarse para mantener objetos unidos y es fácil hacer que se separen. Hay imanes en la locomotora y los vagones de los trenes de juguete, en letras magnéticas, en la puerta del refrigerador, en cerraduras magnéticas para muebles, dentro de los electrodomésticos y aparatos electrónicos, y en muchos otros objetos.

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Imagen cortesía de Geek3;
Οrigen de la imagen:
Wikimedia Commons 

¿Qué aprenden los estudiantes sobre los imanes tan solo al jugar con ellos? Cuando experimentan con barras magnéticas, ¿qué idea desarrollan sobre las características de los imanes, como sus polos magnéticos y la estructura interna?

En cierta manera, las reglas que describen el comportamiento de los imanes se pueden descubrir y comprender con facilidad: los polos opuestos (norte y sur) se atraen entre sí, mientras que los polos similares se repelen. Pero muchos piensan (equivocadamente) que los polos norte y sur pueden separarse al romper una barra magnética por la mitad. En realidad, esto solamente crearía dos imanes nuevos, con un polo norte y uno sur cada uno, lo que puede demostrarse al llevar a cabo este experimento.

El diseño de las barras magnéticas, con la N a un lado para indicar el norte y la S al otro para indicar el sur, fomenta esta idea equivocada, ya que sugiere que los polos se ubican a cada extremo del imán. Eso hace que a los docentes a veces les resulte difícil explicar por qué los polos no se separan al cortar la barra. Hay algunos videos y algunas simulaciones que pueden ayudar a ilustrar este fenómeno (véase la sección de recursos al final de este artículo), pero creemos que la mejor manera de explicarlo es a través de una actividad que muestra la estructura interna de los imanes.

Hemos llevado a cabo esta actividad con niños de entre 10 y 12 años, pero también puede realizarse con niños un poco más jóvenes. Normalmente lleva menos de una hora realizar las actividades y la discusión.

En primer lugar, mostramos cómo es un material no magnético, y luego lo magnetizamos. Después de la magnetización, hablamos sobre la estructura interna del imán. Por último, rompemos el imán y hablamos de lo que ha sucedido.
 

¿Cómo es un imán por dentro?

Esta actividad permite que los estudiantes comprendan que los imanes tienen una estructura interna, y que sepan que no están caracterizados solamente por un polo norte en un extremo y un polo sur en el otro.

¿Qué dice la ciencia acerca del interior de los imanes? El magnetismo se debe a la estructura de los átomos dentro de un material; es por eso que algunos materiales (como el hierro y el acero) son magnéticos, pero la mayoría no lo son. Cada átomo en un material magnético es un dipolo magnético, parecido a un imán pequeñito, que se alinea con la dirección de un campo magnético, de la misma manera que la aguja de una brújula se alinea con el campo magnético de la Tierra.

Si un trozo de hierro no está imantado, los dipolos magnéticos en su interior se orientan en cualquier dirección, se cancelan mutuamente y no se comportan como un imán. Pero al colocar el hierro en un campo magnético fuerte, los dipolos magnéticos se alinean en la misma dirección, lo que convierte al material en un imán: tiene un polo norte y un polo sur, y puede atraer a otros objetos compuestos de materiales magnéticos. Esto se debe a su estructura interna, en la que los dipolos están alineados, tal como podremos apreciar en la actividad que realizaremos a continuación.

Materiales

  • 10 o más estudiantes
  • Delantales rojos y azules, uno para cada estudiante

Los delantales son rojos de un lado (en la pechera) y azules del otro (en la espalda). Puede confeccionarlos con cuadrados de tela roja y azul de 30 × 30 cm, y coser unas cintas para poder atarlas en los hombros (véase la Fig. 1). Otra alternativa es colocar papeles rojos y azules sobre las prendas de vestir de los alumnos.

Figura 1: Delantales rojos y azules.
Imagen cortesía de Katarína Krišková

Procedimiento

Cada estudiante representa una pequeña parte de un imán, un dipolo magnético. Este dipolo no puede dividirse en mitades, al igual que una persona no puede dividirse en dos partes.

Actividad 1: Antes de la magnetización

Cada estudiante debe colocarse un delantal, con el lado rojo hacia adelante y el azul hacia atrás.

Al comienzo de la actividad, los estudiantes deben ubicarse formando dos o tres filas paralelas y pararse mirando en diferentes direcciones. Esto significa que no debería predominar ningún color (ni rojo ni azul) desde cualquier dirección en que se los mire (véase la Fig. 2).

En esta formación, los estudiantes representan un material no imantado, como si fueran un trozo de acero antes de se convierta en un imán. Al igual que los estudiantes, los dipolos magnéticos están orientados en  diferentes direcciones, por lo que el material no se comporta como un imán.

Figura 2: El material antes de la magnetización: los estudiantes están mirando en diferentes direcciones.
Imagen cortesía de Katarína Krišková

Actividad 2: Magnetización del material

Figura 3: Representación de
la estructura interna de un
imán: después de la
“magnetización”, todos los
estudiantes miran en la
misma dirección, como los
dipolos en un imán.

Imagen cortesía de Katarína
Krišková

Cuando se aplica un campo magnético al material no magnetizado, se fuerza a los dipolos magnéticos a orientarse en la misma dirección. Los estudiantes, mientras permanecen en sus filas (la fila representa la forma de una barra magnética), giran debido a una fuerza externa —el docente— que los hace alinearse mirando hacia la misma dirección.

Ahora, cuando los estudiantes miren hacia adelante, solo podrán ver la parte azul de los delantales; y cuando miren hacia atrás, solo podrán ver la parte roja (véase la Fig. 3). Para que vean este efecto, recuérdeles a los estudiantes que solo giren la cabeza en vez de todo el cuerpo.

Ahora los estudiantes representan un material magnetizado: una barra magnética. Tiene dos polos, uno rojo y uno azul, representados por el color de los delantales que puede verse desde cada extremo de la fila. Pero, a diferencia de un imán de verdad, podemos ver la estructura interna: los polos rojos y azules están por todo el imán, no solo en los extremos.

Actividad 3: División del imán en dos partes

Por último, vamos a “romper” el imán en dos partes. Para esto, sencillamente dividiremos cada fila por la mitad. Por ejemplo, si hay dos filas paralelas de ocho estudiantes cada una, separe cada fila al cabo de cuatro estudiantes (y mantenga las filas paralelas juntas). Pídales a los estudiantes que se separen donde usted les indica para así acabar con dos grupos distintos de estudiantes.

Los estudiantes pueden ver lo que sucede luego de romper una barra magnética: la estructura interna permanece igual, pero el tamaño del imán cambia. Al romper el imán, no se separan los polos, solo se obtienen dos imanes más pequeños.

No importa cómo rompamos el imán, puede ser a lo largo o a lo ancho. Los estudiantes pueden explorar este aspecto “rompiendo” el imán de diferentes maneras: por ejemplo, pueden mantener cada fila intacta a lo largo pero separar una fila de otra en vez de por la mitad.

Registro de la actividad

Sacar fotos durante la actividad es una buena idea, ya que permite tener tomas de los estudiantes antes y después de convertirse en imanes. Puede usar las imágenes al cabo de la actividad o en otra clase para hablar sobre lo que sucede en el interior de los imanes.

Agradecimientos

Esta actividad fue iniciada por Science on Stage Slovakiaw1 y se desarrolló durante el campamento de verano para niños de 10 a 12 años organizado por University Without Borders en la Universidad Pavol Jozef Safarik en Košice (Eslovaquia), en julio de 2015. La actividad también se lleva a cabo en la sección de magnetismo en el centro de ciencia SteelPark en Košice.

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Web References

  • w1 – Science on Stage (Ciencia en Acción) es la red que conecta a docentes europeos de ciencia, tecnología, ingeniería y matemática (CTIM), y fue lanzada en 1999 por EIROforum, editor de Science in School.  Ciencia en Acción reúne a docentes de toda Europa para intercambiar ideas y prácticas docentes con colegas entusiastas de 25 países.

Resources

Institution

Science on Stage

Author(s)

Katarína Krišková es estudiante de doctorado de teoría de la educación en física en la Universidad Pavol Jozef Šafárik en Košice (Eslovaquia). Su tesis se centra en el papel que juega la experimentación en el desarrollo de las competencias de los estudiantes de ciencia de escuela secundaria. Katarína también es docente de física en el instituto de educación secundaria de Košice.


Review

La actividad propuesta en este artículo ilustra muy bien el magnetismo y permite que los estudiantes se muevan en el aula. Para estudiantes mayores, la actividad podría conducir al diálogo sobre la presencia del magnetismo en la vida cotidiana, por ejemplo en el campo magnético de la Tierra o en sus aplicaciones en la medicina.


Erland Andersen, Dinamarca




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