【Edición del Ministerio de Educación】Física de Secundaria, Segunda Parte del Curso Electivo Selectivo

📚 Resumen del Contenido

Este curso se basa en el material escolar de física optativa para la educación secundaria general, abarcando conocimientos avanzados de electromagnetismo, incluyendo la fuerza de Ampère, la fuerza de Lorentz, la inducción electromagnética, corriente alterna y sensores, conceptos y leyes físicas fundamentales.

Explora profundamente los secretos del electromagnetismo y domina las leyes centrales de la física escolar.

Autor: Instituto de Investigación sobre Programas y Materiales Educativos de la Editorial de Educación Popular, Centro de Desarrollo de Materiales Curriculares de Física

Agradecimientos: Aprobado por el Comité de Expertos del Comité Nacional de Materiales Didácticos (2019)

🎯 Objetivos de Aprendizaje

1. Poder determinar con precisión la dirección de la fuerza de Ampère y la fuerza de Lorentz utilizando la regla de la mano izquierda, y comprender la particularidad de la dirección de la fuerza sobre cargas negativas.
2. Dominar la fórmula para calcular la magnitud de la fuerza de Lorentz, y poder derivar por sí mismo las fórmulas del radio y período del movimiento circular de una partícula cargada en un campo magnético uniforme.
3. Ser capaz de analizar e interpretar los principios de funcionamiento del espectrómetro de masas, el acelerador cíclico, el selector de velocidad y el generador de corriente de fluido magnético.
4. Los estudiantes podrán describir con exactitud el contenido de la ley de Lenz y la ley de Faraday de inducción electromagnética, y aplicar la regla de la mano derecha para determinar la dirección de la corriente cuando se cortan líneas de campo magnético.
5. Poder utilizar con flexibilidad las fórmulas E = n \frac{\Delta \Phi}{\Delta t} y E = Blv \sin \theta para calcular la fuerza electromotriz inducida en diferentes situaciones físicas.
6. Ser capaz de analizar fenómenos electromagnéticos complejos como la autoinducción, las corrientes parasitas y el amortiguamiento electromagnético desde la perspectiva de la conversión de energía, y resolver problemas físicos reales relacionados.
7. Poder analizar el proceso mediante el cual una bobina gira para generar corriente alterna, escribir con destreza expresiones instantáneas y realizar conversiones entre valores máximos y valores eficaces (RMS).
8. Comprender los principios básicos del transformador ideal, y utilizar la relación directamente proporcional entre voltaje y número de espiras para resolver problemas de circuitos.
9. Entender el mecanismo de pérdida de potencia en la transmisión a larga distancia, ser capaz de calcular la caída de tensión y la pérdida de potencia en las líneas de transmisión, y explicar la rentabilidad económica de la transmisión a alta tensión.
10. Ser capaz de describir el proceso periódico de cambio de carga, corriente, energía eléctrica y energía magnética en un circuito oscilante LC.

🔹 Lección 1: Fuerza de Ampère y Fuerza de Lorentz: La acción del campo magnético sobre la materia

Resumen: Este curso tiene como objetivo explorar las leyes que rigen la acción del campo magnético sobre conductores macroscópicos con corriente (fuerza de Ampère) y sobre cargas microscópicas en movimiento (fuerza de Lorentz). A través del estudio de la regla de la mano izquierda, la fórmula de la fuerza de Lorentz y el movimiento circular que provoca en un campo magnético uniforme, los estudiantes dominarán los principios físicos básicos de instrumentos científicos modernos como el espectrómetro de masas y el acelerador cíclico, y comprenderán la conexión microscópica entre la fuerza de Ampère y la fuerza de Lorentz.

Resultados del Aprendizaje:

• Poder determinar con precisión la dirección de la fuerza de Ampère y la fuerza de Lorentz usando la regla de la mano izquierda, y comprender la particularidad de la dirección de la fuerza sobre cargas negativas.
• Dominar la fórmula para calcular la magnitud de la fuerza de Lorentz, y poder derivar por sí mismo las fórmulas del radio y período del movimiento circular de una partícula cargada en un campo magnético uniforme.
• Ser capaz de analizar e interpretar los principios de funcionamiento del espectrómetro de masas, el acelerador cíclico, el selector de velocidad y el generador de corriente de fluido magnético.

🔹 Lección 2: Inducción Electromagnética: Leyes, Naturaleza y Aplicaciones

Resumen: Este diseño docente cubre las leyes centrales de la inducción electromagnética y sus aplicaciones. El enfoque principal está en revelar la naturaleza de la ley de Lenz y la ley de Faraday de inducción electromagnética a través de investigaciones experimentales, y analizar en profundidad los mecanismos microscópicos de las fuerzas electromotrices debidas al movimiento y a la inducción. Asimismo, al examinar fenómenos como la autoinducción, la inducción mutua, las corrientes parasitas y el amortiguamiento electromagnético, se muestra cómo se produce la conversión de energía y las aplicaciones prácticas de la inducción electromagnética en la tecnología moderna.

Resultados del Aprendizaje:

• Los estudiantes podrán describir con exactitud el contenido de la ley de Lenz y la ley de Faraday de inducción electromagnética, y aplicar la regla de la mano derecha para determinar la dirección de la corriente cuando se cortan líneas de campo magnético.
• Poder utilizar con flexibilidad las fórmulas E = n \frac{\Delta \Phi}{\Delta t} y E = Blv \sin \theta para calcular la fuerza electromotriz inducida en diferentes escenarios físicos.
• Ser capaz de analizar fenómenos electromagnéticos complejos como la autoinducción, las corrientes parasitas y el amortiguamiento electromagnético desde la perspectiva de la conversión de energía, y resolver problemas físicos reales relacionados.

🔹 Lección 3: Corriente Alterna: Principios de Generación, Transformación y Transmisión de Energía

Resumen: Este curso abarca todo el proceso desde la generación de corriente alterna hasta su transmisión a larga distancia. Los estudiantes primero comprenderán el principio de generación de corriente alterna sinusoidal mediante el modelo físico de una bobina rectangular giratoria en un campo magnético uniforme, así como su descripción matemática (valor instantáneo, valor máximo y valor eficaz); luego explorarán el efecto especial de la inductancia y la capacitancia sobre la corriente alterna; finalmente, llegarán al nivel de aplicación, aprendiendo las leyes de transformación del transformador ideal y cómo reducir la pérdida de potencia durante la transmisión a larga distancia mediante la transmisión a alta tensión.

Resultados del Aprendizaje:

• Ser capaz de analizar el proceso mediante el cual una bobina gira para generar corriente alterna, escribir con destreza expresiones instantáneas y realizar conversiones entre valores máximos y valores eficaces (RMS).
• Comprender los principios básicos del transformador ideal, y utilizar la relación directamente proporcional entre voltaje y número de espiras para resolver problemas de circuitos.
• Entender el mecanismo de pérdida de potencia en la transmisión a larga distancia, ser capaz de calcular la caída de tensión y la pérdida de potencia en las líneas de transmisión, y explicar la rentabilidad económica de la transmisión a alta tensión.

🔹 Lección 4: Oscilaciones Electromagnéticas y Ondas Electromagnéticas: Teoría de Maxwell y Naturaleza Material

Resumen: Este curso tiene como objetivo ayudar a los estudiantes a comprender la transición de los fenómenos electromagnéticos desde circuitos macroscópicos hasta la propagación espacial. Primero se explora el proceso mediante el cual un circuito LC genera oscilaciones electromagnéticas y sus leyes de conversión de energía; luego se analizan en profundidad los dos postulados centrales de la teoría del campo electromagnético de Maxwell, y finalmente se revela el principio de emisión y recepción de ondas electromagnéticas, su naturaleza material y su amplio espectro.

Resultados del Aprendizaje:

• Ser capaz de describir el proceso periódico de cambio de carga, corriente, energía eléctrica y energía magnética en un circuito oscilante LC.
• Dominar las fórmulas del período y frecuencia de las oscilaciones electromagnéticas, y poder realizar cálculos cuantitativos relacionados.
• Entender el contenido central de la teoría del campo electromagnético de Maxwell, poder explicar la naturaleza material de las ondas electromagnéticas y reconocer el espectro de ondas electromagnéticas.

🔹 Lección 5: Sensores: Elementos Centrales, Principios de Aplicación y Diseño de Circuitos

Resumen: Este curso tiene como objetivo profundizar en la definición, composición y modos de aplicación de los sensores, permitiendo a los estudiantes comprender los principios de funcionamiento de elementos sensibles centrales como los sensores fotoeléctricos, térmicos y magnéticos (elementos Hall). Al analizar sensores de desplazamiento capacitivos e inductivos, así como el sistema de control de temperatura de una olla arrocera, los estudiantes entenderán cómo se convierten magnitudes no eléctricas en señales eléctricas. Finalmente, mediante el diseño de circuitos para sistemas de alarma contra intrusos en puertas y ventanas y interruptores controlados por luz, se desarrollará la capacidad de los estudiantes para resolver problemas prácticos desde una perspectiva ingenieril.

Resultados del Aprendizaje:

• Ser capaz de describir con precisión la definición, estructura (elemento sensible y elemento convertidor) y modos de aplicación generales de los sensores.
• Dominar los mecanismos físicos mediante los cuales resistencias fotoeléctricas, termistores, elementos Hall, sensores capacitivos/inductivos convierten magnitudes físicas en señales eléctricas.
• Ser capaz de analizar el principio de control de temperatura de una olla arrocera, y diseñar circuitos automáticos simples según necesidades experimentales (como alarmas antirrobo o interruptores controlados por luz).