dimarts, 10 de febrer de 2015

Qüestió sobre inducció electromagnètica (TIMSS advanced)

Comence a analitzar una sèrie de qüestions que han estat alliberats per TIMSS i comente un poc com es poden utilitzar-los en l'aula. Espere suggeriments dels lectors en l'apartat de comentaris sobre el que ells farien. La primera qüestió és de TIMSS advanced i va sobre inducció electromagnètica. Aquesta és la qüestió.

Es situa una bobina dins d'un camp magnètic de manera que es produeix una corrent induïda I en la bobina que pots veure com varia en el diagrama I-t següent:

Quin dels següents diagrames representa millor la variació del camp magnètic.

La resposta correcta és la C i només el 34% del estudiants que van fer el test a nivell internacional la van contestar bé. Com a curiositat dir que el país que millor va contestar la pregunta va ser França amb un 50,1% d'encerts i el pitjor dels que va participar Dinamarca amb un 22,8% d'encerts i també ho va fer prou malament els Estats Units amb un 26,3%.

La veritat és que la pregunta té la seua gràcia i jo per utilitzar-la amb l'alumnat preferiria que explicaren l'elecció que fan més que triar una resposta perquè sí. Està clar que per resoldre-la hi ha que utilitzar la llei de Faraday Lenz. Està clar que per a produir-se la corrent induïda ha de varia el flux del camp magnètic i com la superfície de la bobina no canvia en aquest cas el que varia és el camp. A més, la intensitat és constant a trossos, unes vegades positives i unes altres negatives. Si s'analitza l'expressió matemàtica de la llei de Faraday Lenz que relaciona la intensitat de la corrent amb el flux magnètic tenim:


(els estudiants estan més habituats a utilitzar l'equació que relaciona la força electromotriu induïda amb el flux i pot ser que alguns es perden al fer relacionar la intensitat de corrent induïda amb el camp magnètic).

La intensitat és constant a trossos i s'obté derivant el flux magnètic. En el nostre cas és el camp magnètic el que varia i aquest ha de ser lineal perquè la derivada d'una funció lineal és una constant. A més, en el primer tros la constant és positiva i degut al signe menys que apareix en la llei de Faraday Lenz la pendent de la recta ha de ser negativa, cosa que passa en les respostes c) i d), però d) hi ha que descartar-la perquè raonant de la mateixa manera en els trossos en que la intensitat és constant i negativa la derivada del camp magnètic ha de ser positiva i això només passa en c).

Crec que una de les altres possibilitats que ofereix aquesta qüestió és que quede clar el que significa el signe negatiu en l'equació de la Llei de Faraday Lenz. Ha de quedar clar que vol dir que la corrent induïda que es produeix en aquest cas en la bobina han de tindre un sentit tal que s'opose a la variació del flux magnètic que les ha produït.

Una de les dificultats que li veig a la qüestió és que s'ha de raonar a partir de gràfiques i a l'alumnat li costa molt. Fa anys que no faig 2n de batxillerat, però en 1r tenen autèntiques dificultats cada vegada que apareix una gràfica i si això passa és igual perquè el professorat de física i química no treballem prou la interpretació de les gràfiques (al menys jo, és una autocrítica que em faig, encara que crec que és un fet comú per a molts professors).

Com introduir aquesta qüestió? Crec que es podria posar al principi d'una classe, deixar que la contesten de manera individual i que la discutisquen entre ells. Al final la qüestió hauria d'ajudar a entendre millor la inducció electromagnètica i tots els conceptes que hi ha al seu voltant. Una alternativa seria proposar una discussió de la qüestió a través d'un bloc d'aula o d'un fòrum de moodle o de qualsevol altra aplicació que el professor utilitze amb l'alumnat.


Nota: Aquesta qüestió l'he agafada de la pàgina de TIMSS i no té cap propòsit comercial, només educatiu i per això l'he publicada en aquest bloc. És una pregunta alliberada per TIMSS i com sempre el meu reconeixement. Moltes gràcies per a ells.


Cap comentari:

Publica un comentari a l'entrada