Electricidad, magnetismo y ondas electromagnéticas en 2.º de secundaria

Para el docente: cómo explicarlo

Carga eléctrica y corriente

Al frotar un globo con el cabello, pasan electrones de un material a otro y los dos quedan con carga eléctrica: las cargas del mismo signo se repelen y las de signo contrario se atraen. Por eso dos globos frotados se separan y un globo frotado levanta papelitos.

La corriente eléctrica es el movimiento ordenado de cargas; en los cables de metal, de electrones. Se mide en amperes (A). Para que circule hace falta un circuito cerrado: una fuente (pila o contacto), conductores, un receptor (foco, motor, bocina) y, de preferencia, un interruptor. El voltaje, en volts (V), es el «empuje» que da la fuente, y la resistencia, en ohms, lo que se opone al paso de la corriente.

La ley de Ohm relaciona las tres: V = I × R. Una resistencia de 6 ohms conectada a 12 V deja pasar 12 ÷ 6 = 2 A. Los materiales que dejan pasar la corriente son conductores (metales, grafito, agua con sales) y los que no, aislantes (plástico, hule, madera seca, vidrio).

• En serie: los receptores van uno tras otro; si uno se funde, se apagan todos.
• En paralelo: cada receptor tiene su propio camino; si uno falla, los demás siguen funcionando. Así está conectada una casa.

Electricidad con cuidado

En las casas de México, el voltaje de los contactos es de 127 V: suficiente para que una corriente atraviese el cuerpo y dañe el corazón o cause quemaduras. Los protocolos de seguridad que pide el PDA son concretos: no meter objetos en los contactos; no tocar cables pelados ni aparatos con las manos mojadas o cerca del agua; desconectar jalando la clavija, no el cable; no sobrecargar multicontactos ni extensiones; no volar papalotes cerca de los cables, y, en una tormenta eléctrica, no refugiarse bajo un árbol.

Las pastillas o los fusibles del tablero cortan la corriente cuando circula demasiada, y por eso nunca se puentean. En la escuela, los experimentos se hacen solo con pilas de 1.5 V o de 9 V, y aun así no se unen sus terminales con un alambre: la pila se calienta.

Imanes y magnetismo

Todo imán tiene dos polos, norte y sur. Los polos iguales se repelen y los distintos se atraen. Si se parte un imán por la mitad, no se separan los polos: quedan dos imanes, cada uno con su norte y su sur. Los imanes atraen el hierro, el níquel y el cobalto, pero no el aluminio, el cobre ni el plástico.

Alrededor de un imán hay un campo magnético, que se hace visible espolvoreando limaduras de hierro sobre una hoja colocada encima. La Tierra se comporta como un enorme imán: por eso la aguja de una brújula se orienta hacia el norte, y por eso las partículas que llegan del Sol se desvían hacia los polos y forman las auroras.

Electricidad y magnetismo, juntos

En 1820, Hans Christian Oersted observó que una corriente eléctrica desvía la aguja de una brújula: la corriente produce un campo magnético. Con esa idea se construye un electroimán, un clavo de hierro con un alambre enrollado que se vuelve imán solo mientras pasa la corriente. En 1831, Michael Faraday descubrió lo contrario: un imán que se mueve dentro de una bobina produce corriente. Ese fenómeno, la inducción, es el que aprovechan los generadores de las centrales eléctricas, y los motores eléctricos usan el camino inverso.

Hacia 1865, James Clerk Maxwell reunió todo en una teoría y predijo que un campo eléctrico y uno magnético que cambian se sostienen mutuamente y viajan como una onda a la velocidad de la luz. La luz resultó ser eso: una onda electromagnética. En 1887, Heinrich Hertz produjo y detectó ondas de radio en su laboratorio, y con ello abrió el camino a las telecomunicaciones.

Ondas electromagnéticas y comunicaciones

El espectro electromagnético ordena estas ondas según su energía: ondas de radio, microondas, infrarrojo, luz visible, ultravioleta, rayos X y rayos gamma. Todas viajan en el vacío a la misma velocidad, 299 792 458 m/s (unos 300 000 km/s); lo que cambia es su longitud de onda y su energía. Las de más energía (ultravioleta, X y gamma) pueden dañar las células: por eso se usa protector solar y se protege a los pacientes en las radiografías.

Los aparatos de comunicación convierten sonido, imágenes o datos en señales eléctricas y una antena las emite como ondas de radio o microondas; otra antena las capta y el aparato las vuelve a convertir. Así funcionan la radio AM y FM, la televisión, el celular, el wifi, el bluetooth y el GPS. El control remoto usa infrarrojo, y la fibra óptica lleva internet como pulsos de luz por hilos de vidrio.

Cómo llevarlo al salón

Trabaja con pilas AA, portapilas, focos pequeños o LED, caimanes y alambre. Pide que predigan qué materiales conducen antes de probarlos, y que dibujen cada circuito con sus símbolos. Para el magnetismo, imanes de refrigerador, clips, una brújula y limaduras dentro de una bolsa cerrada. Antes de cualquier práctica, repasen juntos las reglas de seguridad.