¿Adiós al columpio eléctrico? ¡Descubre la regla de la mano izquierda de Fleming con solo una lámina de papel aluminio! (La fuerza que recibe una corriente en un campo magnético)

Soy Ken Kuwako, tu Science Trainer. Cada día es un experimento.

Este experimento consigue que diga «¡Guau!» cada vez que lo hago, por muchas veces que lo haya repetido. Una corriente eléctrica que no podemos ver y un campo magnético que tampoco podemos ver. Cuando estas dos cosas invisibles se encuentran, ocurre algo sorprendente: aparece una fuerza que realmente podemos observar.

Además, con el método que vamos a ver hoy, no hace falta construir un aparato grande y complicado como un columpio eléctrico. Podemos reproducir este curioso fenómeno utilizando algo tan cotidiano como el papel de aluminio.

Es un experimento muy sencillo, pero el movimiento que produce queda grabado en la memoria de quien lo observa. ¡Anímate a probarlo en clase o como experimento para un proyecto escolar!

¿Qué ocurre cuando la corriente eléctrica y el campo magnético se dan la «mano»?

El fenómeno por el que una corriente eléctrica recibe una fuerza al encontrarse en un campo magnético se conoce como «fuerza de Lorentz». En nuestra vida cotidiana casi nunca somos conscientes de ella, pero en realidad esta fuerza desempeña un papel fundamental en el funcionamiento de máquinas que utilizamos todos los días, como los motores y los generadores eléctricos. Desde un ventilador hasta un tren o una lavadora: en última instancia, todos funcionan gracias a esta cadena de fuerzas invisibles.

Al ver en un libro de texto el nombre de «regla de la mano izquierda de Fleming», es posible que a más de uno le parezca algo complicado. Sin embargo, cuando vemos con nuestros propios ojos cómo un trocito de papel de aluminio se mueve de repente, esa ley deja de ser algo abstracto y se convierte en algo que podemos experimentar directamente. Hoy vamos a ver una forma muy sencilla de vivir esa experiencia.

Materiales necesarios

  • Papel de aluminio (unos 25 cm de ancho): basta con utilizar el papel de aluminio convencional que tenemos en casa.
  • Tijeras: las utilizaremos para cortar el papel de aluminio.
  • Regla: resulta útil para cortar el papel de aluminio en línea recta.
  • Cinta adhesiva o cinta de doble cara: se utiliza para fijar el papel de aluminio a la mesa.
  • Fuente de alimentación de corriente continua: es necesaria para hacer circular la corriente. Recomiendo Petit-X, un pequeño dispositivo de alimentación eléctrica. Además, tiene una función de seguridad muy práctica: cuando circula una corriente de 1 A, la alimentación se desconecta automáticamente.

    Fuente de alimentación Petit-X

  • Cables con pinzas: se utilizan para conectar la fuente de alimentación al papel de aluminio.
  • Imanes potentes, como imanes de Alnico o de neodimio: se utilizan para crear el campo magnético. También se puede utilizar un imán de herradura.

Procedimiento experimental

1. Cortar el papel de aluminio: corta el papel de aluminio de 25 cm de ancho en tiras largas de 1,5 cm de ancho. Prepara tantas tiras como necesites para la clase. Cuanto más estrecha sea la tira, más ligera será y más fácil resultará observar su movimiento incluso cuando actúe sobre ella una fuerza pequeña.

2. Fijarlo a la mesa: coloca la tira de aluminio cortada sobre la mesa y fija firmemente ambos extremos con cinta adhesiva o cinta de doble cara. Al pegarla a la mesa, es importante tensarla bien para que no quede floja. Si queda suelta, será más difícil apreciar su movimiento cuando actúe la fuerza sobre ella.

3. Montar el circuito: conecta un cable a cada uno de los polos positivo y negativo de la fuente de alimentación de corriente continua (o de las pilas).

4. Colocar el imán: coloca un imán potente, como un imán de neodimio, justo encima o debajo del papel de aluminio. Si cambias la orientación del imán, es decir, la posición de los polos N y S, también podrás observar cómo cambia la dirección de la fuerza. Si tienes tiempo, ¡merece mucho la pena probarlo!

5. ¡Haz circular la corriente!: enciende la fuente de alimentación y deja que circule la corriente. Ten cuidado de no hacer circular demasiada corriente. Al hacerlo, podrás observar cómo la parte doblada del papel de aluminio se mueve bruscamente. ¡Ese movimiento es precisamente la evidencia de que la corriente eléctrica está experimentando una fuerza debida al campo magnético: la fuerza de Lorentz!

Por ejemplo, si colocamos los elementos de esta manera y hacemos circular la corriente,

la tira de papel de aluminio recibe una fuerza hacia nosotros y se mueve.

Si colocamos los elementos de esta otra manera y hacemos circular la corriente,

la tira de aluminio recibe una fuerza hacia abajo y cae, casi como un perro tumbado. La corriente es la misma y el imán también, pero basta con cambiar la orientación para que el movimiento sea completamente diferente. ¡Y precisamente ahí está lo fascinante de la fuerza de Lorentz!

Aquí tienes una imagen que puedes utilizar como material para una ficha de trabajo. Si te resulta útil, no dudes en utilizarla.

¿Podrán llegar por sí mismos a la regla de la mano izquierda de Fleming?

Después del experimento, anímales a pensar por sí mismos qué relación existe entre la dirección de la corriente, la dirección del campo magnético y la dirección de la fuerza. Lo complicado de este fenómeno es que ocurre en tres dimensiones, y resulta difícil explicarlo completamente sobre una hoja de papel, que solo tiene dos dimensiones. Precisamente por eso, antes de intentar comprenderlo únicamente con la cabeza, tiene mucho sentido mover las manos y «aprenderlo con el cuerpo».

Si colocamos el pulgar, el índice y el dedo corazón formando ángulos rectos entre sí, y hacemos coincidir el dedo índice con la dirección del campo magnético y el dedo corazón con la dirección de la corriente, el pulgar indica la dirección de la fuerza. Esta es la «regla de la mano izquierda de Fleming».

Cuando los alumnos ven primero cómo se mueve el papel de aluminio delante de sus propios ojos y llegan después a descubrir la regla, en lugar de memorizarla directamente del libro de texto, su comprensión se profundiza considerablemente. Primero comprobarlo con sus propias manos y después descubrir que ese fenómeno tiene un nombre y una regla. Quizá este orden sea una de las mejores maneras de conseguir que la ciencia deje de ser algo ajeno y se convierta en algo propio.

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