Nuevos materiales I
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Autor: Hernán Ferrari Responsable
disciplinar: Silvia Blaustein Área
disciplinar: Física Temática:
Desarrollo de nuevos materiales y sus aplicaciones Nivel:
Secundario, ciclo básico Secuencia didáctica
elaborada por Educ.ar Palabras clave:
nuevos materiales, magnetorresistencia, memoria de forma, fibras
ópticas, grafeno |
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Propósitos generales
Promover el uso de los equipos portátiles en el proceso de enseñanza y aprendizaje.
Promover el trabajo en red y colaborativo, la discusión y el intercambio entre pares, la realización en conjunto de la propuesta, la autonomía de los alumnos y el rol del docente como orientador y facilitador del trabajo.
Estimular la búsqueda y selección crítica de información proveniente de diferentes soportes, la evaluación y validación, el procesamiento, la jerarquización, la crítica y la interpretación.
Introducción a las actividades
La posibilidad de mezclar dos o más elementos permite la fabricación de infinitas posibilidades y nuevos materiales. Por supuesto que el resultado no siempre es un material de utilidad, pero de vez en cuando aparecen materiales con propiedades notables. Así, en 1986 dos investigadores encontraron nuevos materiales superconductores con temperaturas críticas muy por encima de lo que se creía posible. Luego, en materiales cerámicos con estructuras similares a estos superconductores de alta temperatura crítica, aparecieron materiales cuya resistencia eléctrica varía varios órdenes de magnitud al acercarle un imán, lo que permitió desarrollar nuevos sensores de campo magnético que revolucionaron la industria de los discos rígidos. En la actualidad, se estudian materiales de tamaños intermedios a los macroscópicos de nuestra vida diaria y los tamaños atómicos, denominados mesoscópicos y nanomateriales.
Objetivo de las actividades
Que los alumnos analicen las propiedades descubiertas en nuevos materiales y las nuevas tecnologías que estos permitieron desarrollar.
Actividad 1:
En 2007 fueron galardonados con el premio Nobel los físicos Albert Fert, de Francia, y Peter Grünberg, de Alemania, por el descubrimiento de la magnetorresistencia gigante.
La magnetorresistencia es el cambio en la resistencia eléctrica de un material al acercarle un material magnético. Así, al pasar una corriente eléctrica por un material magnetoresistente, se podrán leer diferentes valores de voltaje sobre este en presencia o ausencia de un imán. Este principio básico revolucionó la capacidad de almacenar información en un disco rígido al utilizar estos materiales en las cabezas lectoras.
a) Resuelvan las siguiente consignas:
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Investiguen cuál es el funcionamiento básico para el cambio en la resistencia eléctrica en estos materiales.
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¿Cómo se fabrican estos materiales?
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¿Qué valores pueden presentar las resistividades eléctricas de estos materiales en presencia o ausencia de un campo magnético? ¿A cuántos órdenes de magnitud corresponde este cambio?
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¿En qué año aparecieron los primeros discos rígidos con esta tecnología?
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¿Cuál era la capacidad de los discos rígidos antes de las cabezas lectoras mangetoresistentes y cuál es su capacidad en la actualidad?
b) Realicen un informe con el programa Write de sus equipos portátiles que incluya las distintas respuestas de la actividad y las conclusiones a las que hayan podido arribar.
Enlaces recomendados:
Descubriendo a la física: Magnetorresistencia gigante
Wikipedia: Magnetorresistencia gigante
Yendo de la magnetorresistencia gigante a la colosal
Actividad 2:
En 1966, Charles K. Kao hizo un descubrimiento que impulsó definitivamente el uso de las fibras ópticas para la transmisión de datos a grandes distancias. Analizó cuidadosamente cómo transita la luz a través de largas distancias mediante fibras ópticas de cristal; descubrió que, si se utilizaba una fibra del más puro cristal, era posible transmitir señales de luz a lo largo de 100 kilómetros mientras que a comienzos de la década de 1960, solo era posible transmitir señales de luz con las fibras disponibles a lo largo de 20 metros. Por este avance, Kao fue uno de los galardonados con el premio Nobel en 2009.
a) Respondan las siguientes preguntas:
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¿A qué velocidad viaja la información transmitida utilizando fibras ópticas?
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Si se colocaran todas las fibras ópticas utilizadas en la actualidad en el planeta una a continuación de la otra, ¿cuántas vueltas se podrían dar a la Tierra?
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¿Qué propiedad requieren las fibras ópticas de Kao para que la información pueda transmitirse por kilómetros?
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¿Cómo se realiza un empalme entre dos pedazos de fibra óptica por el método de fusión?
b) Realicen un informe con el programa Write de sus equipos portátiles que incluya las distintas respuestas de la actividad y las conclusiones a las que hayan podido arribar.
Enlaces recomendados:
Charles Kao: premio nobel de física 2009