UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO

COLEGIO DE CIENCIAS

Y HUMANIDADES

PLANTEL ORIENTE

PONENCIA:

“APLICACIONES DE LOS NUEVOS MATERIALES: EL USO DE LOS SENSORES DE EFECTO HALL PARA DETECTAR LA POLARIDAD MAGNÉTICA” PRESENTADA POR: PROF. YURI POSADAS VELÁZQUEZ

ASIGNATURA, APRENDIZAJE Y TEMA QUE APOYA

Asignatura: Física II. Tema: 3.3 (Aplicaciones de la física contemporánea). “Nuevas tecnologías y nuevos materiales” (los láseres, la fibra óptica, los superconductores, etc). Aprendizaje: Conocer nuevos materiales y tecnologías y sus aplicaciones: láser, superconductores, fibra óptica, nanotecnología, etc).

INTRODUCCIÓN

Si bien es cierto que existen métodos para detectar la polaridad de los materiales que presentan propiedades magnéticas, en ocasiones no es muy fácil de realizar para objetos con forma irregular; piénsese en una roca de magnetita en la cual necesitáramos ubicar los polos norte y sur de su campo magnético. En esta ponencia se propone un experimento para detectar la polaridad magnética tanto de imanes de formas regulares como de otros materiales amorfos con esta propiedad. Para lo anterior, usaremos un sensor de efecto Hall, un transistor amplificador, un LED, dos resistores y una batería. Este experimento ha sido aplicado por el autor en sus grupos, a veces como identificación de los polos de un imán cuando se estudian los campos magnéticos (unidad 2 de Física II), o bien, para que el alumno conozca nuevos materiales y tecnologías (unidad 3, idem).

SUGERENCIA DE ESTRATEGIA DIDÁCTICA

Apertura 1. Recordar los conceptos de imán, campo magnético, etc. estudiados en el tema 2.4 (“Fenómenos electromagnéticos”) de la segunda unidad de Física II. 2. Discutir con los alumnos cuántas formas conocen para determinar la polaridad de un imán y si existen otras usando las nuevas tecnologías. 3. Comentar brevemente el efecto Hall y su aplicación en el problema del punto anterior. Así mismo, describir cualitativamente la función de un transistor como amplificador. 4. Expresar la utilidad de conocer el polo norte o el sur en un material, así como algunas aplicaciones (relevadores, cerraduras electrónicas, controles electrónicos para mantener o alterar la polaridad, etc). Desarrollo 5. Realización de la actividad experimental (vid. Infla). 6. Investigación, exposición de cátedra o lectura para entender los principios básicos del efecto Hall y sus aplicaciones –además de la estudiada– en otros fenómenos. Cierre 7. Establecer en qué consiste el efecto Hall 8. Explicar cómo se identifican los polos de un imán con base en dicho efecto. 9. Discutir otras posibilidades de este experimento con o sin modificaciones.

Objetivo: construir un detector de polaridad magnético empleando un sensor de efecto Hall. Aprendizajes que apoya: investigación sobre nuevas tecnologías y nuevos materiales.

Material y equipo

• Dos imanes de cualquier tipo (de barra, de herradura, de bocina, etc)

• una tableta de experimentación electrónica (protoboard) • un LED de 5 mm, visible, de cualquier color • un par de caimanes • una batería de 6 volts • dos resistores: uno de 1 kΩ y otro de 10 kΩ • un transistor 2N3094 o equivalente • un sensor de efecto Hall modelo OHN 3075u, 115ua-c o

equivalente • alambre para realizar las conexiones en la tableta

Procedimiento

1. El sensor de efecto Hall en un encapsulado modelo TO-92a

posee la siguiente disposición de terminales (figura 1):

APLICACIONES DE LOS NUEVOS MATERIALES: EL USO DE LOS SENSORES DE EFECTO HALL PARA DETECTAR LA POLARIDAD MAGNÉTICA.

2. Arma el circuito mostrado en la figura 2. Si tienes problemas para interpretar el diagrama, usa como guía la figura 3.

3. Une los dos imanes y acerca el polo norte a la cara plana –o donde se encuentran los datos impresos- del sensor Hall.

Desde el lado plano o impreso del sensor, y de izquierda a derecha, la terminal 1 corresponde a la alimentación positiva del voltaje, la segunda a la conexión de tierra y, finalmente, la tercera es la salida del sensor. El sensor de efecto Hall detecta la presencia de los campos magnéticos, de manera que nos permitirá construir un sensor de polaridad magnética.

OHN 3075U

1 = + 2 = TIERRA 3 = SALIDA

¿Qué sucede con el LED? ________________________________________________________ ¿A qué se debe el comportamiento anterior? ________________________________________________________ 4. Ahora acerca el polo sur del imán al sensor de efecto Hall. ¿Qué sucede con el LED?

________________________________________________________ ¿A qué se debe el comportamiento anterior? ________________________________________________________ Realiza una investigación sobre el efecto Hall y escribe un resumen en los siguientes renglones. ________________________________________________________ ________________________________________________________ ________________________________________________________ ________________________________________________________ 5. Apoyado en la investigación anterior, explica porqué al acercar el polo de un imán el LED se encendió y porqué, al acercar el polo contrario, el LED permaneció apagado.

________________________________________________________ ________________________________________________________ ________________________________________________________

Para investigar

1. ¿Cuándo fue descubierto el efecto Hall? Menciona las principales aplicaciones tecnológicas de este efecto. 2. ¿Qué otras aplicaciones se te ocurren para el detector de polaridad que construiste? 3. ¿Cuántos tipos de sensores Hall existen? ¿Qué tipo de sensor se requiere para construir un medidor de la intensidad del campo magnético?

CONCLUSIONES

El uso de nuevos materiales –como los sensores de efecto Hall– para ilustrar una aplicación tecnológica (detectar la polaridad de los campos magnéticos), puede resultar interesante y didáctico para el alumno desde muchos puntos de vista.

En primer lugar, es una muestra de la aplicación de la tecnología derivada de la física contemporánea. En este caso, no es indispensable profundizar sobre el efecto Hall y la función del transistor, pues el nivel de la propuesta es el de ilustración de un fenómeno. Ahora bien, si se desea profundizar en el efecto Hall, entonces esta propuesta solamente sirve como un disparador para dar soporte fenomenológico a una investigación más detallada de dicho efecto. En segundo lugar, la propuesta no sólo promueve conocimientos, sino también habilidades (construcción del circuito, interpretación del diagrama, comparación entre éste y el modelo pictórico, etc) y actitudes (verificación de la utilidad práctica de los nuevos materiales). Por último, es importante destacar que el nivel de profundidad lo determina el docente, ya que la propuesta descrita líneas arriba puede servir desde simple ilustración de un fenómeno hasta plantear un problema cognitivo para investigar el efecto Hall con mayor detalle.