Quart d’ESO
Institut de Vidreres
Vidreres

Objectius

• Explicar la teoria del magnetisme
• Relacionar materials magnètics a gran escala i nano-materials magnètics.
• Descripció de comportament de ferrofluids sota un camp magnètic.

Concepte científic
Un ferrofluid és un líquid que es polaritza en presència d’un camp magnètic. Els ferrofluids es componen de partícules ferromagnètiques suspeses en un fluid portador, que majoritàriament és un component orgànic o aigua. Els ferrofluids no mostren ferromagnetisme.
Un autèntic fluid magnètic és difícil de crear en l’actualitat, requerint elevades temperatures i levitació electromagnètica.

Materials

• Diversos recipients
• Tòner negre
• Oli
• Imant de neodimi (1 o més)
• Superfície llisa antiadherent

Com es fa?
Barregem el tòner amb l’oli fins que assoleixi un comportament líquid.
Fiquem la barreja a les diferent opcions i experimentem.

Què observem?
El tòner d’impressora és una pols formada per partícules realment petites de diferents materials. Entre ells, alguns que responen a l’acció d’un camp magnètic. Ho barregem amb oli perquè d’aquesta manera les partícules del tòner no s’aglomerin, ja que sinó no es comportaria com a un fluid.
Quan acostem l’imant, les partícules s’orienten segons la direcció del camp magnètic.

Primer de batxillerat científic
Institut de Sant Feliu de Guíxols
Sant Feliu de Guíxols

Un electró li diu a l’altre: per aquí no hi passo!
L’aigua és conductora o no? De fet, l’aigua pura té una conductivitat molt baixa. Aquesta conductivitat, però,  augmenta quan a l’aigua hi ha dissoltes altres substàncies. És per aquesta raó que les empreses que venen purificadors d’aigua utilitzen conductímetres per fer-nos  veure que l’aigua de l’aixeta no és gaire “bona”.
En aquest experiment veurem que l’aigua, efectivament, pràcticament no condueix l’electricitat. Per fer-ho muntarem un circuit amb una pila de 4,5 V que passa per dins d’un recipient amb aigua i que té muntat un amperímetre.
Veurem que l’amperímetre marca una intensitat pràcticament nul•la.
Ara comprovarem que la sal de cuina sòlida tampoc és conductora. Introduirem els dos trossos de metall dins de la sal i veurem que l’amperímetre no dóna senyal en absolut.
Què passa si dissolem una mica de sal en aigua i provem la conductivitat de la solució? Observem que en aquest cas la conductivitat és molt més elevada. Això és degut a que la sal quan es dissol fa ions (àtoms carregats) en solució que poden transportar el corrent a través del líquid.
Podríem pensar que, igual que la sal, una dissolució de sucre també serà conductora. Ens trobarem, però, que això no és veritat. A diferència de la sal, el sucre és un compost molecular que no forma ions en solució, i que per tant té força més dificultat per conduir el corrent.

L’imant volador
La darrera tecnologia aplicada als trens té com a base la levitació magnètica. Mitjançant repulsió o atracció entre imants s’aconsegueix que els trens surin literalment sobre la via. Aquests trens anomenats Maglev tenen l’avantatge que no estan sotmesos al fregament de les rodes amb la via i poden agafar velocitats extraordinàries.
En aquest experiment visualitzarem aquest efecte fent levitar un imant. Per tal de fer-ho agafarem dos imants de neodimi petits (són molt potents) i els enganxarem a dues boles de porexpan. Una de les boles la penjarem d’un suport amb un fil i l’altra la posarem enfrontada a la primera i enganxada al terra també amb un fil. Haurem de prendre la precaució que les dues cares que s’enfrontin siguin Nord – Sud o a l’inrevés per tal que hi hagi atracció. Quan la distància sigui l’adequada la bola enganxada al terra surarà com un globus.

Quart d’ESO
Institut de Sant Feliu de Guíxols
Sant Feliu de Guíxols

L’ou com sura
Segurament heu sentit a dir que per reconèixer si un ou és fresc només cal submergir-lo en un recipient amb aigua. Si es queda al fons vol dir que l’ou és fresc, en canvi, si sura voldrà dir que aquest ou té uns quants dies. Això passa perquè la densitat de l’ou és molt propera a 1 g/cm³, però una mica més gran que això quan l’ou és fresc. A mesura que va passant el temps hi ha reaccions químiques a l’interior de l’ou que desprenen gasos que travessen la clova. Com que la massa de l’ou disminueix, però el volum no (la clova és la mateixa), la seva densitat baixa per sota de 1 g/cm3. Precisament la densitat de l’aigua és d’ 1 g/cm³ i sabem pel principi d’Arquímedes que qualsevol cos que es submergeixi en aquest fluid surarà si la seva densitat és més baixa, i se n’anirà al fons si aquesta és més alta.
En aquest experiment intentarem trobar la densitat d’un ou cru tot submergint-lo en aigua amb diferents concentracions de sal. Ja sabem que la densitat de l’aigua amb sal és una mica més alta que la densitat de l’aigua pura. La densitat de l’ou fresc és més alta (només una mica) que la de l’aigua pura. Per això hi haurà una concentració de sal que donarà a l’aigua una densitat igual que la de l’ou. Quan això passi, l’ou ni surarà ni se n’anirà al fons, es trobarà en el que s’anomena un equilibri indiferent.
Per fer això disposarem de diversos recipients amb aigua amb diferents concentracions de sal amb un ou submergit en cadascun dels recipients. Veurem que en els recipients on hi ha menys sal (o no n’hi ha gens) l’ou es troba al fons. En canvi, en els que hi ha més concentració, l’ou sura. Es tracta d’agafar un dels recipients i anar afegint sal a poc a poc i dissolent-la fins a trobar que l’ou queda sobrenedant en el líquid.

L’espelma xucladora
Potser heu sentit algun cop que l’home del temps ens parla d’un fenomen anomenat les minves de gener. Aquest fenomen consisteix en que pel gener hi ha força probabilitats d’estar sota la influència de forts anticiclons que són font d’altes pressions atmosfèriques. Aquestes altes pressions fan que el nivell del mar baixi apreciablement en les zones costaneres. El fenomen contrari també es dóna, i malauradament és font de pujades del nivell del mar (acompanyades de mal temps i onatge fort) que poden provocar inundacions en zones de costa.
En aquesta experiència simularem un cas de pujada del nivell de l’aigua per baixes pressions. Per fer-ho necessitarem una espelma, un plat fondo, un vas (on hi càpiga l’espelma dreta) i tres monedes. Disposarem les monedes sobre el plat en forma simètrica per tal que el got s’hi recolzi, posarem l’espelma dreta dins del cercle de monedes i l’encendrem. Posarem aigua de forma que cobreixi bé les monedes i després posarem el got del revés sobre les monedes de forma que no pugui entrar aire dins del got. Al cap d’una estona veurem com el nivell de l’aigua de dins del got puja de forma apreciable.
El fenomen observat té l’origen en la combustió de l’espelma que ha anat eliminant l’oxigen de dins del got. Aquest fet ha reduït la pressió de dins el got i, per tant, el nivell de l’aigua ha pujat.

Un núvol artificial
Quan mirem al cel i veiem els núvols, segurament estem temptats de pensar que el que estem observant és vapor d’aigua. Això és fals, per la senzilla raó que l’aigua en estat de vapor no es pot veure. Quan mirem un núvol, el que en realitat veiem són gotetes molt i molt petites (microscòpiques) d’aigua líquida. És a dir, en algun moment, aquesta aigua que veiem s’ha format de la condensació d’aigua en estat de gas. Aquesta condensació és provocada per dos factors: la pressió i la temperatura. Si ens trobem a una pressió prou alta i a una temperatura prou baixa, tindrem via lliure per a la condensació de l’aigua en forma de vapor. De totes maneres, encara ens falta un altra condició: calen petits nuclis sòlids per tal que l’aigua es pugui condensar.
En aquest experiment farem aparèixer un núvol dins d’una ampolla de plàstic. Per fer-ho necessitarem l’ampolla de plàstic, un tap de suro que encaixi bé amb el forat de l’ampolla, una manxa de bicicleta, un adaptador d’agulla per inflar pilotes i un tros de paper per a cremar.
Agafarem l’adaptador d’inflar pilotes i farem un forat al tap de suro amb l’agulla de forma que l’obertura de l’agulla surti per la part de sota (si no sortís haurien d’escurçar el tap). Cremarem el paper i l’apagarem de forma que el fum entri dins de l’ampolla. Posarem una mica d’aigua dins de l’ampolla de forma que es mullin les parets i llençarem la que sobra. Un cop fet això posarem el tap a l’ampolla amb l’agulla, i enganxarem la manxa i començarem a “inflar” l’ampolla. Al cap de 5 o 6 manxades traurem el tap i veurem aparèixer dins de l’ampolla una boirina blanca. Haurem fet un núvol artificial.
L’explicació és ben senzilla. Part de l’aigua que mulla les parets de l’ampolla s’evapora i es troba dins de l’ampolla en forma de vapor. Quan manxem dins de l’ampolla estem augmentant la pressió, però també la temperatura. Quan deixem anar el tap baixem de cop la pressió de l’interior, però la temperatura també cau. Aquesta baixada de temperatura és la que provoca la condensació de les gotetes d’aigua que formen el núvol. Compte!  El núvol el provoca la baixada de temperatura, però també la presència de les petites partícules de carbó provinents del fum. Si provem de fer el mateix experiment sense haver-hi posat prèviament el fum veurem que no dóna el mateix resultat.

L’ampolla del Far West
Segurament deveu haver vist moltes pel•lícules de l’oest on hi ha molts trets. Com que de vegades aquestes situacions passen dins de cantines (el Saloon) on hi ha botes de vi o de whisky, aquestes botes poden quedar exposades als trets dels pistolers. Quan una bala fa un forat a la bóta, immediatament surt un raig del líquid que hi ha en el seu interior. Hi ha vegades que en surt un raig més llarg i a vegades més curt. De què depèn? Lògicament de la quantitat de líquid del seu interior.
Per veure aquest efecte agafarem una ampolla de plàstic buida i hi farem uns quants forats del mateix diàmetre a diferents alçades. Quan omplim l’ampolla i deixem que l’aigua es buidi per aquests forats, observarem que els perfils del raigs no són iguals. Les paràboles que dibuixen tenen un component horitzontal més gran quan més avall es troben.
La pressió dins d’un fluid és més alta quan més fluid tenim a sobre. La velocitat horitzontal de sortida de l’aigua augmenta amb la pressió del fluid (que es dóna en totes direccions). Com més avall, més velocitat de sortida.

Una altra petita curiositat
En el cas que el recipient estigui hermèticament tancat, el líquid deixa de sortir pels forats. Això es pot veure obrint i tancant el tap de l’ampolla.
Quan el tap està tancat i el nivell de l’aigua disminueix també disminueix la pressió de l’aire dins de l’ampolla. La pressió de l’aire exterior és prou gran per evitar la sortida de l’aigua.

No ens equivoquem d’ou
Suposem que ens trobem a la cuina d’haver cuit un ou i d’haver-lo posat amb d’altres de crus. És possible que ens envaeixi el dubte de quin és l’ou cuit.
Cap problema, només ens caldrà fer-los girar sobre la taula. Veurem que l’ou dur gira de forma regular i molt ràpid, mentre que els ous crus giren amb més dificultat.
Aquest curiós efecte és degut a que l’ou cru conté líquid que es mou quan l’ou gira. Aquest moviment del líquid en l’interior de l’ou fa que el seu moviment de rotació quedi alterat.

Primer de batxillerat
Institut Font del Ferro
Palafolls

Veurem com funciona i es transmet la llum laser en diferents superfícies i veurem experiments màgics amb la refracció i la reflexió de la llum sobre diferents medis.

Demostrarem com es comporta la llum.

Jugarem amb miralls, amb un caleidoscopi i cambra fosca construïda per nosaltres mateixos.

Primer de batxillerat
Institut Font del Ferro
Palafolls

Amb materials molts senzills: cel·lo, llaunes de refresc, paper d’alumini, globus… podem demostrar les forces electrostàtiques a distància. Podem veure com s’atrauen les càrregues oposades i com es repel·leixen les càrregues del mateix signe.

També podem veure com passar la càrrega entre diferents materials per contacte i com creen els dipols apropant cossos carregats.

Farem curses de llaunes, petons de pèndols, electroscopis casolans…