Alcune esperienze di laboratoriosull’elettromagnetismo

- Scarica del condensatore- Oscilloscopio didattico- Sistema molla-magnete- Campo B in un solenoide- Catino elettrolitico

P. BernardiniL. GirlandaA. Venturaa.a. 2012-13

1. Scarica del condensatore

Fenomeni fisici : induzione elettrostaticaconservazione della carica elettricaimmagazzinamento dell’energia elettrostaticatrasformazione dell’energia

Il condensatore è un dispositivo composto da duelastre metalliche separate da un isolante (dielettrico).

L’accumulo di cariche positive su una facciadel condensatore comporta l’allontanamentodelle cariche positive dall’altra faccia e quindil’accumulo delle cariche negative

All’accumulo delle cariche di segno diversosulle due piastre è connessa una differenzadi potenziale elettrico

+ ++

+

+

- - -

2

+

_

+

_

+

_

cond

ensa

tore

Fase di caricaLe cariche elettriche si accumu-lano sulle facce del condensato-re fino a che la tensione ai capidel condensatore non eguagliaquella dell’alimentatore

Fase di scaricaL’energia elettrostatica accumula-ta nel condensatore si trasformain energia termica (calore sullaresistenza). L’accumulo di carichesulle facce del condensatore siriduce fino ad annullarsi e con essola differenza di potenziale.

resi

sten

za

alim

enta

tore

corrente

corrente

3

Scarica del condensatore

Materiale a disposizione

1. Alimentatore2. Misuratore di tensione (V)3. Circuito (condensatore, resistenza, cavi e interruttore)4. Cronometro

Procedura

1. Si chiuda l’interruttore in modo da caricare il condensatore(il misuratore di tensione raggiunge un valore massimo)

1. Si sposti l’interruttore in modo da far scaricare il condensatore2. Si misurino i tempi (t) in corrispondenza dei diversi valori di tensione (V)3. Si proceda all’analisi dei dati (V, t) utilizzando una funzione esponenziale

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2. Oscilloscopio didattico

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Oscilloscopio didattico

17 – Piastre di deflessione18 – Anodo19 – Catodo emettitore22 – Schermo fluorescente

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Fenomeni fisici : emissione ed accelerazione di elettronideflessione di un fascio di elettroni in campi elettrici e magnetici

Elementi dell’oscilloscopio :ampolla di vetro sottovuoto (tubo catodico)catodo incandescenteanodo (disco forato)piastre di deflessioneanello con bobine di deflessioneschermo fluorescente

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Gli elettroni emessi dal catodo vengono accelerativerso l’anodo dal campo elettrico

Il fascio di elettroni non si arresta sull’anodoperchè questo è forato

Se un campo elettrico viene applicato alle piastredeflettrici, il fascio viene deviato e incide fuoriasse sullo schermo fluorescente

+

Catodo Anodo Piastre deflettrici

Schermo

__

+

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Forza di Lorentz

Deflessione magnetica

Le bobine fissate all’anello intorno al tubo generano altrettanti campi magnetici.

Anche il campo magnetico (B) fa deviare il fascio di elettroni

qv

F

Esempio: forza F a cui è sottoposto un elettronedi carica q che si muove con velocità v,in presenza di un campo magneticouscente dal piano del foglio

Esperienza in laboratorio

Mettere in funzione l’oscilloscopio e verificarne i principi di funzionamento

Verificare che i campi magnetici generati dalle bobine spostano il fasciocoerentemente con quanto previsto dall’espressione della forza di Lorentz

Descrivere in dettaglio l’apparecchiatura nella relazione finale

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PLSfisica

3. Sistema molla-magnete

Fenomeni fisici :induzione magneticatrasformazioni energetiche

Dispositivi a disposizione :magnete collegato ad una mollabobina conduttriceoscilloscopio o computer

Un magnete permanente è collegato aduna molla. Messo in oscillazione penetrain una bobina.

La variabilità del campo magnetico associato induceuna tensione ai capi della bobina. Un oscilloscopiopermette di misurare tale tensione.

Le oscillazioni si attenuano nel tempo per effetto degliattriti e perché parte dell’energia meccanica vieneutilizzata per produrre energia elettrica

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Sistema molla-magnete

1. Si metta in oscillazione il magnete, facendo attenzione che non urti la bobina

2. Per mezzo dell’oscilloscopio o del computer si verifichi che le oscillazioni sono isocrone (periodo costante)

3. Verificare sperimentalmente che l’ampiezza (A) di oscillazione si riduce nel tempo

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4. Campo magnetico in un solenoide

Fenomeni fisici :-induzione magnetica-effetto Hall

Dispositivi a disposizione :-solenoide estensibile -alimentatore di corrente continua-teslametro a sonda Hall

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Campo magnetico in un solenoide

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Procedura:

-verificare con la sonda Hall assiale e tangenziale la direzione di B-verificare la linearità del campo B con la corrente I-misurare l'intensità di B al variare della densità di avvolgimenti ed estrarre da un fit una misura della permeabilità

5. Catino elettrolitico

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Fenomeni:

-conduzione elettrica -schermatura di Faraday del campo elettrico

Dispositivi-vasca per contenere l'acqua-alimentatore di tensione-voltmetro-elettrodi di varia forma-anello di metallo -fogli di carta millimetrata

Catino elettrolitico

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Procedura

-usando elettrodi di forma diversa, ricostruire le corrispondenti linee equipotenziali del campo elettrico

-verificare che il potenziale è costante all'interno dell'anello metallico

- caratterizzare le linee equipotenziali nel caso di elettrodi piani e di elettrodi circolari

- sviluppare un modello teorico dell'andamento del campo elettrico e confrontarlo con i risultati sperimentali