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Induzione Elettromagnetica A cura di: Dr. G. Bozzo Unità di ricerca in Didattica della Fisica (UNICAL)
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Induzione Elettromagnetica
A cura di: Dr. G. BozzoUnità di ricerca in Didattica della Fisica (UNICAL)
Indice Generale
Obiettivi generali
Materiale necessario
Descrizione della procedura
Principio di funzionamento della misura
Elaborazione dati e discussione dei risultati
Considerazioni conclusive
Esplorazione sperimentale di processi di induzione elettromagnetica (legge di Faraday-Neumann-Lenz.)
Obiettivi Generali
In particolare si riconosce che è necessario compiere un lavoro per inserire un magnete all’interno di un solenoide chiuso su un circuito
Carrello e guida a basso attrito
Materiale necessario
Pesetti
Bobina
Filo inestensibile
Asta di sostegno
PC, interfaccia e SW per acquisizione dati on-line
Scheda di acquisizione
e ovviamente ….
1 magnete
Resistenza elettrica
N1
Diapositiva 4
N1 Carrello e guida a basso attritoCarricola n...pesi di massa.....filo di sospensione inestensibilemagnetebobina (n spire)Resistenza?????Sensore di tensione Sensore di posizione (???)PC, interfaccia e SW per acquisizione dati on-lineNemo; 13/01/2009
Si dispone su un tavolo la guida in posizione orizzontale. Sulla guida viene posizionato il carrello, a cui si aggancia, tramite il filo di spago, il magnete.
Descrizione della procedura
Il magnete viene disposto al di fuori delle guida, tramite una carrucola di plastica, su cui può scorrere liberamente il filo. In questo modo il magnete può compiere un moto di caduta dall’alto verso il basso, trascinando di conseguenza il carrello sulla guida.
Tramite l’asta di sostegno, si sospende la bobina ad una certa altezza, in una posizione tale da poter essere attraversata dal magnete durante il suo moto di caduta
Descrizione della procedura
In serie alla bobina è stata collegata una resistenza elettrica, ai cui capi viene misurata la tensione, tramite il sensore di tensione e la scheda di acquisizione dati. Si misura così la tensione indotta nella bobina.
Si visualizza in questo modo l’andamento della tensione in funzione del tempo.
La tensione indotta dipende dalla variazione del flusso del campo magnetico attraverso la superficie della bobina.
In particolar modo ….
Principio di funzionamento della misura
Principio di funzionamento della misura
….. durante la fase di avvicinamento del magnete, si ha un aumento del flusso di B.La corrente circolerà in modo tale da produrre un campo magnetico che tenderà a contrastare tale aumento di flusso. Il campo indotto avrà quindi verso opposto al campo inducente. Si produrrà quindi una repulsione tra magnete e bobina.
Si ottiene il picco del segnale misurato (corrispondente alla massima variazione di flusso) approssimativamente quando il polo giunge sulla superficie della spira; ciò è giustificato dall’andamento del campo magnetico generato da un magnete, la cui intensità è massima a ridosso dei due poli
Per inserire quindi il magnete nella bobina è necessario compiere un lavoro (fornito dalla caduta del magnete, quindi dalla forza peso).
Fino a quando anche il secondo polo non attraversa la stessa superficie, la variazione del flusso del campo magnetico attraverso la bobina ècirca pari a zero. Di conseguenza in questo intervallo temporale la tensione indotta tende rapidamente a zero.
Successivamente, quando anche l’altro polo attraversa la superficie della spira, il flusso del campo magnetico diminuisce; la tensione risulterà quindi invertita (come segno) rispetto alla fase precedentemente descritta.
Principio di funzionamento della misura
APPLET 1
APPLET 2
APPLET 3
Principio di funzionamento della misura
Ci si aspetta una differenza fra i moduli del flusso e quindi nella forma dei due picchi, positivo e negativo, dovuta alla differente velocità con cui il magnete entra ed esce dalla bobina.
Il magnete è soggetto ad un moto uniformemente accelerato, e quindi la sua velocità in entrata è minore della velocità in uscita. Ciò spiega perché il modulo del primo picco, (corrispondente all’entrata del magnete nella bobina) presenta un’intensità minore rispetto al secondo (corrispondente all’uscita del magnete).
Tutto ciò dovrà essere confermato dall’andamento dei segnali in uscita all’aumentare dei pesi posti sul carrello: ci si aspetta una diminuzione dell’ampiezza dei segnali ed una netta diminuzione della differenza fra l’ampiezza del primo e del secondo picco (differenza tendente quasi a zero).
Principio di funzionamento della misura
Elaborazione dati e discussione dei risultati
La figura rappresenta un esempio di grafico ricavato in cui compare Tensione (V) ai capi di R in funzione del tempo (sec)
Elaborazione dati e discussione dei risultati
Analisi delle aree (quindi del
flusso)-0,122Vs
Elaborazione dati e discussione dei risultati
Analisi delle aree (quindi del
flusso)0,118Vs
Elaborazione dati e discussione dei risultati
Analisi delle aree (quindi del
flusso)
0,118Vs
-0,122Vs
L’area totale sottesa sarà:
ΔΦ(B)=0,004Vs
Elaborazione dati e discussione dei risultati
La variazione del flusso
resta costante
Elaborazione dati e discussione dei risultati
La variazione del flusso resta costante
Elaborazione dati e discussione dei risultati
La variazione del flusso resta
costante
Differenza fra i moduli dei picchi
Senzapesetti
(0,044V)
Differenza relativa
percentuale fra i moduli dei picchi
(2,7 %)
Variazione totale del flusso
Con 380g
Differenza fra i moduli dei picchi
(2,2%)
(0,029V)
Differenza relativa
percentuale fra i moduli dei picchi
Variazione totale del flusso
Con 600g
Differenza fra i moduli dei picchi
(2,5%)
(0,029V)
Differenza relativa
percentuale fra i moduli dei picchi
Variazione totale del flusso
Con 1600g
Differenza fra i moduli dei picchi
(1,2%)
(0,010V)
Differenza relativa
percentuale fra i moduli dei picchi
Variazione totale del flusso
Analisi della fem indotta in funzione della velocità
Considerazioni conclusive
La variazione del flusso del campo magnetico induce una f.e.m. nella bobina e quindi una corrente. Il verso di percorrenza della corrente indotta è tale da opporsi alla variazione del flusso.
L’espressione della legge di Faraday-Neumann-Lenz
Fornisce quindi la tensione misurata ai capi della bobina.
