L` elettrocalamita e il motore elettrico
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05_P130-152_schede(32-39) 17-05-2011 16:38 Pagina 136 Scheda L' elettrocalamita e il motore elettrico PREREQUISITI Per affrontare la prova devi sapere: 쮿 Quali sono le caratteristiche dei magneti 쮿 Definizione e unità di misura del campo magnetico 쮿 Che cos’è una sostanza ferromagnetica 쮿 Che cosa sono la d.d.p. e l’intensità di corrente elettrica 쮿 Quali sono gli elementi costitutivi del motore elettrico 1 Titolo Vedremo due applicazioni legate ai fenomeni magnetici, per cui il titolo è in sostanza un brevissimo elenco: L’elettrocalamita e il motore elettrico. 2 Obiettivi Gli obiettivi di questa prova sono quello di costruire una elettrocalamita e osservare come funziona. Quindi, potendo usufruire di un dispositivo assemblato o modificato in laboratorio, valutare i principi che sono alla base del motore elettrico. 3a Schema e/o disegno Per quanto riguarda la prima parte, puoi schematizzare l’elettrocalamita così come riportato in figura 1. 3b Materiale e strumenti Figura 1 La prima parte della prova potresti effettuarla anche da solo, infatti ti serve: • • • • filo elettrico, cilindro di ferro (o bullone di una decina di cm di lunghezza), vari oggetti metallici; bussola o ago magnetico; pila da 9 V; motore elettrico e generatore. 4 Contenuti teorici Per non correre il rischio di essere troppo dispersivo, puoi accennare al solenoide e alle proprietà dei materiali ferromagnetici. In merito al funzionamento del motore elettrico è sufficiente che spieghi in quale maniera una spira si mette in rotazione all’interno di un campo magnetico. 5-6-7 Descrizione della prova, raccolta dei dati, elaborazione La prova è di tipo qualitativo, nel senso che non otteniamo dei dati da elaborare matematicamente. Tuttavia, dovrai completare alcune frasi e rispondere a qualche domanda in modo da sintetizzare quanto da te osservato. 05_P130-152_schede(32-39) 17-05-2011 16:38 Pagina 137 Parte I: l’elettrocalamita Sfruttiamo le caratteristiche del campo magnetico del solenoide e delle sostanze ferromagnetiche per sperimentarne una semplice applicazione. a) Prendi un bullone abbastanza lungo e verifica che non sia magnetizzato avvicinandolo a degli oggetti metallici, come per esempio dei fermagli: questi ultimi non vengono attirati. b) Sul bullone avvolgi un filo di rame ricoperto con materiale isolante e fissalo in prossimità sia della punta sia della testa con del nastro isolante (fig. 2). c) Collega le due estremità del filo elettrico al polo positivo e a quello negativo di una pila da 9 volt. d) Avvicina adesso il bullone, tenendolo per l’avvolgimento isolato, ai fermagli e sollevali. e) Mentre i fermagli sono attaccati al bullone, stacca il filo da uno qualunque dei due poli. Che cosa accade? f ) Disponi il bullone, con il filo non collegato alla pila, su un piano orizzontale vicino a una piccola bussola, possibilmente in modo tale che l’ago magnetico della bussola e il bullone siano all’incirca perpendicolari (fig. 3). g) Collega il filo alla pila. Che cosa fa l’ago? h) Dopo aver staccato il collegamento dalla pila, estrai il bullone dall’avvolgimento fatto con il filo conduttore, facendo sì che quest’ultimo mantenga la sua forma elicoidale (solenoide). i) Ripeti l’azione precedente con la bussola, mettendo il solenoide perpendicolare all’ago magnetico e collegando nuovamente il filo alla pila. Succede qualcosa? Che cosa cambia rispetto a prima? Figura 2 Completa le frasi • Quando nel filo che avvolge il bullone passa la corrente elettrica, il bullone (attira/non attira/respinge) ......................................................... i fermagli metallici a causa del ...................................................................................................................... • Quando non passa corrente elettrica, il bullone non è più ................................... .................................................................................................................................................................. • Il fatto che il bullone si comporti come un ................................................................ è dimostrato dal fatto che l’ago della bussola .......................................................... • Il bullone è quindi classificabile come materiale (ferromagnetico/paramagnetico/diamagnetico) ...................................................................................................... • Se all’interno del solenoide non c’è la parte metallica del bullone, l’ago della bussola (si muove/non si muove) ........................................., da cui si deduce che (c’è/non c’è) ................................... un ..........................................................................… Figura 3 Parte II: il motore elettrico Per questa esperienza devi disporre di un’apparecchiatura, di non complessa realizzazione, analoga a quella riportata nella figura 4. a) Collega i morsetti posti sulla base del dispositivo a un generatore tramite due cavetti, accertandoti prima che quest’ultimo sia spento. b) Accendi il generatore e ruota in senso orario la manopola, in modo tale da aumentare gradualmente la tensione messa a disposizione e, quindi, la corrente che circola nelle spire del rotore. c) Non appena il rotore e la ruota a esso accoppiata si mettono a girare, non aumentare più la tensione e osserva per qualche secondo ciò che accade. 05_P130-152_schede(32-39) 17-05-2011 16:38 Pagina 138 magnete rotore Figura 4 d) Riporta a zero la manopola del generatore e spegnilo. e) Stacca adesso la calamita dai due supporti di materiale ferromagnetico posti attorno al rotore. In questa maniera, tra gli avvolgimenti del rotore non c’è più il campo magnetico della calamita. f) Fai nuovamente passare corrente nel circuito. Si muove il rotore? g) Azzera la tensione e riposiziona la calamita sui supporti ferromagnetici, però invertendo le polarità, scambiando cioè il polo nord con il sud. h) Fai passare corrente. Qual è adesso il senso di rotazione del motorino? i) Spegni il generatore. Inverti la polarità elettrica, collegando i morsetti della base del dispositivo al generatore in modo contrario rispetto al caso precedente. l) Che cosa succede ora al motore elettrico per quanto riguarda il senso di rotazione? m) Spegni il generatore e analizza con particolare attenzione il contatto che porta corrente al rotore e gli avvolgimenti di quest’ultimo. Completa le frasi e rispondi alle domande • Il motore elettrico trasforma energia ............................................................... in energia ............................................................... • Quando è assente il campo ................................................................... generato dalla calamita, il rotore (si muove/non si muove) ...................................... in quanto .................................................................................................................... • Questa trasformazione energetica avviene grazie all’interazione tra ............................................................................ .................................................................................................................................................................................................................................... • Quando si inverte la polarità della calamita utilizzata nel motore elettrico, il rotore (si ferma/gira nello stesso senso/gira in senso opposto) .................................................................................................................................................... • Quando si inverte la polarità del collegamento elettrico al generatore, il rotore (si ferma/gira nello stesso senso/gira in senso opposto) ............................................................................................................................................................ • Qual è la particolarità dei contatti che consentono il passaggio della corrente elettrica agli avvolgimenti del rotore? Perché non si utilizza una singola spira? .............................................................................................. .................................................................................................................................................................................................................................... 8 Analisi dei risultati e conclusioni Mettendo insieme le due parti della prova (il campo magnetico prodotto da un solenoide attraversato da corrente elettrica con l’interazione tra la corrente elettrica e un campo magnetico esterno) puoi concludere sottolineando le caratteristiche generali del motore elettrico.
