CASSY Lab
Isteresi di un materiale ferromagnetico
Alternativamente (senza Power-CASSY):
Carica esempio (con Power-CASSY)
Carica esempio (senza Power-CASSY)
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CASSY Lab
Descrizione dell'esperimento
Nel nucleo di un trasformatore (materiale ferromagnetico), il campo magnetico
H = N1/L ⋅ I
è proporzionale al numero di spire per unità di lunghezza N1/L dell'avvolgimento primario ed alla corrente I che vi circola. Invece, la densità di flusso magnetico o l'induzione magnetica generata
B = µr ⋅ µ0 ⋅ H (con µ0 = 4π⋅10^-7 Vs/Am)
non è proporzionale ad H. Infatti, anche se il campo magnetico H continua ad aumentare, l'induzione si
stabilizza sul valore di saturazione Bs. La permeabilità relativa µr di un materiale ferromagnetico varia
con l'intensità H del campo magnetico e dipende dal trattamento cui è stato sottoposto precedentemente. Se il materiale ferromagnetico è completamente smagnetizzato, con H = 0 A/m si ha anche B =
0. Normalmente, in tutti i materiali ferromagnetici è presente un magnetismo residuo caratterizzato da
una densità di flusso magnetico B diverso da zero anche se H = 0 A/m.
Per questo motivo, di solito si determina la curva d'isteresi la quale fornisce l'andamento dell'induzione
magnetica B in funzione dei valori crescenti e decrescenti dell'intensità H del campo. La curva d'isteresi
differisce dalla curva di magnetizzazione; infatti, quest'ultima parte dall'origine degli assi cartesiani e si
può determinare solo se, inizialmente, il materiale è completamente smagnetizzato (H = 0 A/m, B = 0 T).
In questo esempio non si misura direttamente il campo magnetico e l'induzione magnetica, ma due
grandezze proporzionali ad H e B, cioè la corrente al primario I = (L/N1)⋅H ed il flusso magnetico Φ =
N2⋅A⋅B che si concatena con l'avvolgimento secondario (N2: numero di spire dell'avvolgimento secondario, A sezione del nucleo). Il flusso magnetico Φ si determina calcolando l'integrale della tensione
U indotta nel secondario.
Elenco delle apparecchiature
1
1
1
1
1
2
4
1
Power-CASSY
524 011
Sensor-CASSY
524 010
CASSY Lab
524 200
Nucleo U con giogo
562 11
Dispositivo di blocco
562 12
Bobine di 500 spire
562 14
Cavi di collegamento, 100 cm, neri 500 444
PC con Windows 95/98/NT
o versioni successive
Alternativamente (senza Power-CASSY)
1
1
1
1
2
1
1
1
1
7
1
Sensor-CASSY
524 010
CASSY Lab
524 200
Nucleo U con giogo
562 11
Dispositivo di blocco
562 12
Bobine di 500 spire
562 14
Generatore di funzione S12
522 621
Resistenza STE, 1 Ω, 2 W
577 19
Segmento di pannello a spina
576 71
Cavo di collegamento, 50 cm, nero 500 424
Cavi di collegamento, 100 cm, neri 500 444
PC con Windows 95/98/NT
o versioni successive
Realizzazione dell'esperimento (vedere figura)
Power-CASSY fornisce la corrente che circola nel primario del trasformatore. Il flusso magnetico Φ si
determina mediante la tensione U indotta nel secondario che si misura attraverso l'ingresso B di Sensor-CASSY.
Alternativamente, è possibile eseguire l'esperimento con il generatore di funzione S12 e senza utilizzare
Power-CASSY. Il generatore fornisce un segnale a dente di sega di frequenza 0.1 Hz ed ampiezza 2 V.
Per registrare la curva di magnetizzazione si utilizza come trigger la corrente I = 0. Questa condizione si
ottiene con un relè il quale, prima di cominciare la registrazione della curva, shunta la corrente dal
trasformatore e la fa circolare attraverso la resistenza di 1 Ω.
CASSY Lab
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Esecuzione dell'esperimento
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•
Carica settaggi (con Power-CASSY)
Carica settaggi (senza Power-CASSY)
Se necessario, correggere l'offset aprendo Settaggi UB, selezionare Corretto, assegnare come
primo valore 0V e cliccare su Offset Corretto.
Smagnetizzare il nucleo del trasformatore, per esempio battendo ripetutamente sugli estremi del
giogo e del nucleo ad U.
Avviare la misura con F9.
Terminare la misura con F9 dopo aver descritto completamente un ciclo d'isteresi oppure in corrispondenza di Φ = 0 Vs (in questo caso, il nucleo deve essere completamente smagnetizzato).
Se il ciclo d'isteresi giace tutto nel secondo e quarto quadrante, invertire i collegamenti di una delle
due bobine.
Se nel corso della misura si supera la portata dello strumento che misura UB (display lampeggiante),
aumentare il range della misura mediante Settaggi UB.
Valutazione dei risultati
Poiché l'area racchiusa dal ciclo d'isteresi B(H)
è proporzionale alle perdite di energia per unità di volume dovute alla magnetizzazione e smagnetizzazione del materiale, l'area compresa all'interno del diagramma Φ(I)
fornisce esattamente le perdite di energia E per isteresi nel caso in cui N1 = N2.
Dal diagramma del ciclo d'isteresi, mediante "integrazione picco", si può calcolare l'energia dissipata nel
nucleo ferromagnetico.
