Induzione Magnetica

Induzione Magnetica
Indice Generale
Obiettivi generali
Materiale necessario
Descrizione della procedura
Principio di funzionamento della misura
Elaborazione dati e discussione dei risultati
Considerazioni conclusive
Obiettivi Generali
Esplorazione sperimentale di processi di induzione
elettromagnetica (legge di Faraday-Neumann-Lenz.)
In particolare si riconosce che è necessario compiere un lavoro
per inserire un magnete all’interno di un solenoide chiuso su un
circuito
Materiale necessario
Carrello e guida a basso attrito
Pesetti
Bobina
Filo
inestensibile
e ovviamente ….
1 magnete
Asta di sostegno
PC, interfaccia e SW
acquisizione dati on-line
Resistenza elettrica
Scheda di acquisizione
per
N1
Diapositiva 4
N1
Carrello e guida a basso attrito
Carricola
n...pesi di massa.....
filo di sospensione inestensibile
magnete
bobina (n spire)
Resistenza?????
Sensore di tensione
Sensore di posizione (???)
PC, interfaccia e SW per acquisizione dati on-line
Nemo; 13/01/2009
Descrizione della procedura
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.
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
l’andamento
della
funzione del tempo.
questo
modo
tensione
in
Principio di funzionamento della misura
La tensione indotta dipende dalla variazione del flusso
del campo magnetico attraverso la superficie della
bobina.
In particolar modo ….
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.
Per inserire quindi il magnete nella
bobina è necessario compiere un
lavoro (fornito dalla caduta del
magnete, quindi dalla forza peso).
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
Principio di funzionamento della misura
Fino a quando anche il secondo polo
non attraversa la stessa superficie, la
variazione del flusso del campo
magnetico attraverso la bobina è
circa 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).
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
-0,122Vs
Analisi
delle aree
(quindi del
flusso)
Elaborazione dati e discussione dei risultati
0,118Vs
Analisi
delle aree
(quindi del
flusso)
Elaborazione dati e discussione dei risultati
Analisi
delle aree
(quindi del
flusso)
-0,122Vs
0,118Vs
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
Variazione totale
del flusso
Differenza
fra i moduli
dei picchi
Senza
pesetti
(0,044V)
Differenza
relativa
percentuale
fra i moduli
dei picchi
(2,7 %)
Variazione totale
del flusso
Differenza
fra i moduli
dei picchi
Con 380g
(0,029V)
Differenza
relativa
percentuale
fra i moduli
dei picchi
(2,2%)
Variazione totale
del flusso
Con 600g
Differenza
fra i moduli
dei picchi
(0,029V)
Differenza
relativa
percentuale
fra i moduli
dei picchi
(2,5%)
Variazione totale
del flusso
Differenza
fra i moduli
dei picchi
Con 1600g
(0,010V)
Differenza
relativa
percentuale
fra i moduli
dei picchi
(1,2%)
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.