Piano Lauree Scientifiche – Università di Pavia
Studenti: ………………………………………………………………………………………………
Scuola e classe: ……………………………………………………………
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Interazione corrente magnete 1:
Introducete le bobine tra le espansioni del magnete secondo lo schema riportato in figura, ovvero
lasciando un lato al di fuori della zona a forte campo magnetico. Le bobine hanno il rispettivo
numero di spire, N spire , riportato su di esse.
L'amperometro misurerà la corrente che attraversa le bobine mentre il sensore di forza misurerà
la forza esercitata lungo la verticale. Poiché inizialmente la forza misurata corrisponde alla forza
di gravità tarate il sensore prima di dare avvio alle misure.
Prima di procedere alla misura disegnate le
forze dovute all'interazione tra corrente I e
campo magnetico rappresentandole sulla
figura sottostante
PREVISIONI
Quando accendiamo il generatore
facendo passare corrente nel circuito cosa
misurerà il sensore di forza
o una forza risultante
proporzionale al quadrato della
corrente
o una forza risultante
proporzionale alla corrente
o
nessuna forza perché la forza
risultante è diretta lungo la
direzione orizzontale
o
nessuna forza perché la forza
risultante è nulla
Nella figura a destra riporta il grafico
corrispondente alle tue previsioni
1
Verifica ora con Capstone se le tue previsioni erano corrette.
RISULTATI SPERIMENTALI
Che andamento avete ottenuto nel grafico
Forza -corrente (I-F)?
Parabolico
Lineare
Esponenziale
Costante
Confrontate il grafico con le vostre previsioni e
scrivete i vostri commenti
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Interpolate il grafico che avete ottenuto cliccando sul pulsante ‘interpola’ che troverete nella finestra del
grafico scegliendo la funzione più appropriata (vedi figura sottostante).
In questo modo troverete la costante sperimentale, m (m=............±.............), che corrisponde alla relazione
F=m I+b
F IL B | L | N spire
Possiamo misurare il campo magnetico tra i due magneti come
B
m
N spire
=........................±............ T
2
Interazione corrente magnete 2:
Disponete l’apparato sperimentale come nella figura successiva, ma tenendo il magnete ben inserito nel
solenoide.
Quando accendiamo il generatore facendo
passare corrente nel circuito cosa misurerà
a tuo parere il sensore di forza?
o
una forza risultante proporzionale
al quadrato della corrente
o
una forza risultante proporzionale
alla corrente
o nessuna forza
Nella figura a sinistra riporta il
grafico corrispondente alle tue
previsioni.
PREVISIONI
RISULTATI SPERIMENTALI
Verifica ora con Capstone se le tue previsioni erano
corrette.
Confrontate il grafico con le vostre previsioni e scrivete i vostri commenti
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3
Interazione tra corrente e barra ferromagnetica non magnetizzata permanentemente
Nella successiva dimostrazione vi verrà mostrato un esperimento molto simile al precedente, ma
condotto con una barra di materiale ferromagnetico non magnetizzato in modo permanente.
Che cosa misurerà in questo caso a tuo parere il sensore di forza?
o
una forza risultante proporzionale al quadrato della corrente
o
una forza risultante proporzionale alla corrente
o
una forza risultante proporzionale alla radice quadrata della corrente
o
una forza costante
o nessuna forza
Spiega la tua risposta
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Ora osserva la dimostrazione. Il risultato dell’esperimento è in accordo con le tue previsioni?
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Induzione magnetica, osservazione qualitativa
Prova ora, tenendo il solenoide collegato al sensore di tensione, ad inserire manualmente il magnete al suo
interno. Viene misurata una tensione? Di che tipo?
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Prova a inserire ed estrarre il magnete più lentamente o
più velocemente. Cosa osservi?
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Prova, infine, ad invertire la polarità del magnete e a
ripetere le operazioni precedenti. Osservi qualche
differenza? Quale?
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Induzione magnetica, alcuni aspetti quantitativi
Nell’esperimento successivo, il sensore di forza, insieme ad una molla, ci servirà anche come sensore di
posizione. Infatti, assumendo come valida la nota legge di Hooke F = - k x dove x è l’allungamento della molla
rispetto alla posizione di equilibrio, misureremo una forza proporzionale alla posizione. Calcolando poi
numericamente, attraverso il software Capstone, la derivata della forza otterremo una grandezza proporzionale
alla velocità. Aprite il foglio Voltage-velocity.cap, che contiene già le istruzioni per il calcolo automatico della
grandezza velocità, e acquisite i dati di forza, velocità, e differenza di potenziale ai capi del solenoide.
Fate, dapprima, oscillare la calamita ed osservate l’andamento della differenza di potenziale in funzione del
tempo. Cosa potete osservare?
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Rispondete poi alla seguente domanda, senza utilizzare i dati ottenuti precedentemente.
Quando facciamo oscillare la calamita la
differenza di potenziale misurata è:
o
Indipendente da posizione e
velocità del magnete
o
proporzionale alla posizione del
magnete (e quindi alla forza
misurata).
o
proporzionale alla velocità del
magnete
Nelle figure sotto riporta (senza utilizzare i dati precedentemente ottenuti) i grafici corrispondente alle tue
previsioni per: tensione in funzione del tempo, velocità in funzione del tempo, tensione in funzione della
velocità
Verifica ora con Capstone se le tue previsioni erano corrette.
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Confrontate il grafico con le vostre previsioni e scrivete i vostri commenti
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Ripeti l’esperienza confrontando il sistema a circuito aperto con quello in cui il circuito è chiuso:
Ti aspetti che ci siano differenze nel moto di oscillazione? Perché?
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Nel caso in cui il circuito è aperto l’ampiezza delle oscillazioni diminuisce nel tempo: come viene dissipata
l’energia?
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E nel caso in cui il circuito è chiuso sulla resistenza R come viene dissipata l’energia?
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Confronta i grafici posizione-tempo nei due casi.
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Freno magnetico
Prendi il tubo di rame e sostienilo in verticale. Lascia cadere contemporaneamente due GeoMag,
uno all’interno e uno all’esterno del tubo.
Quale arriva a terra prima? Riesci a quantificare approssimativamente la differenza nei tempi
di caduta?
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Pensando anche al caso del magnete che oscilla nella bobina, riesci a dare una spiegazione
qualitativa dell’effetto osservato?
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