Scheda di lavoro sull`induzione magnetica
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Piano Lauree Scientifiche – Università di Pavia Studenti: ……………………………………………………………………………………………… Scuola e classe: …………………………………………………………… Data: ……………………….. 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 ………………………………………………….. …………………………………………………. ………………………………………………… 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 …………………………………………………..………………………………………………….………… ……………………………………………………………………………..………………………………… ……………….………………………………………………………………………..……………………… ………………………….………………………………………….................................................................. . 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 …………………………………………………..………………………………………………….…………………………………… …………………………………………………..………………………………………………….…………………………………… …………………………………..………………………………………………….…………………………………………................... ............................................................................................................................................................................ ........................................ Ora osserva la dimostrazione. Il risultato dell’esperimento è in accordo con le tue previsioni? …………………………………………………..………………………………………………….…………………………………………………………… 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? ................................................................................................................................................... Prova a inserire ed estrarre il magnete più lentamente o più velocemente. Cosa osservi? ................................................................................. ................................................................................. Prova, infine, ad invertire la polarità del magnete e a ripetere le operazioni precedenti. Osservi qualche differenza? Quale? ................................................................................. ................................................................................. 4 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? ........................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................ 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. 5 Confrontate il grafico con le vostre previsioni e scrivete i vostri commenti …………………………………………………..………………………………………………….………………………………………………… ……………………………………..………………………………………………….……………………………………………………………… ………..………………………………………………….…………………………………………........................................... 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? ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… Nel caso in cui il circuito è aperto l’ampiezza delle oscillazioni diminuisce nel tempo: come viene dissipata l’energia? …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. E nel caso in cui il circuito è chiuso sulla resistenza R come viene dissipata l’energia? …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. Confronta i grafici posizione-tempo nei due casi. 6 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? ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… Pensando anche al caso del magnete che oscilla nella bobina, riesci a dare una spiegazione qualitativa dell’effetto osservato? ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 7
