Concorso Progetto Lauree Scientifiche - Fisica Università degli Studi di Milano - Bicocca

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1 Concorso Progetto Lauree Scientifiche - Fisica Università degli Studi di Milano - Bicocca A cura di Bertulessi I. e Papalia G. Classe 5^I Liceo Scientifico Statale L.Mascheroni - Bergamo

2 L apparato a disposizione permette di studiare l interazione tra un conduttore percorso da corrente stazionaria e un campo magnetico statico, permettendo misure relative alla dipendenza della forza dall intensità di corrente, dalla lunghezza del conduttore e dall intensità del campo magnetico.

3 6 magneti permanenti uguali tra loro Supporto mm mm Conduttori di diverse lunghezze mm mm

4 Braccio articolato Conduttore Piatto bilancia elettronica di precisione (sensibilità 0.01 g) Multimetro ( Amperometro + Voltametro) Alimentatore di corrente

5 STRUTTURA DELL APPARATO SPERIMENTALE Il supporto di ferro, che può alloggiare fino a sei magneti permanenti uguali e rimuovibili, viene posto sul piatto della bilancia elettronica di precisione, la cui lettura viene azzerata sul peso del supporto coi magneti. Inserendo un conduttore nella zona di campo uniforme dei magneti, il supporto risente di una forza verticale, il cui verso dipende dalla direzione di scorrimento della corrente ed influenza la forza peso misurata dalla bilancia. Dalla differenza misurata dalla bilancia quando passa o quando non passa corrente si può ricavare la forza d interazione tra i due campi considerati. I conduttori sono realizzati su circuiti stampati, di diversa lunghezza, indicata sui conduttori stessi, e vengono montati sul braccio articolato, che ne permette il posizionamento e l alimentazione. L alimentatore fornisce una corrente fino a 10 A, il cui valore può essere misurato con precisione tramite e il multimetro.

6 Si inserisce il conduttore tra i poli del magnete in modo che si trovi equidistante tra essi e parallelo al magnete. Allora L, vettore avente modulo pari alla lunghezza del conduttore e direzione e verso della corrente, e B, campo magnetico uniforme, sono perpendicolari tra loro. Così la forza Fgenerata risulta diretta perpendicolarmente al piano che contiene i e B,, con modulo dato da F = ilb e verso che dipende dal verso in cui circola la corrente nel conduttore.

7 SVOLGIMENTO DELL ESPERIENZA L apparato a disposizione permette di verificare la legge rispetto a due delle grandezze in gioco: intensità di corrente e lunghezza del conduttore. A) Scelto uno dei conduttori disponibili e utilizzando il magnete completo si misura la forza al variare dell intensità di corrente. Si costruisce un grafico di Fverso i con cui verificare l esistenza di una relazione lineare. Si ricavano i parametri della retta di regressione, utilizzando il metodo dei minimi quadrati. Nota la lunghezza del conduttore si ricava il valore B del campo magnetico. Se si inverte il verso della corrente si inverte il verso della forza. Fissato L = lunghezza conduttore (30,48 mm) Fissato B = campo magnetico (0,0763 T) Varia I = intensità di corrente elettrica Varia F = forza magnetica intensità di corrente (A) forza magnetica (N) 0,00 0,00 0,19 0,39 0,41 0,78 0,6 1,27 0,81 1,76 1,00 2,26

8 Il grafico dei dati sperimentali e della retta di regressione risulta: 3,00 2,50 forza risultante(n) 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 0,00-0,50 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 intensità(a) Legenda: = dati sperimentali = retta di regressione Equazione retta di regressione y = mx + q con pendenza m = 2,29 ordinata all origine q = 0,068 indice di correlazione r = 0,998

9 B) Si fissa un valore di corrente e si ripete la misura della forza per i quattro conduttori a disposizione. Si costruisce un grafico di F verso L con cui verificare l esistenza di una relazione lineare. Noto il valore dell intensità di corrente si ricava il valore di B che può essere confrontato con quelli precedenti. Fissato I = intensità di corrente elettrica (1A) Fissato B =campo magnetico (0,0763 T) Varia L=lunghezza conduttore (30,48 mm) Lunghezza (m) 0,025 0,031 0,034 0,045 Forza magnetica (N) 1,86 2,35 2,75 3,53

10 Il grafico dei dati sperimentali e della retta di regressione risulta: forza(n) 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0, ,01 0,02 0,03 0,04 0,05 lunghezza(m) Legenda: = dati sperimentali = retta di regressione Equazione retta di regressione y = mx + q con pendenza m = 83,81 ordinata all origine q = 0,206 indice di correlazione r = 0,995

11 In ciascun caso si può verificare che cambiando il verso di scorrimento della corrente nel conduttore (invertendo i morsetti nell alimentatore) la forza misurata sulla bilancia è la stessa ma con verso opposto (il peso letto sulla bilancia risulta positivo/negativo). Si può concludere perciò che, se un filo conduttore percorso da corrente è immerso in un campo magnetico uniforme B,, su di esso agisce una forza magnetica F data da: F il dove i è l intensità di corrente, L è il vettore avente modulo pari alla lunghezza del conduttore e direzione e verso della corrente elettrica. B