Indice Generale. Descrizione della procedura. Principio di funzionamento della misura. Elaborazione dati e discussione dei risultati

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Marino Vitale
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1 Induzione Magnetica

2 Indice Generale Obiettivi generali Materiale necessario Descrizione della procedura Principio di funzionamento della misura Elaborazione dati e discussione dei risultati Considerazioni conclusive

3 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

4 Materiale necessario N1 Carrello e guida a basso attrito Pesetti Bobina Filo inestensibile e ovviamente. 1 magnete Asta di sostegno PC, interfaccia e SW per acquisizione dati on-line Resistenza elettrica Scheda di acquisizione

5 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

6 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

7 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 questo modo l andamento della tensione in funzione del tempo.

8 Principio di funzionamento della misura La tensione indotta dipende dalla variazione del flusso del campo magnetico attraverso la superficie della bobina. In particolar modo.

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).

9 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

Di conseguenza in questo intervallo temporale la tensione indotta tende rapidamente a zero.

10 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.

11 Principio di funzionamento della misura APPLET 1 APPLET 2 APPLET 3

12 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).

13 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)

14 Elaborazione dati e discussione dei risultati -0,122Vs Analisi delle aree (quindi del flusso)

15 Elaborazione dati e discussione dei risultati 0,118Vs Analisi delle aree (quindi del flusso)

16 Elaborazione dati e discussione dei risultati -0,122Vs Analisi delle aree (quindi del flusso) 0,118Vs L area totale sottesa sarà: ΔΦ(B)=0,004Vs

17 Elaborazione dati e discussione dei risultati La variazione del flusso resta costante

18 Elaborazione dati e discussione dei risultati La variazione del flusso resta costante

19 Elaborazione dati e discussione dei risultati La variazione del flusso resta costante

20 Variazione totale del flusso Differenza fra i moduli dei picchi Senza pesetti (0,044V) Differenza relativa percentuale fra i moduli dei picchi (2,7 %)

21 Con 380g Variazione totale del flusso Differenza fra i moduli dei picchi (0,029V) Differenza relativa percentuale fra i moduli dei picchi (2,2%)

22 Con 600g Variazione totale del flusso Differenza fra i moduli dei picchi (0,029V) Differenza relativa percentuale fra i moduli dei picchi (2,5%)

23 Con 1600g Variazione totale del flusso Differenza fra i moduli dei picchi (0,010V) Differenza relativa percentuale fra i moduli dei picchi (1,2%)

24 Analisi della fem indotta in funzione della velocità

25 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.

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