G. Bozzo - ud.infn.it · Esplorazione sperimentale di processi di induzione elettromagnetica (legge di Faraday-Neumann-Lenz.) Obiettivi Generali In particolare si riconosce che è

Induzione Elettromagnetica

A cura di: Dr. G. BozzoUnità di ricerca in Didattica della Fisica (UNICAL)

Indice Generale

Obiettivi generali

Materiale necessario

Descrizione della procedura

Principio di funzionamento della misura

Elaborazione dati e discussione dei risultati

Considerazioni conclusive

Esplorazione sperimentale di processi di induzione elettromagnetica (legge di Faraday-Neumann-Lenz.)

Obiettivi Generali

In particolare si riconosce che è necessario compiere un lavoro per inserire un magnete all’interno di un solenoide chiuso su un circuito

Carrello e guida a basso attrito

Materiale necessario

Pesetti

Bobina

Filo inestensibile

Asta di sostegno

PC, interfaccia e SW per acquisizione dati on-line

Scheda di acquisizione

e ovviamente ….

1 magnete

Resistenza elettrica

N1

Diapositiva 4

N1 Carrello e guida a basso attritoCarricola n...pesi di massa.....filo di sospensione inestensibilemagnetebobina (n spire)Resistenza?????Sensore di tensione Sensore di posizione (???)PC, interfaccia e SW per acquisizione dati on-lineNemo; 13/01/2009

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


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.

La tensione indotta dipende dalla variazione del flusso del campo magnetico attraverso la superficie della bobina.

In particolar modo ….



….. 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.

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

Per inserire quindi il magnete nella bobina è necessario compiere un lavoro (fornito dalla caduta del magnete, quindi dalla forza peso).

Fino a quando anche il secondo polo non attraversa la stessa superficie, la variazione del flusso del campo magnetico attraverso la bobina ècirca 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.


APPLET 1

APPLET 2

APPLET 3


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).



La figura rappresenta un esempio di grafico ricavato in cui compare Tensione (V) ai capi di R in funzione del tempo (sec)


Analisi delle aree (quindi del

flusso)-0,122Vs



flusso)0,118Vs



flusso)

0,118Vs

-0,122Vs

L’area totale sottesa sarà:

ΔΦ(B)=0,004Vs


La variazione del flusso

resta costante


La variazione del flusso resta costante


La variazione del flusso resta

costante

Differenza fra i moduli dei picchi

Senzapesetti

(0,044V)

Differenza relativa

percentuale fra i moduli dei picchi

(2,7 %)

Variazione totale del flusso

Con 380g


(2,2%)

(0,029V)

Differenza relativa



Con 600g


(2,5%)

(0,029V)

Differenza relativa



Con 1600g


(1,2%)

(0,010V)

Differenza relativa



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.

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