Experiencia P59: Campo magnético de unas bobinas de Helmholtz

Transcripción

Laboratorio de Física con Ordenador
alumno
Cuaderno del
Sensor de campo magnético, sensor de rotación, salida de potencia
Tema
Magnetismo
DataStudio
P59 Helmholtz Coils.DS
ScienceWorkshop (Mac)
(Vea al final de la
experiencia)
Equipo necesario
Sensor de campo magnético (CI-6520)
Amplificador de potencia (CI-6552)
Cant.
1
1
Sensor de rotación (CI-6538)
Base y soporte de varilla (ME-9355)
Bobina de Helmholtz (EM-6711)
1
1
2
ScienceWorkshop (Win)
(Vea al final de la
experiencia)
Equipo necesario
Elevador(SE-9374)
Conjunto de masas y portamasas (ME9348)
Cinta métrica, madera
Cables de conexión (SE-9750)
Hilo (SE-8050)
Cant,
2
1
1
3
1m
IDEAS PREVIAS
El objetivo de esta experiencia es examinar el campo magnético producido por la intensidad en un
par de bobinas de Helmholtz, ay medir la fuerza del campo magnético entre las bobinas y
comparara el valor medido con el valor teórico. ¿ Cómo se relaciona la fuerza del campo
magnético entre las bobinas con la distancia de separación entre las bobinas de Helmholtz?
Anote su respuesta en la sección Informe de Laboratorio.
FUNDAMENTO TEÓRICO
La bobinas de Helmholtz son un par de bobinas que tienen el mismo radio, R. Las bobinas se
colocan normalmente paralelas entre si separadas una a una distancia R a lo largo del mismo eje.
El campo magnético a lo largo del eje en el punto medio entre las bobinas está dado por:
8 o NI
B
125R
donde µo = 4 x 10-7 (tesla•metros)/amp, I es la intensidad (amperios) en la bobina, R es el radia
de la bobina, y N es el número de espiras de alambre de una bobina.
RECUERDE

Siga todas las instrucciones de seguridad.
PROCEDIMIENTO
P59
©1999 PASCO scientific
p. 251
alumno
Cuaderno del
En esta experiencia, utilice el amplificador de potencia para aplicar una intensidad a las bobinas de
Helmholtz. Utilice el sensor de campo magnético para medir la fuerza del campo magnético entre
las bobinas. Utilice el sensor de rotación para medir la posición del sensor de campo magnético
cuando se mueve a lo largo del eje de las dos bobinas.
Utilice DataStudio o ScienceWorkshop para controlar el amplificador de potencia y medir y
mostrar al fuerza del campo magnético y la posición del sensor. Compare la fuerza del campo
magnético medida con la teórica. Determine la relación de la fuerza del campo entre las bobinas
con la distancia entre las bobinas.
PARTE I: CONFIGURACIÓN DEL ORDENADOR
1.
Conecte el interfaz al ordenador, encienda el interfaz y el ordenador
2.
Conecte el sensor rotación a los canales digitales 1 y 2.
3.
Conecte el sensor de campo magnético al canal
analógico A.
4.
Conecte el Amplificador de potencia al canal
analógico B del interfaz. Enchufe al cable de
alimentación en al parte posterior del amplificador de
potencia y conecte el cable a una toma de corriente
adecuada
5.
Abra el archivo titulado:
DataStudio
P59 Helmholtz Coils.DS (Vea al final de la
experiencia)
(Vea al final de la
experiencia)
•
El archivo DataStudio se abre con un indicador digital de la fuerza del campo magnético y
la intensidad y una gráfica del campo magnético frente a la posición.
•
Mire las páginas del final de esta experiencia para obtener información de cómo modificar el
archivo de ScienceWorkshop.
•
El generador de señales está configurado para generar una salida de CC de 10.0 V.. Está
configurando en " Auto" así que automáticamente comienza y para de generar señal cuando
inicie o pare la medida de datos.
PARTE II: CALIBRADO DEL SENSOR Y MONTAJE DEL EQUIPO
P59
DISTESA 2000
p. 252
alumno
Cuaderno del
•
No se necesita calibrar el Sensor de campo magnético ni el amplificador de potencia. El
sensor de campo magnético produce un a tensión que es directamente proporcional a la
fuerza del campo magnético: 10 millivoltios = 10 gauss (donde 1000 gauss = 0.1 tesla). La
gama del sensor es ±2000 gauss.
•
Nota: Dependiendo de la fuerza del campo magnético alrededor de las bobinas, puede
necesitar aumentar la sensibilidad del sensor de campo magnético..
Conmutador de selección de rango: Utilice el conmutador para seleccionar uno de los tres
rangos de entrada del sensor. Los rangos son los siguientes::
•
P59
Ganancia
Rango
Resolución
Precisión
1X
±1000 gauss
0.5 gauss
100 gauss
10X
±100 gauss
0.05 gauss
10 gauss
100X
±10 gauss
0.005 gauss
1 gauss
Para esta actividad, comience con el conmutador de selección de rango 1X
p. 253
alumno
Cuaderno del
MONTAJE DEL EQUIPO
VISTA SUPERIOR
1.
Conecte las bobinas en serie con la
TERMINAL
salida del amplificador de potencia.
+
+
POSITIVO
AMPLIFICADOR
Utilice uno de los cables de
POTENCIA
conexión para conectar el terminal
–
–
positivo del amplificador de
potencia al terminal positivo de la
primera bobina. Utilice un segundo
AL
TERMINAL
INTERFAZ
cable de conexión para conectar el
BOBINAS
NEGATIVO
terminal negativo de la primera bobina con el terminal positivo de la segunda bobina. Utilice
un tercer cable para conectar el terminal negativo de la segunda bobina con el terminal
negativo del amplificador de potencia.
2.
Mida el radio de bobina. Anote el radio en la sección de datos. Coloque las dos bobinas,
paralelas entre sí separadas a la distancia de un radio, R..
3.
Construya un ‘ seguidor’ para el sensor de campo magnético de la siguiente manera.
Coloque un elevador de laboratorio en cada lado de las bobinas Helmholtz para soportar la
regla de un metro. Coloque la regla de graduada a través de las bobinas de Helmholtz
como se muestra con la marca de cm del metro en el punto medio de las bobinas.
4.
Ajuste la posición de los elevadores de manera que estén al menos a 30 cm del centro de
las bobinas
5.
Ajuste la altura de los elevadores de manera que el sensor de campo magnético se pueda
mover a lo largo de la línea central (verticalmente) de las dos bobinas cuando se apoye en la
regla. Asegúrese que la regla está a nivel.
R
LÍNEA CENTRAL
6.
P59
Quite la junta tórica de la polea de tres pasos del sensor de rotación. Monte el sensor de
rotación en una varilla de soporte cerca del sensor de campo magnético..
DISTESA 2000
p. 254
alumno
7.
Cuaderno del
Ate un extremo del hilo al sensor de campo magnético y colque el hilo en la polea del
sensor de rotación. Ate el portapesas al otro extremo del hilo de numera que el hilo
permanezca en la polea del sensor.
PARTE III: RECOGIDA DE DATOS
1.
Mantenga el sensor de campo magnético alejado de cualquier fuente de campos
magnético y ponga a cero el sensor presionando el botón de TARE en el cuerpo
del sensor
2.
Seleccione campo AXIAL pulsando el conmutador de selección
RADIAL/AXIAL en el sensor
3.
Coloque el cuerpo del sensor en la parte superior de la regla con el extremo de
la varilla del sensor alineada con la marca de 30 cm, de frente a la bobinas.
Mantenga el sensor en ese lugar.
4.
Enciende la alimentación del amplificador de potencia..
•
Nota: El diodo emisor de luz rojo (LED) en el frontal de amplificador de potencia
puede iluminarse. Esto indica que el amplificador de potencia está proporcionando la
máxima intensidad..
5.
Pare la medida de datos. ( Pulse ‘Start’ en DataStudio o ‘GRABAR’ en
ScienceWorkshop.)
6.
Anote el valor de la intensidad, indicado en el indicador digital, en la sección
de datos..
7.
Desplace suavemente y de forma estable el sensor del campo magnético a lo
largo de la regla desde la marca de 30 cm a la marca de 70 cm.
•
Observe la fuerza del campo en el indicador digital.
8.
Pare la medida de datos cuando alcance la marca de los 70 cm.
9.
Apague el amplificador de potencia.
RADIAL/
AXIAL
TARE
1X
10X
100X
RANGE
SELECT
OPCIONAL
•
Mantenga el sensor de campo magnético en su mano. Pulse MON para visualizar los datos.
Utilice el sensor para explorar el volumen completo entre las dos bobinas. Ponga atención a
cuánto es la variación que hay en el campo cuando se mueve el sensor lejos del centro..
•
Si es posible cambie la separación entre las bobinas, repita las medidas de datos con las
bobinas separadas 1.5 R en lugar de R. Cambie la separación a 0.5 R y las medidas de datos
P59
p. 255
alumno
Cuaderno del
ANÁLISIS DE DATOS
1.
Utilice la herramientas de análisis de la ventana de gráficas para encontrar la fuerza del
campo magnético en la mitad de entre las bobinas.
•
(Sugerencia: En DataStudio, pulse el botón ‘Smart Tool’ En ScienceWorkshop, pulse el
botón de ‘Cursor inteligente’’ (
)
•
Anote la fuerza del campo Coordenada Y para el punto medio entre las bobinas.
2.
Anote el número de espiras de
una bobina.
3.
Calcule el valor teórico del
campo magnético en el punto
medio entre las bobinas de
Helmholtz utilizando la
intensidad medida, el radio, y el
número de espiras de la bobina.
4.
Compare el valor teórico con el
valor medido en el punto medio
utilizando un porcentaje de
diferencia..
Anote sus resultados en la sección
Informe de Laboratorio.
P59
DISTESA 2000
p. 256
alumno
Cuaderno del
Informe de Laboratorio
IDEAS PREVIAS
El objetivo de esta experiencia es examinar el campo magnético producido por la intensidad en un
par de bobinas de Helmholtz, ay medir la fuerza del campo magnético entre las bobinas y
comparara el valor medido con el valor teórico. ¿ Cómo se relaciona la fuerza del campo
magnético entre las bobinas con la distancia de separación entre las bobinas de Helmholtz?
Datos
Item
Valor
Radio de bobina
Número de espiras
Intensidad
Campo magnético medido
Campo magnético teórico
Porcentaje de diferencia
CONCLUSIONES Y APLICACIONES
1.
Basándose en su gráfico, ¿ A qué distancia a lo largo del eje puede considerarse el campo
magnético una constante?
2.
¿ Cómo se compara el valor medido del campo magnético con el valor teórico? ¿ Qué
factores pueden causar la diferencia, si la hay?
OPCIONAL: CONCLUSIONES Y APLICACIONES
1.
P59
¿ Cómo es de uniforme el campo magnético entre las bobinas cuando se mueve el sensor
radialmente hacia fuera del centro del bobinado de las bobinas?
p. 257
alumno
2.
P59
Cuaderno del
Si utilizó una separación entre las bobinas ¿ Cómo afectan las respuestas a las dos primeras
preguntas.
DISTESA 2000
p. 258
alumno
Cuaderno del
APENDICE. MODIFICACIÓN DEL ARCHIVO ScienceWorkshop
Modificación del archivo existente de ScienceWorkshop.
Abra el archivo titulado:
P53 Mag. Field Helmholtz
P53_HELM.SWS
Esta experiencia utiliza el sensor de rotación para medir la posición del sensor de campo
magnético cuando mueve el sensor se campo magnético a través de las bobinas de Helmholtz
•
Añada el sensor de rotación a la ventana de preparación.
3•
Modifique las opciones de
muestreo.
•
Cambie la gráfica para incluir la "
posición" del sensor de rotación.
1.
Pulse y arrastre el icono del sensor
digital al canal 1.
2.
Seleccione ‘Sensor rotacional ’ de
la lista de sensores digitales.
3.
En la ventana de preparación de experimento ,
pulse dos veces sobre el icono del sensor
roatacional para abrir la ventana de configuración
del sensor.
4.
Cambie la divisiones por vuelta de 360 a 1440.
P59
p. 259
alumno
Cuaderno del
Pulse el menú de Calibración Lineal y seleccione polea grande ( ranura9 en el menú. Pulse
ACEPTAR para volver a la ventana de preparación de experimento
5.
Pulse en la gráfica para que se active. Pulse en el
botón menú de entrada del eje horizontal.
Seleccione Digital 1, Posición (linPos) en el
menú de entradas.
•
La gráfica mostrará la fuerza (gauss) a lo largo
del eje vertical, y posición (m) a lo largo del eje
horizontal.
6.
Por último, cambie las opciones de muestreo de
manera que la ventana de muestreo por teclado
no se abra cuando inicie la medida de datos..
•
Pulse en el menú Experimento. Seleccione Opciones de muestreo… en el menú para abril
la ventana de Opciones de muestreo.
•
La ventana de opciones de muestreo muestra que el teclado está seleccionado , y que el
parámetro es la posición y las unidades están en metros.
•
Pulse en la caja de selección al lado de teclado para eliminar el muestreo por teclado.
•
Pulse ACEPTAR para volver a la ventana de preparación de experimento.
6.
Siga el procedimiento de medida de datos como se describió anteriormente. Coloque el
sensor en la regla graduada. Para recoger datos pulse ‘GRABAR’. Comience moviendo el
sensor lentamente y de forma estable a través de las bobinas, pare en la misma posición que
empezó, Pulse ‘ALTO’ para parar la recogida de datos.
P59
DISTESA 2000
p. 260

Experiencia P59: Campo magnético de unas bobinas de Helmholtz

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