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3. Principi teorici
La bobina piatta viene fatta ruotare in un campo
magnetico esterno in modo da potere misurare una
tensione indotta alle estremità delle bobine.
Per potere definire esattamente la grandezza della
tensione indotta, devono essere note le variabili da
cui questa dipende. Si tratta dell'intensità del
campo magnetico esterno, della velocità con cui
vengono attraversate le linee di campo magnetiche
e
della
carica
delle
attraversano il campo magnetico. Queste 3 variabili
sono collegate dalla cosiddetta "forza di Lorenz".
r
r
r
=
⋅
×
F
q
v
B
Questa forza agisce verticalmente rispetto al campo
B e alla direzione di movimento delle particelle
cariche.
In base alla forma della bobina e alla qualità del
mezzo in cui le particelle si muovono, si genera alle
estremità del nodo di rame una tensione indotta,
amplificata dal numero di spire, che è possibile
misurare con un normale strumento di misura.
Per produrre un movimento uniforme, la bobina
rotante viene collegata ad un motore che ruota
lentamente. Mediante la disposizione delle bobine
di Helmholtz si crea un campo magnetico esterno,
costante all'interno di un ampio spazio per quanto
riguarda intensità e direzione.
I portatori di carica sono gli elettroni liberi nel nodo
di rame con carica costante.
Attraverso il movimento di rotazione della bobina
nel campo si genera una tensione alternata
sinusoidale:
=
⋅
ω
U
U
sin
t
con
U
m
m
n = numero di spire della bobina
B = intensità del campo magnetico
A = area della bobina
f = frequenza di rotazione della bobina nel campo
A e n possono essere determinate direttamente. B
può essere determinata indirettamente tramite la
disposizione di Helmholtz. La frequenza di rotazione
della bobina f può essere impostata tramite la
frequenza di rotazione del motore e può essere
misurata mediante fotocellula.
La tensione indotta può essere determinata con un
oscilloscopio o mediante un voltmetro con punto
zero centro.
In caso di movimenti di rotazione della bobina
piatta molto lenti può essere necessario un
amplificatore di misura.
4. Utilizzo
•
Avvitare il telaio rotante con bobina piatta e i
supporti ai raccordi trasversali delle bobine di
particelle
cariche
=
⋅
⋅
⋅
ω
ω 2
=
π ⋅
n
A
B
e
Helmholtz in modo da potere far ruotare la
bobina piatta al centro del campo omogeneo
delle bobine di Helmholtz.
•
Effettuare prima una prova preliminare e
stimare manualmente la grandezza della
tensione d'induzione.
•
Quindi collegare la puleggia al motore mediante
corda.
•
Eseguire gli esperimenti con queste disposizioni.
che
Per l'esecuzione degli esperimenti sono necessari i
seguenti apparecchi:
1 alimentatore CA/CC 0–20 V, 5 A
2 multimetri Escola 10
1 coppia di bobine di Helmholtz
5.1 Induzione
magnetico
•
Collocare le bobine di Helmholtz sul piano del
tavolo e attraverso un amperometro collegarle
in serie con alimentazione di corrente continua.
•
Avvitare il telaio rotante con bobina piatta e i
supporti ai raccordi trasversali delle bobine di
Helmholtz in modo da potere far ruotare la
bobina piatta al centro del campo omogeneo
delle bobine di Helmholtz.
•
Collegare il voltmetro con punto zero centro
direttamente alla bobina piatta.
•
Impostare una corrente di alimentazione delle
bobine di circa 1,5 A.
f ⋅
•
Attivare la manovella e osservare l'oscillazione
del voltmetro.
•
Modificare la velocità di rotazione fino a
raggiungere
velocità di rotazione deve essere bassa.
Per ottenere una velocità di rotazione costante, è
consigliabile azionare il telaio rotante tramite un
motore a rotazione lenta (ad es. motore a corrente
continua, 12 V U8552330).
L'andamento esatto della tensione può essere
osservato
oscilloscopio.
5.2. Determinazione del campo terrestre dalla
tensione d'induzione
Con la stessa struttura di prova è possibile misurare
anche il campo magnetico terrestre.
•
Allineare le bobine di Helmholtz in modo che i
campi magnetici della bobina di Helmholtz e la
terra siano paralleli.
•
Ruotare la bobina piatta e osservare la tensione.
•
Aumentare la corrente in corrispondenza della
bobina di Helmholtz finché non è più presente
2
5. Esempi di esperimenti
della
tensione
un'oscillazione
e
misurato
anche
U8521131
U8531160
U8481500
nel
campo
maggiore.
La
mediante
un
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