Experiencia P59: Campo magnético de unas bobinas de Helmholtz Sensor de campo magnético, sensor de rotación, salida de potencia

Transcripción

1 Sensor de campo magnético, sensor de rotación, salida de potencia Tema DataStudio ScienceWorkshop (Mac) ScienceWorkshop (Win) Magnetismo P59 Helmholtz Coils.DS (Vea al final de la (Vea al final de la experiencia) experiencia) Equipo necesario Cant. Equipo necesario Cant, Sensor de campo magnético (CI-6520) 1 Elevador(SE-9374) 2 Amplificador de potencia (CI-6552) 1 Conjunto de masas y portamasas (ME ) Sensor de rotación (CI-6538) 1 Cinta métrica, madera 1 Base y soporte de varilla (ME-9355) 1 Cables de conexión (SE-9750) 3 Bobina de Helmholtz (EM-6711) 2 Hilo (SE-8050) 1 m 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: B 8 o NI 125R donde µ o = 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 P PASCO scientific p. 251

2 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 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 ScienceWorkshop (Mac) ScienceWorkshop (Win) 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 P PASCO scientific p. 252 DISTESA 2000

3 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:: Ganancia Rango Resolución Precisión 1X ±1000 gauss 0.5 gauss 100 gauss 10X ±100 gauss 0.05 gauss 10 gauss 100X ±10 gauss gauss 1 gauss Para esta actividad, comience con el conmutador de selección de rango 1X P PASCO scientific p. 253

4 MONTAJE DEL EQUIPO 1. Conecte las bobinas en serie con la salida del amplificador de potencia. Utilice uno de los cables de conexión para conectar el terminal positivo del amplificador de potencia al terminal positivo de la primera bobina. Utilice un segundo cable de conexión para conectar el + BOBINAS 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. + TERMINAL POSITIVO TERMINAL NEGATIVO VISTA SUPERIOR AMPLIFICADO POTENCIA AL INTERFAZ 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. 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.. P PASCO scientific p. 254 DISTESA 2000

5 7. 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 P PASCO scientific p. 255

6 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. P PASCO scientific p. 256 DISTESA 2000

7 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 Radio de bobina Número de espiras Intensidad Campo magnético medido Campo magnético teórico Porcentaje de diferencia Valor 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. 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 PASCO scientific p. 257

8 2. Si utilizó una separación entre las bobinas Cómo afectan las respuestas a las dos primeras preguntas. P PASCO scientific p. 258 DISTESA 2000

9 APENDICE. MODIFICACIÓN DEL ARCHIVO ScienceWorkshop Modificación del archivo existente de ScienceWorkshop. Abra el archivo titulado: ScienceWorkshop (Mac) P53 Mag. Field Helmholtz ScienceWorkshop (Win) 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 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 P PASCO scientific p. 259

10 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. P PASCO scientific p. 260 DISTESA 2000