Experiencia P31: Campo Magnético de un Imán Permanente Sensor de Campo Magnético

Transcripción

1 Sensor de Campo Magnético Tema DataStudio ScienceWorkshop (Mac) ScienceWorkshop (Win) Magnetismo P31 Permanent Magnet.DS P51 Permanent Magnet P51_PERM.SWS Equipo necesario Cant. Equipo necesario Cant. Sensor de Campo Magnético (CI-6520A) 1 Cinta métrica, no metálica 1 Imán*, disco, Neodímio, 1/2 o 3/4 (EM-8648) 1 *Precaución: Mantenga los imanes alejados del ordenador y de los disquetes de ordenador. IDEAS PREVIAS Cómo varía con la distancia el campo magnético de un imán permanente? Anote su respuesta en la sección Informe de Laboratorio. FUNDAMENTO TEÓRICO La fuerza de un campo mangnético varía según la distancia a la que se encuentre el imán. La variación de la fuerza del campo magnético es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia, del mismo modo que la fuerza de atracción de la gravedad o de un campo eléctrico. La fuerza de un campo magnético puede variar de distintas maneras en relación a la distancia. Los campos de atracción gravitacional o eléctrico son radiales, mientras que el campo magnético se compone de líneas cerradas que rodean y atraviesan el imán. N S +q CAMPO ELECTRICO CAMPO MAGNETICO P PASCO scientific p. 297

2 RECUERDE Siga las instrucciones de utilización del equipo. Mantenga los imanes alejados de los ordenadores y de los disquetes de ordenador. PROCEDIMIENTO Utilice el sensor de Campo Magnético para medir la fuerza del campo magnético de un pequeño imán de neodimio a medida que la distancia entre el imán y el sensor varía. Utilice DataStudio o ScienceWorkshop para registrar y mostrar la fuerza del campo magnético y la distancia. Determine la relación entre la fuerza del campo magnético y la distancia. PARTE I: CONFIGURACIÓN DEL ORDENADOR 1. Conecte el interfaz de ScienceWorkshop al ordenador, encienda el interfaz y luego encienda el ordenador. 2. Conecte la clavija DIN del sensor de Campo Magnético al Canal Analógico A del interfaz. 3. Abra el archivo titulado: DataStudio ScienceWorkshop (Mac) ScienceWorkshop (Win) P31 Permanent Magnet.DS P51 Permanent Magnet P51_PERM.SWS El archivo DataStudio contiene el Workbook. Lea las instrucciones en el Workbook. El archivo ScienceWorkshop contiene un display digital de la fuerza del campo magnético y una gráfica de fuerza del campo magnético frente a distancia. La recogida de datos está fijada en 10 Hz. El Muestreo por Teclado permite al usuario introducir la distancia en metros. P PASCO scientific p. 298

3 PARTE II: CALIBRADO DEL SENSOR Y MONTAJE DEL EQUIPO No se necesita calibrar el sensor de Campo Magnético. 1. Sitúe la cinta métrica sobre una superficie lisa alejada del ordenador. 2. Sitúe el sensor de Campo Magnético de modo que su extremo coincida con la marca 0 de la cinta métrica. 3. Seleccione AXIAL presionando el interruptor de Selección de Campo en la parte superior del sensor. 4. Aleje el imán del sensor. Ponga a cero el sensor de Campo Magnético presionando el botón TARE en la parte superior del sensor. RADIAL/ AXIAL TARE 1X 10X 100X RANGE S ELECT 5. Manteniendo el imán alejado del ordenador, sitúe el imán junto a la marca de m (5 cm) de la cinta métrica. PARTE III: RECOGIDA DE DATOS 1. Comience la recogida de datos. En DataStudio, sitúe la tabla de modo que pueda verse claramente. Haga clic en el botón Start. El botón se transforma en un botón Keep y Stop ( ). La fuerza del campo magnético aparece en la primera celda de la tabla. Compruebe que la fuerza es positiva. Si no lo es, de la vuelta al imán. Haga clic en Keep para registrar la fuerza del campo magnético. Nota: Si la distancia predeterminada no coincide con la distancia que usted midió para una fuerza determinada, edite la distancia. Seleccione la herramienta Edit Data en la barra de herramientas de la tabla ( ). Haga clic sobre la distancia e introduzca el valor correcto. En ScienceWorkshop, sitúe el display digital de modo que pueda verse claramente. Haga clic en el botón Grabar para comenzar la recogida de datos. Se abrirá la ventana Muestreo por Teclado. Cuando se estabilice el valor de la fuerza, escriba como valor de la distancia y haga clic en Enter para registrar la fuerza del campo magnético y la distancia. 2. Aleje el imán otros m de modo que esté a m del sensor. P PASCO scientific p. 299

4 3. Introduzca m como valor de la distancia. Registre los datos haciendo clic en Keep en DataStudio o en Enter en ScienceWorkshop. 4. Repita el procedimiento alejando el imán del sensor en incrementos de m, y registrando los valores obtenidos hasta que la fuerza del campo magnético alcance unos 10 Gauss, o no varíe al incrementar la distancia. 5. Finalice la recogida de datos. En DataStudio, finalice la recogida de datos haciendo clic en el botón Stop. En ScienceWorkshop, pare la recogida de datos haciendo clic en el botón Parar Muestreo de la ventana Muestreo por Teclado. ANÁLISIS DE DATOS 1. Haga clic en la gráfica para activarla. 2. Ajuste la escala de los ejes de la gráfica para que se ajuste a los datos. En DataStudio, haga clic en el botón Scale to fit ( ) para ajustar la escala de los ejes de la gráfica. A continuación, haga clic en el botón de menú Fit ( ) y seleccione Inverse Square. Si el valor Medio del Error es elevado, haga clic y mantenga presionado el botón del ratón mientras que mueve el ratón para seleccionar una región de datos. Al soltar el botón del ratón, resaltarán los datos seleccionados. Sólo estos datos se utilizarán en el ajuste. En ScienceWorkshop, haga clic en el botón Estadísticas para abrir el área estadística a la derecha de la gráfica. Haga clic en el botón Autoescala ( ) para ajustar la escala de los ejes de la gráfica a los datos. En el área estadística, haga clic en el botón Menú de Estadísticas ( ). Seleccione Ajuste de Curva, Ajuste de Fuerza en el Menú de Estadísticas. Puede aparecer un mensaje advirtiendo que no hay solución válida. Si aparece este mensaje, haga clic en el número junto a a4 y escriba -2. Si aparece el misma mensaje o el valor de chi^2 es muy elevado, seleccione la región de datos que parezca más nítida. Para seleccionar esta región, haga clic y mantenga presionado el botón del ratón mientras que mueve el ratón. Suelte el botón del ratón. Se resaltará la región seleccionada. Sólo los datos seleccionados se utilizarán para el ajuste. 3. Registre la ecuación de ajuste en la tabla de datos de la sección Informe de Laboratorio. Anote sus resultados en la sección Informe de Laboratorio. P PASCO scientific p. 300

5 Informe de Laboratorio Experiencia P51: Campo Magnético de un Imán Permanente IDEAS PREVIAS Cómo varía con la distancia el campo magnético de un imán permanente? Tabla de Datos Objeto Ecuación de ajuste Ecuación CONCLUSIONES Y APLICACIONES 1. Al aumentar la distancia del imán aumenta o disminuye la fuerza del campo magnético? 2. Es lineal la relación entre la fuerza del campo magnético y la distancia? 3. Basándose en los resultados de la curva de ajuste del área estadística cuál es la relación entre la fuerza del campo magnético y la distancia del imán? OPCIONAL Repita la experiencia con otra clase de imán. P PASCO scientific p. 301

6 Tabla de Datos Objeto Ecuación de ajuste Ecuación CONCLUSIONES Y APLICACIONES 1. Al aumentar la distancia del imán aumenta o disminuye la fuerza del campo magnético? 2. Compare la curva de fuerza del campo magnético frente a distancia obtenida con la curva del imán original. P PASCO scientific p. 302