Download Activity P51: Magnetic Field of a Permanent Magnet

Laboratorio de Física con Ordenador
Experiencia P31: Campo Magnético de un Imán Permanente
Cuaderno del alumno
Experiencia P31: Campo Magnético de un Imán Permanente
Sensor de Campo Magnético
Tema
Magnetismo
DataStudio
P31 Permanent Magnet.DS
ScienceWorkshop (Mac)
P51 Permanent Magnet
Equipo necesario
Sensor de Campo Magnético (CI-6520A)
Imán*, disco, Neodímio, 1/2 o 3/4”(EM-8648)
Cant.
1
1
ScienceWorkshop (Win)
P51_PERM.SWS
Equipo necesario
Cinta métrica, no metálica
Cant.
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
P31
CAMPO MAGNETICO
©1999 PASCO scientific
p. 297
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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
P31 Permanent Magnet.DS
ScienceWorkshop (Mac)
P51 Permanent Magnet
ScienceWorkshop (Win)
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.
P31
©1999 PASCO scientific
p. 298
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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.
RADIAL/
AXIAL
TARE
1X
10X
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.
5.
Manteniendo el imán alejado del ordenador, sitúe el imán junto a la marca de 0.005 m
(5 cm) de la cinta métrica.
100X
RANGE
S ELECT
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 ‘0.005’ como valor de la distancia y haga
clic en ‘Enter’ para registrar la fuerza del campo magnético
y la distancia.
2.
P31
Aleje el imán otros 0.005 m de modo que esté a 0.010 m del
sensor.
©1999 PASCO scientific
p. 299
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3.
Introduzca 0.010 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 0.005 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.
P31
©1999 PASCO scientific
p. 300
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Informe de Laboratorio
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IDEAS PREVIAS
¿Cómo varía con la distancia el campo magnético de un imán permanente?
Tabla de Datos
Objeto
Ecuación
Ecuación de ajuste
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
•
P31
Repita la experiencia con otra clase de imán.
©1999 PASCO scientific
p. 301
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Cuaderno del alumno
Tabla de Datos
Objeto
Ecuación
Ecuación de ajuste
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.
P31
©1999 PASCO scientific
p. 302