II.21.6. Forța electromagnetică
Materiale necesare:
Dispozitiv pentru demonstrarea forței electromagnetice, fire de legătură, 1 baterie de 4,5V
Descrierea experimentului:
- Alimentează bobina dispozitivului la baterie.
- Ce observi ?
Latura de jos a bobinei deviază într-o parte.
- Alimentează bobina dispozitivului la baterie inversând firele la polii bateriei.
- Ce observi ?
Latura de jos a bobinei deviază în cealaltă parte.
Concluzia experimentului:
Latura de jos a bobinei parcursă de curent electric și aflată într-un câmp magnetic este deviată datorită unei forțe numite forță electromagnetică.
Forţa electromagnetică este forţa exercitată de un câmp magnetic asupra unui conductor parcurs de curent electric.
Dacă plasăm un conductor liniar într-un câmp magnetic uniform, forţa electromagnetică exercitată asupra lui este:
I = intensitatea curentului ce trece prin conductor
l = lungimea conductorului aflat în câmp magnetic
α = unghiul făcut de vectorul inducție magnetică cu orientarea curentului electric (direcţie şi sens) şi corespunde unghiului minim.
Sensul forței electromagnetice depinde de:
-
Aranjarea polilor magnetici (cu ce pol apropiem magnetul de bobină)
-
Sensul curentului prin bobină.
Sensul forţei electromagnetice se poate determina cu regula mâinii stângi: întindem mâna stângă cu podul palmei spre polul nord al magnetului(linia de câmp magnetic intră în podul palmei, fiind orientată de la polul nord spre polul sud al magnetului), cu cele patru degete îndreptate în sensul curentului electric. Degetul mare întins lateral va arăta sensul forței electromagnetice.
- Aparatele de măsură pentru intensitatea curentului electric (ampermetrul) şi pentru tensiunea electrică de la bornele unui aparat (voltmetrul) au ca principiu de funcţionare acţiunea curentului electric asupra unui câmp magnetic (forţa electromagnetică).
Primul galvanometru (pentru măsurarea unor curenți electrici de slabă intensitate) a fost construit de Johann Schweigger în 1820, ulterior fiind îmbunătățit de André-Marie Ampère.
Ampermetrele analogice pot fi de două tipuri:
-
ampermetru cu cadru mobil: alcătuit dintr-un magnet fix în jurul căruia se poate roti o bobină prin care trece curentul electric de măsurat;
-
ampermetru cu magnet mobil: alcătuit dintr-o bobină fixă, în interiorul căreia se află suspendat unul sau mai multe ace magnetice a căror deviație poate fi măsurată.
La trecerea curentului electric prin bobină, aceasta interacționează cu câmpul magnetic al magnetului. Astfel apare un cuplu de forțe electromagnetice care rotesc bobina cadru și acul indicator proporțional cu intensitatea curentului ce trece prin bobină
Pentru a măsura curentul ce trece printr-un element de circuit, ampermetrul se montează în serie cu acesta ca el să fie străbătut de același curent cu a elementului de circuit (deoarece curentul este același în circuitul de serie).
Dacă legăm un ampermetru în paralel cu un element de circuit, având o rezistență foarte mică (aproape 0), va scurtcircuita acel element și va indica un curent foarte mare, cel de scurtcircuit.
Dat fiind că în timpul operației de măsurare, prin ampermetru trece curentul de măsurat, rezistența lui electrică trebuie sa fie cât mai mică posibil (putând ajunge până la 10-3 Ω), pentru o bună precizie.
Voltmetrul are aceeași construcție cu cea a ampermetrului cu diferența că acesta are montată o rezistență foarte mare în serie cu bobina ampermetrului.
Voltmetrul se leagă în paralel la bornele porțiunii de circuit deoarece prin voltmetru se ramifică un curent de intensitate foarte mică, datorită rezistenței sale foarte mari.
- Motoarele electrice funcționează pe bază de electromagnetism, mai precis datorită forțelor electromagnetice ce iau naștere între câmpul magnetic produs de stator şi curentul electric ce trece prin bobina rotorului.Aceste forţe electromagnetice pun în mişcare rotorul motorului ce se află pe un ax. Statorul este format dintr-un magnet (la motoarele de dimensiuni mici) sau electromagnet, având rolul de-a produce câmpul magnetic. Rotorul este alcătuit dintr-o bobină cu miez de fier fixată pe un ax. Alimentarea bobinei rotorului se face printr-un sistem de contacte mobile, numit colector. Pe lamelele acestuia alunecă două contacte fixe, din cărbune presat, numite periuţe.
- Trenurile foarte rapide cu suspensie magnetică au electromagneţi în loc de roţi (joacă rolul statorului). Forţa magnetică generată de aceştia susţine trenul la câţiva centimetri deasupra liniei, propulsându-l cu viteză foarte mare. Motorul liniar al acestor trenuri necesită o valoare mare a investiției inițiale, dar deoarece aceste trenuri nu ating şinele, forţa de frecare nu există şi costurile de întreținere sunt foarte mici.
- Microfonul transformă sunetul în semnale electrice. O membrană elastică dinăuntrul microfonului este pusă în vibrație de undele sonore. Vibraţia se transmite unor spire. Spirele sunt situate între polii unui magnet. Pe măsură ce spirele se mişcă, generează un curent electric. Curentul se mişcă înainte şi înapoi ca şi sunetul şi este transportat către amplificator.
- Difuzorul funcționează invers decât un microfon. El transformă semnalele electrice înapoi în unde sonore. Semnalele electrice se scurg printr-o spirală, dând naștere unei forţe electromagnetice. Această forţă împinge spirele spre şi dinspre magnet. Spirele care vibrează fac un con să vibreze, producând sunete.
