El anillo de Thomson (I)

Actividades

Se introduce

• El desfase f de la intensidad y de la fem inducida en el anillo en grados

Se pulsa el botón titulado Dibuja

En el applet se representan tres gráficas

1. En la parte superior, se representa el campo magnético B_r en función del tiempo. B_r es proporcional a la corriente en el solenoide I_s es decir a sen(w t).

2. En la parte media, se representa la fem V_a , que es proporcional a –cos(w t), y la corriente I_a en el anillo desfasada f  respecto de la fem.

3. En la parte inferior del applet, se representa el producto del campo magnético B_r proporcional a sen(w t), por la corriente en el anillo proporcional a –cos(w t-f ), y se calcula el valor medio de la fuerza <F_z> que es proporcional a, -(senf)/2.

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Actividades En el programa interactivo de esta página, se ha sustituido el solenoide por una bobina, ya que es más sencillo de calcular el campo magnético creado por una bobina, que por un solenoide. El resultado final del "experimento" no cambia desde el punto de vista cualitativo. Se calcula la fuerza que ejerce una bobina de 100 vueltas sobre un anillo situado a una altura regulable z. Para modificar la distancia z, basta arrastrar con el ratón la flecha horizontal de color azul situada en el borde izquierdo del applet. Se introduce La frecuencia f de la corriente que circula por la bobina, en el control de edición titulado Frecuencia. La amplitud de la intensidad Is0 que circula por la bobina, en el control de edición titulado Intensidad La resistencia R del anillo (en unidades 10-4 Ω), en el control de edición titulado Resistencia La autoinducción L del anillo (en unidades 10-7 H), en el control de edición titulado Autoinducción Se pulsa el botón titulado Inicio para establecer el estado inicial y a continuación, el botón titulado Empieza para dar comienzo a la animación. A partir de las dimensiones del anillo y del material del que está hecho, podríamos calcular su resistencia y autoinducción. Sin embargo, en el programa interactivo introducimos directamente estas dos magnitudes, para poder ensayar todas las posibilidades, un anillo con o sin resistencia, con o sin autoinducción. El programa calcula y representa la intensidad de la corriente inducida en el anillo y la fuerza sobre el mismo. Permite por tanto, examinar la fuerza magnética sobre el anillo cambiando los distintos parámetros. El programa permite visualizar, el movimiento de las cargas (en color rojo) en el solenoide y en el anillo, dándonos una idea del sentido de la corriente inducida. . En la parte derecha, se representa la corriente en el solenoide (en color azul), en el anillo (en color rojo), y la fuerza sobre el anillo (en color negro) en función del tiempo. Desactivando la casilla titulada intensidades solamente se representa la fuerza sobre el anillo. Dado que la intensidad de la corriente inducida en el anillo, y la fuerza cambian notablemente a medida que se modifica alguno de los parámetros, se proporciona un control de selección  titulado Escalas para modificar la escala vertical de la representación gráfica.

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Experimentos. Representación gráfica Fuerza sobre el anillo en función de la amplitud de la intensidad I0s de la corriente en el solenoide Podemos comprobar, que la fuerza sobre el anillo es proporcional al cuadrado de la intensidad de la corriente que circula en el solenoide. Frecuencia f= Distancia z= Intensidad I0s Fuerza media <F> mN 1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   Fuerza en función de la frecuencia f de la corriente que circula en el solenoide La frecuencia con la que se realiza el experimento de laboratorio es de 50 Hz, el programa permite variar la frecuencia en un amplio rango de 10 a 150 Hz. Podremos observar que la fuerza crece rápidamente con la frecuencia, y tiende hacia un valor constante cuando la frecuencia se hace grande. Intensidad I0s= Distancia z= Frecuencia f Fuerza media <F> mN 10   30   50   70   90   110   130   150   La fuerza en función de la distancia z entre el anillo y el extremo superior del solenoide. La inducción mutua M disminuye rápidamente cuando se incrementa z, la distancia entre el solenoide y el anillo. La componente radial del campo magnético producido por el solenoide Br también disminuye con z. Dado que no podemos proporcionar expresiones simples para la dependencia de estas dos magnitudes con z. El resultado final como podrá comprobar el lector es que la fuerza <Fz> disminuye rápidamente a medida que se incrementa z. Intensidad I0s= Frecuencia f= Distancia z Fuerza media <F> mN 1.0   2.0   3.0   4.0   5.0   6.0   7.0   8.0   9.0   10.0   El applet que viene a continuación, nos permite representar los resultados de cada una de las experiencias, y observar la dependencia funcional de la fuerza media sobre el anillo con los tres parámetros que hemos mencionado Intensidad de la corriente en el solenoide Is0. Frecuencia f de la corriente alterna w =2p f . Con la distancia z entre el anillo y el solenoide Por ejemplo, si queremos examinar la dependencia de la fuerza <Fz> con la distancia z entre la bobina y el anillo. Se activa el botón de radio titulado Distancia. Se introduce en los controles de edición del lado izquierdo, bajo la etiqueta X, las distancias z, y en los controles de edición situados en el lado derecho, el valor de <Fz> proporcionado por el programa interactivo previo. Finalmente, se pulsa en el botón titulado Gráfica.

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