núm 9 
Primavera del 2012
Societat Catalana de Física

Inici

Sumari      4/10 


Altaveu experimental
Celestí Capell
L’electromagnetisme sempre ha fascinat tot tipus de persones al llarg de la història. Encara avui ens sorprèn veure alguns dels seus efectes, ja que els fenòmens relacionats amb la força electromagnètica sempre estan envoltats d’un cert misteri.
En aquesta proposta pretenem fer un senzill i curiós experiment mitjançant el qual, aprofitant les propietats electromagnètiques, construirem un senzill i divertit altaveu.
El repte, en aquest cas, és utilitzar, majoritàriament, materials d’us comú de les nostres llars per construir aquest enginy, cosa que ens permetrà alhora entendre el funcionament físic dels altaveus.

Guia per al professorat


Alumnes als quals s’adreça l’experiència

  • Aquesta proposta, per la seva senzillesa, es pot realitzar amb l’alumnat d’ESO i de batxillerat.


Temporització

  • Amb l’alumnat d’ESO seria recomanable dedicar una hora per fer l’altaveu al laboratori (en grups de 2 o 3 alumnes) o bé fer la proposta a algun alumne especialment motivat tecnològicament perquè el faci a casa i després n’expliqui la construcció i el funcionament a la resta de la classe.
  • Amb l’alumnat de batxillerat es pot proposar com a treball d’ampliació o millora de la qualificació, donant importància a la posterior explicació de la construcció i el funcionament (de tots els aspectes relacionats amb el so i amb el camp magnètic).


Metodologia

  • Especialment amb l’alumnat de batxillerat, aquesta experiència caldria fer-la després d’haver vist els dos temes, so i magnetisme, que permeten a l’alumnat entendre clarament el funcionament dels altaveus així com l’emissió i la propagació del so.


Guia de l'alumnat


Material

Part del material el podeu veure a la figura 1.

  • Dos CD o DVD que no utilitzem.
  • Un imant de neodimi de tipus cilindre (diàmetre entre 10 mm i 15 mm).
  • Fil de coure esmaltat de 0,2 mm de diàmetre.
  • Cola per a plàstic (tipus Loctite o similar) .
  • Multímetre per poder verificar les connexions .
  • Soldador d’estany.

El soldador d’estany i el multímetre són eines comunes que podem trobar en qualsevol aula de Tecnologia d’ESO.
El fil de coure esmaltat el podem aconseguir desmuntant la bobina d’un motor elèctric espatllat o el podem adquirir en botigues d’electrònica o similars.
Un altre element que cal buscar és l’imant de neodimi (entre 10 mm i 15 mm de diàmetre i uns 5 mm d’altura aproximadament). Hi ha moltes ferreteries o magatzems industrials que disposen d’aquest tipus d’imants i, molt sovint, en podem trobar al laboratori de Física, sobretot tenint en compte el gran nombre d’experiments que podem fer amb aquests elements. Si tenim dificultats per trobar-lo, també el podem adquirir per Internet en diferents botigues virtuals.
Si el diàmetre de l’imant és igual o més petit que el forat central del CD, ens en dificultarà la subjecció, però aleshores podem experimentar introduint-lo en el CD per un costat o per un altre i fins i tot el podem ficar dins la bobina de l’altre CD, de manera que en cada situació podem veure com sona l’altaveu.

Principi de funcionament

Per aconseguir emetre un so, hem d’aconseguir propagar en l’aire una vibració que estigui dins de la zona auditiva, és a dir, entre els 20 Hz i els 20 kHz. En el nostre cas, per emetre el so de manera senzilla farem vibrar un dels CD de l’experiment.
Per aconseguir aquesta vibració mecànica aprofitarem la interacció entre el camp magnètic de l’imant de neodimi i el camp magnètic generat per la bobina que construirem.

 

Recordem que una bobina, amb un determinat nombre de voltes, és en realitat un electroimant i que en fer-hi circular un corrent elèctric crea un camp magnètic. La polaritat del camp magnètic obtingut depèn del sentit del corrent que fem circular per la bobina.
Si fixem l’imant sobre una superfície (en el nostre cas, un CD) i apropem moltísim la bobina a l’imant mentre hi fem circular un corrent altern, aleshores notarem unes petites vibracions proporcionals a les variacions del corrent altern. Aquestes vibracions són degudes al fet que durant un semicicle hi ha una força d’atracció entre la bobina i l'imant i durant l’altre semicicle, a causa del canvi de polaritat, la força és de repulsió.
Finalment hem d’aprofitar aquestes vibracions de la bobina perquè es propaguin per l’aire fins a arribar a la nostra oïda. L’amplificació d’aquestes vibracions l’aconseguim amb el segon CD, que haurem fixat a la bobina.

I el corrent altern com l’aconseguim?


De fet qualsevol senyal de sortida d’altaveu ens servirà, és a dir, haurem de substituir un altaveu normal pel nostre. Uns altaveus que podem aconseguir fàcilment són els altaveus de sobretaula d’un ordinador. També podem utilitzar la sortida d’auriculars d’un aparell MP3 o similar, tot i que la seva potència és molt petita i quasi no sentirem el nostre altaveu.
Nota: cal tenir cura que a la bobina no tinguem cap curtcircuit, perquè llavors podríem malmetre la font sonora utilitzada.
Aclariment: el nostre curiós altaveu és un simple prototip experimental i el seu rendiment no és gaire elevat, és a dir, si el comparem amb un altre altaveu comercial comprovarem que el so és més fluix, ja que la mecànica utilitzada no és l’òptima per obtenir un so espectacular. De fet, el que pretenem és fer un enginy singular i fet amb les nostres mans.

Construcció de l’altaveu

1. Fixem l’imant (figura 2)
L’hem adherir a la part central (forat central) d’un dels CD, procurant que ens quedi al mateix nivell en una de les cares del CD.
Aquest CD serà la part fixa del nostre altaveu.

 


2. Cons
trucció de la bobina (figures 3, 4 i 5)
És la part més entretinguda i delicada d’aquest projecte.
Perquè la bobina ens quedi més o menys digna, cal fer servir un cilindre com a suport. Podem utilitzar un tap de suro d’una ampolla de vi, per exemple. Hem d’enrotllar-hi unes 60 espires tan compactes com sigui possible.

 

Tallem els extrems de cada fil de la bobina i en deixem un molt més llarg que l’altre, amb uns 40 cm.
Ara, amb paciència, extraiem la bobina del suport cilíndric, intentant que no s’emboliquin les espires.
El fil més llarg l’hem d’aprofitar per caragolar-lo al voltant de la bobina, de manera que ens quedarà una mena de “toroide”, tot més compacte.


3. Enganxem la bobina (figura 6)
Ara, enganxem la bobina a una de les cares del CD. No cal dir que l’hem de ficar al màxim de centrada possible respecte del forat del CD.

 

 

 

4. Preparem els contactes (figures 7 i 8)
El fil de coure esmaltat porta una fina capa de vernís que té la funció d’aïllant per evitar que les espires de la bobina facin un curtcircuit entre si.
Per extreure aquest vernís, podem rascar amb cura el fil amb un cúter o també amb paper de vidre de gra fi.
A mesura que anem aconseguint extreure la capa protectora de vernís, veurem com el color del coure canvia de tonalitat.
Estanyem amb el soldador les puntes que prèviament hem rascat.

 

5. Verifiquem
Quan tenim les dues puntes estanyades, hem de verificar amb el multímetre el valor de la resistència elèctrica de la bobina, que ha de donar un valor aproximat de .


6. La font del so (figura 9)
Podem utilitzar uns altaveus d’ordinador de sobretaula com a generador del senyal elèctric sonor.
Obrim la capsa i ràpidament localitzarem el cables vermell i negre que van connectats a l’altaveu.
Els desconnectem de l’altaveu interior per connectar-los al nostre altaveu.

 

7. Connectem (figura 10)
Tal com indica la imatge 10, connectem els dos fils al prototip d’altaveu construït.

 

8. I finalment... (figura 11)
Posem els dos CD cara a cara, engeguem l’aparell (perquè soni la música) i ja podem gaudir del nostre giny.
Podeu experimentar com en apropar o separar els CD varia considerablement la intensitat del so. Evidentment, buscarem l’explicació plegats.




Sumari  4/10 

Inici

ISSN: 1988-7930    Adreça a la xarxa: www.RRFisica.cat    Adreça electrònica: redaccio@rrfisica.cat  difusio@rrfisica.cat
Comitè de redacció : Josep Ametlla, Octavi Casellas, Xavier Jaén, Gemma Montanyà, Cristina Periago, Octavi Plana, Jaume Pont i Ramon Sala.
Treballem conjuntament : Societat Catalana de Física, Associació de Professores i Professors de Física i Química de Catalunya,XTEC, Universitat Politècnica de Catalunya, Universitat de Barcelona

     
Programació web:
Xavier Jaén i Daniel Zaragoza.

Correcció lingüística:
Serveis Linguïstics de la Universitat Politècnica de Catalunya.
Aquesta obra està subjecta a una
Llicència de Creative Commons
Creative Commons License

Recursos de Física col·labora amb la baldufa i també amb ciències Revista del Professorat de Ciències de Primària i Secundària (Edita: CRECIM-UAB)