La miniaplicació que farem servir esta dissenyada per Paul Faslstad i es troba a la pàgina web http://www.falstad.com, on podeu trobar altres miniaplicacions de física d’accés lliure. També hi podeu accedir a través de: http://www.cperiago.cat/rrfisica/fislets/h0fj026/h0fj026.htm.
Quan
obrim la miniaplicació apareix una representació del camp magnètic
que apareix per defecte.
A la part superior dreta de la finestra ens apareix una persiana (Field
selection) que ens permet seleccionar el tipus de distribució
de corrent que crearà el camp magnètic que volem visualitzar.
Ens centrarem en:
ja que són les situacions que habitualment estudiem a classe.
En una segona persiana, just a sota de l’anterior, podem
triar com visualitzar les línies de camp (Display: Field Lines).
Podem veure-hi altres magnituds, però aquesta és la que millor
representa el camp magnètic.
En una tercera persiana, podem seleccionar quina utilitat té el ratolí
quan el movem per la finestra: ajustar l’angle de visió o ajustar
el zoom. Normalment utilitzarem la primera opció (Mouse = Adjust
Angle), encara que segons com ens pugui semblar interessant ampliar
o reduir el dibuix (Mouse = Adjust Zoom).
A la darrera persiana podem triar entre veure les línies de camp representades
en tres dimensions (No Slicing) o projectar-les en els diferents
plans perpendiculars als eixos X,
Y o Z
(Show X Slice, Show Y Slice, Show
Z Slice).
Finalment, i en funció de la distribució de corrent que haguem
triat a la primera persiana, ens apareixeran una sèrie de paràmetres
que podem modificar.
La representació de les línies de camp del fil rectilini infinit (vegeu la figura 1), ens permet veure de manera ràpida i senzilla que les línies de camp són tancades (recordem que el camp magnètic és un camp solenoïdal).
També podem aprofitar, si hem calculat prèviament
l’expressió analítica del camp, per veure que les línies
de camp són circumferències centrades en l’eix del fil,
i que el mòdul del camp depèn inversament de la distància
al fil. Aquesta darrera propietat la podem comprovar observant el color verd
més intens de la línia, quan la distància al fil és
menor (el color més lluminós indica un camp més intens).
Finalment, podem discutir sobre la direcció i el sentit del vector camp
magnètic. Per això potser seria més convenient representar
els vectors en comptes de les línies (Display: Field Vectors)
La representació de les línies de camp de la bobina recta (vegeu la figura 2) és la que té més opcions i ens permet estudiar com varia el camp magnètic en funció de la geometria, així com analitzar el rang de validesa dels resultats calculats prèviament, corresponents a l’anomenada bobina llarga.
En aquest cas podem variar el nombre d’espires (#
of Turns), el seu diàmetre (Diameter) i la
longitud de la bobina (Height), i observar com es modifiquen
les línies de camp.
Si augmentem el nombre d’espires, veurem que les línies de camp
queden bastant ben “canalitzades” a l’interior de la bobina.
A més, si disminuïm el diàmetre de les espires podem veure
que el camp magnètic a l’interior és homogeni (les línies
de camp són rectes paral·leles a l’eix de la bobina, i el
mòdul del camp és constant) i que fora de la bobina és
pràcticament nul (en els extrems de la bobina, les línies de camp
es van separant i gairebé “desapareixen” en punts molts llunyans,
en punts exteriors, propers als costats del cilindre que constitueix la bobina,
gairebé no hi ha línies de camp).
Aquesta situació ens reprodueix el que anomenem l’aproximació
de la bobina llarga, que es dóna quan la secció de la bobina
és molt més petita que la seva longitud i les espires estan molt
juntes. Si hem calculat prèviament l’expressió analítica
d’aquest camp, podem valorar com hi influeix cada paràmetre a l’hora
de decidir si podem fer l’aproximació o no.
Pot ser interessant visualitzar el camp magnètic creat per dues espires separades (loop pair stacked). Si modifiquem la distància entre les dues espires, podem analitzar com varia el camp magnètic quan aquestes estan “més separades” o “molt juntes”. Podem comparar aquestes representacions amb la de la bobina recta, cosa que ens ajudarà a comprendre que la bobina la podem considerar com un conjunt d’espires molt properes les unes a les altres.
Autor d'aquesta pàgina: Cristina Periago i Xavier Bohigas Dept. Física i Enginyeria Nuclear. UPC
Aquesta
obra està subjecta a una
Llicència
de Creative Commons
