Universidad Nacional Autnoma de Honduras

Facultad de Ciencias

Escuela de Fsica

Prctica de FS-415 Tema: Magnetostriccin

Elaborado por: Ing. Francisco Solrzano

Asesor: M. Sc. Maximino Suazo

I. OBJETIVOS 1. Analizar la respuesta de un material ferromagntico a la aplicacin de un campo magntico.

2. Calcular la rapidez del sonido en una barra de hierro de seccin cuadrada.

3. Observar que la respuesta de una barra de hierro a ciertas frecuencias es mayor

II. MATERIALES Montaje para barra.

Prensa en C. Barra de hierro.

Cinta mtrica

1 martillo 1 hoja de papel 1 generador de seales 2 bobinas una compacta y una larga Cables conectores 1 Osciloscopio digital 1 vaso de cartn

III. TEORA RESUMIDA

Cuando una barra de hierro es golpeada en uno de sus extremos por un martillo, se produce una onda

longitudinal que viaja a travs de la barra y la comprime produciendo por lo tanto una pequea

variacin en el volumen y como consecuencia hay un cambio instantneo de la magnetizacin, lo

anterior se conoce como el efecto de Villari o Magnetostriccin Inversa.

En caso de que el nucle de una bobina sea atravesado por esta barra, se inducir una fem en la bobina

que tendr la siguiente forma:

Si en lugar de aplicar una compresin a la barra de hierro, le aplicamos un campo magntico variante con

el tiempo de una forma H = H0 Sin( t) por medio de un generador de seales y una bobina, la barra de

metal sufrir una deformacin que cambiar con el tiempo de forma similar al campo, a este fenmeno se

le denomina magnetostriccin.

Cuando la frecuencia del campo tiene el valor adecuado para producir ondas estacionarias en la barra de

hierro, la vibracin de dicha barra es mxima, y es posible escuchar un pequeo sonido emitido por la

barra. Una vez encontrada la frecuencia que produce el equivalente a un primer armnico, se puede

duplicar o triplicar dicha frecuencia para escuchar otros armnicos.

Para analizar cuantitativamente la relacin entre la longitud de la barra y la frecuencia se pueden utilizar

las siguientes ecuaciones.

donde n es un entero.

Para realizar el anlisis de la barra, se usar un modelo similar al de un tubo abierto en sus dos

extremos, ya que en ambos casos las ondas producidas son longitudinales y tienen velocidades que

dependen de las caractersticas del medio.

Los dominios magnticos se

reorientan debido a la aplicacin

de un campo magntico externo

IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Y TOMA DE DATOS

PARTE A

1. Fijar el soporte para barra a la mesa usando una prensa en C.

2. Usando la cinta mtrica, medir la longitud de la barra de hierro y anotarla ___________

(la incertidumbre es de 1 mm).

3. Colocar la barra de metal sobre el soporte de modo que el centro de dicha barra

descanse sobre el soporte.

4. Coloque la bobina pequea de modo que la barra haga el papel del ncleo de dicha bobina.

= 2L

= 2L /2

= 2L /3

5. Conecte la bobina al osciloscopio y ajstelo a 200 mV y 500 ns.

6. Golpear con el martillo el otro extremo de la barra, de modo que el golpe se distribuya

en toda la seccin transversal de la barra.

7. Observe la forma de onda en el osciloscopio.

8. Repita el paso 7 y congele la forma de la seal en el osciloscopio (Tome una foto de esto).

9. Observando los valores mximos de la seal, determine el tiempo que tarda la onda en viajar

por la barra __________________.

PARTE B

1. Arme un circuito en serie con la bobina larga, el generador de seales y el ampermetro, tal

como se puede observar en el diagrama 1.

2. Introduzca la varilla de hierro dentro de la bobina larga.

3. Una un extremo de la varilla al vaso de cartn.

4. Conecte en paralelo la bobina larga y un segundo multmetro de modo que pueda registrar la

frecuencia que entrega el generador.

5. Ajuste el generador de seales a una frecuencia que produzca que la barra emita un sonido

audible (consulte a su instructor sobre el valor aproximado).

6. Ajuste la salida del generador a la amplitud mxima y anote la corriente registrada por el

ampermetro ____________.

6. Anote el valor de frecuencia ________________________ Hz.

7. Busque la siguiente frecuencia audible y antela ________________________ Hz.

Diagrama 1. Circuito para la parte B

V. REGISTRO DE DATOS

Para el procedimiento A, registre:

a) La foto de la fem inducida en la bobina.

b) El nmero de vueltas de la bobina pequea ________.

c) Seccin transversal de la barra _______________.

Para el procedimiento B, registre:

a) En una tabla las longitudes de onda 1 y 2.

b) En una sola tabla las longitudes de onda y frecuencias calculadas, as como el clculo de la

velocidad promedio.

c) El nmero de vueltas de la bobina larga ________.

VI. CALCULOS

En la parte A

1. Usando la magnitud de la fem inducida, determine la magnitud de

.

2. Determine la frecuencia de la seal producida por el golpe.

3. Calcule el valor medio de la rapidez con que viaja el sonido en la barra de hierro.

4. Determine la incertidumbre de la rapidez con que viaja el sonido en la barra de hierro.

En la parte B

1. Determine el valor de .

2. Calcule el valor medio de la rapidez con que viaja el sonido en la barra de hierro.

3. Determine la incertidumbre de la rapidez con que viaja el sonido en la barra de hierro.

OBSERVACIONES:

1) No olvide aplicar la teora de errores.

VII. CUESTIONARIO

1. Investigue sobre la deformacin en una barra ferromagntica producida por una induccin

constante en el tiempo.

2. Investigue sobre aplicaciones de la magnetostriccin en diferentes campos como seguridad,

industria, comercio, entre otros.

3. Compare los valores de velocidad obtenidos en ambos casos.

4. Cuando cambio la frecuencia del generador, observo cambios significativos en la velocidad del

sonido en la barra? Explique.