Cercuri studenţeşti

22

Efectul Procopiu

Vasilica Gafton1,Valentin Marina1, Silvia Pruteanu1

1Colegiul Tehnic „Gheorghe Cartianu”, Piatra Neamţ

1. Scurt istoric

Când se trece un curent alternativ printr-un fir de fier sau nichel şi dacă în jurul firului se află o mică Încă din anul 1927, Ştefan Procopiu a efectuat cercetări din domeniul substanţelor feromagnetice. Prima temă abordată a fost fenomenul Barkhausen care constă în caracterul discontinuu al magnetizării unei substanţe, datorat momentelor magnetice elementare Weiss. Noutatea adusă de Ştefan Procopiu este aceea că el pune în evidenţă discontinuităţile de magnetizare în condiţii deosebite, când eşantionul este supus unor acţiuni mecanice sau când este parcurs de un curent alternativ.

Studiile făcute asupra efectului Barkhausen l-au condus pe Procopiu să descopere în anul 1930, ceea ce dânsul a numit „efectul Barkhausen circular” iar mai târziu „fenomenul de inducţii magnetice alternative”.

În literatura de specialitate acest efect care constă în magnetizarea unui eşantion cilindric de substanţă feromagnetică sub acţiunea simultană a unui câmp alternativ şi a unuia staţionar longitudinal, determinând apariţia unei tensiuni electromotoare într-o bobină coaxială cu eşantionul, poartă denumirea de „efect Procopiu”.

2. Prezentarea fenomenului

Când se trece un curent alternativ printr-un fir de fier sau nichel şi dacă în jurul firului se află o mică bobină cu multe spire, pusă în legatură cu un amplificator, un circuit cu diodă şi un instrument cu o sensibilitate bună (eventual un microampermetru ), se constată că instrumentul nu indică nici o deviaţie pană când valoarea curentului alternativ axial nu depaşeşte o valoare minimă. După această valoare se observă o deviaţie care creşte odată cu creşterea curentului alternativ axial pană când ajunge la o valoare de saturaţie. Efectul este mult mărit dacă firul de fier este supus unei torsiuni.

Deviaţia indicată de instrumentul din circuitul bobinei B.I. este produsă de inducţiile magneţilor elementari Weiss. Acestia îşi inversează magnetizarea sub acţiunea variaţiei de câmp magnetic circular produs de curentul alternativ axial. Particulele magnetice elementare schimbându-şi orientarea într-un plan perpendicular pe direcţia firului, nu produc nici o deviaţie în bobina B.I

Figure 1

La o valoare mai mare a curentului alternativ (aproximativ 1,25 A ) aceste particule îşi schimbă orientarea şi în alte planuri decât în planul perpendicular

pe fir astfel încât apar inducţii în bobina indusă, care amplificate (de aproximativ 350 de ori ) şi redresate pot produce o deviaţie într-un singur sens a instrumentului.

Cercuri studenţeşti

23

Fig.2 a Fig.2 b

3. Dispozitivul experimental

A fost realizat în aşa fel încât să îndeplinească pe

cât posibil cerinţele din experimentul iniţial şi să poată fi folosit atât în varianta verticală, cât şi în cea orizontală. a) Varianta verticala

În experimentul în poziţie verticală se foloseşte contactul cu mercur pentru punerea în evidenţă a efectului torsiunilor asupra indicaţiilor instrumentului; după ce este torsionat şi lăsat liber, firul oscilează în jurul poziţiei de echilibru şi în acelaşi ritm, acul microampermetrului arată modificările inducţiilor magneţilor elementari numai datorită variaţiilor torsiunii firului (Fig.1). b) Varianta orizontala

În experimentul în poziţie orizontală, se

scurtcircuitează bornele contactului mobil cu Hg (Fig. 2).

Părţile componente ale dispozitivului sunt:

Sistemul mecanic: placa pentru fixare, suporţi, borne, cleme, sistem contact cu mercur, busolă.

Sistemul electric: Circuitul firului de fier : fir de fier (în varianta

prezentată diametrul firului este de 0,8 mm), transformator de curent alternativ, reostat ( 40Ω/60A ), ampermetru de curent alternativ (max. 6A).

Circuitul bobinei inductoare: bobina B.C. ( lungime 40 cm, raza 0,8 cm, 209 spire din Cu de 1 mm diametru, rezistenţa de 0,06Ω), sursa de curent continuu (acumulator auto de 12V), reostat (100Ω/3A), ampermetru de curent continuu ( max. 5A).

Circuitul bobinei induse: bobina B.I. (7100 spire, rezistenţa de 1100Ω şi o lungime de 5 cm), amplificator

AS 2020, circuit de detecţie (dioda JIN 758A), microampermetru.

Marimi fizice care intervin în experiment: -curentul electric (continuu 0 - 4A, alternativ 0 - 4A); -magnetismul terestru (componenta orizontală si verticală); -tensiunea mecanică din fir; -torsiunea firului; -magnetizarea longitudinală remanentă a firului de fier; -temperatura firului de fier ( la curenţi mari).

Atât variaţiile mărimilor fizice cât şi alegerea materialelor folosite în dispozitiv au influenţă în rezultatele experimentale. 4. Rezultate experimentale

Fir de fier de 0.8 mm diametru; magnetizare

longitudinală nulă

Dispozitivul in poziţie orizontală

Dispozitivul in poziţie verticală

I (A) α (div) θ(o) α(div) 0.45 0 -40 0.90 0.70 0 -30 0.85 0. 80 0 -20 0.50 1.10 0 -10 0.25 1.25 0.14 0 0.17 1.35 0.25 20 0.13 1.45 0.45 30 0.30 1.60 0.70 40 0.45 1.75 0.95 50 0.50

Bibliografie [1] Ştefan Procopiu, Opere alese – 1979. [2] Ion Dima, George Vasiliu, Dumitru Ciobotaru, [3] Ştefan Muscalu, Dicţionar de Fizică. [4] Manuale de Fizică.