6 Guia de Magnetostriccion
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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.
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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
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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
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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 _______________.
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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.