LA MEMORIA DEL FERRO

“ LA MEMORIA DEL FERRO” 1PROGETTO PER IL CONCORSO ANCH'IO SCIENZIATO - A.S. 2015/2016 DELLA 3° EA ISTITUTO TECNICO TECNOLOGICO “V. CERULLI” GIULIANOVA

“ LA MEMORIA DEL FERRO” La classe 3°E.A. Vi presenta“LA MEMORIA DEL FERRO” progetto per il concorso 2Anch'Io Scienziato - A.S. 2015/2016 PROGETTO PER IL CONCORSO ANCH'IO SCIENZIATO - A.S. 2015/2016 DELLA 3° EA ISTITUTO TECNICO TECNOLOGICO “V. CERULLI” GIULIANOVA

“ LA MEMORIA DEL FERRO”Dirigente: Leonilde Maloni. Istituto Tecnico Tecnologico “V. Cerulli” Via Gramsci, 77 - 64021 Giulianova (TE) Tel. 085 8001757 - Fax 085 8028562 mail: [email protected] www.iiscrocetticerulli.gov.itAlunni: Adorante Mattia, Arduini Alessio, Cipolletti Alessandro, Cordone Matteo, Di Giovannantonio Jacopo, Di Giuseppe Matteo,Di Marcantonio Alessandro, Di Marco Andrea, Furia Luca, Libbi Federico, Pedicone Alberto, Procacci Lorenzo, Quercetti Attilio,Recchilungo Jacopo, Recchilungo Riccardo, Tassoni Marika.Docenti: Prof. Giovanni Marcozzi, Prof. Salvatore Pirruccio. 3PROGETTO PER IL CONCORSO ANCH'IO SCIENZIATO - A.S. 2015/2016 DELLA 3° EA ISTITUTO TECNICO TECNOLOGICO “V. CERULLI” GIULIANOVA

“ LA MEMORIA DEL FERRO”INDICE I tasti di navigazione sopra la pagina OBIETTIVO / PERCORSO vi consentiranno di utilizzare al AZIONE DEI CAMPI MAGNETICI NEI CONFRONTI DI SOSTANZE METALLICHE DIVERSE meglio questo lavoroPERMEABILITÀ MAGNETICATITOLO:   Vai indietro di una paginaDOMINI DI WEISS PREMESSA   Vai all’ultima pagina visitataCIRCUITO CON CUI SI CONDURRÀ LA PROVA RILIEVO DELLE CARATTERISTICHE DEL LATO PRIMARIO DEL CIRCUITO DI PROVA Vai alla HOME PAGE RILIEVO DELLE CARATTERISTICHE DEL LATO SECONDARIO DEL CIRCUITO DI PROVA “ LA MEMORIA DEL FERRO” MONTAGGIO DEL CIRCUITO DI MISURA CIRCUITO DI MISURA Vai avanti di una paginaCURVA DI PRIMA MAGNETIZZAZIONE CON METODO DINAMICO RILIEVO SPERIMENTALE DELLA CURVA DI PRIMA MAGNETIZZAZIONE PERMEABILITÀ MAGNETICA DEL MATERIALE UTILIZZATO ANALISI DELLA CURVA DI PRIMA MANETIZZAZIONERILIEVO DEL CICLO DI ISTERESI OTTENUTO CON IL METODO DINAMICO STUDIO DEL CICLO DI ISTERESI COMPORTAMENTO DEI DOMINI SOTTOPOSTI AL CICLO DI ISTERESI ENERGIA DISSIPATA DURANTE IL CICLO DI ISTERESIMATERIALI MAGNETICAMENTE MORBIDI, DURI E FERRITI SMAGNETIZZAZIONE DI UN FERROMAGNETE CONSIDERAZIONI FINALIBIBLIOGRAFIA / SITOGRAFIA  4PROGETTO PER IL CONCORSO ANCH'IO SCIENZIATO - A.S. 2015/2016 DELLA 3° EA ISTITUTO TECNICO TECNOLOGICO “V. CERULLI” GIULIANOVA

“ LA MEMORIA DEL FERRO”OBIETTIVO:Sviluppare un progetto per il concorso “Anch'Io Scienziato”, basato su un’esperienza laboratoriale condotta ascuola, che quest’anno ha avuto come scopo lo studio delle interazioni tra i campi magnetici e tra questi e i varitipi di materiali. PERCORSO: Partendo dal campo magnetico ottenuto da una calamita e da quello elettromagnetico prodotto per mezzo della corrente che attraversa una o più spire di rame, abbiamo osservato sperimentalmente l’interazione che ognuno di essi ha nei confronti di alcuni materiali come:•la limatura di ferro influenzata da un campo magnetico oferromagnetico, dove si distinguono le linee di flusso magneticouscire e rientrare dai poli;• gli indici di una serie di bussole, i cui poli si orientanoparallelamente alle linee del flusso magnetico, o elettromagnetico;oppure osservare cosa succede, quando si sottopongono 5a un campo variabile le bobine di rame smaltato,collegate a un voltometro a zero centrale o a unalampadina. PROGETTO PER IL CONCORSO ANCH'IO SCIENZIATO - A.S. 2015/2016 DELLA 3° EA ISTITUTO TECNICO TECNOLOGICO “V. CERULLI” GIULIANOVA

“ LA MEMORIA DEL FERRO”AZIONE DEI CAMPI MAGNETICI NEI CONFRONTI DI SOSTANZE METALLICHE DIVERSE RAME(CU)Per osservare ciò il professore ci ha messo a disposizione una calamita, uncontenitore con il mercurio, il suo anello d’oro e una barretta di rame. Abbiamo 6notato che l’influenza del campo magnetico della calamita non faceva vedere alcuneffetto su nessuno dei materiali sopra indicati. Dopo il prof. ha preso la calamita el’ha disposta su un estremo della barretta di rame lunga 12 cm e ha disposto l’altroestremo a contatto con un mucchietto di limatura di ferro, quando ha allontanato labarretta dalla limatura, nessun granello di metallo restava attaccato al rame,benché la calamita fosse ancora attaccata alla barretta. Grazie a ciò abbiamodedotto che i materiali osservati sono passivi al magnetismo e si diconoDIAMAGNETICI.Poi il professore ci ha messo a disposizione una barretta d’alluminio simile perdimensioni a quella di rame già descritta, per la quale abbiamo osservato che fintanto che era a contatto metallico con una calamita a un suo estremo, con l’altroattirava i granelli di limatura di ferro, quando abbiamo rimosso la calamitadall’alluminio, la limatura cadeva. Questa caratteristica è tipica dei materialiPARAMAGNETICI, che non conservano la magnetizzazione in assenza di un campoesterno applicato.In ultimo il prof. ci ha fornito una barretta di ferro come quelle già usate e abbiamonotato che la calamita attraeva violentemente quell’oggetto, quando abbiamo fattol’esperimento con la limatura, questa era attirata dalla barretta, anche quandoabbiamo rimosso la calamita dalla barretta, la limatura restava attaccata al ferro.Ciò che abbiamo osservato è caratteristico dei materiali FERROMAGNETICI, chesotto l'azione di un campo magnetico esterno si magnetizzano moltointensamente, e anche dopo la rimozione del campo magnetico esternorimangono magnetizzati.PROGETTO PER IL CONCORSO ANCH'IO SCIENZIATO - A.S. 2015/2016 DELLA 3° EA ISTITUTO TECNICO TECNOLOGICO “V. CERULLI” GIULIANOVA

“ LA MEMORIA DEL FERRO”PERMEABILITÀ MAGNETICACon gli esperimenti empirici già considerati, abbiamo osservato l’attitudine dei materiali a magnetizzarsi inpresenza di un campo magnetico, questa capacità si chiama PERMEABILITÀ MAGNETICA µ si misura in HENRY almetro (H/m), equivalente a newton fratto ampere al quadrato (N/A2).La PERMEABILITÀ MAGNETICA ASSOLUTA di un mezzo è la grandezza μ; definita come rapporto tra l’induzionemagnetica B e l’intensità del campo magnetizzante H, μ=B/H.La permeabilità magnetica del vuoto che vale μ0= 4π∙10–7H/m è una delle costanti fisiche fondamentali delSistema Internazionale.Si DEFINISCE PERMEABILITÀ MAGNETICA RELATIVA, e viene indicata con μr, il rapporto tra la permeabilitàassoluta di un mezzo e la permeabilità magnetica μ0 del vuoto: μr=μ/μ0. 7PROGETTO PER IL CONCORSO ANCH'IO SCIENZIATO - A.S. 2015/2016 DELLA 3° EA ISTITUTO TECNICO TECNOLOGICO “V. CERULLI” GIULIANOVA

“ LA MEMORIA DEL FERRO”TITOLO:Il titolo ci è stato ispirato dall’esperienza fatta con la barretta di ferro che passa dall’essere neutra nei confrontidella limatura, a essere essa stessa un magnete dopo il contatto con la calamita, questo fenomeno lo abbiamointeso, come un insegnamento che la calamita ha offerto al ferro il quale ne porta il ricordo, per questo il titolodel progetto sarà:“ LA MEMORIA DEL FERRO” 8PROGETTO PER IL CONCORSO ANCH'IO SCIENZIATO - A.S. 2015/2016 DELLA 3° EA ISTITUTO TECNICO TECNOLOGICO “V. CERULLI” GIULIANOVA

“ LA MEMORIA DEL FERRO”DOMINI DI WEISSPrima della descrizione del progetto occorre fare qualche puntualizzazione suimateriali ferromagnetici, che sono costituiti da regioni microscopichechiamate domini di Weiss, le quali sono spontaneamente magnetizzate pereffetto di un forte campo magnetico molecolare che tende ad allineareall'interno del dominio i singoli dipoli magnetici degli atomi che locompongono. I domini sono separati da una zona di transizione detta paretedi Bloch. Le direzioni di magnetizzazione dei domini in generale sono casuali.Se un campo magnetico esterno, anchedebole, influenza il materiale, all'internodi ogni dominio, i singoli dipoli magneticitendono ad allinearsi provocando nelmateriale una magnetizzazione checresce all'aumentare del campo che licoinvolgefino ad arrivare a un valore di saturazione, corrispondente alcompleto orientamento dei singoli dipoli magnetici nella direzionedel campo esterno, quando questo diventa intenso.All'annullarsi del campo esterno, il materiale conserva ancora un valore di 9magnetismo residuo non nullo, detto Rimanenza. PROGETTO PER IL CONCORSO ANCH'IO SCIENZIATO - A.S. 2015/2016 DELLA 3° EA ISTITUTO TECNICO TECNOLOGICO “V. CERULLI” GIULIANOVA

“ LA MEMORIA DEL FERRO” PREMESSA Per capire da dove partiremo per condurre l’esperimento, immaginiamo di inserire un pezzo di ferro all’interno di un solenoide collegato a un generatore di corrente elettrica inizialmente spento. Se aumentiamo gradualmente la corrente I che scorre nel solenoide, all’interno del materiale verrà generato un campo magnetico  che diventa sempre più intenso man mano che cresce la corrente. Il campo magnetico si trasferisce al ferro, così da farlo diventare una elettrocalamita. È naturale aspettarsi che, spegnendo il generatore, il campo magnetico B prodotto dal solenoide scompaia, invece quello che si è generato sul ferro permane, viste le caratteristiche già espresse per i materiali ferromagnetici.Dall’esperimento ci aspettiamo di ricavare il CICLO D'ISTERESI il quale è undiagramma che evidenzia la relazione tra il campo magnetico e l‘induzione in unmateriale ferromagnetico sottoposto a variazioni periodiche del campomagnetizzante. Questo fenomeno dipende dalla natura del materiale e dallelavorazioni a cui esso è stato sottoposto. 10PROGETTO PER IL CONCORSO ANCH'IO SCIENZIATO - A.S. 2015/2016 DELLA 3° EA ISTITUTO TECNICO TECNOLOGICO “V. CERULLI” GIULIANOVA

“ LA MEMORIA DEL FERRO”CIRCUITO CON CUI SI CONDURRÀ LA PROVA Per realizzare l’esperimento utilizziamo lo schema riportato in figura, in cui sono evidenti tutti gli strumenti e gli elementi che citeremo di seguito, disposti da sinistra verso destra nel circuito: PROVINO F.M.~F 50Hz A R2N V1 N1 N2 C 300 300 V2 V.T. S1 R1 NUCLEO F.M. T1• Un VARIATORE di TENSIONE V.T.;•un INTERRUTTORE BIPOLARE S1; TIME/DIV•un TRASFORMATORE DI ISOLAMENTO T1, per garantire la sicurezza X/Yin caso di contatti diretti e indiretti;•un VOLTMETRO V1 per la misura della tensione primaria;•un AMPEROMETRO A per misurare la corrente primaria; CH1 CH2•una RESISTENZA R1=22Ω ai capi della quale colleghiamo il CH1dell'oscilloscopio per misurare la VX=R1*I1;•il PROVINO FERRO MAGNETICO, NUCLEO;•la BOBINA N1 di 300 spire presso la quale si genera il campo magnetico capace di magnetizzare il nucleo;•la BOBINA N2 di 300 spire che per effetto elettro magnetico proveniente dal nucleo genera una tensione secondaria V2,•il VOLTOMETRO V2 per misurare la tensione secondaria V2;•Il dipolo R2=86,6kΩ, C=2,7ɳF come nella figura chiude il secondario e ci permette di misurare una tensione VY che èproporzionale all’induzione magnetica B ai capi di C;•in fine l’OSCILLOSCOPIO.PROGETTO PER IL CONCORSO ANCH'IO SCIENZIATO - A.S. 2015/2016 DELLA 3° EA ISTITUTO TECNICO TECNOLOGICO “V. CERULLI” GIULIANOVA

“ LA MEMORIA DEL FERRO”CIRCUITO CON CUI SI CONDURRÀ LA PROVA A PROVINO F.M. R2 N1 N2~F 50Hz V1 300 300 V2N S1V.T. T1 R1 NUCLEO F.M. C TIME/DIV X/Y CH1 CH2Dallo schema vediamo che il circuito è alimentato in alternata a 50 Hz, il CAMPO H che si genera avrà intensitàoscillante tra un valore minimo a uno massimo. Inviando il segnale VR1 proporzionale a H al canale CH1, e ilsegnale VC proporzionale all’INDUZIONE B. al canale CH2 dell’OSCILLOSCOPIO in MODALITÀ X-Y, che permettedi visualizzare le relazioni di fase tra i due segnali introdotti nello strumento, e quindi ci consente d’osservaredirettamente il CICLO DI ISTERESI, come si vede in figura nell’OSCILLOSCOPIO. 12 PROGETTO PER IL CONCORSO ANCH'IO SCIENZIATO - A.S. 2015/2016 DELLA 3° EA ISTITUTO TECNICO TECNOLOGICO “V. CERULLI” GIULIANOVA

“ LA MEMORIA DEL FERRO”RILIEVO DELLE CARATTERISTICHE DEL LATO PRIMARIO DEL CIRCUITO DI PROVAVista l’importanza che il NUCLEO FERROMAGNETICO riveste sui fenomenifino a qui accennati, è di fondamentale importanza tener conto di tutte lemisure per il calcolo del PERIMETRO MEDIO dello stesso.DATI DEL PERIMETRO MEDIOLe(cm) Le(cm) Pe(cm) Li(cm) Li(cm) Pi(cm) (Pe+Pi)/2 (cm) Pm(m) 0,35213,5 10,1 47,2 7,5 4,1 23,2 35,2Come si vede, su questo lato insiste pure la R1=22Ω, e la BOBINA di 300 spire, questi dati ci permettono dicalcolare la costante KX=N1/Pm*R1) = 300/0,352*22=38,74 (A/(m*V)), che moltiplicata per la VX rilevata conl’oscilloscopio, darà come risultato H=KX*VXPROGETTO PER IL CONCORSO ANCH'IO SCIENZIATO - A.S. 2015/2016 DELLA 3° EA ISTITUTO TECNICO TECNOLOGICO “V. CERULLI” GIULIANOVA 13

“ LA MEMORIA DEL FERRO”RILIEVO DELLE CARATTERISTICHE DEL LATO SECONDARIO DEL CIRCUITO DI PROVACome per il lato primario anche per il secondario si devono fare delleconsiderazioni sugli elementi che lo costituiscono, che serviranno perl’analisi dei risultati, questi sono: la superficie del nucleo, il numerospire della bobina, sennonché R2 e C. 3cm 3cmDATI DEL NUCLEO BOBINA comp. ACCESSORIL1(cm) L2(cm) S(m2) N2 R2(Ω) C(F)3 3 0,0009 300 86600 0,0000027I dati in tabella ci permettono di calcolare la costante Ky=((R2*C)/(N2*S))=(86600*0,000027)/(300*0,0009)==0,87(T/V), che a sua volta, moltiplicata per la Vy, rilevata con l’oscilloscopio , darà come risultato B=Ky*Vy(T) 14PROGETTO PER IL CONCORSO ANCH'IO SCIENZIATO - A.S. 2015/2016 DELLA 3° EA ISTITUTO TECNICO TECNOLOGICO “V. CERULLI” GIULIANOVA

“ LA MEMORIA DEL FERRO”MONTAGGIO DEL CIRCUITO DI MISURA PROGETTO PER IL CONCORSO ANCH'IO SCIENZIATO - A.S. 2015/2016 DELLA 3° EA ISTITUTO TECNICO TECNOLOGICO “V. CERULLI” GIULIANOVA

“ LA MEMORIA DEL FERRO”MONTAGGIO DEL CIRCUITO DI MISURA 16PROGETTO PER IL CONCORSO ANCH'IO SCIENZIATO - A.S. 2015/2016 DELLA 3° EA ISTITUTO TECNICO TECNOLOGICO “V. CERULLI” GIULIANOVA

“ LA MEMORIA DEL FERRO”CIRCUITO DI MISURAPrima di eseguire le misure, su un computer abbiamo creato un foglio elettronico, dove riporteremo le costantigià calcolate, quelle strumentali e i dati misurati, così da ottenere direttamente la caratteristica dell’esperimentograzie alle formule impostate. KX KY   ch1(Vx) ch2 (Vy)38,74 0,87 n. v/div nd Vx Kx H(Asp/m) v/div nd Vy KY B(Wb/m2 ) 17 PROGETTO PER IL CONCORSO ANCH'IO SCIENZIATO - A.S. 2015/2016 DELLA 3° EA ISTITUTO TECNICO TECNOLOGICO “V. CERULLI” GIULIANOVA

“ LA MEMORIA DEL FERRO” RILIEVO DELLA CURVA DI PRIMA MAGNETIZZAZIONE ATTRAVERSO L’OSCILLOSCOPIOPer CURVA DI PRIMA MAGNETIZZAZIONE s’intende il diagramma che rappresenta l'INDUZIONE MAGNETICA, infunzione del CAMPO MAGNETICO per un materiale ferromagnetico vergine (cioè mai prima immerso in un campomagnetico). Per rilevare la CURVA DI PRIMA MAGNETIZZAZIONE si sceglie di alimentare il circuito in correntealternata, partendo da una corrente di magnetizzazione I=0 si ottiene che H e B sono nulli. Poi con il variatore si faaumentare la corrente per valori crescenti e definiti fino a Imax che darà origine a Bmax e Hmax, per ogni serie divalori l’oscilloscopio visualizzerà un ciclo d’isteresi completo, unendo i vertici di questi cicli si individua una curvache corrisponde proprio a quella di prima magnetizzazione del nucleo, come si vede nella figura. B B=f(H) H 18PROGETTO PER IL CONCORSO ANCH'IO SCIENZIATO - A.S. 2015/2016 DELLA 3° EA ISTITUTO TECNICO TECNOLOGICO “V. CERULLI” GIULIANOVA

“ LA MEMORIA DEL FERRO”RILIEVO SPERIMENTALE DELLA CURVA DI PRIMA MAGNETIZZAZIONE B B=f(H) CURVA DI PRIMA MAGNETIZZAZIONE 10 mA H   ch1(Vx) ch2 (Vy)nDx=0 n. nDx Vdiv Vx Kx H(Asp/m) nDy Vdiv Vy KY B(Wb/m2 )nDy=0 38,74 0,000 0,00 0,5 0 0,87 0,000 1 0,00 2 0                                                                                                                                                                           Nella serie di diapositive che abbiamo predisposto, si vedràla traccia luminosa che il ciclo d’isteresi evidenziasull’oscilloscopio, è grazie a questa che possiamo rilevare lecoordinate nDx e nDy per ciascun vertice del ciclo generatodalla corrente di magnetizzazione che abbiamo volutoindicare sullo schermo. Questi valori li abbiamo ogni voltariportati sulla tabella del foglio elettronico cheautomaticamente le moltiplica per le Vdiv così da calcolarerispettivamente Vx e Vy. Le due tensioni ora ricavate,moltiplicate rispettivamente per Kx e per Ky, daranno come risultato: Vx*Kx=H (Asp/m) l’intensità del campomagnetico H, invece Vy*Ky=B (T) è l'induzione magnetica B. Da questi valori così ricavati si ottiene una sequenza di punti cheraccordati disegnano la caratteristica di prima magnetizzazione B=f (H), che si evidenzierà nel grafico sopra riportato, del q1u9alediscuteremo quando sarà completo. PROGETTO PER IL CONCORSO ANCH'IO SCIENZIATO - A.S. 2015/2016 DELLA 3° EA ISTITUTO TECNICO TECNOLOGICO “V. CERULLI” GIULIANOVA

“ LA MEMORIA DEL FERRO”RILIEVO SPERIMENTALE DELLA CURVA DI PRIMA MAGNETIZZAZIONE B B=f(H) CURVA DI PRIMA MAGNETIZZAZIONE 225mA H   ch1(Vx) ch2 (Vy)nDx=0,5 n. nd Vdiv Vx Kx H(Asp/m) nd Vdiv Vy KY B(Wb/m2 )nDy=0,2 38,74 1 0,00 2 0 38,74 0,000 0,00 0,5 0 0,87 0,000 2 0,50 2 1   38,740 0,20 0,5 0,1 0,87 0,087                                                                                                                                                               20 PROGETTO PER IL CONCORSO ANCH'IO SCIENZIATO - A.S. 2015/2016 DELLA 3° EA ISTITUTO TECNICO TECNOLOGICO “V. CERULLI” GIULIANOVA

“ LA MEMORIA DEL FERRO”RILIEVO SPERIMENTALE DELLA CURVA DI PRIMA MAGNETIZZAZIONE CURVA DI PRIMA MAGNETIZZAZIONE50 B B=f(H)   ch1(Vx) ch2 (Vy) mA n. nd Vdiv Vx Kx H(Asp/m) nd Vdiv Vy KY B(Wb/m2 ) 1 0,00 2 0 38,74 0,000 0,00 0,5 0 0,87 0,000nDx=0,8 3 2 0,50 2 1 38,74 38,740 0,20 0,5 0,1 0,87 0,087nDy=0,5 3 0,80 2 1,6 38,74 61,983 0,50 0,5 0,25 0,87 0,217                                                             H                                                                                 21 PROGETTO PER IL CONCORSO ANCH'IO SCIENZIATO - A.S. 2015/2016 DELLA 3° EA ISTITUTO TECNICO TECNOLOGICO “V. CERULLI” GIULIANOVA

“ LA MEMORIA DEL FERRO”RILIEVO SPERIMENTALE DELLA CURVA DI PRIMA MAGNETIZZAZIONE CURVA DI PRIMA MAGNETIZZAZIONE75mA B B=f(H)   ch1(Vx) ch2 (Vy) 4nDx=1,18 H n. nd Vdiv Vx Kx H(Asp/m) nd Vdiv Vy KY B(Wb/m2 )nDy=0,85 38,74 0,000 0,87 0,000 1 0,00 2 0 38,74 38,740 0,00 0,5 0 0,87 0,087 38,74 61,983 0,87 0,217 2 0,50 2 1 38,74 91,426 0,20 0,5 0,1 0,87 0,368   3 0,80 2 1,6     0,50 0,5 0,25           4 1,18 2 2,36     0,85 0,5 0,425                                                                                               22 PROGETTO PER IL CONCORSO ANCH'IO SCIENZIATO - A.S. 2015/2016 DELLA 3° EA ISTITUTO TECNICO TECNOLOGICO “V. CERULLI” GIULIANOVA

“ LA MEMORIA DEL FERRO”RILIEVO SPERIMENTALE DELLA CURVA DI PRIMA MAGNETIZZAZIONE B CURVA DI PRIMA MAGNETIZZAZIONE 5100mA B=f(H)   ch1(Vx) ch2 (Vy)nDx=1,6 H n. nd Vdiv Vx Kx H(Asp/m) nd Vdiv Vy KY B(Wb/m2 )nDy=1,25 38,74 0,000 0,87 0,000 1 0,00 2 0 38,74 38,740 0,00 0,5 0 0,87 0,087 38,74 61,983 0,87 0,217 2 0,50 2 1 38,74 91,426 0,20 0,5 0,1 0,87 0,368 38,74 0,87 0,541 3 0,80 2 1,6 123,967 0,50 0,5 0,25        4 1,18 2 2,36     0,85 0,5 0,425    5 1,60 2 3,2     1,25 0,5 0,625                                                                              23PROGETTO PER IL CONCORSO ANCH'IO SCIENZIATO - A.S. 2015/2016 DELLA 3° EA ISTITUTO TECNICO TECNOLOGICO “V. CERULLI” GIULIANOVA

“ LA MEMORIA DEL FERRO”RILIEVO SPERIMENTALE DELLA CURVA DI PRIMA MAGNETIZZAZIONE B B=f(H) CURVA DI PRIMA MAGNETIZZAZIONE 6125m H   ch1(Vx) ch2 (Vy)A nDx=2 n. v/div nd Vdiv Kx H(Asp/m) nd Vdiv Vy KY B(Wb/m2 ) nDy=1,5 38,74 0,000 0,00 0,5 0 0,87 0,000 1 0,00 2 0 38,74 38,740 0,20 0,5 0,1 0,87 0,087 38,74 61,983 0,50 0,5 0,25 0,87 0,217 2 0,50 2 1 38,74 91,426 0,85 0,5 0,425 0,87 0,368 38,74 1,25 0,5 0,625 0,87 0,541 3 0,80 2 1,6 38,74 123,967 1,50 0,5 0,75 0,87 0,650 154,959   4 1,18 2 2,36                       5 1,60 2 3,2               6 2,00 2 4                                       24PROGETTO PER IL CONCORSO ANCH'IO SCIENZIATO - A.S. 2015/2016 DELLA 3° EA ISTITUTO TECNICO TECNOLOGICO “V. CERULLI” GIULIANOVA

“ LA MEMORIA DEL FERRO”RILIEVO SPERIMENTALE DELLA CURVA DI PRIMA MAGNETIZZAZIONE B B=f(H) CURVA DI PRIMA MAGNETIZZAZIONE 7150mA H   ch1(Vx) ch2 (Vy) nDx=2,1 n. v/div nd Vdiv Kx H(Asp/m) nd Vdiv Vy KY B(Wb/m2 ) nDy=1,55 38,74 0,000 0,87 0,000 1 0,00 2 0 38,74 38,740 0,00 0,5 0 0,87 0,087 38,74 61,983 0,87 0,217 2 0,50 2 1 38,74 91,426 0,20 0,5 0,1 0,87 0,368 38,74 0,87 0,541 3 0,80 2 1,6 38,74 123,967 0,50 0,5 0,25 0,87 0,650 38,74 154,959 0,87 0,693 4 1,18 2 2,36 162,707 0,85 0,5 0,425 5 1,60 2 3,2   1,25 0,5 0,625           6 2,00 2 4   1,50 0,5 0,75      7 2,10 2 4,2   1,55 0,5 0,8                                     25PROGETTO PER IL CONCORSO ANCH'IO SCIENZIATO - A.S. 2015/2016 DELLA 3° EA ISTITUTO TECNICO TECNOLOGICO “V. CERULLI” GIULIANOVA

“ LA MEMORIA DEL FERRO”RILIEVO SPERIMENTALE DELLA CURVA DI PRIMA MAGNETIZZAZIONE B B=f(H) CURVA DI PRIMA MAGNETIZZAZIONE175mA   ch1(Vx) ch2 (Vy) nDx=2,7 8 n. nd Vdiv Vx Kx H(Asp/m) nd Vdiv Vy KY B(Wb/m2 ) nDy=1,8 1 0,00 2 0 38,74 0,000 0,00 0,5 0 0,87 0,000 2 0,50 2 1 38,74 38,740 0,20 0,5 0,1 0,87 0,087 3 0,80 2 1,6 38,74 61,983 0,50 0,5 0,25 0,87 0,217 4 1,18 2 2,36 38,74 91,426 0,85 0,5 0,425 0,87 0,368 5 1,60 2 3,2 38,74 123,967 1,25 0,5 0,625 0,87 0,541 6 2,00 2 4 38,74 154,959 1,50 0,5 0,75 0,87 0,650 H 7 2,10 2 4,2 38,74 162,707 1,60 0,5 0,8 0,87 0,693 8 2,70 2 5,4 38,74 209,194 1,80 0,5 0,9 0,87 0,779                                         26PROGETTO PER IL CONCORSO ANCH'IO SCIENZIATO - A.S. 2015/2016 DELLA 3° EA ISTITUTO TECNICO TECNOLOGICO “V. CERULLI” GIULIANOVA

“ LA MEMORIA DEL FERRO”RILIEVO SPERIMENTALE DELLA CURVA DI PRIMA MAGNETIZZAZIONE B CURVA DI PRIMA MAGNETIZZAZIONE 9 B=f(H)   ch1(Vx) ch2 (Vy)200 n. nd Vdiv Vx Kx H(Asp/m) nd Vdiv Vy KY B(Wb/m2 )mA nDx=3,2 1 0,00 2 0 38,74 0,000 0,00 0,5 0 0,87 0,000 nDy=2 2 0,50 2 1 38,74 38,740 0,20 0,5 0,1 0,87 0,087 3 0,80 2 1,6 38,74 61,983 0,50 0,5 0,25 0,87 0,217 4 1,18 2 2,36 38,74 91,426 0,85 0,5 0,425 0,87 0,368 5 1,60 2 3,2 38,74 123,967 1,25 0,5 0,625 0,87 0,541 6 2,00 2 4 38,74 154,959 1,50 0,5 0,75 0,87 0,650 H 7 2,10 2 4,2 38,74 162,707 1,60 0,5 0,8 0,87 0,693 8 2,70 2 5,4 38,74 209,194 1,80 0,5 0,9 0,87 0,779 9 3,20 2 6,4 38,74 247,934 2,00 0,5 1 0,87 0,866                   27PROGETTO PER IL CONCORSO ANCH'IO SCIENZIATO - A.S. 2015/2016 DELLA 3° EA ISTITUTO TECNICO TECNOLOGICO “V. CERULLI” GIULIANOVA

“ LA MEMORIA DEL FERRO”RILIEVO SPERIMENTALE DELLA CURVA DI PRIMA MAGNETIZZAZIONE225mA B A  CURVA DI PRIMA MAGNETIZZAZIONE nDx=3,7 ch1(Vx) ch2 (Vy) nDy=2,2 n. nd Vdiv Vx Kx H(Asp/m) nd Vdiv Vy KY B(Wb/m2 ) 38,74 0,000 0,00 0,5 0 0,87 0,000 1 0,00 2 0 38,74 38,740 0,20 0,5 0,1 0,87 0,087 38,74 61,983 0,50 0,5 0,25 0,87 0,217 2 0,50 2 1 3 0,80 2 1,6 4 1,18 2 2,36 38,74 91,426 0,85 0,5 0,425 0,87 0,368 5 1,60 2 3,2 38,74 123,967 1,25 0,5 0,625 0,87 0,541 6 2,00 2 4 38,74 154,959 1,50 0,5 0,75 0,87 0,650 H 7 2,10 2 4,2 38,74 162,707 1,60 0,5 0,8 0,87 0,693 8 2,70 2 5,4 38,74 209,194 1,80 0,5 0,9 0,87 0,779 9 3,20 2 6,4 38,74 247,934 2,00 0,5 1 0,87 0,866 A 3,70 2 7,4 38,74 286,674 2,20 0,5 1,1 0,87 0,953Come si vede il grafico B=f(H) è stato tracciatocompletamente, ma notiamo che la caratteristicache esprime non è lineare.Per poter meglio studiare la curva, abbiamoevidenziato i punti che la generano. 28PROGETTO PER IL CONCORSO ANCH'IO SCIENZIATO - A.S. 2015/2016 DELLA 3° EA ISTITUTO TECNICO TECNOLOGICO “V. CERULLI” GIULIANOVA

“ LA MEMORIA DEL FERRO”PERMEABILITÀ MAGNETICA DEL MATERIALE UTILIZZATO H(Asp/m) B(Wb/m2 ) μ (H/m)Poiché il parametro che lega il CAMPO MAGNETICO H all'INDUZIONEMAGNETICA B è la PERMEABILITÀ MAGNETICA µ= B/H, la calcoliamo con i dati 0,000 0,000 0,0000000ricavati, questa ci darà indicazioni molto interessanti sulle caratteristiche 38,740 0,087 0,0022354d’isteresi che andremo a studiare. 61,983 0,217 0,0034929 91,426 0,368 0,0040257 123,967 0,541 0,0043661 154,959 0,650 0,0041914 162,707 0,693 0,0042580 209,194 0,779 0,0037257 247,934 0,866 0,0034929 286,674 0,953 0,0033229Come si vede, il grafico µ=f (H) non è lineare, µ µ=f(H)quindi non è possibile dare un valore univoco dellapermeabilità, poiché varia con il campo magneticoH. H 29PROGETTO PER IL CONCORSO ANCH'IO SCIENZIATO - A.S. 2015/2016 DELLA 3° EA ISTITUTO TECNICO TECNOLOGICO “V. CERULLI” GIULIANOVA

“ LA MEMORIA DEL FERRO”ANALISI DELLA CURVA DI PRIMA MANETIZZAZIONE Come si vede la curva è formata da quattro tratti. Il tratto 0-3 detto piede della curva è tipico dell’intensità di magnetizzazione piccola, per la quale la permeabilità aumenta partendo da 0.Il tratto 3-5 è caratterizzato da una pendenza 1,100 CURVA DI PRIMA MAGNETIZZAZIONE 8 Ache può essere anche molto elevata, nel quale 1,000 PERMEABILITA' MAGNETICAcome si vede la permeabilità raggiunge il suo 0,900valore massimo. In questo intervallo 0,800 5l'andamento della caratteristica è pressoché 0,700 3rettilineo, per questo è chiamato tratto lineare. 0,600Di solito è questa la zona di funzionamento 0,500 30,0 60,0 90,0 120,0 150,0 180,0 210,0 240,0 270,0 300,0 330,0prescelta per le più importanti applicazioni 0,400elettrotecniche dei materiali ferromagnetici. 0,300 01,200 0,100 0,000 0,0Il tratto 5-8, è tipico dell’intensità di magnetizzazione elevata, nel quale è abbandonato l'andamento rettilineo ela permeabilità prende a diminuire. Per la sua forma, si parla di ginocchio della caratteristica.Infine il tratto a destra del punto 8, é detto tratto asintotico di saturazione ove, pur aumentando moltissimo ilcampo, l'induzione si incrementa di pochissimo, la permeabilità ha un valore costante pari alla permeabilità nelvuoto, in questa zona di funzionamento il materiale si dice saturo e come si è visto tutti i domini, sono orientatinel verso del campo esterno. 30PROGETTO PER IL CONCORSO ANCH'IO SCIENZIATO - A.S. 2015/2016 DELLA 3° EA ISTITUTO TECNICO TECNOLOGICO “V. CERULLI” GIULIANOVA

“ LA MEMORIA DEL FERRO”RILIEVO DEL CICLO DI ISTERESI OTTENUTO CON IL METODO DINAMICOL’oscillogramma evidenziato nello strumento, che noi abbiamofotografato per studiarlo meglio, è quello ottenuto dallemisure precedenti quando la I, la B e H erano ai loro valorimassimi. All’immagine abbiamo aggiunto LE LINEE ROSSEORIZZONTALI e quelle TRATTEGGIATE BIANCHE VERTICALI, gliincroci di queste e di quelle nere dell’oscilloscopio, con la lineabianca del ciclo, ci indicano le coordinate di Vx e Vy, che comeper la curva di prima magnetizzazione, ci forniranno i valori diH e di B per cui anche questa caratteristica sarà B=f (H). 31PROGETTO PER IL CONCORSO ANCH'IO SCIENZIATO - A.S. 2015/2016 DELLA 3° EA ISTITUTO TECNICO TECNOLOGICO “V. CERULLI” GIULIANOVA

“ LA MEMORIA DEL FERRO”RILIEVO DEL CICLO DI ISTERESI CON IL METODO DINAMICO Grazie alle misure fatte con l’oscilloscopio, abbiamo ricavato il digramma del CICLO DI ISTERESI che analizzeremo nelle diapositive successive, ripercorrendo tutte le parti peculiari della caratteristica, considerando pure la corrente che percorre il solenoide primario e il campo magnetico nel mezzo . 32PROGETTO PER IL CONCORSO ANCH'IO SCIENZIATO - A.S. 2015/2016 DELLA 3° EA ISTITUTO TECNICO TECNOLOGICO “V. CERULLI” GIULIANOVA

“ LA MEMORIA DEL FERRO”STUDIO DEL CICLO DI ISTERESI I(mA) v/div nd Vx Kx H(Asp/m) v/div nd Vy KY B(Wb/m2 )In questa immagine si vede come l’assenza della 0 2 0,00 0 38,74 0,0 0,5 0,00 0 0,866 0,000CORRENTE che percorre il solenoide corrispondealla nullità del CAMPO MAGNETICO H edell’INDUZIONE MAGNETICA B e quindi dellaPERMEABILITÀ MAGNETICA µ.I=0, H=0, B=0 B B=f(H)In assenza di un campo magnetico Hesterno, ciascun dominio di Weiss èspontaneamente magnetizzato, però imomenti magnetici dei diversi dominisono orientati casualmente e non sihanno effetti magnetici evidenti. 33PROGETTO PER IL CONCORSO ANCH'IO SCIENZIATO - A.S. 2015/2016 DELLA 3° EA ISTITUTO TECNICO TECNOLOGICO “V. CERULLI” GIULIANOVA

“ LA MEMORIA DEL FERRO”STUDIO DEL CICLO DI ISTERESI I(mA) v/div nd Vx Kx H(Asp/m) v/div nd Vy KY B(Wb/m2 )All’aumentare della CORRENTE otteniamo che la 0 2 0,00 0 38,74 0,0 0,5 0,00 0 0,866 0,000 25 2 0,45 0,9 38,74 34,9 0,5 0,20 0,1 0,866 0,087curva di prima magnetizzazione non è lineare a 50 2 0,80 1,6 38,74 62,0 0,5 0,50 0,25 0,866 0,217causa della µ variabile. Tale curva si prolunga fino al 75 2 1,18 2,36 38,74 91,4 0,5 0,85 0,425 0,866 0,368punto di saturazione (Bmax, Hmax), oltre il quale 100 2 1,60 3,2 38,74 124,0 0,5 1,25 0,625 0,866 0,541 125 2 1,95 3,9 38,74 151,1 0,5 1,50 0,75 0,866 0,650all’aumentare di H, il valore di B rimane costante. 150 2 2,05 4,1 38,74 158,8 0,5 1,57 0,785 0,866 0,680 193,7 0,5 1,80 0,9 0,866 0,779 175 2 2,50 5 38,74 240,2 0,5 2,02 1,01 0,866 0,875 286,7 0,5 2,20 1,1 0,866 0,953 200 2 3,10 6,2 38,74 B B=f(H)I=max, H=max, B=max 225 2 3,70 7,4 38,74L’applicazione di un campo magnetico Bmaxesterno comporta che i domini chehanno momento magnetico si Horientano nel verso del campo esterno.Ciò porta a un grande rafforzamento Hmax(fino a migliaia di volte) del CampoEsterno. In questo stato il materiale sidice saturo. 34PROGETTO PER IL CONCORSO ANCH'IO SCIENZIATO - A.S. 2015/2016 DELLA 3° EA ISTITUTO TECNICO TECNOLOGICO “V. CERULLI” GIULIANOVA

“ LA MEMORIA DEL FERRO”STUDIO DEL CICLO DI ISTERESI CICLO DI ISTERESISe ora diminuiamo la corrente e quindi il campomagnetico H, la curva non segue il percorso v/div nd Vx(V) Kx H(Asp/m) v/div nd Vy(V) Ky B(Wb/m2 )precedente ma quello superiore del seguentediagramma: quando H diventa zero B non è zero A 2 3,70 7,4 38,74 286,7 0,5 2,2 1,1 0,87 0,953ma ha un valore Br che è detta induzione residua. B 2 2,00 4 38,74 155,0 0,5 1,9 0,925 0,87 0,801 C 2 1,00 2 38,74 77,5 0,5 1,6 0,8 0,87 0,693 D 2 0,00 0 38,74 0,0 0,5 1,2 0,6 0,87 0,520I=0, H=0, B=Br B B=f(H)Quando cessa l'azione del campo Brmagnetico esterno, rimane unamagnetizzazione parziale, la cui Hintensità dipende dalla sostanza. H0 35PROGETTO PER IL CONCORSO ANCH'IO SCIENZIATO - A.S. 2015/2016 DELLA 3° EA ISTITUTO TECNICO TECNOLOGICO “V. CERULLI” GIULIANOVA

“ LA MEMORIA DEL FERRO”STUDIO DEL CICLO DI ISTERESI v/div nd Vx(V) Kx H(Asp/m) v/div nd Vy(V) Ky B(Wb/m2 )Per portare il valore di B=0 dobbiamo applicare E 2 -0,40 -0,8 38,74 -31,0 0,5 1 0,5 0,87 0,433 F 2 -1,00 -2 38,74 -77,5 0,5 0,4 0,2 0,87 0,173una corrente inversa -I, quindi anche H diventerà G 2 -1,20 -2,4 38,74 -93,0 0,5 0 0 0,87 0,000negativo -Hc, detto campo coercitivo, che èl'intensità di campo necessaria a smagnetizzarecompletamente il materiale. -I, -H, B=0 B B=f(H)Per annullare questa magnetizzazione si Hinverte il verso del campo applicato, sinoa raggiungere un valore -HC detto -HC B0campo coercitivo. 36PROGETTO PER IL CONCORSO ANCH'IO SCIENZIATO - A.S. 2015/2016 DELLA 3° EA ISTITUTO TECNICO TECNOLOGICO “V. CERULLI” GIULIANOVA

“ LA MEMORIA DEL FERRO”STUDIO DEL CICLO DI ISTERESI v/div nd Vx(V) Kx H(Asp/m) v/div nd Vy(V) Ky B(Wb/m2 ) H 2 -1,40 -2,8 38,74 -108,5 0,5 -0,4 -0,2 0,87 -0,173Continuando ad aumentare la corrente negativa I 2 -1,80 -3,6 38,74 -139,5 0,5 -1 -0,5 0,87 -0,433portiamo la curva nuovamente a un punto di L 2 -2,00 -4 38,74 -155,0 0,5 -1,2 -0,6 0,87 -0,520saturazione (-Hmax, -Bmax). Tale saturazione è M 2 -2,49 -4,98 38,74 -192,9 0,5 -1,6 -0,8 0,87 -0,693simmetrica alla precedente. N 2 -2,90 -5,8 38,74 -224,7 0,5 -1,8 -0,9 0,87 -0,779 -294,4 0,5 -2,1 -1,05 0,87 -0,909 O 2 -3,80 -7,6 38,74-Imax, -Hmax, -Bmax B B=f(H)Aumentando ulteriormente l’intensità -Hmax Hdel campo, sempre in tale direzione, siraggiunge una nuova condizione disaturazione, in questo caso, tutti idomini sono orientati nella nuovadirezione del campo -Hmax. -Bmax 37PROGETTO PER IL CONCORSO ANCH'IO SCIENZIATO - A.S. 2015/2016 DELLA 3° EA ISTITUTO TECNICO TECNOLOGICO “V. CERULLI” GIULIANOVA

“ LA MEMORIA DEL FERRO”STUDIO DEL CICLO DI ISTERESI v/div nd Vx(V) Kx H(Asp/m) v/div nd Vy(V) Ky B(Wb/m2 )Portando il valore della corrente a 0 anche H=0,in questa situazione permane una O 2 -3,80 -7,6 38,74 -294,4 0,5 -2,1 -1,05 0,87 -0,909magnetizzazione residua –Br, opposta allaprecedente. n 2 -2,00 -4 38,74 -155,0 0,5 -1,8 -0,9 0,87 -0,779 m 2 -1,00 -2 38,74 -77,5 0,5 -1,6 -0,8 0,87 -0,693 l 2 0,00 0 38,74 0,0 0,5 -1,2 -0,6 0,87 -0,520I0, H0, -Br B B=f(H)Diminuendo l’intensità del campo sino Had annullarla, la magnetizzazionemantiene un valore non nullo. H0 -Br 38PROGETTO PER IL CONCORSO ANCH'IO SCIENZIATO - A.S. 2015/2016 DELLA 3° EA ISTITUTO TECNICO TECNOLOGICO “V. CERULLI” GIULIANOVA

“ LA MEMORIA DEL FERRO”STUDIO DEL CICLO DI ISTERESI v/div nd Vx(V) Kx H(Asp/m) v/div nd Vy(V) Ky B(Wb/m2 )Portando la corrente a un valore positivo, vediamo l 2 0,00 0 38,74 0,0 0,5 -1,2 -0,6 0,87 -0,520 i 2 0,40 0,8 38,74 31,0 0,5 -1 -0,5 0,87 -0,433che l’induzione B=0, campo diventa quello h 2 1,00 2 38,74 77,5 0,5 -0,4 -0,2 0,87 -0,173coercitivo Hc>0. +I, Hc>0, B0 B B=f(H)Per annullare tale magnetizzazione B0 Hoccorre nuovamente invertire la Hcdirezione del campo e portarlo a unvalore pari a Hc, campo coercitivo. Inquesta condizione i domini tornano aessere orientati in modo casuale e ilmateriale è magneticamente neutro. 39PROGETTO PER IL CONCORSO ANCH'IO SCIENZIATO - A.S. 2015/2016 DELLA 3° EA ISTITUTO TECNICO TECNOLOGICO “V. CERULLI” GIULIANOVA

“ LA MEMORIA DEL FERRO”STUDIO DEL CICLO DI ISTERESI v/div nd Vx(V) Kx H(Asp/m) v/div nd Vy(V) Ky B(Wb/m2 )Aumentando la corrente si porta la curva nellazona di saturazione, notiamo che il vertice di g 2 1,20 2,4 38,74 93,0 0,5 0 0 0,87 0,000questa coincidere con il punto di saturazione 108,5 0,5 0,4 0,2 0,87 0,173della prima magnetizzazione. La curva estesa così f 2 1,40 2,8 38,74 139,5 0,5 1 0,5 0,87 0,433ricavata si chiama CICLO DI ISTERESI. 155,0 0,5 1,2 0,6 0,87 0,520 e 2 1,80 3,6 38,74 192,9 0,5 1,6 0,8 0,87 0,693 220,8 0,5 1,8 0,9 0,87 0,779 d 2 2,00 4 38,74 286,7 0,5 2,2 1,1 0,87 0,953 c 2 2,49 4,98 38,74 b 2 2,85 5,7 38,74 A 2 3,70 7,4 38,74 Imax, Hmax, Bmax B B=f(H)Infine, aumentando ulteriormente il Bmax Hcampo H fino a Hmax, si ottiene lacondizione di saturazione Hmaxcorrispondente alla magnetizzazionemassima del materiale i cui dominiseguono la direzione del campomagnetico. 40PROGETTO PER IL CONCORSO ANCH'IO SCIENZIATO - A.S. 2015/2016 DELLA 3° EA ISTITUTO TECNICO TECNOLOGICO “V. CERULLI” GIULIANOVA

“ LA MEMORIA DEL FERRO” Saturazione dei domini nel verso delCOMPORTAMENTO DEI DOMINI SOTTOPOSTI AL CICLO DI ISTERESI campo magnetico Nonostante l’annullamento del esterno campo magnetico esterno, il materiale mantiene una certa intensità di MAGNETISMO, tanto che i domini di WEISS in gran parte rimangono orientati. Per annullare la magnetizzazione, dobbiamo generare un campo magnetico (coercitivo) opposto a quello utilizzato per saturare i domini.Saturazione dei domini nel In questo puntoverso del campo magnetico del ciclo si è esterno, ma nel verso formato un campo opposto rispetto a prima (coercitivo) che I momenti magnetici dei riporta i domini in diversi domini sono orientati posizione neutra e casualmente e non si hanno annulla la effetti magnetici evidenti magnetizzazione del materiale. Anche in questo caso, l’annullamento del campo magnetico esterno, non estingue intensità di MAGNETISMO, tanto che i domini di weiss in gran parte rimangono orientati. 41PROGETTO PER IL CONCORSO ANCH'IO SCIENZIATO - A.S. 2015/2016 DELLA 3° EA ISTITUTO TECNICO TECNOLOGICO “V. CERULLI” GIULIANOVA

“ LA MEMORIA DEL FERRO”Energia dissipata durante il ciclo di isteresiL’area del ciclo d’isteresi assume il significato di energia per unità divolume perduta nel materiale per un ciclo completo di magnetizzazione.Tale dissipazione di energia è imputabile agli attriti connessi con ilmovimento delle pareti dei domini. Ciò accade, ad esempio, quando unnucleo di materiale ferromagnetico è sede di un flusso magneticovariabile alternativamente nel tempo, perché prodotto da una correntealternata. A causa del fenomeno dell’isteresi magnetica, l’energia fornitaal nucleo durante la fase di magnetizzazione non è interamenterestituita durante quella di smagnetizzazione, ma una parte ètrasformata in calore e dissipata.La potenza persa per isteresi (energia persa per unità di tempo) è proporzionale al numero di cicli d’isteresidescritti in un secondo, e dipende: dal tipo di materiale, in base al quale varia la forma e la dimensione del ciclo;dal valore dell’induzione massima BM, all’aumentare del quale il ciclo diventa più ampio; dalla frequenza dellacorrente magnetizzante, il cui aumento determina un maggior numero di cicli descritti nell’unità di tempo. La formula di Steinmetz: Pist=kist * f * BnM , permette di calcolare la perdita specifica per unità di volume (W/m3)per unità di massa [W/kg]. La costante kis dipende dal tipo di materiale, f è la frequenza, n esponente di B è unacostante che dipende dal materiale il cui valore può variare tra 1,6 ÷ 2 Utilizzando il ferro-silicio, è possibile ridurre l’area del ciclo d’isteresi e, di conseguenza, le perdite per isteresi.I lamierini a cristalli orientati sono ottenuti da lamiere di alcuni millimetri di ferro silicio al 3% e laminate a caldo.Grazie ai vari procedimenti di laminazione, i domini magnetici (cristalli del materiale) si “organizzano” in modo dapresentare proprietà magnetiche notevolmente migliori, se soggetti a flussi nella direzione della cristallizzazione.Nella pratica, i lamierini in ferro-silicio sono utilizzati nelle macchine rotanti e nei trasformatori di piccola potenzain ferro-silicio a cristalli orientati in quasi tutti i trasformatori 42 PROGETTO PER IL CONCORSO ANCH'IO SCIENZIATO - A.S. 2015/2016 DELLA 3° EA ISTITUTO TECNICO TECNOLOGICO “V. CERULLI” GIULIANOVA

“ LA MEMORIA DEL FERRO” 43 MATERIALI MAGNETICAMENTE MORBIDI, DURI E FERRITIMagneticamente DURI sono i materiali che presentano valori relativamente elevati dimagnetismo residuo e di forza coercitiva insieme con un’area piuttosto ampia del ciclod’isteresi. Questi materiali sono particolarmente adatti alla costruzione di magnetipermanenti. Caratteristiche simili sono quelle richieste tipicamente dalle polveri di ossidi diferro impiegate nella costruzione di nastri o supporti magnetici per la registrazione(analogica o digitale di dati e/o musica): un valore elevato della forza coercitiva garantiscescarsa sensibilità ai campi esterni meno intensi e (perciò) buona stabilità nel tempodell’informazione registrata;Magneticamente MORBIDI sono i materiali che presentano bassa forza coercitiva, modestomagnetismo residuo e piccola area del ciclo d’isteresi.Questi materiali sono utili nei trasformatori e nei motori elettrici per ridurre al minimo leperdite per isteresi. FERRITI Una categoria meritevole di speciale menzione per la sua assoluta peculiarità è quelladelle cosiddette ferriti, prodotte in varie e dimensioni. Nelle ferriti le caratteristiche tipiche di unmateriale “ceramico” si accompagnano a un ciclo d’isteresi piuttosto “squadrato” e di area moltomodesta: le ferriti, si magnetizzano e smagnetizzano molto facilmente; la loro magnetizzazioneperiodica comporta dissipazioni energetiche, e riscaldamenti, molto limitati.Le ferriti dolci trovano principale impiego nella realizzazione di nuclei di memoria, testine diregistrazione, applicazioni audiovisive, trasformatori e induttori a bassa energia. Impiego ingrande quantità avviene per nuclei di bobine di deflessione magnetica, trasformatori di ritorno ebobine di convergenza per i ricevitori televisivi. PROGETTO PER IL CONCORSO ANCH'IO SCIENZIATO - A.S. 2015/2016 DELLA 3° EA ISTITUTO TECNICO TECNOLOGICO “V. CERULLI” GIULIANOVA

“ LA MEMORIA DEL FERRO”SMAGNETIZZAZIONE DI UN FERROMAGNETEPer ridurre un materiale ferromagnetico magnetizzato allo statoneutro, è necessario invertire il campo magnetizzante, cioè fareagire sul corpo una forza magnetica di opportuna intensità, direttain senso opposto al magnetismo residuo. Questa forza magnetica,come abbiamo già visto, è la forza coercitiva.Un metodo per smagnetizzare un provino magnetizzato è quello disottoporre lo stesso a cicli d’isteresi decrescenti come in figura.Altro metodo per smagnetizzare completamente il materialeconsiste nel far raggiungere allo stesso la TEMPERATURA DI CURIE(Tc) che è un gradiente termico, (specifico per ogni materiale),superato il quale il materiale perde alcune delle sue proprietà,(come la corrispondenza non univoca tra campo esterno emagnetizzazione), e si comporta similmente a un materialePARAMAGNETICO, come in figura. Materiale Temperatura (K) (°C)Ferro (Fe)Cobalto (Co) 1043 K 768 °CNichel (Ni)Mumetal 1390 K 1115 °C 620 K 345 °C 570 K 297 °C 44PROGETTO PER IL CONCORSO ANCH'IO SCIENZIATO - A.S. 2015/2016 DELLA 3° EA ISTITUTO TECNICO TECNOLOGICO “V. CERULLI” GIULIANOVA

“ LA MEMORIA DEL FERRO”CONSIDERAZIONI FINALI:Questo lavoro ci ha permesso di conoscere e approfondire un fenomeno fondamentaleper i nostri studi elettrotecnici, in esso abbiamo riconosciuto il principio difunzionamento di tanti dispositivi che usiamo in laboratorio come i relè, gli strumentianalogici, i motori elettrici, i generatori, i trasformatori e tanto altro ancora. Il lavoro ha riguardato tutti noi studenti di 3°EA e ognuno ha partecipato attivamente secondo le proprie prerogative tecniche, informatiche, creative ecc., che man mano sono diventate patrimonio di tutti.Per meglio approfondire le descrizioni dei fenomeni osservati, abbiamo creatoimmagini animate di vari esperimenti, che speriamo servano a rendere più esplicitii fenomeni rappresentati.Speriamo di avervi trasmesso un po’ dell’entusiasmo con cui 45abbiamo condotto questo lavoro PROGETTO PER IL CONCORSO ANCH'IO SCIENZIATO - A.S. 2015/2016 DELLA 3° EA ISTITUTO TECNICO TECNOLOGICO “V. CERULLI” GIULIANOVA

“ LA MEMORIA DEL FERRO”Bibliografia1. M. Ceserani; E. Impallomeni; G. Conte “Corso Di Elettrotecnica Ed Elettronica” HOEPLI2. Conte G., “Elettrotecnica Generale / Circuiti-Misure Elettriche- Laboratorio” Hoepli.3. Olivieri e Ravelli “Elettrotecnica generale” Cedam4. M. Pezzi “Elettrotecnica generale - Elettrostatica Elettromagnetismo -Teoria dei circuiti” Zanichelli.Sitografia1. http://it.wikipedia.org/2. http://www.uniba.it3. http://www.ateneonline.it 46PROGETTO PER IL CONCORSO ANCH'IO SCIENZIATO - A.S. 2015/2016 DELLA 3° EA ISTITUTO TECNICO TECNOLOGICO “V. CERULLI” GIULIANOVA

“ LA MEMORIA DEL FERRO”Vi ringraziamo per l’attenzione 3°A ELETTROTECNICA - ELETTRONICA PROGETTO PER IL CONCORSO ANCH'IO SCIENZIATO - A.S. 2015/2016 DELLA 3° EA ISTITUTO TECNICO TECNOLOGICO “V. CERULLI” GIULIANOVA