Estoy realizando un experimento para mi escuela que investiga el efecto de la temperatura en el campo magnético de un imán y me encontré con un pequeño problema. Para la medición de datos, obtuve un termistor y un sensor de efecto hall radiométrico lineal y usaré un Arduino para el registrador de datos. El problema al que me enfrento es que no sé cómo medir la intensidad del campo magnético y la temperatura de manera eficiente sin perder mucho calor.
Hasta ahora he pensado en dos métodos, sin embargo, no estoy seguro de si funcionarán. Una forma en la que pensé fue colocar el imán en un tubo de ensayo con agua y luego calentar el agua hasta su punto de ebullición, luego quitar la cabeza y conectar el termistor al agua y mido el imán a través del tubo de ensayo. El segundo método en el que estaba pensando era simplemente colocar el imán en agua hirviendo y luego transferirlo con unas pinzas de punta de cerámica a una pequeña instalación con el termistor y el sensor de efecto Hall ya colocados.
En el primer método siento que el agua no tendría exactamente la misma temperatura que el imán en todo momento, y el medio de vidrio/agua afectará la fuerza del campo magnético que estaré midiendo. En el segundo método, creo que se perderá mucho calor por radiación durante la transferencia; por lo tanto, la temperatura bajará muy rápidamente y la fecha no será precisa. No estoy exactamente seguro de cómo calentarlo y medir la temperatura y la fuerza del campo magnético de manera eficiente. Realmente agradecería algunas sugerencias/ayuda.
¡Muchas gracias!
PD: soy estudiante de secundaria, por lo tanto, no tengo acceso a aparatos avanzados.
Realmente no importa si el medio de vidrio/agua afecta o no la fuerza del campo magnético, siempre que sus mediciones sean consistentes; siempre haga mediciones con él presente, pero para que conste, un poco de agua y vidrio no impedirán un campo magnético. Además, si el imán es un material térmicamente conductor y es más bien pequeño, se puede suponer con seguridad que tiene la misma temperatura que el agua.
Si todo lo que busca hacer es investigar los efectos de la temperatura en un imán, entonces no necesita mucha precisión. Registre la temperatura del agua en la que se encuentra el imán y la fuerza del campo magnético fuera del recipiente de agua del imán (no olvide tomar una lectura de cero sin el imán presente). Siempre que no supere la temperatura de Curie, eso debería ser suficiente para mostrar si el campo magnético está influenciado por la temperatura. También aconsejo suspender el imán en el agua a través de una cuerda (o algo aislante térmico) para evitar que entre en contacto con los lados del tubo.
Creo que la solución más simple sería calentar el imán en una llama Bunsen, luego envolverlo en una pequeña cantidad de material aislante a prueba de fuego y sujetarlo a una distancia fija del sensor de efecto Hall. El imán perderá calor lentamente mientras mantiene una temperatura bastante uniforme. Un enfriamiento bastante lento permite que los dominios magnéticos tengan suficiente tiempo para reorganizarse. Las lecturas de temperatura y campo magnético se pueden registrar a intervalos regulares de tiempo (o preferiblemente de temperatura) a medida que el imán se enfría. El sensor de temperatura debe colocarse antes de calentar, para evitar exceder el Punto Curie en el que se pierde el magnetismo.
Esto es similar a su segundo método. Las ventajas en comparación con un método de baño de agua son:
Puede tomar lecturas en un rango de temperatura mucho mayor y acercarse mucho más a la temperatura de Curie (temperatura de hierro). , neodimio hasta , níquel sobre - pero solo gadolinio ). El resultado es un mayor rango de variación de la intensidad del campo magnético, que puede ser pequeño en el rango . Debería poder verificar que por debajo de la temperatura de Curie, la magnetización es proporcional a dónde es una constante
Es (probablemente) más fácil mantener una distancia y una orientación fijas entre el imán y el sensor, porque la variación debida a la temperatura puede verse superada por las variaciones debidas al movimiento.
Las principales dificultades de este método son:
No dijo en qué rango de temperatura desea realizar la medición. Subir a la temperatura de Curie de algo como el hierro (Tc=1043 K) sería todo un desafío y potencialmente peligroso para un experimento de laboratorio de secundaria.
Si su intención es simplemente subir un poco menos que la temperatura de ebullición del agua, así es como lo haría:
Obtenga un horno de agua sous vide (tengo este modelo sous vide para cocinar costillas cortas, pero hay otros más baratos en lugares como Amazon), llénelo con agua y coloque el imán y su sensor de temperatura en el agua (es posible que tenga que proteger el sensor de temperatura del agua colocándolo en una bolsa de plástico o cubriéndolo con cemento de caucho de silicona, etc.). Si está midiendo la intensidad del campo magnético de un ferroimán, no necesita preocuparse por el agua, el plástico, el vidrio, etc., que afectan la intensidad del campo magnético del imán. Las susceptibilidades de todos esos materiales son tan pequeñas que prácticamente no tienen ningún efecto sobre el campo magnético en lo que respecta a sus mediciones.
Ahora la pregunta es ¿cómo colocar el sensor magnético en relación con el imán? El enfoque más simple parecería ser simplemente colocar el sensor magnético en el baño de agua del horno también, de modo que esté a una distancia fija del imán (y, nuevamente, asegurándose de que el sensor magnético también esté protegido del agua por una bolsa de plástico, etc.). El problema con ese enfoque aparentemente directo es que su sensor magnético basado en semiconductores casi con certeza tiene una gran dependencia de la temperatura, por lo que cuando registra datos en función de la temperatura, no sabrá cuánto cambia la señal medida debido a la temperatura. cambio en el campo magnético y cuánto cambia la señal medida debido al cambio de temperatura del propio sensor magnético. Si su sensor de temperatura viene con especificaciones de calibración que indican su dependencia de la temperatura,
Por lo tanto, sugeriría que intente organizar el experimento de modo que el sensor magnético se mantenga a una temperatura fija. Podría, por ejemplo, colocar una hoja delgada de envoltura de plástico Saran u otra película de plástico sobre el baño de agua (en lugar de la tapa de metal habitual) y luego montar el sensor magnético sobre el baño de agua y la película de plástico, pero lo suficientemente cerca del imán para que el sensor pueda medir el campo magnético pero al mismo tiempo la temperatura del sensor se mantiene fija a temperatura ambiente. De esa manera, puede estar seguro de que los cambios de señal que ve cuando cambia la temperatura del baño de agua se deben realmente a cambios en la intensidad del campo magnético y no a cambios de temperatura en el sensor magnético en sí.