Icon up Overzicht

Het “perpetuum mobile”

Onderwerp:

Natuurkunde.nl wil graag goede profielwerkstukken aan zijn bezoekers tonen. En dan ook maar meteen de beste. We nodigen u uit, de beste twee natuurkunde-profielwerkstukken van uw leerlingen in te zenden.

De Profidolen van 2004 krijgen één jaar collegegeld aan een universiteit cadeau (maximaal twee per werkstuk). De school van de winnaar mag voor €500 aan practicumspullen kopen op rekening van natuurkunde.nl.

Linda Sloot en Evelien Sohl hebben van hun profielwerkstuk de samenvatting ingestuurd om zo mee te dingen naar de hoofdprijs.

!!Inzendingen die binnenkomen na 10 april 2004 worden wel geplaatst maar komen niet meer in aanmerking voor de prijzen.!!

‘Een originele manier van opschrijven, waarbij dus ook het voorbereidende, mislukte werk systematisch is opgeschreven. In de meeste verslagen/ artikelen staat alleen de “gelukte” proef. Deze methode zou een hoop ellende kunnen voorkomen bij onderzoekers. Goede verslaglegging bovendien! …. Dit getuigt van het nodige wiskundige inzicht! Dhr. Habets zou trots op jullie zijn. … Maattekeningen professioneel. … Prima opgeschreven. Wat onconventioneel, maar dat maakt het wel een stuk leuker om te lezen. Goede verwijzingen. Het leest als een detective. Hoe zou het aflopen?‘ (dr. E.J. Potma)

Een eeuwig draaiend rad?

Is het mogelijk om een mechanisme te maken die lijkt te werken als een perpetuum mobile? Wij dachten van wel!! Het idee was om een “eeuwig” draaiend rad te maken dat zou werken op zonne-energie, maar dan zonder zonnecellen of elektriciteit of motoren etc.

Het principe is simpel: je neemt kleine stukjes metaal die magnetisch zijn onder kamertemperatuur en niet meer magnetisch boven kamertemperatuur. Je plaatst deze stukjes metaal in een rad en laat het rad aan de onderkant door een koelblok gaan. De stukjes metaal worden aan de onderkant van het rad afgekoeld en worden daardoor magnetisch. Als je een magneet houdt op het punt waar de stukjes metaal (als je het rad draait) boven het koelblok komen, dan worden ze door de magneet aangetrokken. Zodra de stukjes metaal boven het koelblok komen warmen ze op en verliezen ze hun magnetisme. De stukjes die nog net in het koelblok zitten worden nog wel aangetrokken, diegene boven het koelblok niet meer en dus gaat het rad draaien.

Voor ons experiment hadden we stukjes metaal nodig waarvan de curietemperatuur rond kamer temperatuur ligt. De enige metalen die een dergelijk lage curietemperatuur hebben zijn bekend onder de naam “zeldzame aarden”, ofwel lanthaniden. Voor ons experiment hebben we gebruik gemaakt van een legering van cerium (een lanthanide), ijzer en magnesium. Deze legering is bekend onder de naam Auermetall, in het Nederlands vaak vuursteen genoemd. Voor onze praktische opdracht natuurkunde hebben we o.a. geprobeerd deze curietemperatuur experimenteel te bepalen. Dit was nodig omdat de curietemperatuur van de gebruikte stukjes metaal essentieel was voor het wel of niet slagen van onze uiteindelijke proef. De curietemperatuur van Auermetall is niet precies in de literatuur te vinden. Bij de productie van dit metaal wordt namelijk niet gestreefd naar een vaste samenstelling en verhouding van de verschillende stoffen, maar er wordt eerder uitgegaan van het op dat moment beschikbare mineraal (waar de lanthaniden in voorkomen). Een andere reden dat de temperatuur niet in de literatuur te vinden is, is het feit dat de curietemperatuur geen precieze temperatuur is, maar een overgangsgebied. Toch is het ons, na een hoop mislukte experimenten, gelukt om deze curietemperatuur vast te stellen. En die lag tot ons grote geluk inderdaad rond kamertemperatuur.

Verder hebben wij, in het kader van ons onderzoek naar het wel of niet kunnen werken van ons “perpetuum mobile” de richting van de magnetische veldlijnen van de door ons, voor het “perpetuum mobile” gebruikte magneet bepaald. De reden waarom dit voor ons van belang was, was dat we aan de veldlijnen konden zien in welke richting de magnetische kracht liep. Hier mee konden we dus bepalen wat de meest gunstige afstand van de magneet tot het rad is. De veldlijnen buigen namelijk af en zo kun je zien of de richting waarin de steentjes omhoog getrokken moeten worden in overeenstemming is met de veldlijnen.

Ook het uiteindelijke doel: het maken van een mechanisme dat zou lijken te werken als een perpetuum mobile is gehaald. Het is ons, in samenwerking met onze TOA natuurkunde, gelukt om het “perpetuum mobile” te construeren en te laten werken. Dit had nogal wat voeten in de aarde, aangezien het een vrij technisch ontwerp was. Om ervoor te zorgen dat men in staat zou zijn ons ontwerp te reproduceren hebben we ervoor gekozen om ook de technische aspecten van het maken van het “perpetuum mobile” op papier te zetten, vandaar ook dat er maattekeningen in de praktische opdracht zijn opgenomen.

Dit profielwerkstuk is gemaakt door:

Gegevens auteurs:

  • naam: Evelien Sohl en Linda Sloot
  • woonplaats: Velserbroek, Haarlem

Gegevens docent:

  • naam: Dr. E.J.Potma
  • woonplaats: Haarlem

Gegevens school:

  • naam: Mendelcollege
  • adres: Pim Mulierlaan 2-6
  • PC&plaats: 2024 BT Haarlem