praktisch onderzoek aan een veld en inductie spoel
Robert
stelde deze vraag op
28 november 2008 om 16:29.
Voor mijn po 6v natuurkunde doe ik onderzoek naar het verband tussen de inductiestrom en het veranderingstempo van de flux.
Hiervoor wek ik doormiddel van een toongenerator (zaagtand) een wisselspanning op in een veldspoel (300windingen). (ampli 3,18v en 1000Hz)
Volgens B=u*(N*I)/L onstaat er dan een oploppend en afloppende magnetische inducite (stroom heb ik berekend doormiddel van: het voltage wat ik gemeten heb te delen door de weerstand van de spoel (0,9 ohm) is dit correct ?)
in deze veldspoel plaats ik een inductiespoel (80,5 windingen en diameter 1,5 cm) die volgengs fie=B*A dus een verandering van de flux creert waardoor vervolgens Uind ontstaat volgens de formule
Uind = N * (delta fie /delta t )
(het geheel heb ik een een kooi van faraday geplaats en omwikkeld met aluminumfolie)
nou heb ik dit alles gedaan maar mijn resultaten verwarren mij toch enigzins. ik verwachte dat uit de zaagtand die van 3,18 volt (die van -3,5A tot 3,5A liep u=I*R 3,18*0,9=3,5 ) een blokspanning zou komen in de inductiespoel met rechte stukken op 0,8V en -0,8V (rechtevenredig met het veranderingstempo van de stroomsterkte )
nou heb ik dit gemeten maar nu meet ik juist ook in de inductiespoel een zaagtand met pieken op 0,08V/-0,008v (maar wel de zelfde frequentie van 1000Hz als die ik in de veldspoel stuur)
ik heb de proef nu een twaalf aantal keer uitgevoerd en bijbel werken aan theorie doorgespit maar toch zit ergens een gigantische kloof tussen theorie en praktijk.
Als iemand tips of suggesties heeft om het een en ander te verduidelijken hartelijk dank. Ik zou heel graag mijn project af willen maken.
Reacties
Bert
op
28 november 2008 om 16:53
Dag Robert,
de spoel waarmee je het wisselveld opwekt heeft ook een z.g. zelfinductie. Deze zorgt ervoor dat de de stroom door de spoel afwijkt van de spanning over de spoel. Omdat het juist de stroom is die het magneetveld opwekt, moet je eerst gaan onderzoeken hoe de stroom zich gedraagt. Dat zou bijvoorbeeld kunnen door een kleine weerstand in de stroomkring op te nemen (klein t.o.v. de weerstand v.d. spoel) en daarover de spanning te meten met een oscilloscoop. Handiger is misschien nog wel om dit signaal met IP-coach op te nemen, dan kun je meteen de afgeleide berekenen.
Die afgeleide moet dan dezelfde vorm hebben als het inductiesignaal.
Als er bij jouw ops school een magneetveldsensor is, kun je daarmee het magneetveld ook direkt meten.
Groeten en succes,
Bert
robert
op
28 november 2008 om 17:47
hartelijk bedankt voor uw snelle reactie,
ik heb de weerstand gemeten met een digitale multimere die 0,9 ohm aangaf en kleinere weerstanden dan dat heeft mijn school helaas niet
Wel heb ik de spanning gemeten die direct uit de generator kwam en de spanning gemeten parallel over de spoel terwijl de generator hier opaangesloten stond ik hoorde namelijk dat deze afwijken van elkaar. Wel dacht ik dat de spanning die ik gemeten heb over de spoel ook te maken heeft met zelf inductie en deze de generators spanning tegenwerkt waardoor mijn meting toch een goed beeld zou moeten geven ? of ligt het aan het verband van U=IR Wat in deze situatie misschien niet meer klopt ?
dat van die magneetsensor is idd zeer goed idee ^^ en zal dit maandag dan ook direct even vragen, maar mijn school kennende zullen we deze waarschijnlijk niet hebben.
Is er een manier waarop ik met mijn huidige verzameling van gegevens de zelfinductie zou kunnen uitrekenen ? en daarmee vervolgens de stroomsterkte in de spoel ik heb namelijk al 17 uur verspreid over drie middagen in het kabinet gespendeerd en bij de gedachte van nog een nieuwe meting springen de tranen in mijn ogen.
Vr. Groeten Robert
Bert
op
28 november 2008 om 20:06
Dag Robert,
experimentele natuurkunde is nu eenmaal een kwestie van doorzetten.
Een bekend gezegde dat aan de deense wiskundige Piet Hein (nazaat van de zeerover) wordt toegeschreven luidt: "Problems worthy of attack prove their worth by hitting back." Kortom, geef de moed niet op, zet nog even door. Als je het eenmaal hebt behaald, is het resultaat alleen maar mooier.
Een kleine weerstand van zeg maar 0,1 Ohm, kun je zelf maken door een stukje koperdraad van een klosje af te knippen. Bij een draaddikte van 0,1 mm heb je ongeveer 5 cm koperdraad nodig. Dat hebben ze vast wel op school.
De zelfinductie L kun je in principe bepalen, door de stijgtijd van een LR-combinatie te meten. Er zijn ook formules voor de zelfinductie van een spoel, waarmee je een schatting van L kunt maken. Maar als je L weet en daarmee de vervorming van je ingangssignaal wilt berekenen, krijg je te maken met wiskunde boven 6vwo niveau. Dan komen de tranen pas echt, vrees ik.
Kortom meten van de stroom of het magneetveld is toch de beste manier om zekerheid te krijgen.
Als er op je school geen magneetveldsensor is, probeer dan zelf een weerstandje te maken.
Groeten,
Bert
Robert
op
28 november 2008 om 20:35
wederom hartelijk bedankt voor uw antwoord en uw hulp, of nog een meting er in zit weet ik niet de po moet al snel af en ik heb al vele malen langer in het lab gestaan dan dat de bedoeling was en tijd begint te dringen.
ik heb nu een rekensommetje gemaakt waarvan ik me afvroeg of dat soms uitkomst kon bieden.
de weerstand van een spoel is in realateit niet alleen een ohmse weerstand als gevolg van de inductie en kan berekend worden door Z=R+X=R+(2.pi.f.L) (daarbij R de ohmse weerstand die als serie geschakelde weerstand kan worden gezien en X het imaginaire deel is. Nou zal dit wel weer niet kunnen omdat ik een zaagtand heb in plaats van een sinus maar goed, L heb ik vervolgens berkend met
Rm= l / u*A =21830137.9
L= n^2 / Rm = 0.0041227408
dit levert ongeveer 25.9+0,9=26.8 ohm
en vervolgs beschouw ik de spoel als een weerstand waarover ik de spanning heb gemeten (ik heb deze namelijk gemeten over de spoel en niet vanuit het kastje) en zou ik dus voltage kunnen delen hierdoor en verkrijg ik het amperage
zo niet dan hierbij mijn plan van mijn hopeliljk laaste meting voordat ik in huilen uitbarst ; )
veldspoel 300 0,9 ohm windingen waarover 3,18 volt zaagtand 1000Hz in serie met een weerstand van 0,1 ohm staat
daarin inductiespoel 80 windingen
geheel in kooi van faraday
aangezien ik helaas maar over 1 volt meter beschik eerst meting over de weerstand daarmee weet ik wat voor amerage golf erdoor de spoel gaat,
daarna meting wat voor uind dit levert in de inductiespoel.
Nogmaals hartelijk dank voor uw tijd en aandacht
Robert
op
29 november 2008 om 10:44
wat ik ook niet helemaal snap is:
nu heb ik 3,18Volt op mijn spoel staan deze heeft een ohmse weerstand van 0,9 dus staat er 3,5 ampere op mijn spoel dit heb ik gedaan omdat de max waarde van mijn spoel 4 ampere is hier ben ik al prongelijk is overheen gegaan maar voor een korte tijdsduur.
maar als ik nu een weerstandje van 0,1 ohm ervoor in serie zet en daarover de spanning meet blijft deze dan nog steeds 3,18volt want dat zou betekenen dat er 31 ampere door mijn spoel gaat ??
Bert
op
29 november 2008 om 11:42
Dag Robert,
over de spoel staan twee soorten spanning:
- spanning t.g.v. de "Ohmse weerstand": U=IxR
- inductiespanning t.g.v. de zelfinductie van de spoel: U= - L.dI/dt (alleen bij wisselspanning)
Als je de spoel aansluit op een wisselspanningsbron, krijg je een faseverschil tussen de twee soorten spanning, waardoor er een ingewikkeld signaal onstaat.
Om de R van de spoel te bepalen moet je hem op een gelijkspanningsbron aansluiten, dan wordt de inductiespanning nul (deze geeft dan alleen een korte piek bij het in en uitschakelen van de spanningsbron).
Jouw conclusie: U=3,18 V, R = 0,9 Ohm dus I=3,5 A is niet juist omdat je hierbij de inductiespanning buiten beschouwing laat.
Dat U nauwelijks verandert als je 0,1 Ohm in serie aansluit is dus ook niet zo vreemd. Je moet de spanning alleen over de weerstand van 0,1 Ohm meten en daarmee I berekenen. Het zou me niet verbazen als de I die je zo berekent veel kleiner is dan 3,5 A.
Nog een andere mogelijkheid om je oorspronkelijke probleem op te lossen: kijk eens wat er bij een lagere frequentie gebeurt. Bij een lagere frequentie zijn de faseverschillen - en dus ook het effect van de zelfinductie - kleiner.
Bert
Robert
op
29 november 2008 om 12:46
fantastische nuttige info ^^ super duidelijk en krachtig.
ik zal me dan toch weer richting het lab gaan begeven.
ja een lagere frequentie was nu niet zo handig aangezien met 1000Hz de resultaten al vrijwel niks waren in de trant van (0,08v) en ik het max amperage van de spoel niet wou overschrijden.
wel viel me op dat toen ik van 10volt naar 3,15 de spannings grafiek veranderden van een soort e macht naar de zaagtand die ik uitzenden. ik dacht dat dit kwam omdat ik het amperage van de spoel had overschreven of iets dergelijks.
maar als het amerpage idd lager blijkt kan ik het voltage en daarmee amperage een stuk omhoog gooien en dan idd de frequentie omlaag
dus komt het er eigenlijk weer op neer weerstandje 0,1 ohm in serie met spoel wisselspanning door het geheel en dan paraallell volt meting over de weerstand en via u/r=I
umeting/0,1=I <--- is stroom door de weerstand? = geleijk aan stroom over spoel ?
Bert
op
29 november 2008 om 13:18
Dag Robert,
ik denk dat je wel snapt hoe de schakeling eruit zou moeten zien. Voor de zekerheid zou je een schema'tje kunnen tekenen en opsturen.
En verder: maak het niet te gek met de stroom; je kunt de toongenerator gemakkelijk "opblazen", dat is mij tenminste wel eens gebeurd. Als je een amperemeter hebt die voor wisselstroom geschikt is, zou je die voor de zekerheid in de kring kunnen opnemen, al is die bij hoge frequenties waarschijnlijk niet te vertrouwen (wijst te weinig aan).
Succes in het lab.
Bert
Robert
op
29 november 2008 om 14:08
toch nog voor de zekerheid eventjes een keer verifiëren, dus hierbij een tekening.
-helaas is er in werkelijkheid maar 1 volt meter dus is het geheel eigenlijk in twee aparte metingen.
- Geen idee welk voltage ik bij moet testen om niet de spoel max 4amp te beschadigen ik zal wel beginnen bij 1 volt en dan langzaam opvoeren.
-steeds via U/R=I in de gaten houden welke I het is = I door spoel?, wat ik nu dankzij uw uitleg vermoed is dat de U die ik nu zal gaan meten over de weerstand anders zal zijn dan die ik uitstuur want anders zou dit betekenen 3volt/0,1ohm=30amp en dan is mijn spoel dus al lang beschadigd.. ?
Bert
op
29 november 2008 om 17:45
Dag Robert,
dat ziet er goed uit.
Je zou ook een losse digitale multimeter kunnen gebruiken om de spanning bij de 0,1 Ohm weerstand te meten.
Begrijp ik uit je tekening dat je een aparte spanningssensor gebruikt?
Je kunt ook met twee 'gewone' banaanstekkers de spanning meten tussen de zwarte (aarde) en de gele(<3) aansluitbussen op Coachlab: op die manier heb je wel twee spanningskanalen die je tegelijk kunt aansluiten.
Bert
Robert
op
29 november 2008 om 18:19
de digitale multimeter is beetje lastig lijkt me omdat het om wisselspanning gaat in vorm van zaagtand geen continue stroom. dus vadaar dat ik coach laat meten.
Grafiek1:=ampere over veldspoel
grafiek2:=spanning inductiespoel
In theorie: zaagtand grafiek 1 blokspanning grafiek 2
praktijk: ???? grafiek 1 zaagtand grafiek 2
dat van die tweede volt meter is een brilkante tip, dat wist ik niet en ik maar vragen of er nog meer voltmeters waren te krijgen.
Bert
op
29 november 2008 om 20:04
Dag Robert,
nog maar wat extra info over die voltmeter.
Om ingang <3 als voltmeter te gebruiken, moet je wel eerst een voltmetericoon van het sensorpalet naar ingang <3 van het meetpaneel slepen en ook zorgen dat het signaal ergens in een grafiek terecht komt enzo, maar dat wist je waarschijnlijk al wel.
Coachlab-I (oude versie): meet alleen tussen 0 en + 5V.
Coachlab-II (nieuwe versie): kan ook tussen -10 en + 10 V meten; instelling via het programma Coach (eigenschappen van de voltmeter).
Als je weer rare resultaten krijgt wil je dan de grafieken opsturen?
Bert
Robert
op
29 november 2008 om 20:26
owke perfect
ja ik hoop maandag terecht te kunnen en anders wordt het dinsdag.
Ik zal wel eventjes laten horen hoe het is afgelopen tegen die tijd en wellicht ook even grafieken plaatsen.
in elk geval alvast hartelijk bedankt voor al uw advies.
Robert
op
01 december 2008 om 17:40
alleerst wil ik u eventjes bedanken voor uw hulp ik heb nu gegevens verzameld waar ik waarschijnlijk wel iets mee kan.
Helaas zijn de resulaten wel wat onnatuurlijk doordat coach niet veel meet punten kan verichten in 5 miliseconde waarschijnlijk had ik dit kunnen voorkomen door een lagere frequentie te nemen en genoegen te nemen met lagere te meten uinductie al zal dit niet erg veel verschil maken.
maar ik ben erg blij met het resultaat, of ik er daadwerkelijk ook nog wat mee kan aantonen met getal waarden moet nog blijken maar het ziet er wel een stuk beter uit dan eerder behaalde resulaten.
Uitgezet in de grafiek zijn twee lijnen
de eerste is de afgeleide van die stroomsterkte tegen de tijd
de tweede is de negatieve inductiespanning (richting omgekeerd aangezien deze natuurlijk tegenovergesteld is )
er is duidelijk te zien dat hun vormen overeenkomen en daarmee dus als het ware het rechtevenredige verband aangetoond dat er heerste
helaas zijn - door het gebrek aan punten- de werkelijke toppen weggevallen waardoor de lijnen hoger en stijler zouden moeten zijn dan dat ze nu staan daardoor het verband moeilijk aan te tonen door middel van de afgeleide met waarden wat een beetje jammer natuurlijk is.
op zich niet het perfecte resultaat maar wellicht wel het maximale haalbare met school apparatuur. Op ze minst kan ik doormiddel van de vormen het verband aantonen
Bert
op
01 december 2008 om 17:54
Dag Robert,
je grafieken zien er prima uit.
Mooi dat het toch nog gelukt is.
Groeten,
Bert
Robert
op
01 december 2008 om 21:06
ik kwam er net achter dat ik nog klein foutje had gemaakt. Coach 6 neemt de afgeleide dt/ds maar houdt daarbij als je je data hebt geimporteerd geen rekening met de tijdsfactor (milliseconde in plaats van seconde) vandaar het onverklaarbaareverschil voor mij van die factor 1000. ^^" schoonheidsfoutje
Uind = ampere * richtings coefficient dus nu in grafiek 2
grafiek1 = Ampere * richtings coeffecient
Grafiek2= U ind
Het klopt perfect Werkelijk schitterend resultaat ben er erg blij mee en heb weer boel dingetjes geleerd.
Nogmaals hartelijk dank zonder u was het niet zo vlot en leuk gelukt. Erg fijn dat u een mij als stressende student uit de brand heeft geholpen en van mooie tips en inzichten heeft voorzien.
dank u.
