Elektrische energie opwekken

Dominique stelde deze vraag op 22 september 2009 om 20:55.
Geachte natuurkunde fanaten,

Wij hebben een project op school over het opwekken van een alternatieve energie bron. Nu hebben wij bedacht om doormiddel van een slinger een magneet langs een spoel laten gaan.



Theoretisch zou dit moeten werken.
Nu moeten wij hier aan wat berekeningen doen om achter wat factoren te komen. Hier lopen we eigenlijk een beetje vast.
We hopen dat hier iemand ons kan helpen.

In de afbeelding is te zien hoe de opstelling er uitziet.
De magneet gaat met een snelheid V= 0,7m/s langs de magneet en herhaalt dit 2 keer per seconde.

B=1,3 T

De gewenste afgegeven spanning van de spoel moet zijn:
U= 3,6V
I= 140mA

Nou is de vraag, hoeveel windingen hebben we nodig? De lengte van de spoel is variabel tussen 5 en 10 cm (indien mogelijk)

Alvast bedankt,
Vriendelijk groet,
Dominique

Reacties

Jan op 22 september 2009 om 22:06
Dag Dominique,

Op zich een leuk idee, een slingerdynamo. Maar dit is niet zo simpel als je kennelijk denkt. Alles hangt af van de verandering van de flux door de spoel en de snelheid van die verandering.
 
Ik denk dat je het rekenwerk (voorspellend) wel kunt vergeten. Een grafiek van de flux door de spoel in functie van de tijd zou ik niet kwantitatief durven geven. Teveel is onbekend, en verder is rekenwerk aan magneten geweldig ingewikkeld tenzij je heel simpele opstellingen hebt en steeds vlakbij de magneet werkt.
 
Ten eerste stel je redelijk koeltjes dat die magneet een veldsterkte van 1,3 T heeft. Dat is een forse. Dat zou leuk en aardig zijn, maar je beseft wel dat dat ergens op één punt in of bij die magneet (waarschijnlijk vlakbij een van de polen) is gemeten dan. Op vrij korte afstand van die magneet zal dat cijfer al schrikbarend zijn gedaald. Kijk bijvoorbeeld naar zo'n koelkastmagneetje. 1 papiertje ertussen en je hebt best nog een beetje moeite om hem los te halen. Met 5 velletjes papier ertussen maak je hem makkelijk los, en je hebt goed kans dat hij met 10 velletjes papier niet eens meer kleeft. Dat ligt niet aan het papier dat het magnetisch veld zou afzwakken (dat heeft daar nauwelijks invloed op), maar puur omdat het magneetveld verder van een magneet héél snel zwakker wordt.

Dat betekent ook dat je met deze opstelling, waarbij de magneet bijvoorbeeld eens per seconde langs de magneet beweegt, eens per seconde snel na elkaar twee heel kortdurende piekjes (fractie van een seconde) zal krijgen (eentje als gevolg van een merkbaar toenemend magneetveld als de magneet de spoel al dicht genaderd is, en direct daarna weer even kort de andere kant op als de magneet nét het evenwichtspunt voorbij is). Zou je daar een kwalitatief schetsje van kunnen maken (dus zonder getallen op de assen, maar wel ongeveer in correcte verhoudingen)

Enneh, hoe hou je je slinger aan de gang? Want juist áls het werkt wordt die trilling heel snel gedempt. (wet van behoud van energie).

Verder, als het gaat om lengte en aantal windingen van spoelen, als je hiermee bezig bent vermoed ik dat je ook al wel een formule hebt gezien die je een antwoord zouden moeten geven op de vraag "meer of minder windingen, langer of kortere spoel"?

Ten slotte, de opstelling die je hier beschrijft kan nooit een energie"bron" zijn. Op zijn best een apparaat om een of andere vorm van bewegingsenergie om te zetten in elektrische energie. En welke energie ga je gebruiken om in je slinger te stoppen? Want dát wordt dan eigenlijk je "bron".

Ik hoop dat je er wat aan hebt, en ben benieuwd naar je reactie.

Groet, Jan 
Dominique op 22 september 2009 om 22:29
Best Jan,

Het klopt ik heb al gerust wat informatie over het berekenen en van spoelen en dergelijke maar in mijn vorige opleiden hadden we het voornamelijk over het gedrag van motoren.
En niet in de vorm van een dynamo.

Misschien heb ik het onderwerp niet helemaal goed geformuleerd maar het moet een mobiele energie bron zijn, om bijvoorbeeld je mobiel op te laden.

Hier hadden wij in gedacht om een magnetiche armband te maken en doormiddel van een spoeltje aan je heup te hangen een spanning op te wekken. De slinger is dus je arm die tijdens het lopen heen en weer word gehaald.

Ik heb op internet een aardig sterke magneet gevonden, die ik wil gaan gebruiken voor de armband. Ik heb deze sterke magneet gekozen omdat ik er eigenlijk al bang voor was dat het veldsterkte niet genoeg zou zijn om de gewenste spanning op te wekken.

Wat u dus zegt is dat stel het zou werken dat de spanning die de spoel afgeeft zo ongelijkmatig is dat het onbruikbaar is?

Groet,
Dominique
Jan op 22 september 2009 om 23:03
Dominique, 22 sep 2009

Wat u dus zegt is dat stel het zou werken dat de spanning die de spoel afgeeft zo ongelijkmatig is dat het onbruikbaar is?

OM daarmee een batterij op te laden moet je sowieso al eens gelijkrichten, maar dat is elektronisch een peuleschil.

Dan komt er een technische vraag: kan je batterij tegen die laadschokjes? Daar heb ik eerlijk gezegd geen antwoord op. Je zult denk ik al minstens een spanningsbegrenzer moeten inbouwen, dan nog is de vraag of de batterij ertegen kan om enkele tientallen microseconden een laadstroom te verwerken en dan honderden microseconden niks.

Zo niet, dan is daar (elektronisch of anderszins)  óók wel weer wat aan te doen, maar effectiever wordt het er óók weer niet van natuurlijk.

Let wel, je ontwerp hoeft niet de markt op. Ik zou het al heel knap vinden van je als je zoiets fabriekte waarmee je meetbare stroompjes opwekte. En zoals met alle nieuwigheden, daarna is het maar een kwestie van engineering (doorontwikkelen) totdat er iets bruikbaars van komt.

Ik wens je in elk geval succes met je, laten we zeggen, prototype.

Groet, Jan
Audy op 15 juni 2011 om 13:47

ik heb zelf al geruime tijd het idee om een onuitputtende energie bron te ontwikkelen door middel van magneten,, ik het zelf al wat ideeen maar loop er zelf ook vast ,, helaas ben ik al mijn gegevens kwijt en wil  helemaal opnieuw beginnen met een team die wat meer verstand van dit soort zaken heeft. het zou een waar genoegen zijn om dit te mogen delen en eraan te werken dit tot staand te brengen.

Met vriendelijke groeten

A.Dunk. 

Jan op 15 juni 2011 om 17:08

Dag Audy,

Ik hoop dat je beseft dat magneten op zich geen energiebron zijn, net zo min als de zwaartekracht van de aarde een energiebron is (ondanks het bestaan van waterkrachtcentrales en zo). 

Een onuitputbare energiebron op basis van magneten is op internet een veelbesproken onderwerp. Als je googlet met termen als "overunity" e.d. word je doodgegooid met allemaal interessant uitziende verhalen en filmpjes over werkende apparaten. Toch is nog niet één van die apparaten ooit op de markt gekomen. Volgens alle natuurkundigen die ik ken  simpelweg omdat het tegen alle natuurwetten indruist om energie uit het niets te halen.

Ik wens je dan ook veel succes met je project, maar ik ben bang dat je op een site met natuurkundigen weinig ondersteuning voor je project gaat vinden.

Sorry, Jan

Zoë op 23 maart 2020 om 11:09
hoe komt het dat er uit een draadje opeens energie ontstaat, alleen maar omdat er een magneet steeds langs beweegt? ik moet energie opwekken voor een natuurkunde verslag d.m.v. een spoel en een magneet, maar ik snap de werking nog niet helemaal precies. ook moet ik uitleggen hoe een spoel dus energie opwekt, alleen dat snap ik dus nog niet echt. Kan iemand helpen?

Zoë
Theo de Klerk op 23 maart 2020 om 11:18
Er ontstaat geen energie - er wordt energie overgedragen. Een mechanische beweging (kinetische energie) wordt omgezet in elektrische energie door inductie. De slinger zal langzamer gaan bewegen.
Ook een magneet die je richting spoel duwt geeft induktie: energie door je hand geleverd om de magneet te bewegen wordt omgezet in elektrische energie.

Er wordt dus nooit energie geproduceerd - ook niet in elektriciteitscentrales - alleen omgezet. De energie in het heelal is constant. Alleen de inhoud van de diverse vaatjes "energiesoort" kan wisselen door het ene vat te vullen met (deel van) de inhoud van een ander vat.
Zoë op 23 maart 2020 om 11:25
oke, maar je hebt dus een wikkeling van koperdraad en als daar een magneet voortdurend langs beweegt wordt de 'beweging van de magneet?/induktie?' omgezet in elektrische energie. Ekin. -> Eelektr.? maar hoe zet de spoel dit precies om, ik vind de werking van kinetische energie nogal ingewikkeld.
Zoë op 23 maart 2020 om 11:26
en waarom moet er precies een magneet gebruikt worden? als je iets anders beweegt is er toch ook sprake van beweging?
Theo de Klerk op 23 maart 2020 om 11:37
En wikkeling zal zich als spoel gedragen. Een magneet die daar langs beweegt veroorzaakt inductie in die spoel (Wet van Lenz) en daarmee is er energieoverdracht van bewegende magneet (kinetische energie, 1/2mv2) naar elektrische energie. De magneet zal daarna langzamer bewegen - tenzij iets van buiten de afgestane energie steeds aanvult door de magneet een zetje te geven.
Zoë op 23 maart 2020 om 11:41
Echt heel fijn dat u reageert Theo,

Een spoel bestaat uit koperdraad dat om elkaar heen is gewikkeld. Door de wikkeling van het draad ontstaat er een magnetisch veld om de spoel heen. Als een magneet hierlangs beweegt draagt deze energie over op de spoel. De magneet draagt de energie van in dit geval het water dat op het waterrad stroomt over, dit wordt inductie genoemd.  
De spoel zet deze beweging, kinetische energie om in elektrische energie. De spoel ontvangt de kinetische energie via het magnetisch veld. De magneet blijft bewegen door de aanvoer van het water. 
 
tot nu toe heb ik dit bij mijn po over een waterrad, klopt het een beetje?
Theo de Klerk op 23 maart 2020 om 11:58
> Door de wikkeling van het draad ontstaat er een magnetisch veld om de spoel heen

Je bedoelt het waarschijnlijk anders maar alleen een spoel geeft geen magneetveld. Alleen als er een stroom doorheen gaat. Door een batterij gedwongen, of "spontaan" ontstaan door een langskomende magneet die inductie veroorzaakt.

Een passerende magneet veroorzaakt een tegengesteld magneetveld in de spoel. Om dat spoelmagneetveld te maken moet in de spoel een stroom gaan lopen: inductiestroom.

Bij een waterval (of water krachtcentrale) zitten er diverse tussenstadia:
1 water heeft hoog boven een hoeveelheid zwaarte energie
2 bij vallen zet water zwaarte energie om in kinetische energie
3 bij een waterrad wordt het water afgeremd en zet kinetische energie om in draaienergie (rotatie energie)
4 als het rad een magneet laat bewegen zet het een deel van zijn draaienergie om in kinetische energie van de magneet
5 als de magneet langs een spoel beweegt wordt kinetische energie van de magneet omgezet in elektrische energie in de spoel (via inductie)

Zo zie je energie doorgegeven worden en telkens wordt ergens een deel "afgeknabbeld" voor andere doeleinden. Daarom is de efficiency of rendement ook geen 100%: van de inkomende energie uit stap 1 wordt na alle knabbels in tussenstappen nog maar een klein deel in stap 5 voor elektrische energie gebruikt.
Zoë op 23 maart 2020 om 13:46
Heel erg bedankt!!!!

Plaats een reactie

+ Bijlage

Bevestig dat je geen robot bent door de volgende vraag te beantwoorden.

Roos heeft twintig appels. Ze eet er eentje op. Hoeveel appels heeft Roos nu over?

Antwoord: (vul een getal in)