Inductieslinger
Teunia stelde deze vraag op 28 februari 2014 om 15:43.Goedemiddag,
Ik heb een proef gedaan met een slinger met daaraan een spoel die vlak langs een hoefijzermagneet bewoog.
De computer heeft van één slingering (heen en weer) de inductiespanning gemeten en deze in een grafiek gezet. Nu wil ik aangeven welke plaats in de grafiek bij welke plaats van de slinger hoort.
Dat heb ik gedaan, maar ik denk dat het niet klopt. Punt 4 is namelijk de helft (de slinger staat dan op het punt om weer van links naar rechts te gaan), maar ik heb bedacht dat bij punt 4 de slinger zich boven het 2e deel van de magneet bevindt. Wat doe ik verkeerd? Kan iemand mij alsjeblieft helpen?
Ik heb aangenomen dat U.ind de afgeleide is van de grafiek van de magnetische flux. Dan geldt dus: voor elke piek van de flux is de inductiespanning 0 V. Het komt echter niet uit.
Alvast heel erg bedankt!
Reacties
Je stelt terecht dat Uind = ΔΦ/Δt = Δ(B.A)/Δt (met of zonder min-teken).
De grootste fluxwijziging geeft de grootste inductiespanning. Het magneetveld van de hoefijzer magneet is niet erg constant (maximaal tussen de benen). Het spoeltje doorsnijdt een ander oppervlak afhankelijk van de snelheid waarmee het spoeltje beweegt. Als het stilstaat (op het punt van de slingerbeweging waarop de richting omdraait) verandert het oppervlak niet en is de fluxverandering nul. En daarmee de inductiespanning.
Als je er zo naar kijkt, kun je dan je metingen aan de positie van de spoel relateren?
Allereerst ontzettend bedankt voor de sneller reactie!
Ik geloof dat ik het nog niet helemaal begrijp, maar ik zal een poging wagen:
Bij punt 4 in de grafiek geldt Uind= 0 V en Φ=0 Vs. Hier 'draait' de slinger om. Het cijfer 4 is dus niet goed neergezet in de tekening. 2 klopt wel, want hier is de flux maximaal en de inductiespanning 0. Daarna neemt de flux af en daarmee wordt de inductiespanning negatief. Op het moment dat de inductiespanning het laagst is, is de fluxverandering het kleinste en hier hoort 3 te staan (?) in de grafiek.
Als ik de tekening dan verander, zou '4' vervangen worden door 3 en helemaal links, waar nu punt 5 staat, zou punt 4 komen te staan.
Doe ik het zo goed?
Of moet ik de magneet als één magneet zien, in plaats van dat ik de twee 'poten' apart zie?
Nee, de magneet heeft duidelijk 2 benen en daar zit ook meteen de moeilijkheid: tussen de benen is het magneetveld van noord- naar zuidpool gericht en dichtbij de benen is dit veld het sterkst.
Je grafiek heeft dezelfde symmetrie als de opstelling.Tussen de nummers 1 en 5 gebeurt de helft van de slingering en produceert de helft van de inductiespanningsgrafiek (tot de (verkeerd genummerde) 4 in je inductiespanningsgrafiek).Van 5 terug naar 1 geeft dezelfde figuur, maar spiegelbeeld.
Maar binnen een halve slingering is er nog een tweede symmetrie. Tussen positie 1 en 3 en tussen 3 en 5 gebeurt ook hetzelfde (maar in spiegelbeeld). Eerst nader je de (noord)pool van de magneet (1-2), daarna zit je er midden in (3) en vervolgens verwijder je je van de (zuid)pool met omgekeerd gericht magneetveld.
Vanuit stilstand 1 naar 2 neemt snelheid toe, neemt veldsterkte B toe, neemt flux toe, is fluxverandering positief: de inductiespanning stijgt van 0 naar een maximum.
Tussen 2 en 3 neemt snelheid toe, de veldsterkte is vrijwel evenwijdig aan de spoel en de flux neemt heel snel af tot vrijwel 0. Dus grote fluxverandering, dus grote inductiespanning, maar nu tegengesteld van teken (fluxafname ipv fluxtoename).
Tussen 3 en 4 neemt de flux weer toe maar veldrichting tegengesteld. De fluxverandering is groot maar andersom dan voorheen, dus inductiespanning neemt weer toe (fluxtoename).
Tussen 4 en 5 blijft de veldrichting hetzelfde, maar snelheid neemt af en de veldsterkte neemt af dus flux wordt kleiner (fluxafname) waardoor inductiespanning ook afneemt en tot 0 reduceert in stand 5.
Daarna begint het hele circus in omgekeerde volgorde weer van voor af aan van 5 naar 8.
In de bijlage probeer ik dit te tekenen.
Precieze uitrekening van de inductiespanning is niet zo simpel door de constant wijzigende grootte van de veldsterkte B (magnetische inductie), de stand t.o.v. het oppervlak van de spoel en de snelheid waarmee de spoel op elk moment in de slingerbeweging beweegt.
Tussen de benen is het veld grotendeels evenwijdig aan de spoel en heeft geen flux. De fluxverandering tussen 2 en 3 is heel groot (terug naar nul) en dus de inductiespanning.
Tussen 3 en 4 is het magneetveld ineens omgedraaid (en dus de inductiespanning) om bij 4 weer een maximaal veld te hebben maar wel tegengesteld aan het begin van de slingering.
Vanaf 4 neemt de veldsterkte weer af evenals de snelheid en bij 5 is de slinger tot stilstand gekomen. De flux neemt af van 4 naar 5 en de fluxverandering geeft dit weer en wordt nul in 5.
Heel erg bedankt voor de gedetailleerde uitleg en het plaatje! Nu is het mij allemaal helder :)
Bedankt!