Dynamo

Arnoud stelde deze vraag op 03 december 2020 om 16:06.

Goedenmiddag, 
Voor school zijn wij bezig met een opdracht om het rendement van een dynamo te berekenen. Wij hebben een massa aan een touwgehangen wat verbonden met de dynamo is. Door het vallen van de massa zal het wiel draaien waardoor de dynamo energie zal opwekken. Wij hebben het moment bepaald waarop het vallen van de massa geen versnelling meer ondervindt en dus met constante snelheid valt. Nu vragen wij ons af waarom wij pas mogen starten met meten als het blokje niet meer versnelt. 
Wij kunnen uit onze metingen afleiden dat de snelheid eerst toeneemt en vervolgens constant wordt. Wij weten dat dit te maken heeft met de flux, inductie en lorentzkracht maar wij kunnen deze zelf niet linken. 
Kunt u ons helpen? 
Vriendelijke groet 

Reacties

Theo de Klerk op 03 december 2020 om 16:15
constante valsnelheid betekent vaste draaisnelheid van de dynamorotor. Vaste draaisnelheid betekent constante verandering (! dus niet constant in waarde!!) van het magneetveld in de draaiende spoelen, dus dB/dt constant, dus dΦ/dt constant dus constante inductiespanning.
Jan van de Velde op 03 december 2020 om 17:26

Arnoud

 Nu vragen wij ons af waarom wij pas mogen starten met meten als het blokje niet meer versnelt. 

Dag Arnoud,

Ik denk eerder dat dat is omdat vanaf dat ogenblik er nog maar één vorm van energie van dat massablokje verandert, namelijk de zwaarte-energie ( want bij constante snelheid neemt de bewegingsenergie niet meer toe) . Dus pas vanaf dat ogenblik kun je netjes vaststellen hoeveel energie elke seconde aan die dynamo wordt toegevoerd. 

Heb je trouwens ook metingen met verschillende massa's en verschillende weerstanden in je stroomkring? Want dat rendement kan behoorlijk afhangen van de belasting.

Groet, Jan 

Anna op 05 december 2020 om 14:42
Hi, waarom heeft dit ook te maken met de flux, inductie en lorentzkracht? Ik moet namelijk exact dezelfde opdracht maken en ik snap het niet :):)
Jan van de Velde op 05 december 2020 om 15:20

Anna

waarom heeft dit ook te maken met de flux, inductie en lorentzkracht?

 dag Anna,

zonder dat kan een dynamo toch geen bewegingsenergie omzetten in elektrische energie? Of hoe bedoel je je vraag?

Groet, jan

Anna op 05 december 2020 om 15:26
Beste Jan, ik snap de theorie niet waardoor de snelheid eerst toeneemt en dan constant wordt, er moet in het verhaal iets over de theorie van flux, inductie en lorentzkwacht worden gezegd. Dat is de vraag in een opdracht. 

Groetjes van Anna
Theo de Klerk op 05 december 2020 om 15:36
Een veranderende flux (populair: "veranderend aantal veldlijnen"/"veranderende sterkte van magneetveld") leidt tot een inductiespanning. Waarom? Geen idee. Zo heeft de natuur het bedacht.
Een magneet die stilstaat heeft een stabiel magneetveld. Niet overal even sterk, maar niet wijzigend in de tijd. 
Door de magneet rond te draaien verandert het veld wel. Niet qua sterkte maar wel qua richting in de tijd. Daardoor kan dus een fluxverandering ontstaan en daardoor een inductiespanning.
Het kan ook andersom: of een magneet ronddraait en een spoel stilstaat (die dan steeds een wisselend sterk magneetveld ervaart) of de magneet stilstaat en de spoel draait (en daardoor ook steeds andere sterktes van het magneetveld ervaart) maakt voor het resultaat niet uit.

Als de valsnelheid constant wordt, dan is de draaisnelheid van de as ook constant. Dan beweegt magneet of spoel met vaste draaisnelheid rond. En is de verandering van het magneetveld ook stabiel (en neemt niet toe tijdens het sneller vallen of neemt af als steeds langzamer wordt gevallen) en dus de fluxverandering en dus de inductiespanning zijn ook stabiel.

De lorentzkracht is de kracht die de ladingdragers (elektronen in de draad) een kant op duwt (de andere kant op als waarheen bij afspraak de stroom gaat). Die kracht ontstaat omdat een geladen deeltje (elektron) zich in een magneetveld bevindt en daarin beweegt (want de spoel beweegt of de magneet beweegt - in beide gevallen beweegt het deeltje relatief tov het magneetveld).
(de Wet van Lenz die aangeeft hoe inductiestroom loopt in een spoel als een magneetveld nadert is een andere manier van zeggen dat de stroom a.g.v. de lorentzkracht beweegt)
Anna op 05 december 2020 om 15:44
Super heel erg bedankt!!!!! Dit is precies wat ik nodig heb :)
Jaap op 05 december 2020 om 16:22
[achtergrond -- niet gevraagd door Arnoud of Anna]
Theo vraagt "Een veranderende flux [...] leidt tot een inductiespanning. Waarom?"
Als de flux door de dynamospoel verandert, ontstaat een lorentzkracht op vrije ladingsdragers in de spoel.
De lorentzkracht veroorzaakt op zijn beurt een inductiespanning.
Het optreden van de lorentzkracht kan worden "verklaard" met de speciale relativiteitstheorie.
Stomverbaasd was ik, toen ik de verklaring voor het eerst las.
Engelstalige wikipedia: "classical electromagnetism and special relativity".
Theo de Klerk op 05 december 2020 om 16:49
... maar dit is het verschuiven van het "probleem": waarom is er een lorentzkracht? Geen idee. Het blijkt er te zijn. Waarom kan niks sneller dan het licht? Geen idee. Tot heden lijkt dat zo te zijn...
Anna op 06 december 2020 om 16:13
Ik heb eigenlijk nog een vraagje, want hoe komt het dan dat de snelheid afneemt? Heeft dat met de luchtweerstand & zwaartekracht te maken?
Theo de Klerk op 06 december 2020 om 16:21
De snelheid neemt niet af (die neemt toe van 0 m/s tot de eindsnelheid), de versnelling neemt af totdat a=0 m/s2 wordt en de snelheid vanaf dat moment constant blijft.
Anna op 06 december 2020 om 16:22
Oja sorry dat bedoel ik! Maar hoe komt het dat de versnelling afneemt? 
Theo de Klerk op 06 december 2020 om 16:25
Zwaartekracht van vallende massa wordt tegengewerkt door de lorentzkracht in de draaiende spoel. Hoe sneller die gaat draaien, des te groter de kracht. En op een gegeven moment is die gelijk aan de zwaartekracht waardoor de resulterende kracht 0 N is en dus de versnelling (a = F/m = 0/m) ook.
Anna op 06 december 2020 om 16:36
Ik snap het dankuwel!
Jan van de Velde op 06 december 2020 om 16:42

Anna

Oja sorry dat bedoel ik! Maar hoe komt het dat de versnelling afneemt? 

 zelfde principe als de parachutist in vrije val:
hoe sneller hij valt,
hoe groter de luchtweerstand wordt,
hoe kleiner zijn versnelling wordt,
net zo lang tot luchtweerstand gelijk wordt aan de zwaartekracht,
de nettokracht vanaf dan dus 0 is
en hij dus met constante snelheid verder valt. 

Groet, Jan

Anna op 06 december 2020 om 16:48
Beste Jan,
Dus dat de versnelling 0 wordt, komt door de luchtweerstand, niet door de lorentzkracht? Ik snap uw verhaal wel, maar niet in combinatie met wat Theo zei... 
Theo de Klerk op 06 december 2020 om 16:51
Precies hetzelfde:
lucht: weerstand neemt toe tegengesteld aan vallende zwaartekracht. Op gegeven moment resultante  0N en dus vaste snelheid

dynamo: vallende blokje doet dynamo rotor sneller draaien. Daardoor grotere flux verandering, daardoor grotere inductiestroom (door Lorentzkracht). Op gegeven moment is die kracht ook gelijk aan de zwaartekracht (maar tegengesteld) en gaat de as met vaste snelheid draaien.

Vanuit energiebeschouwing klopt het ook: de vrijkomende zwaarte-energie is in een vrije val de bron voor toenemende kinetische energie (1/2 mv2 en v neemt toe). Nu de vrije val "gebroken" wordt doordat het blokje via een snaar aan een as vastzit, komt diezelfde zwaarte-energie nog maar voor een deel aan de toenemende kinetische energie toe (v neemt toe) - de rest wordt in elektrische energie omgezet. Samen zijn kinetisch + elektrisch nog steeds de afnemende zwaarte-energie.
Als de elektrische energie toeneemt (grotere inductie) neemt de toename van de kinetische energie af tot 0 J en blijft de kinetische energie hetzelfde (v constant)
Anna op 06 december 2020 om 17:02
oke super :):)
Anna op 06 december 2020 om 17:06
Ik heb nog een vraagje,
ik moest een experiment doen met een massa en de dynamo. Maar wat gebeurt er als je een te kleine massa kiest? Weet u dat? 
groetjes van Anna 
Theo de Klerk op 06 december 2020 om 17:28
Elke massa valt met een zwaartekracht. Maar als vanaf het begin de tegenkracht al gelijk groot is (en groter kan worden) dan gebeurt er niks: beginsnelheid 0 m/s, versnelling a =F/m = 0/m en dus eindsnelheid ook 0 m/s   Zoiets als een wateremmer hangen aan een stroef lopende/vastgeroeste as.

Plaats een reactie

+ Bijlage

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

Noortje heeft dertig appels. Ze eet er eentje op. Hoeveel appels heeft Noortje nu over?

Antwoord: (vul een getal in)