Netspanning frequentie en gloeilamp

Datum:  December 2011

Inleiding:

Enige tijd geleden heb ik me een Casio Exilim EX-FC100  (http://nl.exilim.eu/nl/exilimhighspeed/exfc100/ ) digitale camera aangeschaft met als belangrijkste motivatie dat het mogelijk is om me deze camera hoge snelheid opnames te maken ( 210, 420, 1000 frames per seconde (fps)). In het kader van een experiment dat ik overwoog uit te voeren( Ron Vonk; `Meten als het licht gaat branden’; NVOX; 9 36 2011; p.419-421) besloot ik om een gloeilamp aangesloten op standaard wisselstroom te bekijken met 1000 fps. De resultaten waren niet wat ik verwachtte.

Principe:

Bepalen van de frequentie van het lichtnet met een gloeilamp en een hoge snelheids camera.

Materiaal:

  • Coachlab II
  • CMA Lichtsensor (0513)
  • Laptop met Coachlab software en MS Office Excel

Uitvoering:

  • Maak een 1000 fps opname van een brandende gloeilamp.
  • Bekijk het filmpje goed en tel het aantal flakkeringen gedurende een bepaalde tijdsperiode.
  • Bereken de bijbehorende frequentie
  • Bouw de Coachlab opstelling op door Coachlab aan te sluiten op de laptop en de lichtsensor aan te sluiten.
  • Start de Coachlab software op en configureer het scherm zoals in onderstaande screenshot is weergegeven:
    Tabel, grafiek met lichtsterkte, meettijd van 0.2 s, 20 metingen per milliseconde.
    De coachlab file is downloadbaar: gloeilamp.cmr  

  • Positioneer de lichtsensor dicht bij de lamp, zoals weergegeven in nevenstaande foto.
  • Start de Coachlab meting
  • Exporteer het resultaat als txt file
  • Importeer de file in Excel en analyseer het resultaat door de frequentie van de sinus te bepalen.

Resultaat:

Filmpje van gloeilamp opgenomen met 1000 fps
 

YouTube link: Gloeilamp High Speed Camera

Men kan duidelijk waarnemen dat de gloeilamp harder en zachter brandt volgens een bepaalde frequentie.  Het filmpje is opgenomen met 1000 fps en wordt weergegeven met 30 fps hetgeen overeenkomt met een vertragingsfaktor van 33 1/3. Ik tel ca. 27 flakkeringen in 10 s hetgeen betekent dat 1 flakkering  10/27/33.3=0.0111 s duurt. Inverteren we dit getal dan krijgen we een frequentie van 90 Hz. Ik heb enkele malen zitten te tellen maar ik kom steeds uit op een frequentie in de range 90-110 Hz.

Een detail van de coachlabmeting is weergegeven in onderstaande grafiek.

Na het resultaat geïmporteerd te hebben in Excel maken we een grafiek en zomen in op een enkele sinusgolf. We lezen het tijdsverschil af tussen twee pieken en na inverteren van het resultaat vinden we een frequentie van 100 Hz.

Discussie:

De flakker of flikker frequentie die we meten heeft een waarde van 100 Hz. Het lichtnet heeft echter een frequentie van 50 Hz dus in eerste instantie vond ik dit resultaat verrassend en begreep het niet zo goed. De verklaring is echter eenvoudig. De gloeilamp geeft licht als het signaal zowel positief als negatief is hetgeen betekent dat een flakkering twee keer per periode optreedt, een keer als het signaal maximaal positief is en een keer als het signaal maximaal negatief is. Met een netfrequentie van 50 Hz zal een gloeilamp dus twee maal zoveel flakkeren oftewel met een frequentie van 100 Hz.

Conclusie:

Zowel met een hoge snelheids opname als met een lichtsensor kan men bepalen dat de frequentie van het lichtnet inderdaad 50 Hz is.

Opmerkingen:

Literatuur:

  • Ron Vonk; `Meten als het licht gaat branden’; NVOX; 9 36 2011; p.419-421

Relevante websites:

Minder relevante websites:

Achtergrondinformatie:

Bij het de start van de industrialisering werden een aantal beslissingen genomen die nog steeds invloed uitoefenen op ons dagelijkse leven.Toen in de westerse wereld het lichtnet werd opgestart heeft men in Europa uiteindelijk gekozen voor 220V en een wisselstroom die 50x per seconde van polariteit verwisselt (50 Hz) . In USA heeft men gekozen voor 110V en 60Hz. In principe is een lichtnet op110V veiliger maar voor hetzelfde vermogen moet dubbel zoveel stroom door de transportdraden hetgeen resulteert in hogere energie verliezen.

15/01/2017