Batterijmotor

Datum: Januari 2010

Principe:

Een motor bouwen uit zijn basisonderdelen, een spoel, een voedingsbron en een magneet.

Materiaal:

 
  • Elektriciteitsdraad
  • Koperdraad (Gelakt)
  • Batterij (C type)
  • Batterij (AA type)
  • Tape
  • Tang
  • Striptang
  • Scalpel
  • Neodynium magneet

  • Schuurpapier

 

  • Vernier Go!Link Interface
  • Vernier Voltmeter
  • Netbook - Asus EEEPc
  • Spreadsheet voor data analyse

 

Experimentele opstelling:

Batterijmotor maken:  
  • Neem een stuk van het belakte koperdraad.
  • Neem de AA batterij
  • Wikkel de draad enkele malen om de batterij heen en zorg er daarbij voor dat er op de uiteindes nog een recht stuk zit.
  • Maak de rechte stukken m.b.v. een knoop vast aan de stoel zoals weergegeven in onderstaande foto. 
  • Schraap de lak weg op de uiteinden m.b.v. een scherp mes of met schuurpapier.

  • Neem de normale elektriciteitsdraad en strip de isolatie ervan af.
  • Knip 2 stukken van ca. 10 cm ervan af.
  • Buig de draad onder een hoek van 45 °.
  • Maak aan een uiteinde een klein lusje.
  • Bevestig deze stukken aan de batterij m.b.v. de tape zoals weergegeven in onderstaande foto's.
  • Plaats de magneet op het midden van de de batterij.
  • Steek de spoel met de uiteinden door de lussen.
  • Observeer
  • Geef de spoel eventueel een tikje.

   
Batterijmotor doormeten:  
  • Bouw de opstelling op zoals weergegeven in nevenstaande foto.
  • Stel de software in op een meting die 2-3 seconden duurt met een monstername snelheid van 200 metingen per seconde.
  • Sluit de meetklemmen aan op de spoelhouders.
  • Laat de spoel draaien.
  • Voer de meting uit.
  • Exporteer de data als text file.
  • Importeer deze in een spreadsheet.
  • Analyseer de data.

Resultaat:

Het resultaat is weergegeven in onderstaande filmpjes.

YouTube link: Batterij motor

Discussie:

Een gelijkstroommotor is gebaseerd op het principe van het draaien van een spoel in een magneetveld zoals in dit experiment ook mooi te zien is. Een stroomvoerende draad gaat in een magneetveld draaien totdat de flux maximaal is. Op het moment dat er stroom door de spoel loopt creëert deze een magnetisch veld met een Noord- en Zuidpool die een interactie aangaat met de permanente magneet in het systeem (N-Z polen trekken elkaar aan, N-N en Z-Z stoten elkaar af). Het probleem bij een spoel is dat de Noordpool en de Zuidpool vastliggen de spoel zich vast gaat zetten in het magnetisch veld. Bij gewone elektromotoren wordt dit voorkomen door de stroomrichting afwisselend om te draaien mbv een commutator die gebruik maakt van sleepcontacten. Daarnaast helpt het vliegwieleffect ook een handje.

In de meeste instructies die men kan vinden op het web staat dat men de lak maar aan een kant dient te verwijderen (dit om het commutator effect te verkrijgen). Karel Knip merkt in zijn juni 2007 artikel op dat bij hem de motor dan niet werkte en dat hij alle isolatielak moest verwijderen. Bij mij hebben beide methodes gewerkt, slechts aan een kant de lak verwijderen en de lak helemaal verwijderen. 

In zijn juli 2007 artikel komt hij hier nog even op terug. De reden dat de motor ook werkt als alle lak is verwijderd is omdat de leidingen in hun lagers rammelen in een vast ritme. De stroom wordt dan aan- en uitgeschakeld.


Dit was een bewering die ik vrij makkelijk kon controleren. In het verleden heb ik al eens in een dergelijk experiment de rotatiesnelheid van een motor bepaald (Motorsnelheid bepalen) door juist te kijken naar het in- en uitschakelen van de stroom. Dat experiment met de Go!-Link en de bijbehorende voltmeter heb ik vervolgens uitgevoerd. Voor de zekerheid had ik de uiteindes nog eens goed schoongemaakt met schuurpapier. Het resultaat is zichtbaar gemaakt in onderstaande grafiek en bevestigd dat de stroom inderdaad aan- en uitgeschakeld wordt.
 
 
Naar aanleiding van het artikel van Ballico et al heb ik ook geprobeerd of ik met Coachlab en de bijbehorende magneetveldsensor een verandering in het magneetveld kon waarnemen als de spoel aan het draaien was (dicht bij de spoel gemeten). Ik kon echter geen onderscheid maken tussen een draaiende spoel en een niet-draaiende spoel. Her ruisniveau was in beide gevallen even groot.

Conclusie:

  • In tegenstelling tot wat in de meeste instructievoorschriften voor dit type motor beschreven wordt is het niet nodig om de helft van de laklaag van de koperdraad aan de uiteinden te verwijderen om een werkende motor te krijgen. Men kan ook de hele laklaag verwijderen.

Literatuur:

  • Karel Knip; 'De Wondermotor'; NRC Handelsblad; 23-06-2007; p. 51.
  • Karel Knip; 'Zand, vuur, berg, motor'; NRC Handelsblad; 14-07-2007; p. 43.
  • M.J. Ballico, M.L. Sawley; 'The bipolar motor: A simple demonstration of deterministic chaos'; American Journal of Physics; 58 1 1990; p. 58-61.
  • Cy Tymony; 'Easy Motor'; Make; 11 2005; p. 126
  • Sean M. Stewart; 'Some simple demonstration experiments involving homopolar motors'; Revista Brasileira de Ensino de Fysica; 29 2 2007; p. 275-281.
  • Jorge Guala-Valverdea, Pedro Mazzonib, Ricardo Achillesc; "The homopolar motor: A true relativistic engine"; American Journal of Physics; 70 10 2002; p.1952-1055.
  • Martin L. Keen; "Het Hoe en Waarom boek van de Magneten en Magnetisme"; Zuid-Nederlandse Uitgeverij; 1968 (1963): ISBN 9024302544; p. 36-40.
  • R.J. Flink; "Electriciteitsleer"; Nijgh & Van Ditmar; 1992; ISBN 9023606736; p. 154-156.

Relevante websites:

Minder relevante websites:

Opmerkingen:

  • Indien men op het web gaat zoeken kan men zelfs nog eenvoudiger vormen van deze motor vinden (vnl de homopolar motor). Het principe blijft echter altijd hetzelfde: batterij, spoel & magneet.
  • Het verbaast me een beetje dat je een dergelijk simpel motortje niet in de studieboeken kunt terugvinden. Daar vindt je vaak toch een meer complexere variant.
  • Dit experiment kan men natuurlijk ook uitvoeren met Coachlab of een multimeter die men aan de PC kan koppelen op voorwaarde dat men een voldoende hoge samplefrequentie kan instellen.
  • De analyse kan men vinden in de spreadsheet: batterijmotor3.xlsx

Achtergrondinformatie:

21/03/2010