Gloeilamp in- en uitschakelen

Datum: Juni 2008

Inleiding:

Nadat ik me de oscilloscoop had aangeschaft zocht ik natuurlijk een paar leuke experimenten om deze ook uit te testen. Dit is er een van.

Principe:

Een oscilloscoop gebruiken om in- en uitschakeleffecten te bestuderen.

Materiaal:

Uitvoering:

  • Bouw de schakeling op zoals hiernaast schematisch is weergegeven.
  • Stel de oscilloscoop dusdanig in dat met een zeer hoge samplefrequentie gedurende 1 minuut gemeten kan worden.
  • Stel de uitlezing in op een spanning van 0.3 V.
  • Stel ook in de de meetdata opgeslagen wordt.
  • Zet de schakelaar van de voedingsspanning aan.
  • Activeer de meting en schakel de lamp in en vervolgens uit.
  • Herhaal dit enkele keren.
  • Noteer de voedingsspanning en controleer gedurende het experiment ook of deze constant blijft.
  • Exporteer de data en importeer deze in EXCEL.
  • Analyseer de data.

Resultaat:

De meetresultaten zijn weergegeven in  onderstaande grafiek.
.

screenshot
Inzomen op een piek:

Begin

Eind

Discussie en conclusie:

Het is belangrijk om zich te realiseren dat we hierboven het voltage over de weerstand meten, niet over de lamp zelf. Aangezien de voedingsspanning constant is geeft bovenstaande grafiek de geinverteerde lampwaarde aan. Een afnemend spanningsverloop over de weerstand impliceert dat het spanningsverloop over de lamp toeneemt.
Het moment dat de schakelaar omgezet wordt is goed te zien. Aan de 1ste curve is ook te zien dat het ca. 100 mS kost voordat de lamp het meest helder (stabiel) brandt.
De multimeter gebruiken we om de voedingsspanning te meten. Deze is constant gedurende de hele meting. We meten 4.45 V. Aangezien we de spanning over de weerstand meten kunnen we het amperage en vervolgens de weerstand van de lamp berekenen. Dit allemaal door gebruik te maken van de Wet van Ohm (U=I*R). Het resultaat is weergegeven in onderstaande figuur.

Tijdens de eerste piek als we de lamp inschakelen ( de 100 ms) geeft deze nog geen zichtbaar licht af. Hij geeft echter wel al infra rood licht af.

De hoge piek die we zien bij inschakelen wordt mogelijk veroorzaakt doordat de weerstand van de draad bij kamertemperatuur erg laag is. Als de draad eenmaal opwarmt neemt de weerstand weer toe.

Bij het uitschakelen van de lamp zien we dat deze niet onmiddellijk naar 0 gaat. Dat duurt ca. 10  ms. De gloeidraad heeft natuurlijk ook enige tijd nodig om af te koelen.
Een andere verklaring zou kunnen zijn dat elektromagnetische inductie een rol speelt. Op het moment dat de schakelaar nog op aan staat, wordt er een magnetisch veld gegenereerd binnen de spoelvormige gloeidraad. Dit magnetische veld stort in elkaar op het moment dat de schakelaar op uit gaat maar volgens de Wet van Lenz wordt hierbij een EMF geïnduceerd in tegengestelde richting van het dalende EMF.  

Literatuur:

Relevante websites:

Minder relevante websites:

Opmerkingen:

  • De resultaten zijn opgeslagen in de file: meetresultaten.xls
  • Ik heb ook geprobeerd om rechtstreeks over de lamp zelf te meten. Dan kan men echter die inschakelpiek niet waarnemen.
  • In het woordenboek wordt het inschakelverschijnsel als volgt gedefinieerd:
    verschijnsel dat bij het omzetten van een mechanische schakelaar (bijv. bij het aanzetten van een apparaat) ongewenste bijverschijnselen kunnen optreden zoals het optreden van enige hoogfrequentie impulsen, indien geen voorzorgsmaatregelen zijn getroffen
  • Men kan als voedingsspanning ook een batterij gebruiken.

Achtergrondinformatie:

Ik heb m.b.v. Coachlab en de lichtsensor van Coachlab ook nog het verloop van de lichtintensiteit rechtstreeks proberen te meten. Dat is echter niet goed gelukt. Ik vermoed dat de response van de lichtsensor net iets te traag is. 
Met een betere lichtsensor had ik mogelijk kunnen aantonen dat gedurende die ca. 100 ms geen zichtbaar licht wordt uitgezonden.
 
Screenshot van het coachlab experiment.
De opstelling gebruikt voor het CoachLab experiment.

15/01/2017