Inductiespanning genereren,
een beetje anders
|
Inductiespanning genereren, |
|
|
Datum: oktober 2011
Inleiding:
| Een proefje dat ik in een natuurkunde boek tegenkwam en waarvan ik dacht "leuk om te doen". |
Principe:
| Door een magneet naar en van een spoel op en neer te bewegen wordt een wisselspanning geproduceerd |
Materiaal:
|
|
|
|
 |
Uitvoering:
|
|
|
|
|
|
|
Resultaat:
De resultaten van 3 experimenten zijn samengevat
in onderstaande grafiek:
|
|
|
|
|
| Zoals te verwachten zijn de signalen van een spoel met minder windingen en met een grotere afstand veel zwakker. Bij de spoel met 600 windingen zien we alleen maar ruis, zoals we in onderstaande grafiek, waarbij we ingezoomd hebben ook goed te zien is. | |
|
|
|
| De resultaten zijn opgeslagen in de file: dataanalyse.xls | |
Discussie en conclusie:
| Een magneet die
naar een spoel toe of van een spoel af beweegt, veroorzaakt een spanning
over de uiteinden van de spoel: de inductiespanning. Zo’n inductiespanning
ontstaat ook door de magneet bij de spoel te laten ronddraaien, zoals in een
(fiets)dynamo. Of door de magneet te vervangen door een spoel aangesloten op
een wisselspanningbron, zoals bij een transformator.
De inductiespanning Uind over een spoel wordt veroorzaakt door een verandering van de magnetische flux M binnen de spoel. Volgens de inductiewet van Faraday is deze inductiespanning recht evenredig met het veranderingstempo van de magnetische flux binnen de spoel. |
Literatuur:
Relevante websites:
Minder relevante websites: |
Opmerkingen:
|
Achtergrondinformatie:
De magnetische inductieDe magnetische inductie B geeft de sterkte van het magnetisch veld aan. De eenheid is tesla (T). Bij de polen van een magneet is de magnetische inductie het sterkst, in het midden van een magneet is die het minst sterk. De magnetische inductie is een vectorgrootheid, wat inhoudt dat hij een richting heeft. Deze richting is van de noordpool van een magneet naar de zuidpool. Bij een spoel hangt de sterkte van het magneetveld van die spoel af van:
De magnetische fluxDe magnetische flux F is een maat voor het aantal magnetische veldlijnen dat loodrecht door een oppervlak gaat. De eenheid is de weber (Wb). De grootte van de flux wordt berekend met de formule F = Bn·A, Hierin is Bn de component van B loodrecht op het oppervlak en A het oppervlak in m2 waar de veldlijnen doorheen gaan. Des te meer veldlijnen door een bepaald oppervlak gaan, des te groter wordt de flux. Fluxverandering krijgt men als:
|
|
|
De inductiespanning Vind
is de spanning die over de uiteinden van een spoel ontstaat als de
magnetische flux door die spoel verandert. In de tekeningen hiernaast zie je dat er links weinig veldlijnen door de spoel gaan, in de rechter tekening zijn dat er al meer. Dat betekent dat als de magneet naar de spoel toe beweegt, de flux door die spoel toeneemt en er een inductiespanning zal ontstaan. |
 |
|
De grootte van de
inductiespanning bereken je met de formule: Uit die formule
blijkt dat je een grote inductiespanning krijgt als door een spoel met veel
windingen er in een korte tijd een grote fluxverandering is.
Inductiespanning bepalen met een flux,tijd grafiek.
|
|
| Is die lijn een kromme, zoals
in de tekening hiernaast, dan teken je eerst een raaklijn aan die grafiek in
het punt waar je de inductiespanning wilt weten. Vervolgens bepaal je de
steilheid van die raaklijn. Het product van het aantal windingen en de
steilheid is dan de inductiespanning. In de tekening hernaast zie je dat
fluxverandering en dus de inductiespanning het grootst is op de tijdstippen
1 en 3. Op de tijdstippen 0, 2 en 4 zie je dat de raaklijnen horizontaal
lopen, de inductiespanning is daar nul! |
|
InductiestroomAls op een spoel waarin een inductiespanning wordt opgewekt een elektrisch onderdeel, zoals een lampje of weerstand wordt aangesloten, dan gaat in die spoel een inductiestroom lopen. De richting van de inductiestroom
|
|
| In de tekening hiernaast nadert de noordpool de spoel. Het aantal naar linksboven gerichte veldlijnen door de spoel neemt dus toe. De spoel zal deze verandering tegenwerken door een stroom te laten lopen die de toename van uitwendige veldlijnen die naar linksboven tegenwerkt. Hij maakt dus een veld dat naar rechtsonder is gericht. Met de rechterhandregel vind je dan dat de inductiestroom in de winding van A naar B loopt. De negatief geladen elektronen bewegen altijd tegen de stroomrichting in, dus bij A ontstaat een ophoping van negatieve lading, A wordt dus de minpool van deze spanningsbron. B wordt dus de pluspool en heeft dan ook de hoogste potentiaal. |
|
|
NB. De spoel is hier een spanningsbron, in
een spanningsbron loopt de stroom altijd van de min naar de plus,
buiten de spanningsbron loopt de stroom altijd van de
plus naar de min!
Als de magneet nu weer teruggetrokken wordt,
dan neemt de uitwendige naar linksboven gerichte flux af, de spoel werkt
deze verandering nu tegen door zelf veldlijnen naar linksboven te maken. Dan
zal de inductiestroom in de spoel tegengesteld zijn aan de situatie waarin
de magneet de spoel naderde. De plus- en minpool wisselen dan om.
|
|
15/01/2017
draaitafel
spoel
