Elektromagnetisch Inductie Baan

Intro: Elektromagnetisch Inductie Baan

Voor het vak Design Engineering voor Fysici aan de TU Delft moesten wij een opstelling voor in het klaslokaal maken waarmee we een natuurkundig fenomeen kunnen demonstreren. In ons groepje waren we het er al gauw over eens om een elektromagnetisch fenomeen aan te tonen. Na enig vooronderzoek hebben we gekozen voor magnetische inductie. Door een magneet over twee gebogen pvc buizen te laten rollen, door een spoel heen, wekt deze magneet een inductiestroom op in de spoel. Omdat de spoel verbonden is met LEDjes gaan deze branden. Op deze manier wordt een fysisch moeilijk en fundamenteel principe waarneembaar met het oog, wat het voor de scholieren mogelijk maakt om een beeld te vormen bij magnetische inductie. Ook wordt het fenomeen dat LEDs diodes zijn meegenomen in het ontwerp. Doordat de magneet steeds van richting veranderd, veranderd de geïnduceerde stroom ook telkens van richting. De LEDs zijn zo geschakeld dat bij elke richting een van de twee LEDs aangaat.

STEP 1: Materialen

Materialen:

• Koperdraad, niet te dun anders breekt het snel (250 m)
• Lege rol duct tape, dit hebben wij gebruikt als basis om de onze spoel omheen te wikkelen
• Bolvormige magneet, wij hadden er een van 1.3 T met een doorsnede van 3 cm gebruikt
• 2 LED's
• Stroomdraad
• Houtschroeven, wij hebben ijzeren schroeven gebruikt maar merkten dat dit niet handig is met een magneet, daarom raden wij dus aan om roestvrijstalen schroeven te gebruiken.
• 2 stukken PVC buis, doorsnede van 1,5 cm en 1,5 m lang
• Dikke houten plank die als basis gaat dienen voor de opstelling, zorg er dus voor dat deze dik genoeg is zodat deze wat kracht kan weerstaan
• Houten balken om de PVC buizen te bevestigen aan de basis. Wij gebruikten balken van 3 bij 5 cm.
• PVC buis stuk van 5 cm doorsnede en 10 cm lang om als behuizing voor de LED's te dienen

Gereedschap

• Soldeerijzer
• Kniptang
• Lijmpistool
• Elektrische boor
• Houtveil
• Duct tape

STEP 2: Elektrische Circuit

Het elektrische circuit zorgt voor een gesloten stroomkring tussen de spoel en de LED's waardoor de LED's gaan branden zodra er een inductiestroom gaat lopen. De spoel is in voor de inductie essentieel. Deze wordt gemaakt door het koperdraad te winden om een lege duct-tape rol. In ons ontwerp is het koperdraad 800 keer om de duct-tape rol gewonden. Beide uiteinden moeten apart gehouden worden en later bevestigd worden aan het andere deel van het circuit. Dit andere deel bestaat uit de in parallel met lekaar geschakelde LED's. Omdat de richting van de geïnduceerde stroom verschilt en LED's diode’s zijn, dus maar in een richting op stroom reageren, moeten de twee LED's parallel en tegengesteld gericht geschakeld worden. Op deze manier gaat er altijd een van de twee LED's branden t.g.v. de inductiestroom. Handig en simpel is het om tussendoor te testen of dit deel van het circuit werkt: verbind een 9V batterij met de uiteindes en draai daarna de uiteindes om. Als bij de verschillende configuratie een andere LED branden functioneert het circuit zoals moet. Beide uiteindes van dit circuit moeten worden gelast aan de uiteindes van de spoel.

STEP 3: Opstelling En Montage

De opstelling bestaat uit een houten plank als basis, wij hebben en plank met afmeting 1,5x150,0x30,0 cm gebruikt.

Om de elektrische schakeling te bevestigen aan de plank hebben we de PVC buis met doorsnede 5 cm in de lengte doormidden gezaagd en twee gaten erin geboord zodat de LED's hier doorheen pasten. Aan de spoel hebben we aan de onderzijden twee korte stukjes PVC met doorsnede 1,5 cm vast getapet. Toen hebben we de behuizing van de LED's en de spoel achter elkaar vastgelijmd aan de plank. (Om de behuizing van de LED's hebben we nog een extra omhulsel gemaakt zodat de LED's beter zichtbaar zouden zijn maar dit is compleet optioneel, zelf hebben we weinig verschil gemerkt na het bevestigen hiervan.)

Om de PVC-buizen te bevestigen aan de plank hebben we houten blokjes afgezaagd van onze balken. Deze hebben we afgezaagd dat ze even hoog zijn als de afstand tussen de onderkant van het standaard van de spoel tot de binnenstraal van de spoel. Deze hebben we vervolgens aan weerszijde van de spoel vastgelijmd en -geschroefd aan de plank. Hierna hebben we de PVC-buizen van 1,5 meter vastgeschroefd aan de blokjes. De PVC buizen zijn vrij stijf maar kunnen wel enigszins buigen, we hebben aangevoeld hoe ver we de buizen konden buigen voordat er een te grote kracht op zou komen te staan. We hebben de balken weer zo afgezaagd dat ze precies de afstand van de plank tot de gebogen buizen zou overbruggen. Deze hebben we weer vastgelijmd en -geschroefd aan de plank en de buizen.

STEP 4: Rollen Maar

Nu is de opstelling klaar en kan je de magneet van boven aan de baan los laten, deze zal nu de baan af rollen en zie hoe de LED's gaan flikkeren wanneer de magneet door de spoel heen rolt.

Het zilveren hoesje heeft ook geen functioneel doeleinde, maar we vonden het er wel gaaf uit zien :)

Comments

[Berto Aussems]

Heerlijk, Instructables in het Nederlands. Electro/magnetische fenomenen zijn een onuitputtelijke bron voor onderzoek. Mooi, als je daar een heel mooi toegerust labo, zoals op de TU Delft, ter beschikking hebt. Ga door om meer projecten hier te publiceren.

[tytower]

For
the course Design Engineering for Physicists at TU Delft, we had to
make an arrangement for the classroom with which we can demonstrate a
physical phenomenon. In our group we quickly agreed to demonstrate an electromagnetic phenomenon. After some preliminary research, we opted for magnetic induction. By rolling a magnet over two curved PVC tubes, through a coil, this magnet generates an induction current in the coil. Because the coil is connected to LEDs, they light up. In
this way, a physically difficult and fundamental principle becomes
perceptible with the eye, which makes it possible for pupils to form an
image with magnetic induction. Also the phenomenon that LEDs diodes are included in the design. Because the magnet always changes direction, the induced current also changes direction. The LEDs are connected in such a way that one of the two LEDs goes on with each direction.