[natuurkunde] energie elektromotortje

Jan van de Velde

Het maakt voor een fietser nogal wat uit of hij 13 km horizontaal aflegt, of over diezelfde afstand bijvoorbeeld de Alpe d'Huez beklimt.

Nou wil ik dat in een eenvoudig natuurkunde-practicum meetbaar maken.

Ik dacht eraan een klein elektromotortje, gevoed door een transformator, een karretje langs een plank omhoog te laten trekken, bij diverse hellingen.

Zou dit zichtbare resultaten opleveren, indien ik bij elke hellingshoek de tijd, de spanningsval over het motortje en de stroomsterkte door het motortje laat opnemen?

groothedenvergelijking: E= U . I . t

eenhedenvergelijking: J = J/C . C/s . s

of zou er een technische factor in het motortje of voeding de resultaten zo sterk beïnvloeden dat er geen zinnige conclusies te trekken zouden zijn?

klazon

Ik denk dat dit een experiment is waar zeer nuttige conclusies uit zijn te trekken.

Heb je er al eens aan gedacht om een modeltrein te gebruiken in plaats van een (nog te bouwen) karretje?

Heb zelf wel eens hellingproeven gedaan met modeltreinen en die trekken significant meer stroom als ze helling op moeten.

Het mooiste zou zijn als je de proef kunt uitvoeren met een klokankermotor (ijzerloos anker). Deze motoren hebben nl. een veel hoger rendement dan gewone gelijkstroommotortjes, de meetresultaten worden zo minder versluierd door de motorverliezen.

Stephaan

@ JvdV Je laatste vraag durf ik niet zonder meer met ja of nee beantwoorden. ik vind het karretje wel een goede idee en heb als bedenking: het motortje heeft zeker een rendements curve en ik vermoed dat ook de transformator niet bij alle afgiftes hetzelfde rendement heeft. Om met die laatste veranderlijke rekening te houden, zou je het vermogen achter de transfo kunnen meten (inbegrepen cos Phi)

Succes er mee! Vertel je later nog eens hoe het afloopt?

Jan van de Velde

Klazon schreef:

Heb je er al eens aan gedacht om een modeltrein te gebruiken in plaats van een (nog te bouwen) karretje?

Ik dacht er in eerste instantie aan om een elektromotortje bovenaan de helling te zetten en dit dingetje middels een vislijntje over een asje een karretje naar boven te laten trekken. Zo kan ik eventueel ook over een zelfde heling een zwarder karretje omhoog laten trekken.

Dat geldt voor die trein natuurlijk ook, en het is een beeldender idee als je het erover hebt om het te vergelijken met de energie voor die fietser. Vraag is, gaat die trein niet snel slippen. Ik moet natuurlijk niet met losse graden verschil gaan spelen, dan zijn de resultaten niet zo duidelijk. Alles gaat om VMBO-niveau. De conclusie moet ongever uitkomen op: 2 x zo hoog ==> 2 x zoveel energie verbruikt.

Stephaan schreef:

het motortje heeft zeker een rendements curve en ik vermoed dat ook de transformator niet bij alle afgiftes hetzelfde rendement heeft. Om met die laatste veranderlijke rekening te houden, zou je het vermogen achter de transfo kunnen meten (inbegrepen cos Phi)

Dit zijn zo van die probleempjes die ik dus moet gaan vermijden. Ik was van plan spanning en stroomsterkte te meten direct over het motortje, niet aan de primaire spoel van de trafo.

klazon

Als je met een gelijkstroommotortje werkt dan heb je met cos phi niks van doen.

Dan is het gewoon U*I*t

Met een modeltreintje kun je geen al te steile hellingen nemen. Met een losse locomotief houdt het bij 5% wel zo'n beetje op. Ga je wagens toevoegen, dan is 3% zo'n beetje de limiet.

Maar ik denk dat je bij zulke hellingpercentages al duideliijke resultaten krijgt.

Wat je als proef kunt toevoegen: meten wat er helling af gebeurt.

Stephaan

Klazon Ik veronderstel dat een elektrisch treintje behalve met een trafo ook met gelijkgerichte stroom werkt en dan is de cos Phi inderdaad niet meer nodig. Bedankt

klazon

Stephaan,

inderdaad, veel trafo's voor modeltreintjes hebben een ingebouwde gelijkrichter.

Jan van de Velde

Nou hebben we natuurlijk geen modeltreintrafo's in de kast staan bij de technisch onderwijs assistent, ik zal het met de standaard-voedingen moeten doen. Als ik het goed heb is het toerental van een gelijkstroommotortje lineair afhankelijk van de aangelegde spanning. Als ik dan zo'n gestabiliseerde voeding pak, en zet die via een spanningsdeler (schuifweerstand) op mijn motortje, dan moet ik toch een redelijke toerenregeling krijgen, zodat ik een beetje geschikt toerental kan kiezen zodat tijdens de klim in ieder geval voldoende tijd is om spanning, stroomsterkte en tijd af te lezen/op te nemen?

En wat gaat er nou eigenlijk gebeuren als ik de helling wat steiler maak bij dezelfde spanning?

M.a.w., ik ga een "rem" op de motor zetten.

Laten we er even van uitgaan dat ik het motortje niet overbelast, zodat hij niet in extremen van zijn werkgebied moet draaien. Die voeding is redelijk gestabiliseerd, zodat de klemspanning niet sterk zal gaan dalen bij grotere stroomafname. Maar de weerstand van dat motortje, wat gebeurt daar nou mee bij hogere belasting? Per slot van rekening staat die spanningsdeler er nog tussen, en als de motorweerstand gelijk blijft zal bij hogere stroomsterkte dus de verhouding tussen schuifweerstand en motorweerstand anders worden, waardoor ook de spanning over het motortje weer anders wordt. Nou is dat vermogen nog steeds U x I, en die meet ik over het motortje, dus zouden mijn metingen geldig moeten blijven volgens mij, ook al zou ik de schuifweerstand moeten bijstellen om mijn karretje de helling op te sleuren?

klazon

Is die gestabiliseerde voeding niet in spanning regelbaar? Dat is veel beter dan een regelweerstand in serie. Een serieweerstand voor de motor is een slechte manier van regelen, omdat de motorspanning dan sterk afhankelijk wordt van de stroombelasting.

Jan van de Velde

Een serieweerstand voor de motor is een slechte manier van regelen, omdat de motorspanning dan sterk afhankelijk wordt van de stroombelasting.

Daar was ik dus al een beetje bang voor. Ik heb maar de keus tussen 3, 4.5, 6, 9 en 12 V.......

Nou heb ik geen idee van de toerentallen die dat soort motortjes normaal halen (dit is allemaal nog in een pril papieren stadium) maar de idee is dus dat ik een toerental veroorzaak, zonder al te veel wrijvingen in (overbrengings-)tussenstappen, waarmee ik een 2 meter vislijn op een asje kan wikkelen en een karretje er zo minstens een seconde of 10 over zal doen om die twee meter af te leggen.

En nou ik eraan denk, dat zal dus ook weer steeds afgewikkeld moeten worden, maar dat kan als ik het goed heb eenvoudig door de stroomrichting om te draaien, toch?

klazon

Een gelijkstroommotortje gaat inderdaad de andere kant opdraaien als je spanning/stroom ompoolt.

Jan van de Velde

Nou, de theorie is rond dan, ik heb een mooie opdracht in elkaar geflansd, het komt er nu alleen nog op aan om beschikbaar materiaal op een of andere manier netjes op elkaar af te stemmen. Leuk speelgoed voor een TOA.

bedankt

Wetenschapsforum

Laatste berichten

Nieuwsberichten

[natuurkunde] energie elektromotortje

[natuurkunde] energie elektromotortje

Re: [natuurkunde] energie elektromotortje

Re: [natuurkunde] energie elektromotortje

Re: [natuurkunde] energie elektromotortje

Re: [natuurkunde] energie elektromotortje

Re: [natuurkunde] energie elektromotortje

Re: [natuurkunde] energie elektromotortje

Re: [natuurkunde] energie elektromotortje

Re: [natuurkunde] energie elektromotortje

Re: [natuurkunde] energie elektromotortje

Re: [natuurkunde] energie elektromotortje

Re: [natuurkunde] energie elektromotortje