Joule omrekenen naar ampére of volt

Sun-Tzu

Ik ben bezig met mijn profielwerkstuk, namelijk een elektromagnetisch kanon.

We hebben op dit moment een geschatte snelheid van het projectiel, dmv videometing. De snelheid is ongeveer 30 m/s, wat betekent dat er 3,56 joule gebruikt word om het projectiel die snelheid te geven. (berekeningen zal ik achterwege laten, deze kloppen gewoon).

Die 3,56 joule staat dus over een spoel, en ik vroeg mij af hoe ik het aantal ampere of volt hieruit kon berekenen. De weerstand van de spoel is 0,2 ohm.

De stroom komt origineel uit een condensator, van 2200 microF bij 63V. Een bijbehorende formule daarvan is W = 0,5 * C * U² met W in joule. Toch denk ik niet dat het mogelijk is om die formule te gebruiken, aangezien ik niet zeker weet of de volledige 2200microF gebruikt worden bijvoorbeeld.

De stroom opmeten is niet mogelijk met een multimeter, omdat de condensatoren zich in een fractie van een seconde ontladen, je hebt dus een piekgolf. Met een oscilloscoop op blokgolf-stand zou dat eventueel wel kunnen, maar onze docent is bang dat we dan de oscilloscoop opblazen, omdat die zo'n (waarschijnlijk) groot voltage niet aan kan. Daarbij is hij zoizo niet erg behulpzaam.

Heeft iemand dus nog een andere oplossing om tot het aantal volt en/of ampere te komen?

Alvast bedankt.

klazon

Als je dit weet: 1J = 1Ws, kom je dan verder?

Sun-Tzu

Als je dit weet: 1J = 1Ws, kom je dan verder?

1J = 1Ws

vermogen (in Watt) = U * I

Daarbij komt dat P = U²/R

Zo weten we wat U is, en daarmee dus ook wat I is.

Ik neem aan dat deze beredenering zo klopt, maar dan is er nog één probleem. Vermogen wordt in W gegeven, niet in Ws, en ik weet dus de ontlaadtijd (RC-tijd) van de condensator niet. De weerstand waarover de condensator ontladen wordt is dus ongeveer 0,2 ohm en de condensator heeft een capaciteit van 2200μF. Dannog weet ik niet precies over welke tijd dat is.

I(t) = I(0) * e ^(-t/RC)

I(t) is neem ik aan het aantal ampere wat uit de voedingen komt, maar I(0) moet ik dan uit de bovenstaande berekening met het vermogen halen? Zoja, kan ik uiteraard de tijd berekenen over hoelang de condensatoren ontladen.

Eventueel zou ik dan beide vergelijkingen samen kunnen voegen, omdat je het vermogen niet precies weet omdat je de ontlaadtijd niet weet, en je weet de ontlaadtijd niet omdat je (dankzij de vermogensformule) het aantal ampere niet weet?

Ik hoor het graag of ik in de goede richting zit.

Sun-Tzu

Ik bedenk me zojuist, dat voor de ontlaadtijd, je gewoon R*C kunt nemen, omdat je dan op 37% van de laadstroom zit. Op dat moment heb je het meeste stroom dus al gebruikt, aangezien het een exponentiele grafiek is.

Als ik t / RC --> t = RC = 0,2 * (0,0022 * 4) = 0,00176 gebruik, zou ik dus op een RC-tijd van 0,00176 seconden uitkomen, wat in principe kan kloppen. Dan zou ik deze tijd kunnen gebruiken om Ws naar W om te rekenen:

W * s = J

W * 0,00176 = 3,56

W = 3,56 / 0,00176 = 2022,7 W

Dan gebruik je P = U²/R

2022,7 = U² / 0,2

U² = 2022,7 * 0,2 = 404,5

404,5 = U = 20,1 V

Aantal ampère berekenen:

U = RI

I = U/R

I = 20,1 / 0,2 = 100,5 A

Het gaat er niet om dat het allemaal exact is, omdat dat eigenlijk niet mogenlijk is op dit moment met de beschikbare meetapparatuur. Kan iemand mijn bovenstaande berekeningen bevestigen?

ddobbelaere

De snelheid is ongeveer 30 m/s, wat betekent dat er 3,56 joule gebruikt word om het projectiel die snelheid te geven. (berekeningen zal ik achterwege laten, deze kloppen gewoon).

Er is ongeveer 3,56 J nodig is om het deeltje te versnellen tot 30 m/s, wat betekent dat het deeltje ongeveer 80 g weegt.

Voor een goed begrip, is onderstaand schema een correcte beschrijving van het netwerk? (schakelaar in stand 1 om de condensator op te laden, dan het deeltje in de spoel leggen, dan schakelaar in stand 2 om de condensator te laten ontladen)

: schema.gif (15.97 KiB) 5442 keer bekeken

Volgens mij moet je dan rekening houden met twee factoren tijdens het ontladen van de condensator die energie opslorpen. Enerzijds is er de elementaire arbeid die verricht wordt door de magnetische kracht en die het deeltje een versnelling geeft. Anderzijds is er verlies van warmte in de spoel die je kunt berekenen via de wet van Ohm.

Misschien kunnen we dit eens exact proberen oplossen d.m.v. een differentiaalvergelijking, maar dan moeten we wel weten wat de ogenblikkelijke kracht is op het deeltje als het een fluxverandering voelt van de spoel.

Eigenaardig genoeg hebben wij zoiets nog niet gezien in Natuurkunde. Weet er soms iemand hoe deze krachtwet eruit ziet?

Sun-Tzu

Het projectiel weegt 7,92 gram, je hebt een klein rekenfoutje gemaakt

Ek = 0,5 mv² --> 0,5 * 0,00792 * 30² = 3,564. Maargoed, dat terzijde.

Verder heb ik al het een en ander aan berekeningen en het schakelschema zal ik morgen even posten (heb er ergens een schematisch getekende JPG van).

Hoe kan ik eigenlijk de warmteontwikkeling berekenen, als ik het aantal joule, volt, ampere en de weerstand op de spoel weet? Dat zou namelijk nog wel interressant zijn!

ddobbelaere

Het projectiel weegt 7,92 gram, je hebt een klein rekenfoutje gemaakt Ek = 0,5 mv² --> 0,5 * 0,00792 * 30² = 3,564. Maargoed, dat terzijde.

Sorry, ik deelde per ongeluk door 90 ipv 900

Hoe kan ik eigenlijk de warmteontwikkeling berekenen, als ik het aantal joule, volt, ampere en de weerstand op de spoel weet? Dat zou namelijk nog wel interressant zijn!

Dat is niet zo moeilijk denk ik. Zie je spoel gewoon als een ideale spoel (zonder weerstand) in serie met een weerstand van 0.2 Ohm. Wanneer je het verloop van de stroom in functie van de tijd kent, kun je via integratie de gedissipeerde warmte W berekenen. Dit gaat zo (dW is elementaire warmte, P is ogenblikkelijk vermogen, I de ogenblikkelijke stroom):

\(W = \int{dW} = \int^t_0{P} dt = \int^t_0{R I^2}dt\)

Wetenschapsforum

Laatste berichten

Nieuwsberichten

Joule omrekenen naar ampére of volt

Joule omrekenen naar amp

Re: Joule omrekenen naar amp

Re: Joule omrekenen naar amp

Re: Joule omrekenen naar amp

Re: Joule omrekenen naar amp

Re: Joule omrekenen naar amp

Re: Joule omrekenen naar amp