Kracht overbrengen mbv hygrometer

Sibisammie

Hoi allemaal,

ik ben bezig met verschillende soorten 'energie'/variabelen die voorkomen in de huiselijke omgeving. Een daarvan is de luchtvochtigheid.
Ik zou graag een hygrometer willen maken met mijn eigen haar. De 'wijzer' van de hygrometer zou bij een lage luchtvochtigheid omhoog tikken tegen bijv. een tandwieltje dat verbonden zit aan een veer die langzaam opdraait en bij een bepaalde hoeveelheid/stand zijn energie loslaat. (of een andere mechaniek waarbij de energie van het 'wijzertje' als het ware opgeslagen zou kunnen worden en bij een bepaalde hoeveelheid los zou komen).

Ik heb hier een aantal vragen over en ik hoop dat jullie mij daarmee zouden kunnen helpen:
- Welke 'opslag'mechanismes bestaan er om mechanische energie in op te slaan? Ik dacht zelf dat ik het vooral moest hebben van de mechanieken die toegepast worden in oude klokken maar wellicht zijn er andere mechanieken waar ik ook naar kan kijken?
- Kan ik uitrekenen/beproeven hoeveel haar er nodig is om een wijzer in beweging te laten komen en vervolgens daar een veer mee te kunnen opwinden? (Denken jullie dat het überhaupt mogelijk is om haar een kracht te laten overbrengen op een tandwieltje met haar dat korter en langer wordt door luchtvochtigheid?)
- Eigenlijk gaat het erom dat ik de uitkomst/uitslag van de luchtvochtigheid wil vergroten en dat daar uiteindelijk iets mee gedaan kan worden. Hebben jullie misschien totaal andere ideeën over hoe ik dit ook aan zou kunnen pakken?

Belangrijk is verder dat dit object volledig autonoom kan worden. Er moet bijv. geen trekker omgehaald worden of verplaatst worden door een persoon om het verder te kunnen laten werken.

Ik hoop dat het zo duidelijk is en ook dat jullie me kunnen helpen!

VUMA

Beste

De mechanische hygrometer werkt op basis van het principe dat de lengte van haar (mensenhaar of paardenhaar,...) afhankelijk is van de luchtvochtigheid.
De veer in de haarhygrometer van Monnier is niet om energie in op te slaan maar om de het haar op te spannen. Aangezien mijn fascinatie met energie wil ik nog even verduidelijken dat luchtvochtigheid geen energievorm is, luchtvochtigheid is het resultaat van warmte-energie. Het wil ook niet noodzakelijk zeggen dat als een object (het haar) meer volume inneemt dat het ook meer energie (in welke vorm dan ook) bevat. We zouden kunnen discusiëren over het feit dat de potentiële energie van de veer zal steigen naarmate deze meer samengedrukt wordt, maar dat is een zeer verwaarloosbare hoeveelheid met zo een zwakke veer en zo kleine afstanden.

MVG
VUMA

Sibisammie

Hoi Vuma,
bedankt voor je reactie!
De veer die ik bedoel is niet de veer waarmee het haar wordt opgespannen. Ik wil zelf een soort tandwiel met daaraan een veer bevestigd toevoegen aan het hele concept van de haarhygrometer. Het wijzertje dat normaal zou aangeven wat de luchtvochtigheid is zou nu telkens tegen een tandje van het tandwiel aantikken en doordat heel langzaam het tandwiel ronddraait, zodoende zou de veer opdraaien. De vorm van de wijzer lijkt me zo te zijn dat aan de kant van het haar een hele kleine arm is en aan de kant van het tandwiel een hele lange arm. Klopt dit?

De definitie van wat energie is, is inderdaad belangrijk. Ik moet geen zaken door elkaar halen. Zeker niet wanneer ik het theoretische deel van mijn eindexamen moet gaan kunnen onderbouwen.

Ik hoop dat het zo wat duidelijker is! Ik geloof dat ik eerder niet duidelijk genoeg ben geweest waardoor er geen reacties zijn gekomen!
Daarom heel erg bedankt voor je reactie!

Back2Basics

Je zou de bibliothecaris op je school kunnen vragen om te helpen zoeken naar octrooiliteratuur over je onderwerp, bijvoorbeeld via Google Patents. Daarvoor zou je ook terecht kunnen bij het Nederlands Octrooibureau: http://www.rvo.nl/onderwerpen/innovatief-ondernemen/octrooien-ofwel-patenten
Had je al gezocht met termen als energy harvesting?
Wellicht staat hier ook nog iets interessants te lezen.

VUMA

Beste Sibisammie

Zou je misschien het doel van het volledige project willen uitleggen? Voor welk vak, welke opleiding moet je deze opdracht doen? Heb je misschien al een onderzoeksvraag gedefinieerd? Is het misschien de bedoeling om een mechanische watchdog te bouwen die op een bepaalde luchtvochtigheid alarm geeft door een bel te laten rinkelen.

"De vorm van de wijzer lijkt me zo te zijn dat aan de kant van het haar een hele kleine arm is en aan de kant van het tandwiel een hele lange arm. Klopt dit?"
Kan je de afbeelding eens doorsturen waarop je dit hebt waargenomen? Want voor zo ver ik weet wordt er in deze mechanische hygrometers niet gebruik gemaakt van tandwielen, ik zou ook niet weten waarvoor dat tandwiel dan zou moeten dienen.

"Het wijzertje dat normaal zou aangeven wat de luchtvochtigheid is zou nu telkens tegen een tandje van het tandwiel aantikken en doordat heel langzaam het tandwiel ronddraait, zodoende zou de veer opdraaien."
Dit begrijp ik niet, zou je dit misschien kunnen verduidelijken met een tekening?

Voor de rest wil ik nog even meegeven dat dit toestel een statisch krachtensysteem is, voor elke actiekracht (die beweging zou kunnen veroorzaken) heb je een reactiekracht waardoor het systeem in evenwicht blijft en niet meer beweegt. Zo heb je de reactie kracht in het punt waaraan het haar is vast gemaakt en de trekkracht van de veer. Ook zijn er nog reactiekrachten in de "kartolletjes" waarover het haar geleid wordt.

MVG
VUMA

Sibisammie

Hoi VUMA,

ik ben bezig met mijn eindexamen op de kunstacademie met als richting productdesign. Dit is mijn concept:

Met mijn eindproject wil ik ongemerkte energie en de vastgelegde natuurkundige verbinding tussen deze verschillende vormen van energie aantonen. Ik wil een collectie maken van drie objecten die werken op de energie in een afgesloten, huiselijke omgeving. Deze verschillende soorten energie bevinden zich overal om ons heen maar hier zijn we ons niet zo bewust van. Ondanks het feit dat deze altijd aanwezig is. De energie zal uit verschillende variabelen voortkomen. De drie variabelen die ik ga gebruiken in mijn project zijn luchtdruk, temperatuur en luchtvochtigheid. Elk object zal gaan werken op een van deze drie verschillende vormen van energie. De verschillende waardes binnen deze variabelen zullen een proces in werking gaan zetten. De uitkomst van een bepaald proces zal een ander object gaan beïnvloeden. Afhankelijk van de afstand tussen de drie objecten zal er een grotere of een kleinere invloed plaatsvinden.
In de afbeelding is een schematische opstelling weergegeven van de drie objecten. Hieruit is af te leiden dat het object dat werkt op de energie afkomstig uit de verandering in luchtvochtigheid, een invloed uitoefent op het object dat werkt op luchtdruk. De processen die invloed gaan uitoefenen op de objecten zullen oneindige processen zijn. Het oneindige aspect houdt ook in dat er geen menselijke interactie aan te pas hoeft te komen om het object draaiende te houden. Het zullen dus autonoom werkende objecten zijn. Ondanks dat ze elkaars processen versterken zullen ze ook op zichzelf staand kunnen werken door de energie die onttrokken wordt aan de omgeving.

'Kan je de afbeelding eens doorsturen waarop je dit hebt waargenomen? Want voor zo ver ik weet wordt er in deze mechanische hygrometers niet gebruik gemaakt van tandwielen, ik zou ook niet weten waarvoor dat tandwiel dan zou moeten dienen.'

Dit is iets dat ik zelf wil gaan toevoegen aan het principe van de hygrometer. Met behulp van de luchtvochtigheid zou ik een mechanische overbrenging willen creëren die vervolgens een aantal spiegeltjes bijstelt (door eraan te trekken met een touwtje bijv.). Deze spiegels worden dan gericht op het object dat reageert op luchtdruk. (De stof die in dat object uitzet bij een lage luchtdruk zal ook uitzetten bij een hogere temperatuur.
Misschien is een veer dan ook niet nodig omdat het om een directe overbrenging moet gaan. Ik dacht een veer in te moeten zetten om de energie in op te kunnen slaan aangezien het verschil van de lengte van het haar zo weinig kracht met zich meebrengt. Ik zag het voor me zoals het principe waar een klok op werkt. Energie die wordt opgeslagen dmv een veer en die wordt langzaam vrijgegeven door het echappement(?). Bij iedere tik van het tandwiel zullen spiegeltjes van stand veranderen waardoor er dus zonlicht op het volgende object wordt geschenen.

'Voor de rest wil ik nog even meegeven dat dit toestel een statisch krachtensysteem is, voor elke actiekracht (die beweging zou kunnen veroorzaken) heb je een reactiekracht waardoor het systeem in evenwicht blijft en niet meer beweegt. Zo heb je de reactie kracht in het punt waaraan het haar is vast gemaakt en de trekkracht van de veer. Ook zijn er nog reactiekrachten in de "kartolletjes" waarover het haar geleid wordt.'

Heeft de reactiekracht iets met wrijving te maken? Ik begrijp dit ook niet zo goed!

Back2Basics schreef: Je zou de bibliothecaris op je school kunnen vragen om te helpen zoeken naar octrooiliteratuur over je onderwerp, bijvoorbeeld via Google Patents. Daarvoor zou je ook terecht kunnen bij het Nederlands Octrooibureau: http://www.rvo.nl/onderwerpen/innovatief-ondernemen/octrooien-ofwel-patenten
Had je al gezocht met termen als energy harvesting?
Wellicht staat hier ook nog iets interessants te lezen.

Bedankt voor de tip!

Michel Uphoff

Op zich zou het wel moeten lukken om met een paar lange, ontvette haren en een wisselende luchtvochtigheid iets in beweging te zetten.
De lengteverandering van een ontvette haar is tussen 0% tot 100% luchtvochtigheid ongeveer 2,5%.
Je zou eens kunnen kijken of je met wat kleine onderdeeltjes (uit een oude mechanische wekker bijvoorbeeld) en een lange haar een mechaniekje in elkaar kan prutsen dat een wieltje ronddraait, zoals in een hygrometer.

Moet het wieltje niet heen- en terug draaien (zoals in een hygrometer) dan zou je met een rateltje kunnen werken, die bij voldoende expansie/krimpen van de haar telkens een volgende tand pakt. Spiegeltjes en bijvoorbeeld een laserpen zouden er dan voor kunnen zorgen dat licht af en aan op een thermometer o.i.d. terecht komt. Met een paar lange haren moet het wel lukken voldoende kracht te ontwikkelen om zoiets in beweging te zetten. Bij haren van 50 cm en een variatie van de luchtvochtigheid met 10% kan je rekenen op pakweg een millimeter uitslag.

Maar de luchtvochtigheid binnenshuis varieert slechts langzaam en vrij weinig, het wordt dus een zeer traag systeempje. Het (terug)koppelen van de drie systeempjes is weer een stuk complexer.

VUMA

Beste

Sorry dat ik zo laat pas antwoord, ik heb afgelopen week niet veel tijd gehad.

Persoonlijk lijkt het mij geen evenvoudig concept want ik heb toch redelijk wat tijd zitten nadenken over een nuttig antwoord. Ik denk dat je met de uitleg van Michel genoeg hebt om eens te berekenen welke verlenging je zal hebben met een bepaalde lengte haar. Je moet natuurlijk wel nog uitzoeken hoeveel de luchtvochtigheid in een huiskamer zal varieren. En dit is afhankelijk van de grote van de ruimte, de locatie, de periode, dus als je jouw 'kunstwerk' zou willen voorstellen en er moet beweging in te zien zijn zal je hier rekening mee moeten houden. Om hierop verder te gaan, zoals Michel zei varieert de luchtvochtigheid binnenshuis slechts langzaam en vrij weinig, dit wil dus zeggen dat er tijdens de presentatie niets opmerkbaar zal bewegen. Voor de rest zal je toch de nodige precisie werktuigen nodig hebben om het systeem in elkaar te steken, ik weet niet ofdat je deze ter beschikking hebt. Want een systeem gebaseerd op zulke kleine krachtwerking is natuurlijk ook heel gevoelig, dit is niet zo iets dat je zomaar met wat hout en een paar schroefjes een elkaar kan steken denk ik. De reden dat het systeem zo gevoelig is komt natuurlijk door wrijvingskrachten die in tegengestelde zin zullen liggen als de beweging. Om de uitslag van je expansie te vergroten denk ik misschien aan het gebruik maken van een hefboom, katrollensysteem, tandwielsystemen, het probleem met elk van deze systemen is natuurlijk dat je weer meer wrijving in het systeem zal brengen. Ook is de kracht die door de expansie gelevert kan worden beperkt, om dit uit te leggen wil ik even gebruik maken van een vereenvoudigde situatie. We hebben dus een hefboomsysteem met aan de korte kant de haar bevestigd, een kleine verandering in de lengte van de haar zal een grotere afgelegde weg van het andere hefboompunt veroorzaken. Veronderstel dat de hefboom zelf geen massa heeft en het systeem wrijvingsloos werkt maar hang aan de kant met de grote uitwijking een zwaar gewicht. Zal de inkrimping van de haar dit gewicht kunnen optillen (= energieomzetting oplsag in potentiële zwaartekracht energie)? Nee, de haar zal afhankelijk van de hoeveelheid lengteverandering elastisch uitrekken, plastisch vervormen of breken, een ander senario zou zijn dat de haar hierdoor het vocht niet los zal laten maar dit laatste is maar een idee van mij. Eigenlijk wat er gebeurd door de vochtopname van het haar is een verschuiving in het spanning-rek diagram.

Ik wil nog graag even uitleggen waardat de weinige energie die bij zo een hygrometer de beweging veroorzaakt vandaan komt. Het gaat hier in principe om een verschil in de hoeveelheid water tussen de haar en zijn omgeving, dit is een onevenwichtige situatie. Om evenwicht te bereiken zal de haar vocht opnemen of afgeven afhankelijk van de luchtvochtigheid. De hygrometer is een statisch systeem door wrijving inderdaad, indien het actie reactie krachten systeem uit evenwicht wordt (door verlenging van de haar) gebracht zal het systeem zich naar een nieuw krachten evenwicht bewegen. Indien de haar veel elastischer was zou deze door een verandering in luchtvochtigheid het systeem laten trillen rond het evenwichtspunt (kinetische energie). Deze kinetische energie wordt dan langzaam omgezet in warmte door wrijving waardoor het systeem terug statisch wordt. Maar doordat een haar niet zo elastisch is, is deze trilling volledig gedempt en dus niet waarneembaar.

Om te concluderen zou ik dus niet aanraden om luchtvochtigheid proberen te verwerken in de collectie van objecten, zeker niet als het de bedoeling is dat er tijdens het voorstellen van je project beweging zichtbaar moet zijn. Ik heb zelf ook nog eens nagedacht welke energie gerelateerde variabelen er in een een huiskamer aanwezig zijn:
- luchtverplaatsing door openen van deuren en rondlopen (kinetische energie van lucht)
- water dat uit de kraan kan stromen (kinetische energie van water)
- licht (E = h * v)
- zwaartekracht -> potentiele energie bij een hoogteverschil (Epot = m * g * (h1 - h0) )
- geluid (kinetische trillingsenergie van lucht)
(- verbrandingsenergie chemische energie in organisch materiaal -> reden dat huizen kunnen afbranden
- massa (E = m * c²); gewoon ter info niet echt nuttig in jouw situatie)

Hoe ver sta je eigenlijk al met de andere twee systeempjes, heb je hier al een concreet ontwerp van kunnen maken? Want zowel bij het systeem op warmte als dit op druk zal je verschillen in T en p moeten benutten om een energieomzetting te doen. In een huiskamer is het probleem natuurlijk dat alle variabelen vrij stabiel blijven. Misschien zal je het basisconcept moeten uitbereiden naar buiten, dan heb je bv wind, regen, grote temperatuursverschillen tussen overdag en 's nachts, energie uit biologische systemen maar deze zijn niet echt onopgemerkt.

Ik hoop dat deze uitleg hulpvol was en nog veel succes met je eindwerk

MVG
VUMA

Sibisammie

'Je moet natuurlijk wel nog uitzoeken hoeveel de luchtvochtigheid in een huiskamer zal varieren. En dit is afhankelijk van de grote van de ruimte, de locatie, de periode, dus als je jouw 'kunstwerk' zou willen voorstellen en er moet beweging in te zien zijn zal je hier rekening mee moeten houden. Om hierop verder te gaan, zoals Michel zei varieert de luchtvochtigheid binnenshuis slechts langzaam en vrij weinig, dit wil dus zeggen dat er tijdens de presentatie niets opmerkbaar zal bewegen.'

Hier heb je helemaal gelijk in, ik heb op het moment een proefopstelling staan met twee haren van verschillende lengte op dezelfde manier als een saussure meter. Dagelijks leg ik vast hoeveel de lengte is verandert ten opzichte van een bestaande hygrometer. Hierdoor kan ik de uitrekkingen vergelijken met de waarde die de hygrometer aangeeft.
Verder vind ik het geen probleem dat het niet opmerkbaar zal gaan bewegen tijdens de expositie. Hierdoor benadrukt dit juist het idee dat dit een weerspiegeling/weergave van de ruimte is. Ik vind het ook een mooi idee dat er een lange tijd nodig is om het uiteindelijk te kunnen laten functioneren.

'Zal de inkrimping van de haar dit gewicht kunnen optillen (= energieomzetting opslag in potentiële zwaartekracht energie)? Nee, de haar zal afhankelijk van de hoeveelheid lengteverandering elastisch uitrekken, plastisch vervormen of breken, een ander scenario zou zijn dat de haar hierdoor het vocht niet los zal laten maar dit laatste is maar een idee van mij. Eigenlijk wat er gebeurd door de vochtopname van het haar is een verschuiving in het spanning-rek diagram.'

Naar aanleiding van jouw uitleg heb ik besloten dat het verwerken van haar in dit object niet de juiste keuze is inderdaad. Ik wil wel verdergaan met het gebruik van luchtvochtigheid als een van de grootheden in mijn concept. Ik heb op dit moment contact met een Duitse firma dat hygrometers maakt. Ik heb gevraagd of het mogelijk is of ik het synthetisch haar zou kunnen kopen wat zij gebruiken in hun hygrometers. Hierbij zal ik geen last hebben van onderlinge verschillen tussen de haren (mochten die voorkomen) en kan ik de bijbehorende specificaties opvragen. Ze doen het niet graag want ze hebben er blijkbaar jaren over gedaan om dit synthetisch haar te optimaliseren. Binnenkort zal ik horen of ik het krijg of niet. Denk je dat dit de problemen waar ik met haar tegenaan zal lopen uit de lucht helpt? (Ook omdat het niet per se zichtbare beweging hoeft te verrichten?)

'Hoe ver sta je eigenlijk al met de andere twee systeempjes, heb je hier al een concreet ontwerp van kunnen maken? Want zowel bij het systeem op warmte als dit op druk zal je verschillen in T en p moeten benutten om een energieomzetting te doen. In een huiskamer is het probleem natuurlijk dat alle variabelen vrij stabiel blijven. Misschien zal je het basisconcept moeten uitbereiden naar buiten, dan heb je bv wind, regen, grote temperatuursverschillen tussen overdag en 's nachts, energie uit biologische systemen maar deze zijn niet echt onopgemerkt.'

Op dit moment ben ik weer vooral bezig met het object dat werkt op warmte/licht. Ik heb fresnellenzen uit oude projectietv's gehaald en ben daarmee proeven aan het doen. ( Hoeveel warmte ze kunnen opleveren, het verloop (boog) van het brandpunt over de dag heen etc.) Deze wil ik inzetten om een Seebeck/Peltier-element stroom te laten genereren en vervolgens een klein ventilatortje aan te laten sturen. Het peltier element wil ik in zijn puurste vorm toepassen, namelijk twee verschillende metalen verbinden en deze in serie zetten. Ik ben nu bezig met het uitzoeken welke combinatie van metalen (waar ik aan kan komen) de hoogste spanning kan leveren. Met dit object ben ik het meest ver en zit hierbij de verschillende, bedachte systemen te testen.

Met het luchtdrukobject ben ik het minste bezig geweest. Hierbij wil ik gebruik maken van de uitzetting van een stof (hetzelfde als het luchtgevuld kamertje van een barometer) en deze beweging zal spiegels of lenzen richten op een vlak. Dit is soortgelijk aan het idee van de hygrometer. Ook hierbij denk ik inderdaad aan een katrollensysteem/hefbomen etc.

'Ik hoop dat deze uitleg hulpvol was en nog veel succes met je eindwerk'
Heel erg bedankt voor jullie reacties! Merci!

Wetenschapsforum

Laatste berichten

Nieuwsberichten

Kracht overbrengen mbv hygrometer

Kracht overbrengen mbv hygrometer

Re: Kracht overbrengen mbv hygrometer

Re: Kracht overbrengen mbv hygrometer

Re: Kracht overbrengen mbv hygrometer

Re: Kracht overbrengen mbv hygrometer

Re: Kracht overbrengen mbv hygrometer

Re: Kracht overbrengen mbv hygrometer

Re: Kracht overbrengen mbv hygrometer

Re: Kracht overbrengen mbv hygrometer