Hallo liebe Leute Nun, ich habe ein kleines Modell gebaut, mit dem ich die Feldlinien eines Magnetfeldes sichtbar machen zu gedenke die sich beim Entladen eines Kondensators ueber eine Spule bilden. Der Aufbau ist relativ einfach: Ich habe mich eines Einmalfotogeraetes bedient und den Inverter ausgebaut mit dem ich den Blitzkondensator (330V 220uF) lade, den ich dann einfach ueber die Spule kurzschliesse. Zweck des Ganzen ist es, den praktischen Unterschied zwischen einer normalen runden Spule und einer 8-foermigen Spule aufzuzeigen. Gehoert thematisch in die Humanwissenschaften. (Transkranielle Magnetstimulation, aber wirklich nur als Modell, wird nur an leblosen Gegenstaendien vorgefuehrt.) Um das Modell auch ein bisschen in Zahlen auszudruecken will ich gerne berechnen: a) Wie hoch die maximale Stromstaerke ist die sich ueber die Spule entlaedt. b) Wieviel Energie dabei umgesetzt wird. c) Wie stark die Feldstaerke maximal ist. d) Sehr nuetzlich (weil anschaulich) waere ein Plot der Stromstarke gegen Zeit aufzeichnet. Ich hab schon Google und die Forumsuche benutzt und bin auch fuendig geworden, leider fehlen mir aber in der Praxis immer wieder Werte. (Leistung des Widerstandes (der Spule) in W, wie komm ich da ran? und so weiter...)? Falls ihr lehrreiche Ressourcen habt, waere mir schon sehr geholfen. Vielleicht hat jemand etwas aehnliches schonmal berechnet? Fuer ein uebersichtliches MATLAB Script zum rumspielen wuerde ich sogar ein bisschen was springen lassen. Ein paar gute Tips reichen mir allerdings wahrscheinlich schon, habe nichts gegen Kopfarbeit, nur die Zeit fehlt mir... Liebe Gruesse Martin
Die Idee mit dem "Kurzschliessen" ist ein bisschen zu simpel. Was Du da aufbaust ist ein resonanter Serienschwingkreis. Sobald Du den Kondensator anschliesst, bekommst Du eine (gedaempfte) Sinusschwingung, mit eine Frequenz von naeherungsweise (unter Vernachlaessigung des ohmschen Spulenwiderstandes) f = 1 / (2*pi*sqrt(L*C)) Die Staerke der Daempfung ist von der Guete des Schwingkreises abhaengig, im wesentlichen von Verhaeltnis L/(R*C). Den Maximalstrom kannst Du naeherungsweise ausrechnen, wenn Du annimmst, dass die gesamte Energie im Kondensator in magnetische Energie in der Spule konvertiert wird (das vernachlaessigt also ohmsche Verlust, nimmt also an, dass der Guetefaktor >> 1 ist): Kondensatorenergie: W_cond = C * U^2 / 2 Spulenenergie: W_spule = L * I^2 / 2 C = Kapazitaet, L = Induktivitaet, U = Kondensatorspannung, I = Spulenstrom Gleichsetzen von W_cond und W_spule liefert das gewuenschte Ergebnis.
sorry, sollte heissen "Parallelschwingkreis", nicht "Serienschwingkreis". Hat aber auf den Rest der Ueberlegung keinen Einfluss.
Vielen Dank fuer die schnelle Antwort. > Was Du da aufbaust ist ein resonanter Serienschwingkreis. Sobald Du den > Kondensator anschliesst, bekommst Du eine (gedaempfte) Sinusschwingung, > mit eine Frequenz von naeherungsweise (unter Vernachlaessigung des > ohmschen Spulenwiderstandes) Tja sowas hab ich mir schon gedacht: Kann ich das verhindern indem ich eine Diode dazwischen schalte? Ziel waere es den Kondensator ueber die Spule zu entladene ohne gross Wechselspannung zu erzeugen. So dass ich einen einzelnen starken magnetischen Puls erzeuge. Gruesse M.
Du kannst das machen, indem Du einen geeigneten Widerstand R dazwischenschaltest. Das reduziert die Guete des Schwingkreises. Idealerweise so gewaehlt, das Du den sog. "aperiodischen Grenzfall" hast - das ist genau die Grenze, wo Du kein Ueberschwingen mehr hast: R = 2 * sqrt(L/C) Ein Teil der Energie wird dabei im Widerstand verbraten, Du musst den also ausreichend leistungsdaehig auslegen (ist aber nicht sooo schlimm, weil's ja ohnehin nur Impulsbelastung und nicht Dauerbelastung ist). Wenn Du etwas kuerzere Pulse erzeugen willst und als Kompromiss ein bisschen Ueberschwingen vertragen kannst, dann reduziere einfach den Widerstand etwas. Details zur Berechnung z.B. hier: http://www.walter-fendt.de/ph14d/schwingkreismath.htm Was mir nicht ganz klar ist - warum brauchst Du unbedingt einen Impuls? Wenn es nur um die Form des Magnetfeldes geht, dann ist doch Gleichstrom genauso gut - das Magnetfeld an jedem Punkt ist einfach zum Strom proportional, aber die FORM des Magnetfeldes (relative Feldstaerkenverteilung im Raum) aendert sich nicht (zumindest solange die Frequenzen so niedrig sind, dass Du elektromagentische Abstrahlung vernachlaessigen kannst, aber das ist bei Dir hoechstwahrscheinlich eh der Fall). Die Idee mit der Diode hat ein Problem - es ist nicht so leicht, eine Diode schnell abzuschalten, wenn sie mal ein Menge Strom in Vorwaertsrichtung leitet; d.h. auch wenn's theoretisch attraktiv aussieht, ist es praktisch kompliziert.
Das mit der Diode ist eine gute Idee. Einfach in Sperrichtung parallel zum Kondensator schalten. Wenn der Kondensator entaden ist übernimmt sie den Spulenstrom und verhindert die Umpolung des Kondensators. Sie muss für den maximalen Spulenstrom ausgelegt sein. I = U * SQRT(C/L)
Wolfgang M. schrieb: > Du kannst das machen, indem Du einen geeigneten Widerstand R > dazwischenschaltest. Das reduziert die Guete des Schwingkreises. > Idealerweise so gewaehlt, das Du den sog. "aperiodischen Grenzfall" hast > - das ist genau die Grenze, wo Du kein Ueberschwingen mehr hast: > > R = 2 * sqrt(L/C) > > Ein Teil der Energie wird dabei im Widerstand verbraten, Du musst den > also ausreichend leistungsdaehig auslegen (ist aber nicht sooo schlimm, > weil's ja ohnehin nur Impulsbelastung und nicht Dauerbelastung ist). > > Wenn Du etwas kuerzere Pulse erzeugen willst und als Kompromiss ein > bisschen Ueberschwingen vertragen kannst, dann reduziere einfach den > Widerstand etwas. > > Details zur Berechnung z.B. hier: > http://www.walter-fendt.de/ph14d/schwingkreismath.htm Super, ich glaube das wird genau die Unklarheit beseitigen, die mich am Verstehen des Schaltkreises gehindert hat. Klar, dass es ein mathematisches Verhaeltnis geben muss zwischen einem "Schwingfall" und einem "Kriechfall". Muss man erst mal drauf kommen als Fachfremder. :D > Was mir nicht ganz klar ist - warum brauchst Du unbedingt einen Impuls? > Wenn es nur um die Form des Magnetfeldes geht, dann ist doch Gleichstrom > genauso gut - das Magnetfeld an jedem Punkt ist einfach zum Strom > proportional, aber die FORM des Magnetfeldes (relative > Feldstaerkenverteilung im Raum) aendert sich nicht (zumindest solange > die Frequenzen so niedrig sind, dass Du elektromagentische Abstrahlung > vernachlaessigen kannst, aber das ist bei Dir hoechstwahrscheinlich eh > der Fall). Naja, weil das Geraet das ich nachempfinden moechte (Transkranielle Magnetstimulation) nun mal starke magnetische Impulse erzeugt, und ich das natuerlich auch vermitteln moechte: Vielleicht finde ich noch einen einfachen Weg die Spannung die ein solches sich veraenderndes magnetisches Feld erzeugt zu visualisieren. Leider habe ich kein Oszi zur Verfuegung. Aber an und fuer sich ist es wirklich eine gute Idee einfach noch eine Option in mein Modell zu integrieren, die es mir erlaubt mittels eines Schalters Gleichspannung an die Spule zu legen... so koennte ich beides visualisieren: die Form des Magnetfeldes, und das Induzieren von Strom mithilfe eines magnetischen Impulses. > Die Idee mit der Diode hat ein Problem - es ist nicht so leicht, eine > Diode schnell abzuschalten, wenn sie mal ein Menge Strom in > Vorwaertsrichtung leitet; d.h. auch wenn's theoretisch attraktiv > aussieht, ist es praktisch kompliziert. OK, dann lag ich mit meiner Intuition richtig. Vielen Dank nochmal! M.
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Hallo Martin, also wenn Dir ein Oszi fehlt, kann ich hier ein bisschen Werbung fuer mein letztes Design machen - ein low-cost Oszi-Bausatz, wo das Geraet per USB an den Computer angeschlossen wird. Ist sehr anfaengertauglich und super-einfach zusammenzuloeten (ich schaffe es in 45 Minuten, aber ich weiss natuelich schon auswendig, wo welcher Bauteil hingehoert :-) Details sind hier: http://www.dpscope.com Wolfgang
Hallo Wolfgang, wie hoch ist die maximale Eingangsspannung (fehlt bei den technischen Angaben!) und wieso liegt die Analogbandbreite über der Samplerate? Insgesamt schon ein interessantes Projekt :-) Grüße Christian
Hallo Christian, hier sind die vollen Spezifikationen: http://www.dpscope.com/features.html Der Maximalbereich steht tatsaechlich nur indirekt drinnen (ueber vertikale Aufloesung und Offset), das sollte ich ergaenzen: Mit 1:1-Tastkopf -12V bis +20V. Mit 1:10-Tastkopf entsprechend -120V bis +200V Mit 1:20-Tastkopf -240V bis +400V. Ueberspannungen machen aber nicht gleich was - Einganswiderstand ist ja 1 MOhm, und dahinter sitzen Schutzdioden. Die analoge Bandbreite ist ca. 1.3 MHz; stimmt schon dass die single-Shot-Samplerate auf 1 MSamples/sec begrenzt ist, allerdings kann man fuer periodische Signale den Equivalent-Time-Sampling-Modus verwenden, der geht bis 20 MSamples/sec. Damit hat die Analogbandbreite also viel Sinn. Wolfgang
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