Announcement: there is an English version of this forum on Ich hoffe, dass ich hierfür das richtige Subforum erwischt habe. Ich muss mich auch als blutiger Anfänger outen, was Schaltpläne angeht, daher bitte Nachsicht, falls ich irgendetwas falsch verstanden habe. Folgende Ausgangslage: Ein Schulversuch, bei dem ein Neodym-Magnet durch ein Plastikrohr rutscht, auf welchem in regelmäßigen Abständen selbst gewickelte Spulen aus Klingeldraht gewickelt sind. Ziel: Zur Effekt- (Induktion!) und Positionsanzeige des Magneten soll an jeder Spule eine LED aufleuchten, sobald sie der Magnet passiert. Problem: Die entstehenden Spannungen bewegen sich im Millivolt-Bereich - zu wenig, um eine LED leuchten zu lassen. Nach ein bisschen Forschung bin ich dann darauf gekommen, dass ich einen Operationsverstärker in einer Komparator-Konfiguration benutzen könnte - ich würde also einen Signaleingang erden, den anderen mit der Spule verbinden und das Ausgangssignal dann an die LED weitergeben. Zusätzlich natürlich eine passende Versorgungsspannung. Als Resultat sollte ich dann eine An/Aus-Schaltung haben - An, wenn der Magnet durch die Spule rauscht und aus, wenn nicht. Sind diese grundsätzlichen Überlegungen so korrekt? Oder übersehe ich da was?
Passt soweit. Es gibt spezielle Komparator-ICs (obwohl ja jeder OpAmp ein Komparator ist) die besonders gute Werte haben. Wenn an deiner Spule aber 10mV abfallen sollte selbst ein LM324 gehen. Dran denken: Wenn das Rohr senkrecht steht ist der bewegte Magnet zu Beginn seiner Fahr langsamer als am Ende (wegen 'g').
Johannes H. schrieb: > Zur Effekt- (Induktion!) und Positionsanzeige Induktion in der Konstellation findet aber nur bei Positionsänderung statt. Vorsicht, falls dein Lehrer so kleinkariert ist =) > Sind diese grundsätzlichen Überlegungen so korrekt? Oder übersehe ich da > was? In einer rein theoretischen Betrachtung klappt das so. Praktisch wirst du Probleme bei so kleinen Spannungen bekommen, weil jeder Komparator einen Offset am Eingang hat, den du dir als nicht-konstante Spannungsquelle in Serie zum Eingang vorstellen musst. > Problem: Die entstehenden Spannungen bewegen sich im Millivolt-Bereich Praktischer ist es, die induzierte Spannung zu verstärken und dann sichtbar zu machen. Dazu muss man aber noch wissen, wie der Magnet aufgebaut ist, damit man den Verlauf der Spannung abschätzen kann. Oder hast du vielleicht schon solche Kurven mit einem Oszilloskop aufgenommen?
Joachim ... schrieb: > Passt soweit. Es gibt spezielle Komparator-ICs (obwohl ja jeder OpAmp > ein Komparator ist) Aber ein schlechter. Die interne Kompensation beim Opamp behindert dich bei einer Anwendung als Komparator nur. > die besonders gute Werte haben. Wenn an deiner Spule > aber 10mV abfallen sollte selbst ein LM324 gehen. Der selbst schon 5mV Offset hat... > Dran denken: Wenn das Rohr senkrecht steht ist der bewegte Magnet zu > Beginn seiner Fahr langsamer als am Ende (wegen 'g'). Dazu muss es nicht senkrecht stehen...
Michael H. schrieb: > Johannes H. schrieb: >> Zur Effekt- (Induktion!) und Positionsanzeige > Induktion in der Konstellation findet aber nur bei Positionsänderung > statt. > Vorsicht, falls dein Lehrer so kleinkariert ist =) Ist mir schon klar - deswegen können meine Schüler ja mittlerweile auch "Jede zeitliche oder örtliche Änderung eines Magnetfelds bewirkt in einem metallischen Leiter einen Induktionsstrom." vorbeten ;) > >> Sind diese grundsätzlichen Überlegungen so korrekt? Oder übersehe ich da >> was? > In einer rein theoretischen Betrachtung klappt das so. Praktisch wirst > du Probleme bei so kleinen Spannungen bekommen, weil jeder Komparator > einen Offset am Eingang hat, den du dir als nicht-konstante > Spannungsquelle in Serie zum Eingang vorstellen musst. Ich muss hier ehrlich gestehen, dass ich noch nicht weiß, von wieviel Millivolt wir hier genau sprechen - meine Neodym-Stabmagnete bekomme ich voraussichtlich erst am Montag. Allerdings bin ich optimistisch - ein etwas schwächerer Magnet, der sich durch eine Spule (allerdings mit n=1400 Windungen) bewegt, wobei die Spule hier nicht direkt um das Rohr gewickelt war, hat Induktionsspannungen bis zu einem halben Volt hervorgerufen. > >> Problem: Die entstehenden Spannungen bewegen sich im Millivolt-Bereich > Praktischer ist es, die induzierte Spannung zu verstärken und dann > sichtbar zu machen. > Dazu muss man aber noch wissen, wie der Magnet aufgebaut ist, damit man > den Verlauf der Spannung abschätzen kann. Oder hast du vielleicht schon > solche Kurven mit einem Oszilloskop aufgenommen? Nun, das Ganze ist, wie gesagt, ein Stabmagnet, der durch eine Spule fällt. Ergo ein einzelner Spannungspuls, von dem ich spontan behaupten würde, dass er im Idealfall wie ein Sinus zwischen Null und Pi aussieht :)
Johannes H. schrieb: > Nun, das Ganze ist, wie gesagt, ein Stabmagnet, der durch eine Spule > fällt. Ergo ein einzelner Spannungspuls, von dem ich spontan behaupten > würde, dass er im Idealfall wie ein Sinus zwischen Null und Pi aussieht > :) 1. Lass den Magnet durch eine Kupferröhre "fallen" - der Effekt ist wirklich herrlich und zieht die Aufmerksamkeit der Schüler auf sich. Empfohlene Länge: ca. 1 m. Zum Vergleich dazu das Kunststoffrohr. 2. Das Intergral über den Spannungsstoß ist Null, die Funktion hat ne positive und ne negative Seite. Da die Geschwindigkeit des Magneten beim Eintritt geringer ist als beim Austritt ist die Austrittskurve zeilich knapper, dafür höher.
das macht man ganz einfach mit abreißoszillatoren. wenn der magnet ... (n stück irgendeines metall´s reicht schon)an der spule vorbei kommt setzt der oszillator aus und n ausgang schaltet . dafür kann man den rft/ddr ic a301d nehmen. der ist für sowas entwickelt worden. http://bg-electronics.de/shop/product_info.php/products_id/1077 mfg
dolf schrieb: > dafür kann man den rft/ddr ic a301d nehmen. aber achtung !!!! der a301d ist nicht anschlußgleich zum tca205!!!!! das ist ne ddr eigenentwicklung!!! mfg
>Die interne Kompensation beim Opamp behindert dich bei einer Anwendung >als Komparator nur. Na, ganz so schlimm ist es nicht. Man kann auch mit normalen OPamps sehr schnelle und gut funktionierende Komparatoren bauen. Hier jedenfalls ist das überhaupt kein Problem. >Nach ein bisschen Forschung bin ich dann darauf gekommen, dass ich einen >Operationsverstärker in einer Komparator-Konfiguration benutzen könnte - >ich würde also einen Signaleingang erden, den anderen mit der Spule >verbinden und das Ausgangssignal dann an die LED weitergeben. Ich würde jeder Spule erst einmal einen Wechselspannungsverstärker spendieren, der das Signal ausreichend verstärkt. Danach erst der Komparator.
dolf schrieb: > das macht man ganz einfach mit abreißoszillatoren. > wenn der magnet ... (n stück irgendeines metall´s reicht schon)an der > spule vorbei kommt setzt der oszillator aus und n ausgang schaltet . > dafür kann man den rft/ddr ic a301d nehmen. > der ist für sowas entwickelt worden. > http://bg-electronics.de/shop/product_info.php/pro... > mfg Das mag durchaus sein - nur leider bin ich, wie gesagt, ein Anfänger und habe jetzt gerade beim Op-Amp verstanden, wie man den schaltet. ;) Michael K-punkt schrieb: > Johannes H. schrieb: > >> Nun, das Ganze ist, wie gesagt, ein Stabmagnet, der durch eine Spule >> fällt. Ergo ein einzelner Spannungspuls, von dem ich spontan behaupten >> würde, dass er im Idealfall wie ein Sinus zwischen Null und Pi aussieht >> :) > > 1. Lass den Magnet durch eine Kupferröhre "fallen" - der Effekt ist > wirklich herrlich und zieht die Aufmerksamkeit der Schüler auf sich. > Empfohlene Länge: ca. 1 m. Zum Vergleich dazu das Kunststoffrohr. Das mit dem Kupferrohr sollen die Schüler ja selber machen - diese Geschichte mit Kunststoffrohr+Spulen soll ja als Zusatzmaterial bereit stehen, um den Induktions-/Ringstromeffekt noch mal zu veranschaulichen. Wobei ich auch mal schauen werde, wie gut die Alurohre als Ersatz taugen - Kupfer ist so teuer geworden... > > 2. Das Intergral über den Spannungsstoß ist Null, die Funktion hat ne > positive und ne negative Seite. Da die Geschwindigkeit des Magneten beim > Eintritt geringer ist als beim Austritt ist die Austrittskurve zeilich > knapper, dafür höher. Stimmt, du hast recht. Würde also jetzt auf eine einzelne Sinus-Schwingung tippen. Kai Klaas schrieb: > Ich würde jeder Spule erst einmal einen Wechselspannungsverstärker > spendieren, der das Signal ausreichend verstärkt. Danach erst der > Komparator. Äh, das Ganze soll aber noch Rohr-Form behalten ;)
Angehängte Dateien:
-
Clipboard01.png
26 KB
Johannes H. schrieb: > Ist mir schon klar - deswegen können meine Schüler ja mittlerweile auch > "Jede zeitliche oder örtliche Änderung eines Magnetfelds bewirkt in > einem metallischen Leiter einen Induktionsstrom." vorbeten ;) Aah, ich spreche hier mit dem Lehrer und nicht mit einem Schüler - alles klar =) Johannes H. schrieb: > Stimmt, du hast recht. Würde also jetzt auf eine einzelne > Sinus-Schwingung tippen. Nein, deine erste Intuition war schon richtig. Sehr ähnlich wie im Anhang wird das aussehen. Schaltung: http://www.mikrocontroller.net/articles/Operationsverstärker-Grundschaltungen#Grundbeschaltung_mit_Berechnung Nimm den nicht-invertierenden Verstärker.
Johannes H. schrieb: > Das mag durchaus sein - nur leider bin ich, wie gesagt, ein Anfänger und > habe jetzt gerade beim Op-Amp verstanden, wie man den schaltet. ;) das beschaltet man stur nach herstellerangaben. dafür gibt´s datenblätter und beispielschaltpläne. mit opamp und co muss man sich garnicht abgeben. zudem hab ich für diesen ic ne umfangreiche beschreibung ( buch). mfg
Michael H. schrieb: > Johannes H. schrieb: >> Ist mir schon klar - deswegen können meine Schüler ja mittlerweile auch >> "Jede zeitliche oder örtliche Änderung eines Magnetfelds bewirkt in >> einem metallischen Leiter einen Induktionsstrom." vorbeten ;) > Aah, ich spreche hier mit dem Lehrer und nicht mit einem Schüler - alles > klar =) > > Johannes H. schrieb: >> Stimmt, du hast recht. Würde also jetzt auf eine einzelne >> Sinus-Schwingung tippen. > Nein, deine erste Intuition war schon richtig. Sehr ähnlich wie im > Anhang wird das aussehen. > > Schaltung: > http://www.mikrocontroller.net/articles/Operations... > Nimm den nicht-invertierenden und Falls du das ganze noch mit einem Oszi > aufnehmen willst, nimm die Variante mit Offset und setz den auf ~20%. Danke. Jetzt, fürchte ich, habe ich noch eine ganz blöde Frage - und zwar folgendes: In der Skizze wird ja z.B. für U_e ein Anschluss vorgesehen. Nur: Wo genau schließe ich denn das andere Ende der Spule an?
Johannes H. schrieb: > In der Skizze wird ja z.B. für U_e ein Anschluss vorgesehen. Nur: Wo > genau schließe ich denn das andere Ende der Spule an? An der gemeinsamen Masse.
Michael H. schrieb: > Johannes H. schrieb: >> Danke. Jetzt, fürchte ich, habe ich noch eine ganz blöde Frage - und >> zwar folgendes: >> In der Skizze wird ja z.B. für U_e ein Anschluss vorgesehen. Nur: Wo >> genau schließe ich denn das andere Ende der Spule an? > An der gemeinsamen Masse. Danke!
>mit opamp und co muss man sich garnicht abgeben. Wenn sein Signal wirklich im Millivolt-Bereich liegt, ist eine Vorverstärkung schon sinnvoll, wegen der unvermeidlichen Offsetspannungen. >Äh, das Ganze soll aber noch Rohr-Form behalten ;) Und warum sollte das gegen eine zusätzliche Verstärkerstufe sprechen? Wie speist du eigentlich die Schaltung? Mit Batterie?
Hallo Johannes, ich habe vor kurzem einen ähnlichen Aufbau realisiert, der einen Vergleich des Hering'schen Paradoxons mit einem "normalen" Induktionsexperiment mit einer ins Magnetfeld eintretenden Leiterschleife realisiert. > Folgende Ausgangslage: Ein Schulversuch, bei dem ein Neodym-Magnet durch > ein Plastikrohr rutscht, auf welchem in regelmäßigen Abständen selbst > gewickelte Spulen aus Klingeldraht gewickelt sind. Wieviele Spulen willst Du realisieren? 10-20 Stück? > Ziel: Zur Effekt- (Induktion!) und Positionsanzeige des Magneten soll an > jeder Spule eine LED aufleuchten, sobald sie der Magnet passiert. > Problem: Die entstehenden Spannungen bewegen sich im Millivolt-Bereich - > zu wenig, um eine LED leuchten zu lassen. Ja, mV ist das, was man realistischerweise erwarten kann. Die Verstärkungsfaktoren liegen dementsprechend im Bereich 100-1000. > Nach ein bisschen Forschung bin ich dann darauf gekommen, dass ich einen > Operationsverstärker in einer Komparator-Konfiguration benutzen könnte - > ich würde also einen Signaleingang erden, den anderen mit der Spule > verbinden und das Ausgangssignal dann an die LED weitergeben. Zusätzlich > natürlich eine passende Versorgungsspannung. Als Resultat sollte ich > dann eine An/Aus-Schaltung haben - An, wenn der Magnet durch die Spule > rauscht und aus, wenn nicht. > > Sind diese grundsätzlichen Überlegungen so korrekt? Oder übersehe ich da > was? Ich würde Dir grundsätzlich folgenden Aufbau empfehlen: 1. Stufe: nichtinvertierende Verstärkerschaltung mit Tiefpaßverhalten (Grenzfrequenz im ein- bis zweistelligen Hz-Bereich). Die Verstärkung erleichtert es Dir, eine Vergleichsspannung zu wählen. Das Tiefpaßverhalten verhindert Rauschen. Bei der Verstärkerstufe solltest Du darauf achten, daß der Operationsverstärker eine geringe Offset-Spannung und Temperaturdrift aufweist. Grundsätzlich weist die Ausgangsspannung eines OPV ja zusätzlich zu dem "idealen" Wert eine Gleichspannung auf, die temperatur- und bauteilabhängig ist. Dummerweise steigt die Offsetspannung am Ausgang mit dem Verstärkungsfaktor, so daß Dir die Wahl einer höheren Verstärkung überhaupt nichts nützt. Achte im Datenblatt auf die Angabe: "Input offset voltage". Das ist die Spannung zwischen (+) und (-)Eingang, wenn am Ausgang 0V auftreten. Wenn Du keine schaltungstechnischen Klimmzüge machen willst, wählst Du am besten einen OPV, bei dem die "Input offset voltage" deutlich kleiner als die zu erwartende Induktionsspannung ist. In meiner Schaltung habe ich die Bauteile OPA734 und OPA2277 (beide sehr gut geeignet) verwendet. 2. Stufe: Als Komparator (und gleichzeitig Ansteuerung der LED) kannst Du einen Feld-Wald-Wiesen-OPV wie beispielsweise den LM358 oder TL072 verwenden. Beachte bei der Wahl des Dioden-Vorwiderstandes darauf, daß diese OPV bei 5V Spannungsversorgung nur etwa maximal 3,5 bis 4V am Ausgang liefern können. Zur Spannungsversorgung: Anfänger neigen aus fehlender (schlechter) Erfahrung dazu, die Rolle der Spannungsversorgung, der Massefläche und der Entstörkondensatoren zu unterschätzen. Folgende Empfehlungen sind kein Luxus, sondern sind eine nützliche Empfehlung, damit Du nicht unnötig lange mit der Fehlersuche verbringst: - Wähle eine gefertigte Platine MIT MASSEFLÄCHE und sieh zumindest für die Kondensatoren und Widerstände SMD-Bauteile vor (wenn Du Lötanfänger bist, kannst Du die Operationsverstärker als DIP/DIL mit Sockel ausführen, dann kannst Du durch Hitze abgestorbene oder verkehrt herum eingelötete OPV einfach so austauschen): - Verwende zur Spannungsversorgung LINEARREGLER (7805 und 7905 für +/- 5V). Das empfehle ich auch für den Fall, daß Du ein Labornetzteil zur Spannungsversorgung verwendest. Die Linearregler benötigen zur Entstörung direkt vor und hinter dem Linearregler 100µF (Elko) parallel 100nF (Keramik 0805) gegen Masse. Die Datenblätter verzichten häufig auf den Elko, ich empfehle ihn trotzdem. - Unmittelbar neben JEDEM Operationsverstärker solltest Du beide Spannungsversorgungen mit 100nF (Keramik, 0805) gegen die Massefläche verdrahten. Bei Interesse kann ich Dir "zum Abschauen" die Eagle-Dateien des Hering-Experimentes zusenden und mir später einmal das Layout ansehen. Viele Grüße Michael
>Dummerweise steigt die Offsetspannung am Ausgang mit dem >Verstärkungsfaktor, so daß Dir die Wahl einer höheren Verstärkung >überhaupt nichts nützt. Da das Signal durch Induktion entsteht, besteht doch überhaupt kein Grund bis 0Hz herab, also DC, verstärken zu wollen. Ein AC-Verstärker tut es genauso gut und ist vom Offsetproblem gänzlich befreit.
Abreißoszillatoren... Massefläche... ...Entstörkondensatoren... Der arme Threadstarter. Dabei hat er doch nur wissen wollen wie er seinen OP beschalten muß. Ich glaube er will keine Doktorarbeit aus seinem Versuchsaufbau zu machen...
Ich schlage vor, du wartest, bis die Magnete da sind. Mögl. reicht es, ganz einfach einen LM311 oder den 4-fach Komparator LM339 mit beiden Eingängen an die jeweilige Spule zu schalten. Da die Dinger auch Open-Collector Ausgänge haben, wäre es vermutlich möglich, die LEDs direkt an den Ausgang zu schalten, mit einer kleinen Pulsverlängerung, damit man das Blitzen auch sieht. Übrigens steht im Datenblatt des LM339, das explizit keine Abblockkondensatoren am Chip erforderlich sind (!). Aber welche ranzupappen kann nicht schaden. Ich detektiere mit denn 339ern analoge Hallsensoren im mV Bereich (Brückenschaltungen) und das geht ganz ausgezeichnet.
Hab den ganzen Text nur überflogen, aber wenn es nur um die reine Positionsanzeige geht, könnte man doch auch sehr simpel mit Reed-Kontakten, oder Hall-Sensoren (z.B. TLE 4905L von Reichelt) arbeiten können?! Gruß, Sascha
Sascha Knorek schrieb: > könnte man doch auch sehr simpel mit > Reed-Kontakten, oder Hall-Sensoren (z.B. TLE 4905L von Reichelt) > arbeiten können?! genau die hall-sensoren hab ich ganz vergessen. die sind schön klein und haben nen offenen kollektor ausgang. der neodym magnet sollte stark genug sein um den hallsensor auszulösen. rohr dann aus plast oder glas. das vereinfacht die sache enorm. mfg
Dann kann man aber keine Spulen vorzeigen und müsste die Schüler anlügen ^^
Michael H. schrieb: > Dann kann man aber keine Spulen vorzeigen und müsste die Schüler anlügen > ^^ Oder ich bastele dann einfach die Spulen um die Hallsensoren rum. Brauchen ja nicht wissen, dass die Spulenenden gar nicht angeschlossen sind :p Naja, habe jetzt ja genug Anregungen bekommen, danke dafür. Jetzt mal auf die Magnete warten, um zu sehen, welche Lösung praktikabel ist.
>Oder ich bastele dann einfach die Spulen um die Hallsensoren rum. >Brauchen ja nicht wissen, dass die Spulenenden gar nicht angeschlossen >sind :p Deine Schüler werden dich lieben...
Kai Klaas schrieb: >>Oder ich bastele dann einfach die Spulen um die Hallsensoren rum. >>Brauchen ja nicht wissen, dass die Spulenenden gar nicht angeschlossen >>sind :p > > Deine Schüler werden dich lieben... Naja, der dahinter liegende Effekt (Elektronen werden durch äußeres Magnetfeld in eine neue Bewegungsrichtung gezwungen) ist ja derselbe ;) War natürlich nicht ernst gemeint, ansonsten hätte ich ja gar nicht erst nach einem Verstärker gefragt.
Genug Windungen auf die Spulen, dann geht das auch nur mit LED. Am besten zwei antiparallele LEDs nehmen, eine rot eine grün. Platikrohr an den Akkuschrauber und los ... Und nicht die alten LEDs , die seit 20 Jahren in der Schulbastlkiste liegen, die glimmen nur im Vergleich zu modernen 'low current' LEDs Und dann den Magneten durch ein Alurohr 'fallen' lassen.
Henrik V. schrieb: > Am besten zwei antiparallele LEDs nehmen, eine rot eine grün. "Am besten" ist gut. Ohne die zweite Diode könnten die, je nach erreichter Induktionsspannung, einen schnellen Überspannungstod in Sperrrichtung sterben.
Ich möchte noch mal den Blick auf den Zweck des Versuches lenken: Er soll ja den Schülern vor Augen führen, wie sich Induktionsvorgänge auswirken. Um selbst ein recht träges Phywe-Amperemeter im mA-Bereich zum Ausschlag zubringen nehmen wir ne Spule mit 600 Windungen und den berühmt-berüchtigten Hufeisenmagnet in der klassischen Grün-Rot-Lackierung (oder was nach 50 Jahren davon noch übrig ist). Führt man den einen Schenkel in die Spule ein, schlägt die Anzeige recht ordentlich aus. Die Erkenntnis, dass für die Aufrechterhaltung des Effekts ein ständiges Hin- und Her erforderlich ist und es auf die Relativbewegung ankommt spricht auch die außerschulische Erfahrungswelt der Schüler an und sorgt für zahlreiche Assoziationen. Die beobachteten Effekte sind natürlich rein qualitativ, da man kaum Kontrolle über die manuell erzeugte Geschwindigkeit hat. Ein durch die Spule hindurchfallender Supermagnet hätte höhehabhängig immer die gleiche Geschwindigkeit, so dass man den Spannungsstoß auf einem Oszi mit Speicherfunktion sehen sollte. Hier könnte man auf die ganze Elektronik verzichten - zugunsten einer einfachen und "merkfähigen" Versuchsanordnung. P.S.: Hab das mit dem Durchfallen des Magneten bisher noch nicht ausprobiert, nehme es aber als Anregung danken auf.
Für den Effekt reicht auch Alu Rohr, das muss kein Kupfer sein. Wichtiger als das Material ist dabei das Größenverhältnis: je größer das Rohr, desto weniger wird der Magnet gebremst. Je dickwandiger das Rohr, desto weniger Spannung wird man aber auch messen können. Für die Form des Pulses interessiert noch die Richtung der Magnetisierung, bzw. die Richtung in die sich der Magnet beim Fallen dreht. Das ist dann schon eine relativ komplizierte Frage für die Schüler. Für einen eher Kugel oder Würfelförmigen Magneten würde ich erwarten, das der sich in Richtung minimaler Abbremsung, also Magnetisierung in Fallrichtung dreht. Damit sollte man tatsächlich eine Spannung in der Spule um das Rohr messen, und relativ wenig bei einer dazu senkrechten Ausrichtung. Bevor man sich Gedanken um den Verstärker macht wäre es schon schön die Spannung z.B. per DSO zu messen. Die AC-Kopplung gegen den Offset ist tatsächlich eine gute Idee - noch dem was ich kenne wird der Puls so im Bereich 1/100 bis 1/10 s liegen. Bei den eher niedrigen Frequenzen und nicht zu schnellen OPs ist die Spannungsversorgung eher unkritisch - auch die Nachteile eines OPs als Komparator sind da nicht wesentlich.
Ulrich schrieb: > Für den Effekt reicht auch Alu Rohr, das muss kein Kupfer sein. Stimmt. > Wichtiger als das Material ist dabei das Größenverhältnis: je größer das > Rohr, desto weniger wird der Magnet gebremst. Geschickt ist, wenn der Magnet zylinderförmig ist und nicht mehr als 1 mm Rand bleibt. Sonst kommt gerne das Argument, der Magnet reibe innen am Rohr oder so etwas. > Je dickwandiger das Rohr, > desto weniger Spannung wird man aber auch messen können. Wenn der Magnet langsamer fällt, wird auch die zu messene Spannung kleiner. > Für die Form des Pulses Eher für die Richtung der Spannung > interessiert noch die Richtung der > Magnetisierung, bzw. die Richtung in die sich der Magnet beim Fallen > dreht. Im Rohr wird man ne Drehung z. B. einer Kugel auch kaum beobachten können und Zylinder kommen unten so raus wie sie oben reingesteckt werden. > Das ist dann schon eine relativ komplizierte Frage für die > Schüler. > Für einen eher Kugel oder Würfelförmigen Magneten würde ich > erwarten, das der sich in Richtung minimaler Abbremsung, also > Magnetisierung in Fallrichtung dreht. Damit sollte man tatsächlich eine > Spannung in der Spule um das Rohr messen, und relativ wenig bei einer > dazu senkrechten Ausrichtung. Ich würde entweder versuchen, die Spannung beim Durchfallen der Spule zu messen oder den Bremseffekt zu zeigen - beides auf einmal wiederspricht sich ein wenig. > Bevor man sich Gedanken um den Verstärker macht wäre es schon schön die > Spannung z.B. per DSO zu messen. Ja, einen Puls sollte man schon sehen können. Im übrigen kann man die Spannung ja auch berechnen, wenn man die Feldstärke des Magneten kennt. > Die AC-Kopplung gegen den Offset ist tatsächlich eine gute Idee - noch > dem was ich kenne wird der Puls so im Bereich 1/100 bis 1/10 s liegen. hängt von der Fallgeschwindigkeit ab.
Danke für die vielen Anregungen - der große Stabmagnet (und mehrere kleine für die Schüler) sind heute angekommen. Ich dachte mir, bevor du da jetzt anfängst rumzulöten (und die Schüler von dem kleinen schwarzen Kasten bei jeder Spule ablenken musst), machst du mal einen auf McGyver: Sprich, Spule mit 1600 Windungen aus der Physiksammlung genommen, mit Tape an der Plastikröhre befestigt, Kabel mit Krokodilklemme an die LED - und dann einfach mal den Magneten durch die Röhre fallen lassen. Et voilà! Ein deutliches Aufblitzen der LED war zu beobachten! (und ja, die LED hat auch beim zweiten/dritten Versuch noch funktioniert) Kann ich mir also Op-Amp und Rest sparen (muss also auch keine BlackBox verheimlichen) und nur eine ordentliche Halterung an die LEDs löten.
Kai Klaas schrieb: > Laß auch mal die Schüler mal eine Spule wickeln... Das dürfen die nach dieser Stunde machen - für jeden Schüler liegt ein Bausatz für einen Elektromotor bereit.
>Das dürfen die nach dieser Stunde machen - für jeden Schüler liegt ein >Bausatz für einen Elektromotor bereit. Darf ich auch kommen??
Da dürfte ein Transistor und eine LED reichen. Kennt ihr noch die Magnetkreisel in der Uhrenschale welche sich drehten bis die Batteie darunter leer war ? Ein Transistor, ein Nagel und ein paar Meter Kupferdraht, fertig. Back to The roots ihr stumpfsinnigen OP Verstärker ;-)...
Wie oben schon erwähnt: besser ZWEI LEDs antiparallel nehmen. Kunstoff Isolationsrohr und Alurohr gleichen Durchmessers gibt es im Baumarkt des geringsten Misstrauens . Der vergleichende Fallversuch mit einem 'Super'-Magneten ist sehr beeindruckend. Erst das Platikrohr nehmen und die Fallzeit vorher schätzen lassen , dann das Alurohr :) (>5s für 1m sind bei guten Magneten drin)
Hab heute mal den Versuch Schülerinnen der 10. Klasse gezeigt. Spule 12000 Windungen. 7 zylinderförmige Supermagnete (d ca. 8 mm, h ca. 6 mm). Eine weiß leuchtende LED. Wenn man die 7 Magnete zusammen aus der Spule mit etwas Schwung rauszieht leuchtet die LED schon auf. Ändert man die Polung, leuchtet die LED nicht auf. Bisher hab ich das mit nem schnöden Amperemeter (1mA) vorgeführt. Aber das mit der LED ist natürlich viel chicer. Fallzeit im Kupferrohr (Innendurchmesser ca. 12 mm) maximal 6 Sekunden, wenn 3 oder 4 Magnete zusammen sind. Bei weniger Magneten geht es etwas schneller, wenn alle beieinander sind ebenso. Fazit: 1. Herzlichen Dank an die Idee, das mit LED vorzuführen! 2. dumme Frage: könnte man den Spannungsverlauf nicht über audacity in den PC bekommen - wenn man nicht gerade ein Speicheroszilloskop zur Verfügung hat? (typische Schul-Situation)
Angehängte Dateien:
-
TEK00000.PNG
7,7 KB -
TEK00001.PNG
8,5 KB
Hallo, habe heute einen 19mm Kugelmagnet (K19C) N39 (NdFeB) aus der Höhe 50mm und 500mm durch eine Luftspule fallen lassen. Diese hatte dI=30mm, dA=40mm und ca. 350 Wdgh., 0.25^2 Litze. Anbei die Bilder, der Zacken bei 500mm kommt daher daß die Kugel (am Rand?) angeschlagen ist, habe schlecht gezielt...
Michael K-punkt schrieb: > dumme Frage: könnte man den Spannungsverlauf nicht über audacity in > den PC bekommen - wenn man nicht gerade ein Speicheroszilloskop zur > Verfügung hat? (typische Schul-Situation) http://www.mikrocontroller.net/articles/Oszilloskop#Soundkarten-Oszilloskope sollte dir weiterhelfen! Grüße Stefan
Hallo, Johannes H. schrieb: > Kai Klaas schrieb: >> Laß auch mal die Schüler mal eine Spule wickeln... > > Das dürfen die nach dieser Stunde machen - für jeden Schüler liegt ein > Bausatz für einen Elektromotor bereit. für die Schüler dürfte es auch interessant sein zu sehen, wie die Spannungsvervielfachung bei mehreren Windungen zustandekommt. Vielfach wird ja gelehrt, daß der Draht den magnetischen Fluß mehrfach umläuft. Das ist aber nicht ganz richtig, weil die einzelnen Windungen der Spule immer ein wenig versetzt verlaufen - der Umlauf wird also auch bei N Windungen nur ein einziges Mal geschlossen. Zur Veranschaulichung der Induktionsfläche eignet sich ein einfaches Seifenblasenexperiment: Du nimmst ein Stück Draht, wickelst ein paar Windungen um einen Besenstiel und verdrillst anschließend beide Enden des Drahtes, so daß sich ein Gesamtumlauf ergibt (ein Stück Draht zum Festhalten kann noch dranbleiben). Anschließend tauchst Du das Ganze in Seifenflüssigkeit. Nach dem Herausziehen zeichnet die Seifenblasenoberfläche die Induktionsfläche nach (Minimalfläche). Sie sieht etwa aus wie hier: http://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Spulenflaeche.ogg Dann kannst Du die Leute mal zählen lassen, wie oft eine Feldlinie die Fläche durchstößt, und ob sie jeweils durch die gleiche Seite der Fläche hindurchtritt. Das schult auch ein wenig das Vorstellungsvermögen. Viele Grüße Michael
Nur als kurzer Abschluss: Hier ist das MacGuyver-inspirierte Fallrohr in Aktion zu sehen: http://www.youtube.com/watch?v=FvAyTRGiLms&feature=youtu.be
Ohne jetzt alle Posts gelesen zu haben... ich denke die Spulen sind falsch gewickelt, es muesste genuegend Spannung fur eine Led rauskommen. Lass diese aktiven Elemente, die sind schwer zu kommunizieren.
Thread beobachten
Seitenaufteilung abschaltenBitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.