Fysik
induktion og transformation
Hej alle sammen derud jeg har en emnerapport vedr. Induktion og Transformation.
mit spørgsmål er.
hvad induktion er?
hvad transformation er
hvorfor det er det modsatte
gerne en god forklaring på det.
hilsen jenni
Svar #1
19. oktober 2008 af Jerslev (Slettet)
Det burde du have stående i dine bøger, hvis du skal til at lave en rapport om det...
Svar #2
22. oktober 2008 af Nightsun (Slettet)
Lavede en rapport om det sidste år, håber du kan bruge noget af det.
Forsøg med vekselstrøm
Emil Madsen
Silkeborg Teknisk Gymnasium – 1.Y
30-05-2008
Forsøg med vekselstrøm - Rapport Fysik
Forord. ....................................................................................................................................................... 2
INDHOLDSFORTEGNELSE ............................................................................................................................. 2
Øvelse 1 ...................................................................................................................................................... 3
Øvelse 2 ...................................................................................................................................................... 4
Øvelse 3 ...................................................................................................................................................... 5
Øvelse 4 ...................................................................................................................................................... 7
Øvelse 5 ...................................................................................................................................................... 8
Øvelse 6 ...................................................................................................................................................... 9
Øvelse 7 .....................................................................................................................................................11
Øvelse 8 .....................................................................................................................................................12
Teori om vekselstrøm ................................................................................................................................12
Hertz: ........................................................................................................................................................15
Heinrich Rudolf Hertz .................................................................................................................................15
Nikola Tesla ...............................................................................................................................................16
Magnetisme ..............................................................................................................................................17
H. C. Ørsted ...............................................................................................................................................18
Øvelse 1
Formål:
At beskrive hvordan generatoren virker.
Materialer:
Linket: http://www.walter-fendt.de/ph14dk/generator_dk.htm
Metode:
Aflæst
Resultater og databehandling:
En generator er som sådan ret simpel. Det der sker, er man producere strøm ved hjælp af induktion. Dette sker på kraftværket ved, at man har en rotationskraft, det vil typisk være en turbine, rotationen fra denne driver en rund magnet inde i en større rund cylinder, denne cylinders sider er alle spoler, der får induceret strøm, grundet den runde magnet der rotere i dens indre. (Se ”figur 1”.)
Den inducerede strøm, som vi udtager bruges da senere til vores ønskede gøremål. Det kan være elektrisk lys, eller lignende.
På et elværk, er der dog kun 3 spoler omkring den ”runde magnet”, derved skabes 3 fase systemet der kendetegner vekselstrøm. At strømmen veksler fra plus til minus, skyldes at den runde magnets henholdsvis plus og minus pol står ud for spolen der induceres strøm i. (Derved ikke sagt der induceres strøm i en spole afgangen, da magneten konstant vil inducere en strøm i alle spolerne.). Den runde magnet roterer med 50RPS (Rounds per second. 50RPS er det samme som 3000RPM (Rounds per minut))., derved passere plus og minus spolerne 50gange i sekundet, og deraf de 50hertz, som vi får ud af stik kontakten.
Konklusion:
Vi konkluderer at vi har lært, hvordan en generator fungere, og hvordan man laver vekselstrøm.
Her ses ”figur 1”, der illustrere en magnet der køre inde i en ”cylinder” af spoler. Derved induceres en strøm, der kan udtages fra spolerne.
Øvelse 2
Formål:
At demonstrerer vekselstrøm vha. et oscilloskop, samt en vekselstrømsforsyning.
Materialer:
Multimeter Vekselstrømsforsyning Oscilloskop
Metode:
Vekselstrømsforsyningen skal indstilles til 17volt, da det skal ind i oscilloskopet. Vekselstrømsforsyningen indstilles vha. multimeteret. Når dette er gjort tilsluttes oscilloskopet.
Resultater og databehandling:
1. Find ud af hvordan man kan se eller måle, at der er tale om veksel-spænding.
Når oscilloskopet er tilsluttes, ses det hurtigt, at det er en vekselspænding, grundet sinuskurven på oscilloskopet.
2. Hvad er det for en værdi multimeteret viser, er det Umax, eller Ueff?
Multimeteret viser den effektive spænding, dvs. den spænding der er tilsvarende en 17volts jævnspænding.
3. Vis ud fra øvelsen, at det er 50 Hz(Hertz) vekselspænding? Hvorfor tror du netop, at der er 50Hz.?
De 50Hertz skyldes at magneten i generatoren på elværket, rotere med 50rotationen i sekundet, hvilket igen gør at magnet polen inducere 50gange i sekundet, hvilket så igen giver de 50hertz. At det er 50Hertz kan aflæses på oscilloskopet, ved at aflæse længden imellem to skæringer med x-aksen, dvs. mellem to gange hvor spændingen rammer nul. Man kan aflæse på oscilloskopet at bølgelængden er 0.02sekunder. Derved udregnes der, at:
At det er 50Hertz man globalt set bruger, vurdere jeg er noget, der blot er besluttet.
4. Aflæs ud fra oscilloskopets display sinus kurvens maksimum spænding.
Sinuskurvens maksimale spænding kan aflæses til omkring: 24volt. Dog kan den fastslåes mere præcist, med følgende udregning:
5. Ud fra de funktioner, der er i Oscilloskopet, så beskriv de informationer I kan aflæse, som I mener er interessante/vigtige!
Ting som: Hertz, tiden for en periode, Umax, Ueff, som eksempel.
Konklusion:
Vi har set sinuskurven, der dannes når man tilslutter oscilloskopet på en vekselstrøms forsyningen. Derudover hvordan man aflæser og udregner Hertz. Og forskelle på Ueff og Umax,
Øvelse 3
Formål:
At bevise at en vekselspænding med maksimumspænding på 17 Volt giver den samme elektriske effekt som en jævnspænding på 12 Volt
Materialer:
1 Vekselstrømsforsyning
1 Jævnstrømsforsyning
2 kolorimetri skåle
1 resistor (dyppekoger)
1 termometer
1 ur
1 Multimeter
Metode:
Opstilling se: ”figur 2” Der opvejes, så der er lige meget vand i begge kolorimetri skåle, for at sikre at udgangspunktet for begge opvarmninger er ens. Dernæst besluttes en temperatur begge skal varmes op til, her 40grader. Dernæst indstilles jævnspændingen til 12 Volt, hvorefter opvarmningen påbegyndes. Der tages tid. Tiden noteres, og vandet i den anden skål opvarmes ved hjælp af vekselstrøm, som er indstillet til 17 Volt (Maksimal spænding). Denne indstilling sker ved hjælp af multimeteret. Der tages ligeledes tid.
Her under ses ”figur 2”: der illustrerer opsætningen af de to forsøg. Lige mærke til forskellen nemlig at på venstre er det vekselstrøm, og på højre er det jævnstrøm
Resultater og databehandling:
Man opdager da (teoretisk set, pratisk gjorde det ikke.), at det tog lige lang tid med veksel-, så vel som jævn-spændingen. Hvad kan dette skyldes?
1. Beregn og beskriv hvad Umax og Ueff er i forbindelse med vekselspændingen.
Umax er den maximale volt, der kommer ud af vekselspændingen, dvs. parablens toppunkt i den ene del af en periode i sinuskurven. Ueff er den effektive spænding, den spænding vekselstrømmen kan yde, sammenlignet med jævnstrøm. Denne udregnes på følgende måde:
2. Hvorfor er der forskel på Umax og Ueff?
Forskellen på den maximale og den effektive spænding er grundet; at sinuskurven svinger fra plus til minus, derved rammer den undervejs 0Volt. Hvis man forstiller sig, at man løfter alle minus sviningerne op i plus (muligt vha. en diodebrokobling – Se opgave 7), da virker det indlysende, at der er forskel på Umax og Ueff., trods det effektivt er det samme.
(Se ”figur 3”)
3. Brug nedenstående formler til at beskrive forsøget
Her ses ”figur 3”, der teorien om, at Umax og Ueff, reelt giver samme energi. Det ses ret tydligt, at toppene kan udfylde hullerne imellem parablerne, og derved skabe den stabile strøm, som er illustreret som Ueffektiv.
Konklusion:
Vi har set at teoretisk er Ueff tilsvarende U på en jævnspænding, hvorimod Umax, ikke som sådan har noget modstykke i jævnstrøm, da jævnstrømmen som bekendt ikke veksler i styrke, og dermed ikke har noget toppunkt.
Øvelse 4
Formål:
At lave vekselstrøm vha. en motor.
Materialer:
Motor Jævnstrømsforsyning Oscilloskop Spole Rund magnet
Metode:
Den runde magnet sættes for enden af motoren, og motoren tilsluttes til jævnstrømsforsyningen, da vil motoren rotere, og dermed rotere magneten, der føres os til spolen. Herved induceres der strøm i spolen, hvilket kan tilsluttes til oscilloskopet. Herved ses der en sinuskurve på oscilloskopet. Det skyldes at den runde magnet skiftevis inducerer strøm vha. plus polen og minus polen på denne.
(Se ”figur 4”).
Resultater og databehandling:
1. Se under metode.
Her ses ”figur 4”, der illustrere hvordan man kan lave jævnstrøm om til vekselstrøm, igennem en jævnstrømsmotor, og en spole, vha. induktion.
Her ses ”figur 5”, der illustrere princippet i en jævnstrøms motor. - De lodrette linjer er magnet-feltet.
2. Når man arbejder med jævnstrømsmotorer, udnytter man vekselvirkningen imellem et magnetfelt, og en strømførende ledning. (Opdaget af danske H.C. Ørsted, se under teori afsnittet.) Ved hjælp af denne sammenhæng kan man på simpel vis omdanne elektrisk energi til mekanisk, og selvfølgelig også omvendt. Dette gøres ved at der anbringes en let bevægelig spole i et stærkt magnetfelt, fra fx en elektromagnet. Sendes der en elektrisk strøm igennem spolen, vil den påvirkes af en kraft fra magnetfeltet, denne kraft er konstant vinkelret på spolen, hvorved spolen vil begynde at rotere. Dette er en jævnstrøms motor.
Hvorimod at hvis man selv drejer spolen rundt, vil ledningselektronerne i spolen blive påvirket af kraften fra magnetfeltet, derved induceres der en strøm, først i den ene retning, dernæst den anden vej, og denne opstilling er faktisk en vekselstrømsgenerator. (Se ”figur 5”)
Konklusion:
Vi har lært hvordan man laver vekselstrøm vha. jævnstrøm, og hvordan man kan lave en jævnstrøms motor.
Øvelse 5
Formål:
Tilegne os viden om 3fasede vekselstrømsgeneratorer, samt regne disse.
Materialer:
3 faset vekselspænding Oscilloskop Jævnstrømsforsyning
Metode:
Motoren i den 3 fasede vekselspænding tilsluttes jævnstrømmen, hvorefter fase og nul ledningerne tilsluttes oscilloskopet.
Resultater og databehandling:
1. Lav en 2 faset spænding. Hvor stor er hver enkelt fases Umax. Hvor stor er de 2 fasers samlede spænding?
Enkelt fases Umax = 10Volt Samlede spænding.
2. Hvad vil der ske, hvis I havde 3 faser, som blev sat sammen?
Der vil intet opnås, da strømmen vil være lig nul. (Se ”figur 6”)
Her ses ”figur 6”. Det ses tydeligt, at når den røde linje, er på toppen krydses den gule linje og den blå linje i minus, deres tilsammen lagte minus, modvirker det tilsammen lagte plus. Det er gældende på et hvilket som helst tidspunkt, at volten er lig 0, hvis alle tre faser sluttes på hinanden.
3. Forklar hvordan en vekselstrømsgenerator virker.
Det er delvist forklaret i opgave 1. Kort fortalt er der en kraft der rotere en magnet, denne magnet inducere strøm i 3 spoler, hvilket dermed danner de 3 faser. Bølgerne skabes grundet magnets position i forhold til spolerne. Hertz er et resultat af hvor hurtigt magneten snurre.
4. Hvor bruger man en vekselstrømsgenerator og i hvilken forbindelse?
Almen strøm forbrug, alle vores stik kontakter, vi får jo alle strøm fra elværket.
Konklusion:
Vi har tilegnet os en masse viden om trefaset, og lært om svingningerne.
Øvelse 6
Formål:
Tilegne os viden om transformation. Samt de gældende formler.
Materialer:
Vekselstrømsforsyning
Transformator
Multimeter
Pære
Her ses ”figur 7”, der illustrerer opstillingen af transformationen, hvor der måles volt på begge sider. Dette er selvfølgelig en fortegning, da der under en transformation, vil være forskel på antallet af vendinger per side.
Metode:
En vekselstrømsforsyning tilsluttes transformatorens primære side, og der måles på både primær og sekundær side. (Se ”figur 7”)
Resultater og databehandling:
1. Beskriv resultaterne.
Ns=300 og Np=600 Up=6volt Is=1.9Ampere
2. Forklar hvor man bruger transformatorer.
Man bruger transformatorer mange steder i dagens Danmark. Bl.a. transformator stationer, kraftværker, adaptere, og lignende. Alle de steder hvor man kan få noget ud af at ændre spændingen, eksempelvis for at få et mindre Ptab, eller fordi man har nogle enheder der ikke kan klare den høje spænding.
3. Sæt en pære til sekundærkredsen, så der kommer en strøm. Mål så strømmen i begge kredse. Beskriv forholdet for strømmen i sekundær-, primærkredsen.
Vi ved jo at følgende formel er gældende: U=Spænding, I=Strømstyrke, N=Vendinger, p=Primær s=Sekundær. Derudover ved vi at følgende formel også er gældende. W=Watt. p=Primær s=Sekundær. Udfra kan vi konkludere, at hvis vi transformere spændingen op, vil strømstyrken falde med samme forhold. Dette forhold, der transformeres op, og ned med, er det samme forhold som vendingerne på primær og sekundær. At wattene er konstante er dog ikke helt rigtigt, da der er et lille tab, i form af varme i spolens vendinger.
Konklusion:
Vi har tilegnet os viden om formlerne der gælder for transformation, samt hvor man bruger transformatorer i hverdagen.
Øvelse 7
Formål:
At finde ud af hvordan man laver jævnstrøm ud af vekselstrøm.
Materialer:
4 dioder Vekselstrømsforsyning Kondensator Oscilloskop Pære
Metode:
Vi laver en brokobling af dioder, også kaldet en diodebrokobling eller en Graetz-kobling. (Se ”figur 8”).
Her ses ”figur 8”, der illustrere en diodebrokobling. Dioderne er vist med ”?¦” og kondensatoren er vist med ”-¦¦- ”.
Resultater og databehandling:
1. Afprøv koblingen uden kondensator. Tilslut et oscilloskop til udgangen af kredsløbet og tegn kurveformen. Er der forskel mellem 4v vekselstrøm, som er i indgangen og den strøm, der kommer ud? Beskriv med ord og billeder hvordan.
Dioderne ensretter strømmen, så det ser ud som på ”figur 9”.
Her ses ”figur 9”, der illustrere strømmen; øverst før diode brokoblingen, og nederst efter diode brokoblingen.
2. Tilslut kondensatoren og besvar det samme spørgsmål som i a.
Kondensatoren får strømmen til at se ud, som på ”figur 3”, dette sker ved at kondensatoren oplader noget energi, når strømmen når bølge toppen, og afskyder energien igen, når strømmen falder imod nul, derved opnås en langt mere stabil strøm.
Her ses ”figur 3”, Den blå linje er efter kondensatoren, der har udlignet bølge toppene. Lig dog mærke til at, den i virkeligheden typisk er småligt ujævn. Grundet at kondensatoren ikke kan udligne helt perfekt, som på tegningen.
3. Forklar hvordan en ensretter virker.
Diodebrokoblingen virker som vist på ”figur 10” og ”figur 11”.
Her ses ”figur 10”, der illustrere strømmen fra vekselstrømskilden, når strømmen løber den ene vej.
Her ses ”figur 11”, der illustrerer strømmen fra vekselstrømskilden, når den løber den modsatte vej af ”figur 10”
På denne måde ensrettes strømmen, uafhængigt af om den er i minus eller plus. Simpelt!
Konklusion:
Vi har tilegnet os viden, om hvordan man laver vekselstrøm over til jævnstrøm.
Øvelse 8
Hvilken historie har vekselstrømmen haft? Og hvad bruger vi vekselstrøm til i dagens Danmark?
Vekselstrøm i København.
Det var i 1907, vekselstrømmen blev indført i hovedstaden, indtil da havde det kun været tilgængeligt for folk i de bydele som havde en elektrisk glødelampe. Da el forsyningen til Københavns ydre distrikter skulle overtages, virkede det meget naturligt, på grund af de små byers hus afstande, at der skulle bruges vekselstrøm. Systemet for forsyningen var trefasestrøm med 6000 volt liniespænding og 50 perioder. Strømmen blev ført via underjordiske treleder-kabler. I de kvarterer der skulle have strømmen blev det opstillet transformerstationer, som der ligesom i dag, skulle transformere strømmen ned. I 1907 blev den første vekselstrømforsyning etableret fra Københavns kommunale el værk. På østre el værk blev der opstillet to 250kw omformere, der tog 440 volts jævnstrøm og omdannede den til 6000 volts drejestrøm, der blev sendt til Valby og Sundby hvor der var opstillede henholdsvis fire og to transformersøjler men transformatorer på tilsammen 220kw. I efteråret 1909 blev forsyningen udvidet så det også omfattede Vanløse, Husum, Brøndshøj, Bispebjærg, Emdrup, Utterslev og de yderste dele af Valby. Sommeren 1910 forsynede københavns el værk også tårnby. I 1910 fandtes der i alt 25 transformere på tilsammen ca. 1000 kw. I slutning af 1910 var der i vekselstrøm forsyningsområdet er der i alt ca. 23.000 glødelamper og motorer på tilsammen 250hk.
Vekselstrøm i Danmark
Vekselstrøm i dagens Danmark. Jo, først og fremmest får vi jo vekselstrøm igennem det danske ledningsnet, hvilket betyder at alt vi sætter til stik kontakten trækker vekselstrøm, dog kan denne laves om, vha. en så kaldt Diodebrokobling, hvilket også sker i en hel del elektriske komponenter, især inden for elektronik. Et eksempel på dette kunne være strømforsyningen til en bærbar, der omsætter 230Volt vekselstrøm til (typisk) 12-20Volt jævnstrøm.
Teori om vekselstrøm
Vekselstrøm (på engelsk AC - Alternating Current) er en elektrisk strøm, der periodisk veksler i styrke og retning. Denne veksling er kendetegnet som en sinuskurve. Sinuskurven kan i et koordinatsystem defineres som Sin(x). Herunder ses Sin(10x) i et koordinat system. (Se ”Figur 12”). De 10x i stedet for 1x er for at opnå en kortere afstand imellem bølgerne. En bølgegang på 50hertz ligner til forveksling formlen Sin(31x).
”Figur 12”:
I én periode vokser strømmen fra nul til en positiv maksimalværdi, aftager herefter atter til nul, vokser til en negativ maksimalværdi og går tilbage til nul. (Se ”figur 13”).
Her ses “figur 13”, der illustrerer 1 periode.
Hertz: Antallet af perioder per sekund kaldes for vekselstrømmens frekvens og måles i hertz, hvilket er opkaldt efter den tyske fysiker Heinrich Rudolf Hertz. Hertz er en afledt SI-enhed, og den alment anvendte i Europa. Som udgangspunkt anvendes der 50Hertz inden for elektriskforsyning i Europa. Hertz defineres som: (s i formlerne er tid pr bølgelængde).
Heinrich Rudolf Hertz
Heinrich Rudolf Hertz var en tysk fysiker, som blev født i Hamborg. Han blev født den. 22. februar 1857, han døde den. 1. januar 1894 i Bonn. (Kun 36år gammel). I løbet af hans ellers forholdsvis korte liv lagde han grund for det vi i dag kender som Hertz, dvs. svingninger per sekund, men hvordan levede han enlig?
Han startede med at gå på universitetet i Hamborg, hvor han fik interesse for videnskab, og ingeniør kunst. Denne interesse gjorde, at han læse videre på universitetet i Berlin, hvor han også fik en Ph.D. i 1880. (Ph.D står for ”philosophiæ doctor”, hvilket på dansk også kaldes ”den lille doktorgrad”). I 1883 blev han lektor i teoretisk fysik på Universitetet i Kiel. Senere i 1885, dvs. 2 år senere, blev han professor på universitetet i Karlsruhe, det var også her han opdagede de elektromagnetiske bølger vi kender ham for. Han påviste langbølgende elektromagnetiske bølger i 1886. Det er også det vi i dag kender som radiobølger, hvilket førte til radioteknikken, som vi kender i dag. Disse bølgers svingninger per sekund definerede han som hertz.
Hertz udtalte efter sin opdagelse af de elektromagnetiske bølger følgende: "Jeg tror ikke at de trådløse bølger jeg har opdaget vil have nogen praktisk betydning." Denne udtalelse viste sig senere at være meget forkert, da den i dag har utrolig praktisk betydning, i form af al trådløs kommunikation, bl.a. Mobil telefoni, trådløst internet, samt satellit tv, og lignende.
En anden person der har betydet meget for at indføre vekselstrømmen, var Nikola Tesla. Han opfandt i løbet af hans liv flere vekselstrømsmaskiner, for at overbevise folk om at der var mange fordele ved vekselstrøm, frem for jævnstrøm, men han stod overfor en stor udfordring, da jævnstrømmen allerede var etableret og velfungerende. En af de største fordele ved vekselstrømmen er at man uden større tab, kan transformere spændingen og strømstyrken om. Ved at kunne transformere om, kan man have en lav strømstyrke på vej ud til forbrugeren, hvorimod man hos forbrugeren kan transformere strømstyrken op igen, så den kan bruges til noget. Hvorimod man ved jævnstrøm var nødt til at have store tykke ledninger, for at undgå de brænder over. Derudover er tabet ved vekselstrøm betydeligt lavere (hvis spændingen transformeres op).
Nikola Tesla
Nikola Tesla, var en serbisk-amerikansk fysiker, opfinder og elektronik ingeniør. Han blev født den 10. juli 1856 i den lille by Smiljan i Lika-regionen, han døde den ca. 7. januar 1943 i New York. Tesla er anerkendt som en af de mest betydningsfulde videnskabsmænd i det 19. århundrede og det tidlige 20. århundrede. Hans patenter og teoretiske arbejde danner basis for moderne vekselstrøms-system. Nikola Tesla opfandt desuden vekselstrømsmotoren, hvilket satte gang i udbredelsen af vekselstrøm til almindelige forbrugere.
Nikola Tesla var et barn med særlige evner, det vidste han allerede fra da han var lille. Tesla boede hjemme sammen med hans mor det meste af sin barndom. Her byggede han mange små maskiner, da moderen tit havde travlt med at gøre rent, og lave mad. Tesla havde dog den særlige evne, at han kunne simulere hvordan hans maskiner ville virke inde i hovedet inden han byggede dem, han kunne sågar udskifte dele inde i hovedet, så når han byggede noget virkede det næsten altid. Tesla forsøgte det meste af sit liv at få vekselstrømmen til at slå igennem, det gjorde han vha. flere forskellige opfindelse, han opfandt bl.a. vekselstrømsmotoren, og radioen. Dog blev radioen først tilskrevet ham efter hans død, da italieneren Guglielmo Marconi, stjal hans opfindelse. Dvs. Han lancerede radioen, men den var baseret på et forsøg, som Tesla havde udført 2år tidligere. Marconi benægtede at kende noget til Tesla’s forsøg, og derved lykkes det Marconi at tage æren for Teslas opfindelse. Først efter sin død blev Tesla tilskrevet radioen som hans opfindelse. I en periode i sit liv arbejdede Tesla for Thomas Edison (manden der bl.a. opfandt den elektriske glødelampe i 1879). Tesla præsenterede Edison for idéen med vekselstrøm, men Edison mente at det var unaturligt og farlig med sådanne vekslende strøm. Edison havde i forvejen brugt mange midler på jævnstrømmen, som jo var hans arbejdsområde.
Tesla lavede blandt mange andre af hans opfindelse; den meget kendte Tesla-transformator, som også er opkaldt efter ham. Denne transformator er en speciel konstruktion, der gjorde Tesla både kendt og
berygtet, som en gal videnskabsmand, da han eftersigne kunne styre ”strømmen”. Dette blev sagt om Tesla, da den stærke Tesla transformator kunne sende strøm igennem luften. Hvilket også ses på ”figur 14”.
Her ses ”figur 14”, der er et billede af en bipolær tesla-transformator, også kaldt en tesla-coil. Disse tesla-coils har også været forslået til krigs brug, men aldrig rigtigt haft den funktion, Tesla lavede den, for at illustrere veksel-strømmens styrke. Desværre mislykkedes dette, og Tesla blev anset for at være sindssyg.
Tesla afsluttede sit liv, som en mand, der var blevet psykisk syg, af at blive anset for at være sindssyg, derudover var han nedbrudt grundet at Marconi havde berøvet ham for sin opfindelse (radioen). Han brugte sine sidste år af sit liv med at snakke med duer, i parken i New York. Man er ikke 100 % sikker på Teslas dødsdato, da han ikke havde mange nærme, og de få han havde, havde forladt ham da han var blevet gal. Desuden er måleenheden Tesla opkaldt efter ham, Tesla er måleenhed for magnetisk induktion. Tesla er en af de afledte SI-enheder, og defineres på følgende måde:
”Én tesla er dét B-felt der påvirker ”en” på feltet vinkelret, lige ledning med længden én meter hvorigennem der løber en strøm på én ampere, med en kraft på én newton.”
Et B-feltet er også kaldet den magnetiske fluxtæthed (magnetfeltets størrelse), et H-felt er den magnetiske feltstyrke, som opgives i ampere pr. meter. (Feltstyrken udregnes som partiklen med ladningen , når den bevæger sig igennem det elektriske felt . Formlen: , feltstyrken opgives som .) Jordens magnetfelt ved jordoverfalden er i Danmark af størrelsesordenen 100μT, rettet skråt nedad - den vandrette del er ca. 15μT.
Magnetisme
Navnet magnet, og ordet magnetisme strammer fra bynavnet Magnesia i Lille asien. Det var ved denne by at man cirka 500år før Kristus fødsels (cirka 2500år siden). Opdagede nogle mineraler der havde en mærkelig egenskab, nemlig at kunne frastøde og tiltrække visse metaller (især jern).
Gældende for enhver magnet er der, at den har to poler: En nordpol, og en sydpol. Det er gældende at hvis to ens poler nærmer hinanden vil de afstøde hinanden, hvorimod, at hvis to uens poler nærmer hinanden vil de tiltrække hinanden. Der findes mange forskellige måder at skaffe stærke magneter, hvis naturlige magneter ikke kan klare jobbet. Der er selvfølgelig den oplagte elektromagnet, som H.C. Ørsted opdagede, (Han opdagede at der dannes et magnet felt om en strømførende ledning, det kommer vi ind på). Et alternativ til elektromagnet, som kan udføres med almindelige naturlige magneter er den så kaldte ”Halbach Array” opstilling. Som simpelthen bare fokuserer de magnetiske kræfter i en retning. Se ”figur 15”
Magnetisme har haft stor indflydelse for verden. Bl.a. opdagede kineserne for mere end tusinde år siden, at jorden er magnetisk. Denne opdagelse førte til udviklingen af kompasset, der har haft enorm indflydelse på navigation. Udover denne kan man også takke opdagelsen af magnetisme for strømmen vi har tilgængelig i dag, da vi ville kende til induktion, hvis vi ikke kendte magnetismen. Dette var yderligere en af danske H.C. Ørsteds opdagelser.
H. C. Ørsted
Biografi
I foråret 1794 drog H.C. Ørsted sammen med broderen A.S. Ørsted til København, hvor de samme år bestod studentereksamen og året efter de akademiske adgangseksaminer med udmærkelse.
Her ses ”figur 15”, der illustrerer, øverst en standart magnet, der har en rundt magnetfelt, der på tegningen går fra nord til syd. (Lig mærke til at jordens magnetfelt selvfølgelig vandre fra syd imod nord. Som på ”figur 16”.)
Her ses ”figur 16”, der illustrere jordens magnet-felt, der vandre ud af syd og ind igennem nord.
Under den naturlige magnet, ses Halbach Array opstillingen, der bruges til at forstærke de naturlige magnets kraft i en retning (I dette tilfælde ned). Dette sker ved at magnetfeltet afbøjes. Denne afbøjning gør at magneterne får en fælles stor kraft en vej (ned), og en lille kraft den modsatte vej. (op). Nederst ses et virkeligt billede med jernspåner, der fremviser Halbach Array’s effekt.
H.C. Ørsted tog farmaceutisk eksamen 1797. Han blev professor i København 1806-1829, var medstifter af Polyteknisk Læreanstalt og dennes første direktør 1829-1851. Han udgav blant andet ”Naturfilosofiske Afhandlinger m.m” og stiftede Selskabet for Naturlærens Udbredelse i 1824. Endvidere var han stifter af forløberne til Meteorologisk Institut og Patentdirektoratet. Han var også forfatter og digter, og han skrev bl.a. Ånden i Naturen (1850). 17. maj 1814 blev han gift med Inger Birgitte Ballum (28. marts 1789 - 3. november 1875), datter af Pastor N.R. Ballum i Keldby på Møn. Hun var tidlig blevet faderløs og da de blev forlovede, var hun i huset hos Ørsteds far, som var flyttet til Roskilde. Ægteskabet holdt frem til Ørsteds død i 1851. Parret havde syv børn, tre sønner og fire døtre. Af sønnerne var Albert Nicolai i en årrække inspektør ved Polyteknisk Læreanstalt. Af døtrene blev den ældste, Karen, gift med professor E.A. Scharling, den tredje, Sophie Vilhelmine Bertha, med stiftamtmand Dahlstrøm. Den yngste, Mathilde Elisabeth, har udgivet en samling af breve og optegnelser fra faderens efterladenskaber med værdifulde oplysninger om Ørsteds liv og om hans forhold til en række berømte personer. H.C. Ørsted var en nær ven af H.C. Andersen. H.C. Ørsted er begravet på Assistens Kirkegård i København. H.C. Ørsted påviste desuden der var en sammenhæng imellem elektricitet, da han fandt ud af at en kompasnål, slog ud hvis en strømførende ledning nærmer sig. Dermed opdagede han følgende ”At der omkring en strømførende ledning dannes et magnetfelt”, dette dannede da grundlag for elektromagnetismen, og senere generatoren, der bruges til at lave strøm i vores ledningsnet i dag. (Dette var gældende da, det også måtte være modsat H.C. Ørsted første opdagelse, nemlig måtte det gælde, at hvis et magnetfelt føres langs en ledning må en strøm induceres i denne.
Svar #3
22. oktober 2008 af Nightsun (Slettet)
Øvelse 6, handler primært om transformation, induktion er at finde i både opgave 1, og teori om vekselstrømmen og lignende.
Tror i det hele taget du vil få noget ud af at læse det hele.,
Svar #4
22. oktober 2008 af Nightsun (Slettet)
Derudover er jeg desuden ked af at figurene ikke er med, de kunne desværre ikke kopieres med.
Svar #5
22. oktober 2008 af Jerslev (Slettet)
#3+4: Usandsynligt, at det giver en forklaring på induktion, da den slags ikke læres i gymnasiet - I har ikke matematik til at kunne forstå teorien bagved. :)
Svar #6
22. oktober 2008 af Nightsun (Slettet)
5# det er vel afhænigt af hvilken type "Induktion" vi snakker om, om det er fysik, altså i form af elektromagnetisk induktion, eller om det er i matematisk form (den matematiske bevis form induktion) eller om det er den generale metode induktion.
Der er stor forskel, og derudover er det også muligt at lære ting ud over pensum, mht. hvad der læres i gymnasiet, men mht. den elektriske induktion, kan det generale grundprincip udføres af 7klasses elever.
Svar #7
22. oktober 2008 af Jerslev (Slettet)
#6: Bestemt kan forsøg udføres, men teorien bagved er ikke forståeligt i folkeskolen eller i gymnasiet. Faradays lov er uni stuff. :)
Svar #8
23. oktober 2008 af Nightsun (Slettet)
7# kan vi godt blive enige om, men grund princippet i at et legeme påvirkes af et ydre felt, skulle være til at forstå for de fleste.
Svar #10
23. oktober 2008 af Jerslev (Slettet)
#8: Felter i folkeskolen? Nej, det er det vist ikke. Det kræver i første omgang, at man ved, hvad et felt er.
Svar #14
13. december 2012 af guby (Slettet)
#2
Lavede en rapport om det sidste år, håber du kan bruge noget af det.
Forsøg med vekselstrøm
Emil Madsen
Silkeborg Teknisk Gymnasium – 1.Y
30-05-2008
Forsøg med vekselstrøm - Rapport Fysik
Forord. ....................................................................................................................................................... 2
INDHOLDSFORTEGNELSE ............................................................................................................................. 2
Øvelse 1 ...................................................................................................................................................... 3
Øvelse 2 ...................................................................................................................................................... 4
Øvelse 3 ...................................................................................................................................................... 5
Øvelse 4 ...................................................................................................................................................... 7
Øvelse 5 ...................................................................................................................................................... 8
Øvelse 6 ...................................................................................................................................................... 9
Øvelse 7 .....................................................................................................................................................11
Øvelse 8 .....................................................................................................................................................12
Teori om vekselstrøm ................................................................................................................................12
Hertz: ........................................................................................................................................................15
Heinrich Rudolf Hertz .................................................................................................................................15
Nikola Tesla ...............................................................................................................................................16
Magnetisme ..............................................................................................................................................17
H. C. Ørsted ...............................................................................................................................................18
Øvelse 1
Formål:
At beskrive hvordan generatoren virker.
Materialer:
Linket: http://www.walter-fendt.de/ph14dk/generator_dk.htm
Metode:
Aflæst
Resultater og databehandling:
En generator er som sådan ret simpel. Det der sker, er man producere strøm ved hjælp af induktion. Dette sker på kraftværket ved, at man har en rotationskraft, det vil typisk være en turbine, rotationen fra denne driver en rund magnet inde i en større rund cylinder, denne cylinders sider er alle spoler, der får induceret strøm, grundet den runde magnet der rotere i dens indre. (Se ”figur 1”.)
Den inducerede strøm, som vi udtager bruges da senere til vores ønskede gøremål. Det kan være elektrisk lys, eller lignende.
På et elværk, er der dog kun 3 spoler omkring den ”runde magnet”, derved skabes 3 fase systemet der kendetegner vekselstrøm. At strømmen veksler fra plus til minus, skyldes at den runde magnets henholdsvis plus og minus pol står ud for spolen der induceres strøm i. (Derved ikke sagt der induceres strøm i en spole afgangen, da magneten konstant vil inducere en strøm i alle spolerne.). Den runde magnet roterer med 50RPS (Rounds per second. 50RPS er det samme som 3000RPM (Rounds per minut))., derved passere plus og minus spolerne 50gange i sekundet, og deraf de 50hertz, som vi får ud af stik kontakten.
Konklusion:
Vi konkluderer at vi har lært, hvordan en generator fungere, og hvordan man laver vekselstrøm.
Her ses ”figur 1”, der illustrere en magnet der køre inde i en ”cylinder” af spoler. Derved induceres en strøm, der kan udtages fra spolerne.
Øvelse 2
Formål:
At demonstrerer vekselstrøm vha. et oscilloskop, samt en vekselstrømsforsyning.
Materialer:
Multimeter Vekselstrømsforsyning Oscilloskop
Metode:
Vekselstrømsforsyningen skal indstilles til 17volt, da det skal ind i oscilloskopet. Vekselstrømsforsyningen indstilles vha. multimeteret. Når dette er gjort tilsluttes oscilloskopet.
Resultater og databehandling:
1. Find ud af hvordan man kan se eller måle, at der er tale om veksel-spænding.
Når oscilloskopet er tilsluttes, ses det hurtigt, at det er en vekselspænding, grundet sinuskurven på oscilloskopet.
2. Hvad er det for en værdi multimeteret viser, er det Umax, eller Ueff?
Multimeteret viser den effektive spænding, dvs. den spænding der er tilsvarende en 17volts jævnspænding.
3. Vis ud fra øvelsen, at det er 50 Hz(Hertz) vekselspænding? Hvorfor tror du netop, at der er 50Hz.?
De 50Hertz skyldes at magneten i generatoren på elværket, rotere med 50rotationen i sekundet, hvilket igen gør at magnet polen inducere 50gange i sekundet, hvilket så igen giver de 50hertz. At det er 50Hertz kan aflæses på oscilloskopet, ved at aflæse længden imellem to skæringer med x-aksen, dvs. mellem to gange hvor spændingen rammer nul. Man kan aflæse på oscilloskopet at bølgelængden er 0.02sekunder. Derved udregnes der, at:
At det er 50Hertz man globalt set bruger, vurdere jeg er noget, der blot er besluttet.
4. Aflæs ud fra oscilloskopets display sinus kurvens maksimum spænding.
Sinuskurvens maksimale spænding kan aflæses til omkring: 24volt. Dog kan den fastslåes mere præcist, med følgende udregning:
5. Ud fra de funktioner, der er i Oscilloskopet, så beskriv de informationer I kan aflæse, som I mener er interessante/vigtige!
Ting som: Hertz, tiden for en periode, Umax, Ueff, som eksempel.
Konklusion:
Vi har set sinuskurven, der dannes når man tilslutter oscilloskopet på en vekselstrøms forsyningen. Derudover hvordan man aflæser og udregner Hertz. Og forskelle på Ueff og Umax,
Øvelse 3
Formål:
At bevise at en vekselspænding med maksimumspænding på 17 Volt giver den samme elektriske effekt som en jævnspænding på 12 Volt
Materialer:
1 Vekselstrømsforsyning
1 Jævnstrømsforsyning
2 kolorimetri skåle
1 resistor (dyppekoger)
1 termometer
1 ur
1 Multimeter
Metode:
Opstilling se: ”figur 2” Der opvejes, så der er lige meget vand i begge kolorimetri skåle, for at sikre at udgangspunktet for begge opvarmninger er ens. Dernæst besluttes en temperatur begge skal varmes op til, her 40grader. Dernæst indstilles jævnspændingen til 12 Volt, hvorefter opvarmningen påbegyndes. Der tages tid. Tiden noteres, og vandet i den anden skål opvarmes ved hjælp af vekselstrøm, som er indstillet til 17 Volt (Maksimal spænding). Denne indstilling sker ved hjælp af multimeteret. Der tages ligeledes tid.
Her under ses ”figur 2”: der illustrerer opsætningen af de to forsøg. Lige mærke til forskellen nemlig at på venstre er det vekselstrøm, og på højre er det jævnstrøm
Resultater og databehandling:
Man opdager da (teoretisk set, pratisk gjorde det ikke.), at det tog lige lang tid med veksel-, så vel som jævn-spændingen. Hvad kan dette skyldes?
1. Beregn og beskriv hvad Umax og Ueff er i forbindelse med vekselspændingen.
Umax er den maximale volt, der kommer ud af vekselspændingen, dvs. parablens toppunkt i den ene del af en periode i sinuskurven. Ueff er den effektive spænding, den spænding vekselstrømmen kan yde, sammenlignet med jævnstrøm. Denne udregnes på følgende måde:
2. Hvorfor er der forskel på Umax og Ueff?
Forskellen på den maximale og den effektive spænding er grundet; at sinuskurven svinger fra plus til minus, derved rammer den undervejs 0Volt. Hvis man forstiller sig, at man løfter alle minus sviningerne op i plus (muligt vha. en diodebrokobling – Se opgave 7), da virker det indlysende, at der er forskel på Umax og Ueff., trods det effektivt er det samme.
(Se ”figur 3”)
3. Brug nedenstående formler til at beskrive forsøget
Her ses ”figur 3”, der teorien om, at Umax og Ueff, reelt giver samme energi. Det ses ret tydligt, at toppene kan udfylde hullerne imellem parablerne, og derved skabe den stabile strøm, som er illustreret som Ueffektiv.
Konklusion:
Vi har set at teoretisk er Ueff tilsvarende U på en jævnspænding, hvorimod Umax, ikke som sådan har noget modstykke i jævnstrøm, da jævnstrømmen som bekendt ikke veksler i styrke, og dermed ikke har noget toppunkt.
Øvelse 4
Formål:
At lave vekselstrøm vha. en motor.
Materialer:
Motor Jævnstrømsforsyning Oscilloskop Spole Rund magnet
Metode:
Den runde magnet sættes for enden af motoren, og motoren tilsluttes til jævnstrømsforsyningen, da vil motoren rotere, og dermed rotere magneten, der føres os til spolen. Herved induceres der strøm i spolen, hvilket kan tilsluttes til oscilloskopet. Herved ses der en sinuskurve på oscilloskopet. Det skyldes at den runde magnet skiftevis inducerer strøm vha. plus polen og minus polen på denne.
(Se ”figur 4”).
Resultater og databehandling:
1. Se under metode.
Her ses ”figur 4”, der illustrere hvordan man kan lave jævnstrøm om til vekselstrøm, igennem en jævnstrømsmotor, og en spole, vha. induktion.
Her ses ”figur 5”, der illustrere princippet i en jævnstrøms motor. - De lodrette linjer er magnet-feltet.
2. Når man arbejder med jævnstrømsmotorer, udnytter man vekselvirkningen imellem et magnetfelt, og en strømførende ledning. (Opdaget af danske H.C. Ørsted, se under teori afsnittet.) Ved hjælp af denne sammenhæng kan man på simpel vis omdanne elektrisk energi til mekanisk, og selvfølgelig også omvendt. Dette gøres ved at der anbringes en let bevægelig spole i et stærkt magnetfelt, fra fx en elektromagnet. Sendes der en elektrisk strøm igennem spolen, vil den påvirkes af en kraft fra magnetfeltet, denne kraft er konstant vinkelret på spolen, hvorved spolen vil begynde at rotere. Dette er en jævnstrøms motor.
Hvorimod at hvis man selv drejer spolen rundt, vil ledningselektronerne i spolen blive påvirket af kraften fra magnetfeltet, derved induceres der en strøm, først i den ene retning, dernæst den anden vej, og denne opstilling er faktisk en vekselstrømsgenerator. (Se ”figur 5”)
Konklusion:
Vi har lært hvordan man laver vekselstrøm vha. jævnstrøm, og hvordan man kan lave en jævnstrøms motor.
Øvelse 5
Formål:
Tilegne os viden om 3fasede vekselstrømsgeneratorer, samt regne disse.
Materialer:
3 faset vekselspænding Oscilloskop Jævnstrømsforsyning
Metode:
Motoren i den 3 fasede vekselspænding tilsluttes jævnstrømmen, hvorefter fase og nul ledningerne tilsluttes oscilloskopet.
Resultater og databehandling:
1. Lav en 2 faset spænding. Hvor stor er hver enkelt fases Umax. Hvor stor er de 2 fasers samlede spænding?
Enkelt fases Umax = 10Volt Samlede spænding.
2. Hvad vil der ske, hvis I havde 3 faser, som blev sat sammen?
Der vil intet opnås, da strømmen vil være lig nul. (Se ”figur 6”)
Her ses ”figur 6”. Det ses tydeligt, at når den røde linje, er på toppen krydses den gule linje og den blå linje i minus, deres tilsammen lagte minus, modvirker det tilsammen lagte plus. Det er gældende på et hvilket som helst tidspunkt, at volten er lig 0, hvis alle tre faser sluttes på hinanden.
3. Forklar hvordan en vekselstrømsgenerator virker.
Det er delvist forklaret i opgave 1. Kort fortalt er der en kraft der rotere en magnet, denne magnet inducere strøm i 3 spoler, hvilket dermed danner de 3 faser. Bølgerne skabes grundet magnets position i forhold til spolerne. Hertz er et resultat af hvor hurtigt magneten snurre.
4. Hvor bruger man en vekselstrømsgenerator og i hvilken forbindelse?
Almen strøm forbrug, alle vores stik kontakter, vi får jo alle strøm fra elværket.
Konklusion:
Vi har tilegnet os en masse viden om trefaset, og lært om svingningerne.
Øvelse 6
Formål:
Tilegne os viden om transformation. Samt de gældende formler.
Materialer:
Vekselstrømsforsyning
Transformator
Multimeter
Pære
Her ses ”figur 7”, der illustrerer opstillingen af transformationen, hvor der måles volt på begge sider. Dette er selvfølgelig en fortegning, da der under en transformation, vil være forskel på antallet af vendinger per side.
Metode:
En vekselstrømsforsyning tilsluttes transformatorens primære side, og der måles på både primær og sekundær side. (Se ”figur 7”)
Resultater og databehandling:
1. Beskriv resultaterne.
Ns=300 og Np=600 Up=6volt Is=1.9Ampere
2. Forklar hvor man bruger transformatorer.
Man bruger transformatorer mange steder i dagens Danmark. Bl.a. transformator stationer, kraftværker, adaptere, og lignende. Alle de steder hvor man kan få noget ud af at ændre spændingen, eksempelvis for at få et mindre Ptab, eller fordi man har nogle enheder der ikke kan klare den høje spænding.
3. Sæt en pære til sekundærkredsen, så der kommer en strøm. Mål så strømmen i begge kredse. Beskriv forholdet for strømmen i sekundær-, primærkredsen.
Vi ved jo at følgende formel er gældende: U=Spænding, I=Strømstyrke, N=Vendinger, p=Primær s=Sekundær. Derudover ved vi at følgende formel også er gældende. W=Watt. p=Primær s=Sekundær. Udfra kan vi konkludere, at hvis vi transformere spændingen op, vil strømstyrken falde med samme forhold. Dette forhold, der transformeres op, og ned med, er det samme forhold som vendingerne på primær og sekundær. At wattene er konstante er dog ikke helt rigtigt, da der er et lille tab, i form af varme i spolens vendinger.
Konklusion:
Vi har tilegnet os viden om formlerne der gælder for transformation, samt hvor man bruger transformatorer i hverdagen.
Øvelse 7
Formål:
At finde ud af hvordan man laver jævnstrøm ud af vekselstrøm.
Materialer:
4 dioder Vekselstrømsforsyning Kondensator Oscilloskop Pære
Metode:
Vi laver en brokobling af dioder, også kaldet en diodebrokobling eller en Graetz-kobling. (Se ”figur 8”).
Her ses ”figur 8”, der illustrere en diodebrokobling. Dioderne er vist med ”?¦” og kondensatoren er vist med ”-¦¦- ”.
Resultater og databehandling:
1. Afprøv koblingen uden kondensator. Tilslut et oscilloskop til udgangen af kredsløbet og tegn kurveformen. Er der forskel mellem 4v vekselstrøm, som er i indgangen og den strøm, der kommer ud? Beskriv med ord og billeder hvordan.
Dioderne ensretter strømmen, så det ser ud som på ”figur 9”.
Her ses ”figur 9”, der illustrere strømmen; øverst før diode brokoblingen, og nederst efter diode brokoblingen.
2. Tilslut kondensatoren og besvar det samme spørgsmål som i a.
Kondensatoren får strømmen til at se ud, som på ”figur 3”, dette sker ved at kondensatoren oplader noget energi, når strømmen når bølge toppen, og afskyder energien igen, når strømmen falder imod nul, derved opnås en langt mere stabil strøm.
Her ses ”figur 3”, Den blå linje er efter kondensatoren, der har udlignet bølge toppene. Lig dog mærke til at, den i virkeligheden typisk er småligt ujævn. Grundet at kondensatoren ikke kan udligne helt perfekt, som på tegningen.
3. Forklar hvordan en ensretter virker.
Diodebrokoblingen virker som vist på ”figur 10” og ”figur 11”.
Her ses ”figur 10”, der illustrere strømmen fra vekselstrømskilden, når strømmen løber den ene vej.
Her ses ”figur 11”, der illustrerer strømmen fra vekselstrømskilden, når den løber den modsatte vej af ”figur 10”
På denne måde ensrettes strømmen, uafhængigt af om den er i minus eller plus. Simpelt!
Konklusion:
Vi har tilegnet os viden, om hvordan man laver vekselstrøm over til jævnstrøm.
Øvelse 8
Hvilken historie har vekselstrømmen haft? Og hvad bruger vi vekselstrøm til i dagens Danmark?
Vekselstrøm i København.
Det var i 1907, vekselstrømmen blev indført i hovedstaden, indtil da havde det kun været tilgængeligt for folk i de bydele som havde en elektrisk glødelampe. Da el forsyningen til Københavns ydre distrikter skulle overtages, virkede det meget naturligt, på grund af de små byers hus afstande, at der skulle bruges vekselstrøm. Systemet for forsyningen var trefasestrøm med 6000 volt liniespænding og 50 perioder. Strømmen blev ført via underjordiske treleder-kabler. I de kvarterer der skulle have strømmen blev det opstillet transformerstationer, som der ligesom i dag, skulle transformere strømmen ned. I 1907 blev den første vekselstrømforsyning etableret fra Københavns kommunale el værk. På østre el værk blev der opstillet to 250kw omformere, der tog 440 volts jævnstrøm og omdannede den til 6000 volts drejestrøm, der blev sendt til Valby og Sundby hvor der var opstillede henholdsvis fire og to transformersøjler men transformatorer på tilsammen 220kw. I efteråret 1909 blev forsyningen udvidet så det også omfattede Vanløse, Husum, Brøndshøj, Bispebjærg, Emdrup, Utterslev og de yderste dele af Valby. Sommeren 1910 forsynede københavns el værk også tårnby. I 1910 fandtes der i alt 25 transformere på tilsammen ca. 1000 kw. I slutning af 1910 var der i vekselstrøm forsyningsområdet er der i alt ca. 23.000 glødelamper og motorer på tilsammen 250hk.
Vekselstrøm i Danmark
Vekselstrøm i dagens Danmark. Jo, først og fremmest får vi jo vekselstrøm igennem det danske ledningsnet, hvilket betyder at alt vi sætter til stik kontakten trækker vekselstrøm, dog kan denne laves om, vha. en så kaldt Diodebrokobling, hvilket også sker i en hel del elektriske komponenter, især inden for elektronik. Et eksempel på dette kunne være strømforsyningen til en bærbar, der omsætter 230Volt vekselstrøm til (typisk) 12-20Volt jævnstrøm.
Teori om vekselstrøm
Vekselstrøm (på engelsk AC - Alternating Current) er en elektrisk strøm, der periodisk veksler i styrke og retning. Denne veksling er kendetegnet som en sinuskurve. Sinuskurven kan i et koordinatsystem defineres som Sin(x). Herunder ses Sin(10x) i et koordinat system. (Se ”Figur 12”). De 10x i stedet for 1x er for at opnå en kortere afstand imellem bølgerne. En bølgegang på 50hertz ligner til forveksling formlen Sin(31x).
”Figur 12”:
I én periode vokser strømmen fra nul til en positiv maksimalværdi, aftager herefter atter til nul, vokser til en negativ maksimalværdi og går tilbage til nul. (Se ”figur 13”).
Her ses “figur 13”, der illustrerer 1 periode.
Hertz: Antallet af perioder per sekund kaldes for vekselstrømmens frekvens og måles i hertz, hvilket er opkaldt efter den tyske fysiker Heinrich Rudolf Hertz. Hertz er en afledt SI-enhed, og den alment anvendte i Europa. Som udgangspunkt anvendes der 50Hertz inden for elektriskforsyning i Europa. Hertz defineres som: (s i formlerne er tid pr bølgelængde).
Heinrich Rudolf Hertz
Heinrich Rudolf Hertz var en tysk fysiker, som blev født i Hamborg. Han blev født den. 22. februar 1857, han døde den. 1. januar 1894 i Bonn. (Kun 36år gammel). I løbet af hans ellers forholdsvis korte liv lagde han grund for det vi i dag kender som Hertz, dvs. svingninger per sekund, men hvordan levede han enlig?
Han startede med at gå på universitetet i Hamborg, hvor han fik interesse for videnskab, og ingeniør kunst. Denne interesse gjorde, at han læse videre på universitetet i Berlin, hvor han også fik en Ph.D. i 1880. (Ph.D står for ”philosophiæ doctor”, hvilket på dansk også kaldes ”den lille doktorgrad”). I 1883 blev han lektor i teoretisk fysik på Universitetet i Kiel. Senere i 1885, dvs. 2 år senere, blev han professor på universitetet i Karlsruhe, det var også her han opdagede de elektromagnetiske bølger vi kender ham for. Han påviste langbølgende elektromagnetiske bølger i 1886. Det er også det vi i dag kender som radiobølger, hvilket førte til radioteknikken, som vi kender i dag. Disse bølgers svingninger per sekund definerede han som hertz.
Hertz udtalte efter sin opdagelse af de elektromagnetiske bølger følgende: "Jeg tror ikke at de trådløse bølger jeg har opdaget vil have nogen praktisk betydning." Denne udtalelse viste sig senere at være meget forkert, da den i dag har utrolig praktisk betydning, i form af al trådløs kommunikation, bl.a. Mobil telefoni, trådløst internet, samt satellit tv, og lignende.
En anden person der har betydet meget for at indføre vekselstrømmen, var Nikola Tesla. Han opfandt i løbet af hans liv flere vekselstrømsmaskiner, for at overbevise folk om at der var mange fordele ved vekselstrøm, frem for jævnstrøm, men han stod overfor en stor udfordring, da jævnstrømmen allerede var etableret og velfungerende. En af de største fordele ved vekselstrømmen er at man uden større tab, kan transformere spændingen og strømstyrken om. Ved at kunne transformere om, kan man have en lav strømstyrke på vej ud til forbrugeren, hvorimod man hos forbrugeren kan transformere strømstyrken op igen, så den kan bruges til noget. Hvorimod man ved jævnstrøm var nødt til at have store tykke ledninger, for at undgå de brænder over. Derudover er tabet ved vekselstrøm betydeligt lavere (hvis spændingen transformeres op).
Nikola Tesla
Nikola Tesla, var en serbisk-amerikansk fysiker, opfinder og elektronik ingeniør. Han blev født den 10. juli 1856 i den lille by Smiljan i Lika-regionen, han døde den ca. 7. januar 1943 i New York. Tesla er anerkendt som en af de mest betydningsfulde videnskabsmænd i det 19. århundrede og det tidlige 20. århundrede. Hans patenter og teoretiske arbejde danner basis for moderne vekselstrøms-system. Nikola Tesla opfandt desuden vekselstrømsmotoren, hvilket satte gang i udbredelsen af vekselstrøm til almindelige forbrugere.
Nikola Tesla var et barn med særlige evner, det vidste han allerede fra da han var lille. Tesla boede hjemme sammen med hans mor det meste af sin barndom. Her byggede han mange små maskiner, da moderen tit havde travlt med at gøre rent, og lave mad. Tesla havde dog den særlige evne, at han kunne simulere hvordan hans maskiner ville virke inde i hovedet inden han byggede dem, han kunne sågar udskifte dele inde i hovedet, så når han byggede noget virkede det næsten altid. Tesla forsøgte det meste af sit liv at få vekselstrømmen til at slå igennem, det gjorde han vha. flere forskellige opfindelse, han opfandt bl.a. vekselstrømsmotoren, og radioen. Dog blev radioen først tilskrevet ham efter hans død, da italieneren Guglielmo Marconi, stjal hans opfindelse. Dvs. Han lancerede radioen, men den var baseret på et forsøg, som Tesla havde udført 2år tidligere. Marconi benægtede at kende noget til Tesla’s forsøg, og derved lykkes det Marconi at tage æren for Teslas opfindelse. Først efter sin død blev Tesla tilskrevet radioen som hans opfindelse. I en periode i sit liv arbejdede Tesla for Thomas Edison (manden der bl.a. opfandt den elektriske glødelampe i 1879). Tesla præsenterede Edison for idéen med vekselstrøm, men Edison mente at det var unaturligt og farlig med sådanne vekslende strøm. Edison havde i forvejen brugt mange midler på jævnstrømmen, som jo var hans arbejdsområde.
Tesla lavede blandt mange andre af hans opfindelse; den meget kendte Tesla-transformator, som også er opkaldt efter ham. Denne transformator er en speciel konstruktion, der gjorde Tesla både kendt og
berygtet, som en gal videnskabsmand, da han eftersigne kunne styre ”strømmen”. Dette blev sagt om Tesla, da den stærke Tesla transformator kunne sende strøm igennem luften. Hvilket også ses på ”figur 14”.
Her ses ”figur 14”, der er et billede af en bipolær tesla-transformator, også kaldt en tesla-coil. Disse tesla-coils har også været forslået til krigs brug, men aldrig rigtigt haft den funktion, Tesla lavede den, for at illustrere veksel-strømmens styrke. Desværre mislykkedes dette, og Tesla blev anset for at være sindssyg.
Tesla afsluttede sit liv, som en mand, der var blevet psykisk syg, af at blive anset for at være sindssyg, derudover var han nedbrudt grundet at Marconi havde berøvet ham for sin opfindelse (radioen). Han brugte sine sidste år af sit liv med at snakke med duer, i parken i New York. Man er ikke 100 % sikker på Teslas dødsdato, da han ikke havde mange nærme, og de få han havde, havde forladt ham da han var blevet gal. Desuden er måleenheden Tesla opkaldt efter ham, Tesla er måleenhed for magnetisk induktion. Tesla er en af de afledte SI-enheder, og defineres på følgende måde:
”Én tesla er dét B-felt der påvirker ”en” på feltet vinkelret, lige ledning med længden én meter hvorigennem der løber en strøm på én ampere, med en kraft på én newton.”
Et B-feltet er også kaldet den magnetiske fluxtæthed (magnetfeltets størrelse), et H-felt er den magnetiske feltstyrke, som opgives i ampere pr. meter. (Feltstyrken udregnes som partiklen med ladningen , når den bevæger sig igennem det elektriske felt . Formlen: , feltstyrken opgives som .) Jordens magnetfelt ved jordoverfalden er i Danmark af størrelsesordenen 100μT, rettet skråt nedad - den vandrette del er ca. 15μT.
Magnetisme
Navnet magnet, og ordet magnetisme strammer fra bynavnet Magnesia i Lille asien. Det var ved denne by at man cirka 500år før Kristus fødsels (cirka 2500år siden). Opdagede nogle mineraler der havde en mærkelig egenskab, nemlig at kunne frastøde og tiltrække visse metaller (især jern).
Gældende for enhver magnet er der, at den har to poler: En nordpol, og en sydpol. Det er gældende at hvis to ens poler nærmer hinanden vil de afstøde hinanden, hvorimod, at hvis to uens poler nærmer hinanden vil de tiltrække hinanden. Der findes mange forskellige måder at skaffe stærke magneter, hvis naturlige magneter ikke kan klare jobbet. Der er selvfølgelig den oplagte elektromagnet, som H.C. Ørsted opdagede, (Han opdagede at der dannes et magnet felt om en strømførende ledning, det kommer vi ind på). Et alternativ til elektromagnet, som kan udføres med almindelige naturlige magneter er den så kaldte ”Halbach Array” opstilling. Som simpelthen bare fokuserer de magnetiske kræfter i en retning. Se ”figur 15”
Magnetisme har haft stor indflydelse for verden. Bl.a. opdagede kineserne for mere end tusinde år siden, at jorden er magnetisk. Denne opdagelse førte til udviklingen af kompasset, der har haft enorm indflydelse på navigation. Udover denne kan man også takke opdagelsen af magnetisme for strømmen vi har tilgængelig i dag, da vi ville kende til induktion, hvis vi ikke kendte magnetismen. Dette var yderligere en af danske H.C. Ørsteds opdagelser.
H. C. Ørsted
Biografi
I foråret 1794 drog H.C. Ørsted sammen med broderen A.S. Ørsted til København, hvor de samme år bestod studentereksamen og året efter de akademiske adgangseksaminer med udmærkelse.
Her ses ”figur 15”, der illustrerer, øverst en standart magnet, der har en rundt magnetfelt, der på tegningen går fra nord til syd. (Lig mærke til at jordens magnetfelt selvfølgelig vandre fra syd imod nord. Som på ”figur 16”.)
Her ses ”figur 16”, der illustrere jordens magnet-felt, der vandre ud af syd og ind igennem nord.
Under den naturlige magnet, ses Halbach Array opstillingen, der bruges til at forstærke de naturlige magnets kraft i en retning (I dette tilfælde ned). Dette sker ved at magnetfeltet afbøjes. Denne afbøjning gør at magneterne får en fælles stor kraft en vej (ned), og en lille kraft den modsatte vej. (op). Nederst ses et virkeligt billede med jernspåner, der fremviser Halbach Array’s effekt.
H.C. Ørsted tog farmaceutisk eksamen 1797. Han blev professor i København 1806-1829, var medstifter af Polyteknisk Læreanstalt og dennes første direktør 1829-1851. Han udgav blant andet ”Naturfilosofiske Afhandlinger m.m” og stiftede Selskabet for Naturlærens Udbredelse i 1824. Endvidere var han stifter af forløberne til Meteorologisk Institut og Patentdirektoratet. Han var også forfatter og digter, og han skrev bl.a. Ånden i Naturen (1850). 17. maj 1814 blev han gift med Inger Birgitte Ballum (28. marts 1789 - 3. november 1875), datter af Pastor N.R. Ballum i Keldby på Møn. Hun var tidlig blevet faderløs og da de blev forlovede, var hun i huset hos Ørsteds far, som var flyttet til Roskilde. Ægteskabet holdt frem til Ørsteds død i 1851. Parret havde syv børn, tre sønner og fire døtre. Af sønnerne var Albert Nicolai i en årrække inspektør ved Polyteknisk Læreanstalt. Af døtrene blev den ældste, Karen, gift med professor E.A. Scharling, den tredje, Sophie Vilhelmine Bertha, med stiftamtmand Dahlstrøm. Den yngste, Mathilde Elisabeth, har udgivet en samling af breve og optegnelser fra faderens efterladenskaber med værdifulde oplysninger om Ørsteds liv og om hans forhold til en række berømte personer. H.C. Ørsted var en nær ven af H.C. Andersen. H.C. Ørsted er begravet på Assistens Kirkegård i København. H.C. Ørsted påviste desuden der var en sammenhæng imellem elektricitet, da han fandt ud af at en kompasnål, slog ud hvis en strømførende ledning nærmer sig. Dermed opdagede han følgende ”At der omkring en strømførende ledning dannes et magnetfelt”, dette dannede da grundlag for elektromagnetismen, og senere generatoren, der bruges til at lave strøm i vores ledningsnet i dag. (Dette var gældende da, det også måtte være modsat H.C. Ørsted første opdagelse, nemlig måtte det gælde, at hvis et magnetfelt føres langs en ledning må en strøm induceres i denne.
Skriv et svar til: induktion og transformation
Du skal være logget ind, for at skrive et svar til dette spørgsmål. Klik her for at logge ind.
Har du ikke en bruger på Studieportalen.dk?
Klik her for at oprette en bruger.