Fysik

Muligt at producere hysteresekurve vha. søm?

09. juni 2016 af EnStuderende - Niveau: A-niveau

Hej. Har virkelig brug for noget hjælp til det her forsøg, som er ved at give mig lidt hovedpine.

Jeg har lavet et forsøg med nogle søm med det formål at producere en hysteresekurve. Det jeg dybest set gjorde var, at jeg sendte en strøm gennem en spole, hvor nogle søm var placeret indeni (forsøget var opstillet, så det hele stod mere eller mindre stabilt og sømmene forblev det samme sted under forsøget). Strømmen blev så målt vha. et amperemeter, og fluxtætheden, B, vha. et teslameter, som jeg var omhyggelig med at placere det sted, hvor magnetfeltet var stærkest.

Jeg noterede så resultaterne ned for B for hver ny værdi af I (først lod jeg den stige til 4 ampere, så lod jeg den falde - så vendte jeg strømmen om, skruede op (dvs. i den negative retning) og skruede ned).

Hvis teorien skulle være rigtig, skulle jeg gerne få en S-formet kurve.

Det der i stedet skete var, at kurven mere eller mindre bare blev lineær. Jeg har kigget alt igennem for fejlkilder, alt hvad der kunne være gået galt, endda lavet usikkerhedsberegninger, men alt ser fint ud - bortset fra, at de teoretiske værdier, jeg burde få for B afviger med.... 40%?

Nu er mit spørgsmål så:

Kan det overhovedet fungere med søm? Almindelige søm? Hvis ja/nej, hvorfor?

Hvis I vil se mine resultater og forsøgsopstilling, så sender jeg gerne over privat besked.


Brugbart svar (0)

Svar #1
09. juni 2016 af Eksperimentalfysikeren

Det kan være, at dit magnetfelt ikke har været stort nok. Spolen kan havee haft for få vindinger og strømstyrken kan have været for lille (her sætter varmeudviklingen og strømforsyningen selvfølgelig nogle grænser.)

Prøv om sømmene kan påvirke hinanden efter forsøget. Tiltrækker de hinanden? Hvis ikke, kan det være, at de valgte søm ikke har de forventede magnetiske egenskaber.


Svar #2
09. juni 2016 af EnStuderende

Arh ja, det kunne self. være, men er 4 ampere ikke OK meget? Eller? 

Jeg har desværre ikke mulighed for at udføre forsøget mere, men det havde ellers været en god idé :-/ Jeg ville gerne have haft lavet det om, men nu er jeg stuck med det og bliver nødt til at kunne give en forklaring på, hvad der kan være gået galt.

Så hvis magnetfeltet ikke har været stort nok, ville jeg kun have set den egentlig begyndelse af s-formen, hvorefter den så er røget tilbage eller hvad?

Jeg ved ikke, om det kan hjælpe, men som max B-værdi fik jeg 33 millitesla da jeg skruede op og (-)29, da jeg gik den anden vej med strømmen. 


Svar #3
09. juni 2016 af EnStuderende

Jeg lavede også forsøget uden sømmene. Hvis jeg havde 4 ampere, så fik jeg 0.0074 tesla uden sømmene i.


Brugbart svar (0)

Svar #4
10. juni 2016 af hesch (Slettet)

At bruge søm til at lave en stangmagnet er ikke godt ( fluxen suser alle mulige og umulige veje rundt ).

Hvis man anvender en ringkerne er der mere styr på feltet. Man kan så lave sig en primærspole, der skaber et H-felt i ringkernen, og man laver en sekundærspole hvis spænding er proportional med dB(t)/dt.

Tilsluttes primærspolen en vekselspænding og måles vekselstrømmen, og indsætter man et integrerende led med lang tidskonstant efter sekundærspolen ( for nu at måle B(t) ), kan et x,y-oscilloscop tegne en flot hysteresekurve, der jo er tegnet i et H,B-koordinatsystem.

Med lidt håndregning kan kurven på oscilloskopet skaleres.

Ca. 30 mT ved måling er for lidt til at kunne se en hystereskurve. Du skal op på mindst 1,2T ved jern, førend der sker noget interessant. Hvis jeg nu gætter på at μr = 800 ( dermed μ ≈ 0.001 ), skal du altså have et H-felt på mindst 1200 A/m.

Lad os nu sige, at middelomkredsen i ringkernen er O = 0,1m, så skal primærspolen kunne levere

Iv = O * H = 120 ampere-vindinger, fx 60 vindinger ved 2A


Svar #5
10. juni 2016 af EnStuderende

Jeg værdsætter virkelig jeres hjælp og detaljerede svar. Men før jeg kan forstå det hele bliver jeg igen lige nødt til at spørge: hvorfor er søm ikke godt til dette formål (hvorfor 'suser' fluxen alle mulige og umulige veje rundt? Er det pga. de materialer, sømmene er lavet af? Pga. deres form? Hvad er det indeni, der gør denne forskel?

Og hvad gør f.eks. ringtrykkene bedre til dette formål?

Ok så en mulig forklaring kan også være, at magnetfeltet ikke har været stærkt nok til at kunne se en forskel. Hvordan kan du vide, at det er mindst 1,2T man skal op på? Og hvad med stål? (mener sømmene var lavet af bl.a. stål nemlig)

Hvis vi nu bare siger 1,2T mindst for at observere hysteresekurven. Så er 30 mT 1/40 af dette. Vil det så sige, at jeg kun har kunnet se 1/40 af den egentlig hysteresekurve, som kunne være fremkommet? Og ville det give mening, at denne fraktion så var lineær? Eller er det helt håbløst med sådan noget som søm at få en S-formet kurve?


Brugbart svar (1)

Svar #6
10. juni 2016 af hesch (Slettet)

#5:

hvorfor er søm ikke godt til dette formål (hvorfor 'suser' fluxen alle mulige og umulige veje rundt?

Det er ikke sømmene (materialet) der er noget galt med, der er udformningen af kernen. B-feltet er et cirkulationsfelt. Det vil bide sig selv i halen, så når det ser "enden af tunnelen" (af sømmet) ser det en mindre permeabilitet fremadrettet, og så kan det være ligemeget: Det svinger ud af sømmet for at finde sin hale. Ganske vist kommer det så hurtigere ud i en mindre permeabilitet, men turen tilbage til halen bliver kortere.

hvad gør f.eks. ringtrykkene bedre til dette formål?

Hvad er et ringtryk?  En ringkerne er en kerne med toroideform, som en pumpet cykelslange. Denne form vil B-feltet nødigt svinge ud af, for den danner en motorvej tilbage til B-feltets hale. Så der er anderledes samling på tropperne her.

Hvordan kan du vide, at det er mindst 1,2T man skal op på?

Læs min profil, den vil give dig et hint.  Man går nødigt over denne Tesla-værdi i en transformerkerne, for hysterenseformen bliver her udpræget, og hystereser giver varmeudvikling (jerntab).

Vil det så sige, at jeg kun har kunnet se 1/40 af den egentlig hysteresekurve, som kunne være fremkommet? Og ville det give mening, at denne fraktion så var lineær?

Ja

er det helt håbløst med sådan noget som søm at få en S-formet kurve?

Nej


Brugbart svar (0)

Svar #7
10. juni 2016 af hesch (Slettet)

#6  Sidste linie fortsat:

Buk dem til en ringform.


Svar #8
10. juni 2016 af EnStuderende

Mente ringkerne.... ringtryk er knapper, vi har brugt i EL :P Jeg vil lige nærstudere jeres svar og vender tilbage, hvis der er mere, jeg er i tvivl om. 


Svar #9
14. juni 2016 af EnStuderende

Ok, jeg forstår det hele lidt bedre nu efter at have læst lidt mere op. Jeg forstår ikke helt dit svar i første del af #6. Ok jeg forstår godt, at den ser en mindre permeabilitet fremadrettet (fordi nu kommer den jo fra jern og ud i luft), men hvad mener du med resten?  Hvad mener du med, at den kommer hurtigere ud i en mindre permeabilitet, og hvordan bliver turen til halen kortere?

Og hvad har alt dette med kernen at gøre?

Og hvordan kan ringkernen danne en "motorvej" til halen?

Kan du måske uddybe eksemplet med ringkernen? Jeg forstår ikke helt, hvordan opstillingen kommer til at se ud ud fra din forklaring... hvad der er primær og sekundær etc.


Svar #10
14. juni 2016 af EnStuderende

Men selv hvis magnetfeltet nu ikke har været stærkt nok til at fremstille en hysteresekurve for sømmene, så da jeg målte magnetfeltet B og strømstyrken I uden jernkerne/søm, så burde jeg gerne få en relativ permeabilitet på i hvert fald tæt på 1, hvis jeg udregner den vha. af en af følgende i vedhæftede fil.

Men når jeg gør det (nr. 2 formel), så får jeg 0.38?? Er der så ikke gået noget galt? 

Jeg tænker det er nemmere, at jeg sender dig mine resultater i stedet for bare at gengive dem hele tiden, så det gør jeg lige. Vindinger osv. står ca. midtvejs.

Vedhæftet fil:Capture.PNG

Svar #11
14. juni 2016 af EnStuderende

Nvm jeg prøver her i stedet.

Vedhæftet fil:Hysterese måledata.xlsx

Brugbart svar (0)

Svar #12
15. juni 2016 af hesch (Slettet)

Sorry, Jeg havde travlt med din anden tråd i går ( via indbakke ).

Er du ( efter dette indbakkeri ) med nu, eller har du stadig problemer med fx "motorvej til halen" ?


Svar #13
15. juni 2016 af EnStuderende

Hmm det tror jeg. Er det forstået rigtigt, at det er fordi fluxen "suser ud" som du viste ved jernspånerne i tilfældet med sømmene, og at vejen derfor bliver kortere og at der dermed er "mindre styr" på magnetfeltet i forhold til f.eks. ringkernen, hvor fluxen ikke rigtig kan løbe mærkelige veje, og at der derfor er bedre styr på det?


Brugbart svar (1)

Svar #14
16. juni 2016 af hesch (Slettet)

Ja, nogenlunde.

Naturen har det de fleste steder med at "springe over hvor gærdet er lavest". Fx derfor brydes lys, når det passerer en grænse mellem luft og glas. Det opfører sig som en flok soldater, der skal passere en flod ( passere glas ) på skrå: At vade over floden er vanskeligt terræn, derfor løber de på skrå hen til flodbredden, vader mere eller mindre lige over floden, for ved den modsatte bred at forsætte på skrå: Det er simpelthen lettere.

En flux kan godt passere en ringkerne på tværs gennem vanskeligt terræn i hullet af ringkernen, men hvorfor skulle den det, når den kan bevæge sig gennem jernringen ( godt terræn ), og komme til det samme sted ad en lidt længere, men meget "hurtigere" vej ?  Bilister vælger jo også motorvejen, selvom den er lidt længere end kørsel ad biveje: De kommer frem til det samme sted langt hurtigere.

Så derfor: Fluxen vælger den lidt længere vej rundt gennem ringkernen. Så ved man hvor man har den.


Svar #15
16. juni 2016 af EnStuderende

Hehe ja, det er nok meget rigtigt, det med at naturen ofte "springer over hvor gærdet er lavest". Mange tak for din gode hjælp og forklaring :)


Skriv et svar til: Muligt at producere hysteresekurve vha. søm?

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.