Generatoren

Forsøg #18
Lav en generator og analyser vekselspændingskurven. 

Vi har lavet en generator der genererer strøm. Induktion er jo det der foregår i en generator og det binder dette forsøg sammen med de andre.

Materialer:
- strømforsyning
- ledninger
- moter
- elastik
- rund magnet
- spole med 400 vindinger
- jernkerne
- dataopsamler
- voltmeter

Forsøgsdesign:

(Se tallene på billedet til højre)

1. En strømforsyning giver strøm til en motor så den drejer rundt. 

2. Motoren får, via en elastik, en magnet til at dreje rundt.

3. Magnetens nord- og sydpol skiftes til at være tættest på spolen (der skabes induktionsstrøm). 

4. Det aflæses på det elektroniske dataopsamlings udstyr (og et voltmeter), og dataene bliver sendt direkte til den tilkoblede computer.

Her ses resultatet på computeren:

Akserne:

X-aksen viser tiden i sekunder. 

Y-aksen viser spændingen i Volt.

Grafen er zoomet meget ind, så man tydeligere kan se spændingen. På hele grafen ses altså mindre end et sekund på x-aksen. 

Amplitude:
Amplituden vises med den gule pil.
Det er afstanden fra 0 volt, til højeste spændingsværdi. Dvs. at det er på begge sider af 0, og maksimalspændingen kan sagtens være i bølgedalen i stedet for toppen.

Periodetid:
Vises med den røde pil.
Tiden der går på en periode, f.eks. fra bølgetop til bølgetop.
Hver periode svarer til at magneten drejer en omgang. 
I grafen vises der bl.a. en periodetid fra 0,58 sek til 0,64 sek. Altså en periode tid på 0,06 sek.

Den maksimale spænding:
Den maksimale spænding og amplitude kan godt forveksles. 
Amplituden er afstanden, men den maksimale spænding er selve punktet. Altså 0,5 volt (punktet lige over den gule pil).
Maksimal spændingen kan både være over og under 0.

Effektiv spænding:
Den effektive spænding svarer til det vi måler med et voltmeter, når det er tilsluttet vekselstrøm.
Det er den jævnspænding, der har samme effekt som vekselspændingen, vi måler på voltmeteret.

Får at udregne den effektive spænding skal vi gøre følgende:

Maksimal spænding ÷ √2 = effektiv spænding

(Mit forsøg) 0,5 V ÷ √2 = 0,35 V

Voltmeteret der også var tilsluttet opstillingen viste 0,2 V. 
Grunden til at jeg fik to forskellige resultater, er nok at vi arbejder med meget små tal. Derfor kan det være svært at få et helt præcist resultat. 

Frekvens:
Frekvensen er antal perioder pr. sekund målt i Hertz.
I danmark har vi en frekevens på 50 Hertz, det vil altså sige at der er 50 perioder pr. sekund. Magneten drejer 50 omgange pr. sekund. 

For at udregne frekvensen skal vi gøre følgende:

Frekvens = 1 ÷ periodetid i sekunder

(Mit forsøg) Frekvens = 1 ÷ 0,06 = 16,67 Hz

I dette forsøg er frekvensen på 16,67 Hertz. 16,67 perioder pr. sekund. 16,67 omgange pr. sekund.

Induktionsspænding

Forsøg #17
Hvilke faktorer har indflydelse på den inducerede spænding?

Dette forsøg skiller sig lidt ud fra de andre vi har lavet. I dette forsøg gælder det nemlig ikke om at få et resultat som sådan, men om at finde ud af hvilke faktorer der har indflydelse på det resultat man får.

Materialer:
- 4 spoler (en med 200 og 400 vindinger, og to med 1600 vindinger)
- 4 ledninger
- 1 galvanometerindsats
- 2 stangmagneter

Forsøgsdesign:

Her ses den opstilling jeg brugte til undersøge hvad der har indflydelse på induktionspændingen.

Resultat:
Først ville vi se hvilken betydning spolens vindingstal har.
Jeg har lavet dette skema som illustrerer det resultat jeg fik.

Spolens vindingstal	Galvanometerets udslag
200	1 streg
400	1,5 streg
1600	4 streger

Bagefter undersøgte jeg hvilken betydning magnetens hastighed har.

Magnetens hastighed	Galvanometerets udslag
Langsom	1 streg
Middel	1,3 streg
Hurtig	1,5 streg

Til sidst, om det gav en forskel hvis jeg brugte to, i stedet for en stangmagnet.

Magnetfeltets styrke	Galvanometerets udslag
1 magnet	1,5 streg
2 magneter	3 streger

Man kan se at alle 3 faktorer har betydning for induktionsspændingen.

Konklusion:

Ud fra dette forsøg kan jeg konkludere en masse ting.
Det er vigtigt at tage en ting ad gangen, når man skal finde ud af hvilke faktorer der har betydning for det forsøg man laver. Hvis nu man ændrede både spolens vindingstal, magnetens hastighed og magnetens styrke på samme tid, kan man jo ikke se hvilken forskel de 3 ændringer hver især gør.

Der er måske bedre måder at undersøge nogle af tingene på.
Jeg ville i hvert fald, til en anden gang, vælge et andet slags forsøg hvis jeg skulle undersøge magnetens hastighed.
Der var flere problematikker ved dette forsøg:
Man kan ikke føre magneten ned i spolen med 100 % samme hastighed hver gang, og derfor kan det give et uklart resultat. Det er også svært at bevæge den med 3 forskellige hastigheder, derfor giver det også et forvrænget billede af, hvor afgørende magnetens hastighed egentlig er. 

Induktion

Forsøg #16
Undersøg hvordan et galvanometer virker

I dette forsøg skulle vi undersøge hvordan et galvanometer virker. Det gjorde jeg ved at sætte en galvanometerinsats i en spole med 1600 vindinger, hvor der var tilkoblet to ledninger med et krokodillenæb for enden.
Den øverste røde ledning kalder vi A.
Den nederste sorte, B.

Forsøgsdesign:


















I forsøget skulle vi se hvad der skete på galvanometeret når man fører krokodillenæbene mod enderne af et batteri.
Jeg startede med at sætte det sorte krokodillenæb, B, mod batteriets plus-pol, og det røde, A, mod minus-polen. (Venstre del af billedet)

Efter det vendte jeg batteriet, så B var ved minus-polen og A ved plus. (Højre del af billedet)

Resultat:
Når A var på batteriets minus-ende og B på plus-enden pegede galvanometeret til højre, ligesom vist på billedet.

Når A var på batteriets plus-ende og B på minus-enden pegede galvanometeret til venstre, ligesom vist på billedet.

Konklusion:
Galvanometerets udslag er forskellige fordi at strømmen skifter retning når batteriet bliver vendt.

Forsøg #15
Vis induktionsstrømmens retning

I dette forsøg skulle vi illustrere induktionsstrømmens retning ved at føre en stangmagnet (først nordpol, og så sydpol)  mod en spole, og se hvad der sker på galvanometeret.
Bagefter tage den op, og se hvad der sker.

Forsøgsdesign:

Jeg koblede to spoler sammen med to ledninger, og placerede galvanometeret i den ene. 

Derefter gjorde jeg som vist på filmen. 

OBS: Først lavede jeg en meget afgørende fejl. Jeg satte de to spoler for tæt på hinanden, så galvanometeret blev påvirket af stangmagneten, så derfor gav galvanometeret ikke et rigtigt udslag, og dermed et forkert resultat. 

Resultat:

Magnet-bevægelse	Strøm-retning
Nordpol mod spole	Højre
Nordpol væk fra spole	Venstre
Sydpol mod spole	Venstre
Sydpol væk fra spole	Højre
Magnet i spole uden bevægelse	Midten

Konklusion:

Strømmens retning afhænger af om det er en nord- eller sydpol man fører ned i spolen.

Når nordpolen føres ned i spolen, vil der dannes et magnetfelt der går mod stangmagnetens feltlinier.

Når stangmagnetens nordpol fjernes, vil induktionsstrømmen gå i den modsatte retning, og danne et magnetfelt der har samme retning som stangmagnetens feltnier. 

Man kan se at udslaget når magneten bliver hevet op er lidt kraftigere end når den bliver ført ned i. 

Det er fordi at det er en større omvæltning at lægge sig i orden, end at lægge sig i uorden.

Forsøg #14

Lav så stor en spænding så muligt ved brug af spole, stangmagneter, ledninger og et voltmeter til at måle spændingen

Forsøgsdesign: 

Jeg forbandt spolen og voltmetret og afprøvede derefter forskellige metoder. Den metode hvor jeg fik den største spædning, var denne:

Resultat:

Jeg kom op og ramme 2,3 volt på voltmeteret.

Konklusion:

Vi prøvede en masse forskelligt af. Vi startede med at prøve at tabe magneten igennem spolen, men det gav et meget dårligt resultat. 

Men så prøvede vi denne metode (filmen), dog kun med en magnet, og det virkede bedre. 

Tilsidst prøvede vi med 2, som klart gav det bedste resultat. 

Grunden til at denne metode gav det bedste resultat er pga. de 3 ting som induktionstrømmens styrke afhænger af:

- Antal vindinger i spolen

- Magnetens styrke

- Hvor hurtigt magneten bevæges

Elektromagneter

Forsøg #12+13

Undersøg en elektromagnet med 2 ens poler, og med 2 forskellige

1) Hvilken er stærkest?

2) Hvordan sidder søm fast på de 2 forskellige elektromagneter?

1) Hvilken er stærkest? 

Først prøvede jeg at lave en magnetkran, det forsøg kan vise hvilken en af de 2 elektromagneter der er stærkest

Forsøgsdesign:

Forsøget viser 2 elektromagneter, den til venstre med 2 ens poler (nordpoler), til højre 2 forskellige poler.

Resultat og konklusion:

Forsøget viser at en elektromagnet med 2 forskellige poler er KLART stærkere end en med 2 ens poler. 

Man kan sagtens bare løfte en jernkerne fra den med 2 ens poler, men jern der er placeret på elektromagneten med 2 forskellige poler, kunne selv om man brugte alle sine kræfter ikke trækkes af.

2) Hvordan sidder søm fast på de to forskellige elektromagneter?

I dette forsøg skulle vi se om søm hænger fast på forskellige måder på de to elektromagneter, dette forsøg kan også vise hvilken en af de to der er stærkest.

Forsøgsdesign:

(Billedet til venstre viser elektromagneten med 2 ens poler. Til højre, 2 forskellige)

Resultat:

Man kan også ud fra dette forsøg se at elektromagneten med 2 forskellige poler er klart den stærkeste. 

Sømmene sidder forskelligt fast på de to elektromagneter. På den med 2 ens poler hænger sømmene hver for sig, ned fra i 2 grupper, og der er ikke sammenhæng mellem syd- og nordpolen.

På den til højre, altså den med 2 forskellige poler, kan man se at sømmene sidder mellem og ned fra de 2 poler, og at der er en sammenhæng mellem polerne + man kan se at den er meget stærkere ved at sømmene sidder tættere og bedre fast. 

Konklusion:

Man kan ud fra dette forsøg se at der er en "magnetisk forbindelse" mellem 2 forskellige poler, og ingen mellem 2 ens. Det gør at en magnetkran med 2 forskellige poler er meget stærkere end en med 2 ens. 

Elektromagnetisme

Forsøg #10+11
Magnetiser og afmagnetiser en kompasnål 

I disse 2 forsøg skulle vi magnetiserer en kompasnål med jævnstrøm, og afmagnetiserer den igen med vekselstrøm.

Jeg startede med at magnetisere den ved at føre den igennem spolen (med 400 vindinger) flere gange for at ensrette "småmagneterne", så den bliver magnetisk.

Forsøgsdesign:

For at afmagnetisere kompasnålen, gjorde jeg præcis det samme, jeg sendte bare vekselstrøm i gennem den, i stedet for jævnstrøm.

Resultat og konklusion:
Jeg fik magnetiseret kompasnålen men jævnstrøm, og afmagnetiseret den igen med vekselstrøm. Jævnstrøm ensretter alle "småmagneterne" i magneten, og derfor bliver den magnetisk. Vekselstrøm skifter strømmen retning 100 gange i sekundet. Så hvis man tager kompasnålen ud mens der stadig er strøm i spolen vil alle småmagneterne ligge i forskellige retninger, og den ikke være magnetisk, men hvis man slukker strømmen inden vil den blive magnetisk, det kan man se mere om i forsøg nummer 9.



Forsøg #9
Magnetiser kompasnål ved hjælp af vekselstrøm, hvilke poler dannes der?

I dette forsøg skulle vi magnetiserer en kompasnål med vekselstrøm 50 gange. Dette gøres ved at ligge kompasnålen i spolen, tænde for strømmen et øjeblik, mens strømmen er tændt skifter den retning 100 gange i sekundet. Det gør polerne derfor også. Det er vigtigt at strømmen er slukket mens kompasnålen er inde i spolen, ellers vil den bare blive afmagnetiseret, ligesom forsøget ovenover.

Forsøgsdesign:

Vi skulle skulle gentage den proces (som vi laver i videoen) 50 gange, for at se hvor mange gange den sorte ende blev enten sydpol eller nordpol. Man kan sige at det egentlig er helt tilfældig, da polerne skifter så hurtigt, så derfor regnede vi med at den sorte ende blev ca. 25 gange sydpol og 25 gange nordpol.

Resultat og konklusion:
Den sorte ende, som normalt er nordpol, og som jeg fokuserede på blev overraskende 32 gange til en nordpol og kun 18 gange til en sydpol. Det er lidt mærkeligt, men det bekræfter bare at det er helt tilfældigt hvilken pol der ender hvor.
Min konklusion er at hvis man kun magnetiserede kompasnålen en gang vil der være 50% chance for en nordpol og 50% for en sydpol. Men hvis man magnetiserer den mange gange som vi gjorde, kan det i princippet godt ske at polerne ender samme sted hver eneste gang. Sandsynligheden for det er selvfølgelig ikke særlig stor.

Elektromagnetisme

Forsøg #8

Hvordan kan man vise magnetfeltet omkring en stangmagnet?

I dette forsøg skulle vi via jernfilspåner viser magnetfeltet omkring en stangmagnet.

Jeg gjorde følgende:

- Placerede en stangmagnet under et stykke pap

- Derefter hældte jeg jernfilspåner ud på pappet

- Jernfilspånerne blev tiltrukket af magnetfelterne, og derfor kan man (ligesom på billedet nedenfor til højre) se hvor magetfelterne er 

Forsøgsdesign:

Resultat:

Man kan ud fra billedet se hvordan en stangmagnets magnetfelter er. Der hvor jernfilspånerne ligger tættest er magneten stærkest 

Feltet går fra nordpol til sydpol. Så feltlinierne går udad ved nordpolen, og indad ved sydpolen.

Konklusion:
En stangmagnets magnetfelt er det samme som jordens.

Forsøg #7

Vis magnetfelt omkring en strømførende ledning

En elektrisk ladning der bevæger sig vil frembringe et magnetisk felt.  Det er det der sker når man sender strøm gennem en ledning, og det er det, dette forsøg går ud på.

Forsøgsdesign:

Resultat og konklusion: 

For at vise magnetfeltet omkring en strømførende ledning placeres 4 små kompas' omkring ledningen. Når der ikke er strøm i ledningen vil alle 4 kompas pege mod nord. 

Men når der sendes jævnstrøm igennem ledningen, dannes der et magnetfelt, og de 4 kompas vil indrette sig efter magnetfeltet.

Den cirkel som kompasnålene dannede da strømmen blev tændt, er den strømførende lednings magnetfelt.

Forsøg #6

Lav en elektromagnet, og påvis polerne

Jeg har samlet 2 forsøg.

I det ene forsøg illustrere jeg elektromagnetisme ved hjælp af en spole og kompas'. 

(Billedet til venste)

I det andet prøver jeg at lave min egen elektromagnet, med et søm, noget ledning, 2 krokodillenæb og jævnstrøm. 

(Billedet til højre)

Forsøgsdesign:

Resultat og konklusion:

(Forsøget til venstre)

Når der sendes strøm igennem en spole kan det sammenlignes med et kæmpe stort magnetfelt fordi alle vindinger danner et magnetfelt omkring den enkelte ledning. Uden for spolen løber de magnetiske feltlinier præcis ligesom magnetfeltet omkring en stangmagnet. 

De tog kompas' viser i hvilken ende af spolen henholdsvis nord- og sydpolen er i. (Se billedet)

(Forsøget til højre)

I dette forsøg har jeg lavet min egen elektromagnet. En elektromagnet, i dette tilfælde, består af en isoleret ledning der er viklet omkring f.eks. et søm. Elektromagneten er kun magnetisk så længe der løber strøm igennem ledningen. 

For at finde nord- og sydpolen på elektromagneten kan man bruge gribereglen: Grib om spolen med højre hånd og fingerspidserne i strømmens retning. Nordpolen er ved tommelfinger-enden.