Dat je met elektrische stroom in combinatie met magnetische velden een boel kunt uithalen, weet je al als je dit artikel hebt gelezen. Een elektrisch veld dat loodrecht op een elektrische stroom staat, wekt een kracht op, en kan daarmee een beweging veroorzaken. Maar het principe valt ook om te draaien: een bewegend magnetisch veld kan een elektrische stroom opwekken! Dat gebeurt op kleine schaal in fietsdynamo?s, en op veel grotere schaal in elektriciteitscentrales, en in dit experiment zet je je eigen buisdynamo in elkaar.
Wat heb je nodig:
- Een voorraad koperdraad
- Een LED-lampje (dat haal je bijvoorbeeld uit een fietslampje)
- Een magneet (hoe sterker hoe beter)
- Een pvc-buis, opgerold stuk papier of alles wat maar als buis kan dienen
- Wat plakband
- Een (zak)mes
- En voor de pro's: een soldeerbout.
Figuur 1: De benodigdheden voor deze proef
Wat moet je doen:
Draai een flink lang stuk koperdraad om de buis heen, en zorg ervoor dat beide uiteinden uitsteken. Hierbij kan het plakband van pas komen. Let op: het moet echt een lang stuk zijn! Een stuk of honderd windingen is waarschijnlijk geen slecht begin.
Figuur 2: Dit zijn dus nog lang niet genoeg windingen
Pak het mes erbij en schraap van beide uiteinden een stukje van het isolatiemateriaal (de buitenste laag) weg.
Figuur 3: Het verwijderen van de isolatie van de uiteinden van de draad.
Sluit het LEDje aan op de uiteinden van de draad. Dat werkt natuurlijk het beste als je de boel soldeert. Een plakbandje zou de klus in principe ook moeten klaren.
Laat het magneetje door de buis vallen en kijk wat er gebeurt!
Wat gebeurt er nu precies:
De magneet valt door de spoel heen. Het magneetveld beweegt logischerwijs mee. Een bewegend magneetveld wekt een elektrische stroom op (zie ook dit artikel), en op deze manier ontstaat er in elke winding van de spoel een hele kleine spanning. Aangezien alle windingen achter elkaar verbonden zijn met de LED, staat de som van al deze spanningen over de LED (zie ook hier). En als er maar genoeg windingen zijn, dan gaat het LEDje branden...
Laat het magneetje ook in de andere richting door de spoel bewegen. Als het goed is, zou de LED maar bij één richting licht moeten gaan geven. Dat komt doordat een LED een diode is (de naam zegt het al: LED staat voor Light Emitting Diode, oftewel Licht-Uitzendende Diode), en dat betekent dat stroom er maar in één richting doorheen kan lopen. Als de stroom de andere kant uit loopt, gebeurt er niets...
Figuur 4: Het werkingsprincipe van de buisdynamo. Wanneer het magneetveld van de magneet door de spoel heen beweegt, wordt er in elke winding een zekere spanning geproduceerd. Al die spanningen bij elkaar opgeteld kunnen genoeg zijn om de LED te laten branden, als de stroom tenminste de goede kant op loopt...
Als je buisdynamo niet werkt op deze manier, moet je waarschijnlijk gewoon meer windingen toevoegen. Een sterkere magneet zou ook kunnen helpen.
In onderstaand filmpje zie je een paar voorbeelden van spoeltjes die een LEDje van stroom voorzien. Deze zijn wel wat professioneler uitgevoerd. Let ook hier op het feit dat de richting waarin de magneet bewogen wordt uitmaakt!
Opname van een 'professionele' aanpak van dit experiment
Lineaire dynamo
De buisdynamo die je gebouwd hebt staat ook wel bekend onder de naam 'lineaire dynamo'. Dat komt omdat de magneet hier in een rechte lijn heen-en-weer beweegt, in plaats van rond, zoals in een fietsdynamo.
Het concept dat wordt zelfs toegepast in bijvoorbeeld zaklampen. Als de batterij van zo'n zaklamp op is, schud je de hele lamp gewoon op en neer. Een magneetje beweegt dan door een spoel heen en weer en wekt zo een stroom op die de batterij weer kan opladen! Zo hoef je geen reservebatterijen mee te nemen...
Figuur 5: Voorbeeld van een zaklamp die opgeladen kan worden door schudden, met behulp van een buisdynamo. Bron: Wikipedia.