PWS Aardmagnetisme



  • Hallo,

    Ik, Maarten, ben bij de open dag geweest van de TU Delft en heb daar gesproken met een studente aardwetenschappen om informatie te verkrijgen voor ons profielwerkstuk. Zij verwees ons door hiernaartoe.

    Wij doen ons PWS over het aardmagnetisch veld en de afwijking daarvan. Voor dit PWS moeten wij proeven doen. Hiervoor wilden wij de declinatie gaan bepalen door een proef te doen met zgn. Helmholtzspoelen en een Hall-sensor. Dit kunnen wij niet op school doen vanwege het ontbreken van een goede Hall-sensor en van goede spoelen. Hebben jullie deze ter beschikking, zodat wij bij jullie onze proef kunnen doen?

    Verder is er op internet geen beschrijving van deze proef te vinden, alleen dat het hiermee zou kunnen. Hebben jullie enige ervaringen met deze proef en/of zouden jullie ons hiermee op weg willen helpen?
    Wij weten ondertussen dat er tussen de spoelen zich een homogeen magneetveld bevindt. Wij denken door deze evenwijdig aan een meridiaan te zetten, het aardmagnetisch veld te kunnen splitsen in een X en een Y richting en zo de declinatie te kunnen bepalen. Is dit juist?

    Met vriendelijke groet,
    Freek, Osman en Maarten



  • Beste Freek, Osman en Maarten,

    Klinkt als een ambitieus plan! Maar wat willen jullie uiteindelijk precies weten? De de declenatie oftewel afwijking van het magnetisch noord- en zuidpool vergeleken met de geografische noord- en zuidpool? Dan zouden jullie in principe op twee manieren te werk kunnen gaan. Of met een magnetometer. Die ijk je dan aan de richting van de geografische noordpool en dan zou je de declenatie (en trouwens ook de inclinatie= horizontale afwijking) moeten kunnen meten. Dit zou onder andere wel moeten lukken met een Helmholtzsensor.

    Wat je ook kan doen is met Helmholtzspoelen een veld opwekken die het magnetisch veld van de aarde opwekt om zo de declenatie en inclinatie te meten, zie hier voor meer info. Door de plaatsing van je helmholtzspoel in horizontale en verticale richting te varieren kan je kijken wat de declinatie en inclinatie zijn.

    Hall sensor en Helmholtzspoelen hebben wij wellicht hier wel op de TU Delft, maar het is momenteel tentamenperiode en dus zijn er veel mensen niet of bezig dus het zou nog wel even kunnen duren voor dat ik dat gecontroleerd heb. Maar wellicht is dit ondertussen iets om te proberen: Ik weet dat er een magnetometer in een Iphone (maar vast in alle smartphones) zit als kompas en dat die via apps uit te lezen is. Hij meet het magneetveld in drie richtingen en je zou dus in theorie de declinatie en inclinatie moeten kunnen onderzoeken. Jullie moeten alleen even zoeken naar de nauwkeurigheid en hoe hij werkt. Zoek even in de app store op magnetometer. Voor meer info kijk even hier en hier voor info van apple en van de producent voor de magnetometers in een Iphone.

    Laat maar even weten hoe het gaat en of het lukt met een smartphone!

    Succes en Groetjes,

    Michiel



  • Beste Michiel,

    Wij willen inderdaad kijken naar de declinatie en de inclinatie hier in Nederland. Dat dit te bepalen was met een magnetometer wisten wij inderdaad al, maar die meters waren op internet veel te duur, in de orde van €300,- tot €600,-. Hebben jullie een magnetometer op de TU die wij eventueel mogen en kunnen gebruiken? (Dit betekent niet dat wij geen proeven willen doen met de helmholtzspoelen, als dat ook zou kunnen: Graag!)

    Verder hebben wij wat op het internet gevonden over meters waarmee het aardmagnetisch veld kan worden bepaald. Dat zijn deze:
    http://www.conrad.nl/ce/nl/product/182826/MAGNEETVELDSENSOR/0231410&ref=list
    http://www.conrad.nl/ce/nl/product/505277/Magneetr-Hallsens-MSOP-10-HMC1052L/0231410&ref=list
    (de technische gegevens zitten in de bijlage)
    Weet jij of dit magnetometers zijn en zouden wij deze zelf in elkaar kunnen zetten om daarmee de inclinatie en declinatie kunnen meten.

    Verder zullen we aan de slag gaan met de meters in de telefoon, kijken of we hiermee ook iets van de declinatie en de inclinatie kunnen bepalen.

    En dan hebben we nog een vraag over de Helmholtzspoelen. Zijn de afwijkingen te bepalen door het ontbinden van de inductie op de manier zoals in de bijlage ('practicum deductie bepalen') staat? Dit is namelijk de enige manier hoe wij denken dat het mogelijk is.

    Bedankt voor de reactie,
    ook namens Osman en Freek,
    Maarten



  • Ha jongens,

    Ik denk eigenlijk niet dat dit zo gaat lukken. Inductie is alleen meetbaar bij een veranderend magneetveld en bij jullie veranderd het veld niet continu (zie inductie. Bovendien heb ik even gekeken naar de declenatie in Nederland en die is zo klein (<1graden) dat het moeilijk met wordt (zie: http://magnetic-declination.com/).Daarnaast vraag ik me af hoe jullie het "echte" noorden willen vinden aangezien dit meestal wordt gedaan door te kijken naar het het magnetische noorden in combinatie met de declenatie en die willen jullie juist meten?

    Is het niet handiger om toch en een magnetometer (of misschien beter nog een kompas) en een Helmholtz spoel te gebruiken? Wat ik dan zou doen is een magneetveld opwekken in de Helmholtzspoel (door er stroom door heen te laten lopen) ter grootte van het aardmagnetisch veld met een kompas in het midden van de spoel en dan de richting van de spoel aanpassen tot het kompas als je hem even schudt niet meer het veld aan kan wijzen en het veld dus 0 is in het midden van de spoel (of je magnetometer op bv je iphone aangeeft dat er geen veld is). Je weet dan dat je het veld van de aarde hebt opgeheven en dus wat de richting van het veld is. Snappen jullie wat ik bedoel?

    Hieronder staat trouwens de formule voor het veld in het midden van een H-spoel met mu0 een constante, n het aantal windingen, I de stroom en R de straal van de spoel.

    Ik zal even mailen of hier een H-spoel beschikbaar is. Kijken jullie ondertussen even naar die magnetometers in smartphones door een paar kleine testjes te doen. Ze zijn drie assig dus je zou heel duidelijk in ieder geval de inclinatie (rond de 60 graden) moeten kunnen zien als jullie hem op een waterpas oppervlak leggen. Bovendien zou je ook het magneetveld moeten kunnen meten met die smartphone magnetometer. Pas als die echt niet goed werkt zou ik pas gaan kijken naar eentje aanschaffen!

    Groetjes en succes!

    Michiel



  • Ha jongens,

    Ik heb inmiddels een mail terug! Hij wist niet zeker, maar had goede hoop en nodigde ui om zelf even te kijken. Ik ben dinsdag weer op de TU, dus ik ga dan kijken en laat jullie het meteen weten!

    Groetjes,
    Michiel



  • Hoi Maarten,

    Ik denk niet dat de declinatie giswerk zal zijn want met een magnetometer in het midden van de spoel (met als veld de grootte van het aardmagnetisch veld uit literatuur) zou je eerste de declinatie kunnen vinden door hem horizontaal te draaien tot het het absolute veld van de magnetometer geminimaliseerd is en dan in de andere richting voor de inclinatie. De 3D richting waarin de as van de H-spoel dan staat geeft de richting van het veld aan.

    Wel echt een leuk en innovatief idee van die nep-declinatie. Een hele goede oplossing om toch een goed onderzoekje te kunnen uitvoeren! Die smartphones hebben als het goed is ergens gespecificeerd wat voor veld ze aankunnen, maar aangezien het veld dat jullie in de H-spoel willen gaan opwekken sowieso in de orde grootte is van dat van de aarde denk ik dat er weinig fout kan gaan.

    De mail om te kijken of en wanneer jullie het kunnen doen is verstuurd dus we moeten nu even het antwoord afwachten. Ik laat het weten.

    Groetjes,
    Michiel



  • Hey Michiel,

    Wij snappen de manier van het opstellen van de helmholtzspoel. Aan deze manier hadden wij ook al gedacht. Ons probleem hiermee was dat het bepalen van de declinatie giswerk zou zijn, vanwege de hoek die je zelf moet gokken. Of zijn hier nog andere mogelijkheden toe?

    Verder zaten wij te denken om het gehele onderzoek met de spoelen naar het noord-oosten uit te voeren, om zo een 'neppe' declinatie te creëren en deze uiteindelijk te bepalen. Zo doen wij op de juiste manier onderzoek en zorgen wij ervoor dat het wel mogelijk is.

    Daarnaast hebben wij nog gekeken naar de magnetometers in de smartphones. Deze voldoen redelijk aan de eisen die wij hebben, alleen durft niemand het aan zijn smartphone af te staan, omdat wij niet weten wat de gevolgen hiervan kunnen zijn. Wel gaan we sowieso proberen de inclinatie en declinatie vast te stellen, waar de inclinatie natuurlijk makkelijker gaat. (maar niet geschoten is altijd mis...)

    Wanneer zouden wij kunnen weten of wij eventueel practicum kunnen doen?

    Weer van harte bedankt voor je reactie,
    Maarten



  • Hoi Michiel,

    Ik snap niet helemaal wat bedoeld wordt met 'het horizontaal draaien tot het absolute veld van de magnetometer geminimaliseerd is' . Heeft dit te maken met het draaien van de spoelen? Deze zouden toch naar het magnetisch noorden moeten staan?

    Wij hopen op een goede uitslag voor de spoelen, in ieder geval alvast bedankt!

    Groetjes,
    Maarten



  • Ha jongens,

    Ik ben net even geweest en er zijn zowels spoelen als een sensor als voeding voor beiden, dus dat is goed nieuws!

    Over het opstellen, met "horizontaal draaien .... is" bedoel ik het volgende: In het midden van de H-spoel staat een homogeen veld in de richting van een denkbeeldige pijl die je door het midden van de twee spoelen van de H-spoel kan trekken. Dit veld moet het aardmagnetisch veld gaan opheffen. Als je dit wilt doen moet de grootte van het veld gelijk zijn aan die van de aarde en de richting precies tegengesteld. Om deze richting tegengesteld te krijgen zou je de pijl dus precies tegen de richting van het aardmagnetisch veld in moeten krijgen. Dit doe je door hem te draaien tot het veld in de spoel nul is.

    Echter is dit heel moeilijk om deze richting tegelijkertijd te zoeken voor de declinatie en inclinatie dus dacht ik dat het waarschijnlijk handiger is om eerst de spoelen in een richting te draaien voor de declinatie (dus horizontaal om zijn as) en dan naar de hall sensor te kijken tot het magneetveld zo weinig mogelijk is. Dan is het magneetveld in de horizontale richting namelijk geminimaliseerd en dan te draaien voor de inclinatie tot de Hall sensor echt geen veld meer meet.

    Ik ga morgen even testen of de apparatuur werkt en of we eventueel het experiment kunnen uitvoeren en dan kunnen jullie volgende week waarschijnlijk langs komen voor het experiment!

    Ik houd jullie op de hoogte!

    Groetjes



  • Ten eerste: super dat we onderzoek mogen doen!

    Dat we een tegenveld moesten creëren was ons bekend, alleen het probleem ligt bij het bepalen van de hoek van de declinatie. Als je het tegenveld gecreëerd hebt, sta je toch in de richting van de magnetische noordpool? Wij weten dan niet hoe je de declinatie kan bepalen, een 'lijn' naar de ware noordpool om mee te vergelijken mis je toch dan? Of denk ik nu helemaal in de verkeerde richting?

    Verder is het bij ons het volgende week de week voor de toetsweek, ik zal even overleggen of het voor de anderen mogelijk is dan langs te komen, maar ik denk haast van niet. Die week daarna is het toetsweek, dus daar kan het zeker niet. Zou het dinsdag 4 december kunnen? Dat zou ons het beste uitkomen.

    Groetjes,
    Maarten



  • Ha jongens,

    Ik ben net even geweest en er zijn zowels spoelen als een sensor als voeding voor beiden, dus dat is goed nieuws!

    Over het opstellen, met "horizontaal draaien .... is" bedoel ik het volgende: In het midden van de H-spoel staat een homogeen veld in de richting van een denkbeeldige pijl die je door het midden van de twee spoelen van de H-spoel kan trekken. Dit veld moet het aardmagnetisch veld gaan opheffen. Als je dit wilt doen moet de grootte van het veld gelijk zijn aan die van de aarde en de richting precies tegengesteld. Om deze richting tegengesteld te krijgen zou je de pijl dus precies tegen de richting van het aardmagnetisch veld in moeten krijgen. Dit doe je door hem te draaien tot het veld in de spoel nul is.

    Echter is dit heel moeilijk om deze richting tegelijkertijd te zoeken voor de declinatie en inclinatie dus dacht ik dat het waarschijnlijk handiger is om eerst de spoelen in een richting te draaien voor de declinatie (dus horizontaal om zijn as) en dan naar de hall sensor te kijken tot het magneetveld zo weinig mogelijk is. Dan is het magneetveld in de horizontale richting namelijk geminimaliseerd en dan te draaien voor de inclinatie tot de Hall sensor echt geen veld meer meet.

    Ik ga vanmiddag even testen of de apperatuur werkt en of we eventueel het experiment kunnen uitvoeren en dan kunnen jullie volgende week waarschijnlijk langs komen voor het experiment!

    Ik houd jullie op de hoogte!

    Groetjes



  • Hoi Maarten,

    Klopt, maar voor die lijn naar de ware noordpool neem je de "nep noordpool". Dan kan je later met een kompas kijken of je gevonden declinatie klopt. De hoek die je uiteindelijk overhoudt is de hoek tussen je baan waar je twee spoelen opstaan en dus de lijn door het midden van de spoelen en de lijn naar je "nep noordpool" dit is de declinatie. De inclinatie is de hoek tussen de baan waar je twee spoelen opstaan en een waterpas lijn.

    Er is ook enige vertraging met het testen van de spullen dus dat komt goed uit. Dinsdag 4 december kan niet, want dan heb ik zelf de hele dag college, maar woensdagmiddag 5 december zou wel kunnen, kan dat? Weet wel dat het onder voorbehoud is en het zou kunnen dat het toch niet blijkt te lukken met de spullen en de proef dus niet door kan gaan, maar ik heb goede hoop.

    Groetjes,
    Michiel



  • Hoi Michiel,

    5 December zou ook helemaal goed zijn! Kunnen wij deze datum vastzetten? En hoe laat zullen wij dan in Delft zijn en waar?

    Verder heb ik nu door hoe de meting in zijn werk gaat. Dit zal waarschijnlijk ook nog wel duidelijker worden als we de opstelling echt zien, zo schat ik.

    Groetjes,
    Maarten



  • Hoi Michiel,

    Wat jammer! Aangezien wij al wel een eindje op weg zijn met het PWS, gaan wij nu niet meer switchen naar een ander onderwerp. Hoogstens kunnen wij wel een uitbreiding doen, maar dan blijven we beperk tot het aardmagnetisch veld...

    Is er geen mogelijkheid om een stroomversterkertje/opamp aan de uitgang van de Hall-sensor te maken? Dit moeten wij namelijk ook doen als wij onze eigen magnetometer willen maken, om deze een meetbaar signaal te geven. (Of heeft dit absoluut geen zin vanwege de spoel?)

    Groetjes,
    Maarten



  • Ha Maarten,

    Geen goed nieuws. Ik heb de opstelling en apparatuur getest en ik denk niet dat de apparatuur gevoelig genoeg is om het aardmagnetisch veld te meten. De gevoeligheid van onze sensor is 20 volt per tesla. De horizontale component van het aardmagnetisch veld is 2 * 10^-5 Tesla. Om leuke metingen aan dit veld te doen moet je dus minimaal verschillen van 10^-6 Tesla meten. Dit betekent verschillen in spanning in de orde van 10^-5 Volt. Dit is gewoonweg niet heel goed te doen. Ook het instellen van de spoelen om een veld op te wekken in deze orde gaat nauwelijks. Als je dan toch echt echt het aardmagnetisch veld wilt meten (declinatie/inclinatie) kan dit beter met een magnetometer in een Iphone. Uitlezen kan met deze app.

    Toch is er ook goed nieuws. De apparatuur die wij hier hebben staan is wel heel geschikt voor metingen aan het Hall effect. Jullie zouden je PWS over het Hall effect kunnen doen en dan metingen als de afhankelijkheid van de grote van het veld, afhankelijkheid van de afstand tot de spoel en de hoekafhankelijkheid van de Hall sensor en het veld kunnen meten. Lijkt dit jullie wat? Zo ja dan kunnen we op 5 december gaan meten.

    Bijgevoegd zijn nog wat fotos die ik gister van de spoelen en de sensor heb genomen. Zoals je kan zien staat de sensor op een roterend blad dat heel nauwkeurig te draaien is en dus goed om mee te meten.

    Groet,

    Michiel



  • Hoi Maarten,

    Het probleem bij de sensor is niet zozeer dat het signaal niet te versterken is, maar dat hij simpelweg niet gevoelig is voor zulke kleine velden. Het heeft dan ook geen zin om het signaal veel te versterken , omdat het signaal al meetbaar is en slechts de fluctuaties in de orde die wij willen zien slecht meetbaar zijn. Het signaal dat er uitkomt fluctueert dan te erg en bevat veel ruis. Bovendien begint het signaal uit de sensor niet op 0, maar heeft het signaal een offset (een spanning die altijd aanwezig is en niet komt door een magneetveld) van ongeveer 40 mV wat het allemaal nog moeilijker maakt. Aangezien je uiteindelijk metingen wil doen tot op de graden nauwkeurig in inclinatie en declinatie betekent dit in de nauwkeurigheid in het veld dat je misschien nog wel nauwkeuriger wil meten dan 10^-6 T, namelijk in de orde van 10^-7 T. Met een Hall sensor zoals wij die hebben, die verschillen meet in de orde van een gauss (10^-5) wordt dit simpelweg heel moeilijk.

    Wat betreft de Helmholtzspoelen gebruik makend van bovenstaande formule van wikipedia: De spoelen hebben 115 windingen (niet veranderbaar) en een straal van 7,5 cm. Om dan verschillen in magneetvelden op te wekken in de orde van 10^-6 T is dan 0.7 mA nodig en in de orde van 10^-7 T 0.07 mA. Dit lukt misschien nog wel, maar ook dat wordt moeilijk met de bijbehorende voeding.

    Bovendien is het qua experimenteren misschien in beginsel gek om zo onnauwkeurig te meten als het met een Iphone met een modernere Hall sensor, die in drie richtingen meet, heel eenvoudig te meten is. Jullie kunnen nog altijd ook op de TU Delft proberen metingen aan het aardmagnetisch veld te doen, wanneer jullie komen voor een ander experiment, maar om voor een dergelijke meting speciaal naar de TU te komen zou ik niet doen.

    Laat maar weten!

    Groetjes en succes met je toetsweek,

    Michiel



  • Hoi Michiel,

    Als ik nareken wat de stroomsterkte moet zijn bij 500 windingen en een verschil van 1 * 10^-6 T, komt daar 0,667 mA (Is dat echt niet te produceren?) uit. Als ik hem vervolgens nog een keer uitreken, met 1000 windingen, komt er 0,333 mA uit. Als men dan met weinig windingen meet, kan je toch een redelijke stroom toevoegen, zoals 3.333 mA bij 100 windingen? Is het op deze manier op te lossen of zie ik dan nog dingen over het hoofd?

    Groetjes,
    Maarten



  • Hoi Michiel,

    In dat geval zullen wij helaas andere practica moeten gaan doen... Het is niet anders. Wij hebben misschien nog wel een ander practicum in ons hoofd, maar we moeten eerst kijken of dat haalbaar is.

    In ieder geval ontiegelijk bedankt voor de tijd die je hierin hebt gestoken en voor de lessen die je ons hebt geleerd!

    Groetjes,
    Osman, Freek en Maarten


Aanmelden om te reageren
 

Het lijkt erop dat je verbinding naar Forum verloren is gegaan, wacht even terwijl we de verbinding proberen te herstellen.