Kundenanwendung Nr. 181: Kraftmessung an Supermagneten

Kundenanwendung Nr. 181: Kraftmessung an Supermagneten
www.supermagnete.at/project181
Kundenanwendung Nr. 181: Kraftmessung an Supermagneten
Autor: Patrick Ulrich, Berlin, Deutschland
Ein akademischer Praktikumsbericht zu unseren Magneten
Herr Ulrich, ehemaliger Student der
Humboldt-Universität zu Berlin, stellt
uns freundlicherweise seinen
Praktikumsbericht zum Thema
"Kraftmessung an Supermagneten" zur
Verfügung, den er als Studienarbeit
verfasst hat.
Er hat darin die Haftkraft von
Supermagneten (NdFeB) auf einer
Metallplatte untersucht.
PDF Datei
Gerne zitieren wir einige (leicht
abgeänderte) Stellen aus seiner Arbeit, die Sie auch als PDF anschauen können.
Herstellung Kraftmesser und Messung
Der im Praktikum entwickelte und konstruierte Kraftmesser beruht auf der
Messung einer Spannung, die entsteht, wenn man einen Piezokristall (de.
wikipedia.org/wiki/Piezoelektrizit%C3%A4t) durch Belastung verformt.
In den folgenden Unterkapiteln wird die Konstruktion und Kalibrierung eines
Kraftmessers mit Hilfe von Piezokristallen aus einem handelsüblichen Feuerzeug
beschrieben.
Aufgrund der geringen, praktisch nicht vorhandenen Stauchung eines
Piezokristalls eignen sich diese, um dynamische, vor allem abstandsabhängige
Kräfte zu messen.
Die Piezoelemente aus handelsüblichen Feuerzeugen haben eine kleine massive
Spitze und einen Metallzylinder als Basis. Drei solcher Piezoelemente wurden in
einem Dreieck angeordnet.
Die gesamte senkrecht ausgeübte Kraft auf die Konstruktion setzt sich aus den
Einzelkräften auf die einzelnen Piezoelemente additiv zusammen. So steht die
messbare Gesamtspannung im direkten Verhältnis zur ausgeübten
Gesamtbelastung.
In der mechanischen Werkstatt des
Physikinstituts wurden entsprechende
Dreiecke mit passenden Bohrungen aus
Kunststoff (PVC) angefertigt.
Um Kräfte der Magneten bestimmen zu
können, speziell Haftkräfte an
Stahlplatten, wurde eine Konstruktion
entwickelt, die es gestattet,
verschiedene Stahlplatten zu befestigen
und einen Magneten langsam von
diesen Platten zu entfernen.
Eine Messplatte
© Webcraft GmbH, Industriepark 206, 78244 Gottmadingen, Deutschland
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Die Hardwareschnittstelle für die Messung von elektrischen Spannungen und Stromstärken
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Schaltung der Messplatten mittels Kondensatoren
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Hier die ganze Installation
Ergebnisse
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Ein linearer Zusammenhang zwischen Magnetdicke und Haftkraft wird erkannt. Je
dicker der verwendete Magnet ist, desto höher war die Haftkraft. Die Abbildung
zeigt die Haftkraft in Abhängigkeit der Magnetdicke.
Es zeigt sich: Für alle Stahlplatten nimmt die Haftkraft mit steigender Dicke der
Magneten linear zu.
Warum ist ein "Supermagnet" super?
Es zeigte sich, dass einige der im Laborpraktikum verwendeten Magneten in der
Lage sind, mehr als das 600-fache ihres eigenen Gewichts zu tragen. Auch an einer
1 mm starken Stahlplatte können die Magnete ihr 250-faches Eigengewicht tragen.
Definition:
Ein Dauermagnet, der mindestens das 250-fache seines Eigengewichts halten
kann, ist ein Supermagnet.
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Feldlinien, gezeigt mit einem Quadermagneten
Seit Januar 2009 ist nun auch das Buch
von Herrn Ulrich zum Thema erhältlich:
Experimente mit "Supermagneten" im
Physikunterricht: Versuchsreihe zur
phänomenologischen Beschreibung
von Magnetismus unter Verwendung
von "Supermagneten".
Auszug aus der Produktbeschreibung:
"Mit seinen detaillierten
Versuchsbeschreibungen richtet sich
dieses Buch an Physiklehrer und
Lehramtsstudenten und soll auch Ideen
und Anregungen für Experimente in der
Mittel- und Oberstufe geben."
Das Buch ist unter anderem erhältlich bei Amazon (www.amazon.de/
dp/3639108175)
Online seit: 23.01.2009
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