Helmholtzspulenberechnung

Do you have a question? Post it now! No Registration Necessary

Translate This Thread From German to

Threaded View
Hallo,

kennt jemand eine Formel, die eine Helmholtzspule in einem 50 Hz Wechselfeld
(ca. 50 mikrotesla) berechnen kann, so daß die spannung berechenbar ist? 9
Volt (und die am besten noch als Gleichspannung) sind wohl nicht zu
erreichen bei so einem kleinen Feld, was?

Gruß,
Oli



Re: Helmholtzspulenberechnung
Quoted text here. Click to load it
Die üblichen Formeln berechnen die magnetische Feldstärke H
und machen noch einige Angaben zu sinnvollen Abmessungen.
Dazu kann ich einige Seiten aus Büchern scannen.

Quoted text here. Click to load it
Irgendwie ist mir die Frage unklar.
Helmholtzspule sind zwei Ringspulen zwischen denen
konstantes, leicht zugängliches Feld erzeugt werden soll.
Wenn das Meßobjekt z.B. eine weitere Spule für 125kHz
Transponder ist, wird in dieser natürlich eine Spannung
erzeugt. Aber DC-Spannung natürlich nicht.

MfG JRD

Re: Helmholtzspulenberechnung
Quoted text here. Click to load it
Wechselfeld

Hallo Oliver,
ich nehme jetzt mal an du hast eine bestromte Helmholtzspule die ein
magnetische Wechselfeld von 50e-6 Tesla erzeugt.
Nun möchstet du eine Spule in dieses Feld bringen um 9V Gleichspannung,
natürlich mit zusätzlichem Gleichrichter, zu erzeugen.

Die induzierte Spannung U in eine Spule ist

    U = N*A*dB/dt                           B(t) = B'*sin(2*pi*f*t)
    U = 2*pi*f*N*A*B'*cos(2*pi*f*t)
       = U'*cos(2*pi*f*t)

    U' = 2*pi*f*N*A*B'                       A in m^2, pi=3,1416

    U' ist die Spitzenspannung

Beispiel: A = 0.1m*0.1m, N60%000
    U' = 2*pi*50*60000*(0.1*0.1)*50e-6 V
       = 9,42V

Die benötigten 60000 Windungen sind für die Praxis unrealistisch.

Quoted text here. Click to load it

Da hast du vollkommen Recht.

Die magnetische Flußdichte B sollte 100 mal größer sein als die
50microTesla damit die Spule mit vernünftiger Größe realisierbar wird.


War das jetzt überhaupt deine Frage?

Gruß
Helmut


Re: Helmholtzspulenberechnung
Hallo,

ja so ungefähr. ich habe keine spule nur die hochspannungsleitung hinterm
haus. und genau da will ich halt die spannung rauskriegen. das feld liegt so
ziemlich in der größenordnung. mit der spannung möchte ich gern einen akku
aufladen.

gruß,
oli
 p.s.: sorry helmut-ich habe noch keine erfahrungen mit newsgroups. habe
aber jetzt den button gesehen, so daß die antworten auch hier und nicht in
deinem briefkasten landen


Quoted text here. Click to load it
Wechselfeld



Re: Helmholtzspulenberechnung
Quoted text here. Click to load it
so

Hallo Oliver,
jetzt verstehe ich deine Anwendung. Dazu braucht man allerdings
keine Helmholtzspule sondern nur eine ganz "gewöhnliche" Spule.

Kehren wir zu meiner Rechnung zurück.
Also um vernunftigere Werte für die Windungszahl zu bekommen,
bleibt nur der Weg die Fläche zu vergrößern, z.B auf 1mx1m=1m^2.

Du müßtest also mindest 600 Windungen, z.B quadratisch 1m mal
1m verlegen. Dafür brauchst du dann 4m*600 = 2400m Kupfer-Lackdraht.
Das ist der Draht den man zum Trafowickeln nimmt.
Eine Kupferlackdraht mit 0.1mm^2 Querschnitt und 450m kostet
3.35Euro bei Conrad. Im Endausbau mußt du dann natürlich ca.
6 Rollen verbauen. Eine Rolle wäre genau die richtige Menge für
das folgende Experiment.
Zum Testen wie groß das Feld wirklich ist, könntets du ja mal mit
110 Windungen mit 1mx1m anfangen. Diese Riesen-Spule dann mal in
alle Richtungen drehen bis du das Maximum gefunden hast.
Da müßtest du dann mit dem Oszi +/-1.72V sehen. Ein AC Voltmeter
mußte 1.22V=1.72V*0.707 anzeigen. Wenn dem nicht so ist, dann
hast du keine 50microTesla.
Da fällt mir gerade ein, daß du auch gleich die Original-
Kupferlackdraht-Rolle zum Messen des Magnetfeldes nehmen
könntest falls du ein empfindliches Oszilloskop oder
AC-Millivoltmeter hast, weil da natürlich viel weniger Spannung
zu messen ist.

Bevor du dann ans große Wickeln gehst, muß man erstmal die
Induktivität berechnen um herauszubekommen wieviel Strom
man denn ziehen könnte.

Frage an alle Experten:
Ich hatte daran gedacht, daß das Ersatzschaltbild eine
Spannungsquelle mit der berechneten Leerlaufspannung ist in
Reihe mit dem ohmschen Widerstand des Drahts und der Induktivität
der Spule. Kann das jemand bestätigen oder die richtige
Ersatzschaltung nennen?

Gruß
Helmut


Die induzierte Spannung U in eine Spule ist

    U = N*A*dB/dt                           B(t) = B'*sin(2*pi*f*t)
    U = 2*pi*f*N*A*B'*cos(2*pi*f*t)
       = U'*cos(2*pi*f*t)

    U' = 2*pi*f*N*A*B'                       A in m^2, pi=3,1416

    U' ist die Spitzenspannung

Beispiel: A = 1m*1m, N60%0
    U' = 2*pi*50*600*1*50e-6 V
       = 9,42V






Re: Helmholtzspulenberechnung
Stromdiebstaaahhl  !!!
§248c StGB oder so...


Hallo Markus,
im Prinzip wahrscheinlich richtig.
Nur der finanzielle Schaden für das E-Werk ist voraussichlich 0,1Cent/Jahr
in dem von mir berechnetet Beispiel.

Finanziell lohnen tut sich damit diese Art der Energiegewinnung nicht
bei 50microTesla. Die Unmengen Kupferlackdraht kosten um Dekaden mehr
als die innerhalb eines Menschenlebens "geraubte" Energie.

Gruß Helmut


Re: Helmholtzspulenberechnung
Jetzt must du nur noch einen Juristen (keinen VWLer, keinen Ing..)
finden,
der deiner Argumentation folgen will, kann, mag....

GrFC%DFe

Markus G.

Helmut Sennewald wrote:
Quoted text here. Click to load it

Re: Helmholtzspulenberechnung
Quoted text here. Click to load it

Hallo Markus,
ich habe nicht bestritten, daß es unrechtmäßig ist und deshalb
eine saftige Strafe geben kann.
Nur im anschließenden Verfahren wegen Schadensersatz kann
das E-Werk da nicht viel "Kohle" erwarten.

Es wäre natürlich töricht sowas zu bauen und sich anschließend
bei der örtlichen Zeitung als "Energiesparer" des Monats zu outen
nur um ein schönes/seltenes T-Shirt zu bekommen.

Hier gilt einmal mehr:
Der Genießer schweigt.

Gruß
Helmut


Re: Helmholtzspulenberechnung
Hallo,

die rechtlichen Umstände sind ja ganz interessant aber die würd ich
natürlich ignorieren. Ist doch eine ganz nette Art, mal was "böses" zu
machen. Gibt es dann vielleicht eine andere Möglichkeit (da gibt es ja auch
E-Felder ). Mit denen kenne ich aber gar nicht aus.

Gruß
Oli

Quoted text here. Click to load it



Re: Helmholtzspulenberechnung

Quoted text here. Click to load it

Da würde ich aber anders rangehen, und zwar von der Funkseite,
so eine Hochspannungsleitung hat doch eine Frequenz, und wenn
du eine Antenne baust die genau auf die Frequenz abgestimmt ist
zieht sie direkt die Energie aus dem elektromagnetischen Feld
der Hochspannungsleitungen.
Das mechanisch effektivste für so eine Antenne dürfte eine
magnetische Antenne sein, da man sie hier nur als Empfangsantenne
braucht kann sie auch mehrere Windungen haben.

Frank


Re: Helmholtzspulenberechnung
Hallo,

Danke erstmal. Das mit der Spule werde ich testen. Zu den magnetischen
Antennen: Ich habe mir da ein Programm geladen, mit dem man eine solche
Antenne berechnen können soll. Das stürtzt immer ab (Division durch Null).
Liegt ja vielleicht an den Parametern:
Frequenz: 0,00005 Mhz, Wellenlänge 600 km (hab ich im Netzt gefunden).

Gruß,
Oli
Quoted text here. Click to load it
auch



Re: Helmholtzspulenberechnung

Quoted text here. Click to load it

Ja sicher und auch an dem Programm, was oft nur für Amateurfunk-
Magnetantennen optimiert ist, die im allgemeinen nur aus einer
Windung bestehen, du wirst aber kaum mit einer Windung hinkommen.

Wenn du kein Programm findest mußt du es eben selbst errechen,
das sollte kein so großes Problem sein.
Den Kondensator machst du so klein wie möglich, ich würde es
mit einen alten Plattendrehkondensator aus einen alten Radio
(z.b 12-330pF) probieren, damit die Spule so groß wie möglich
werden kann und dann rechnest du mit dem Kondensator und der
Frequenz nach der Thomsonschen Formel die Spule aus.

Ob man da aber am Ende viel rausbekommt weiß ich nicht so nach
meinen Gefühl dürfte es effektiver sein, wenn du einfach eine
Solarzelle irgendwo hinstellst und auf die Sonne ausrichtest um
deinen Akku zu laden.

Frank


Re: Helmholtzspulenberechnung

Quoted text here. Click to load it

ACK! Damit bekommt man dann auch weniger Ärger.

Gruß Lars

Re: Helmholtzspulenberechnung
Quoted text here. Click to load it
auch

Hallo Oliver,
weils so interessant ist fange ich mal an zu rechnen.

Das Modell: Die 3 Leiter der Hochspannung wirken wie eine große
(Äquipotential)-Fläche. Das ist damit die eine Seite meines
Plattenkondensators. Jetzt baut man sich eine große Metallplatte(1m^2),
und stellt sie erhöht von der Umgebung auf. Die Normale auf die Platte
muß optimal in Richtung Hochspannungsleitung zeigen.

 Kapazität einer Metallplatte(Alufolie z.B.) gegen 2. Metallplatte.

  C = e0*er*A/d     A=Fläche, d = Abstand, e0=8.85e-12, er=1

  C = 8,85e-12*1/50pF  1m^2 Fläche, 50m Abstand zur Hochspannung
    = 0.177pF

  I = U/´Z = U*j*w*C
    = U*j*2*pi*f*C

  |I| = U*2*pi*f*C
      = 100e3*314*0.1777e-12 A
      = 5.6e-6A

Pro Quadratmeter schaffen wir also einen Wechselstrom im
Bereich von MikroAmpere.
Zudem darf die Platte nicht in der Nähe von Hecken und Bäumen
stehen, da dort das E-Feld total abgelenkt ist.

Fazit:
Die Spule und Magnetfeld bringen mehr Leistung. Das ist ja auch
nicht ganz verwunderlich da sich dort die umschlossene Fläche
mit jeder Windung erhöht. Allerdings hängt die induzierte Spannung
hier von der Auslastung(Strom) der Hochspannungsleitung ab.

Quoted text here. Click to load it

Bin mal neugierig. Was machst du beruflich oder Schule/Studium?

Gruß
Helmut


Re: Helmholtzspulenberechnung
Hallo,

vielen Dank nochmal für die Antworten. ich habe mir die Formeln alle
aufgeschrieben und werd jetzt wohl mal testen. Bin mal gespannt, ob ich die
benötigte Arbeit da raus kriege (max 7W, mittlere Last ne gute Ecke
weniger). Wenn nicht, nehm ich halt doch ne Batterie.
Irgendwie bin ich dabei, Volkswirt zu werden...Von Elektronik habe ich da
leider nicht so viel mitbekommen. Aber schon toll, was so alles geht.

Gruß,
Oli

Quoted text here. Click to load it



Re: Helmholtzspulenberechnung

Quoted text here. Click to load it

7W? Bei einer Leitung hinterm Haus? Oh Gott, oh Gott! Ich frage mich, ob
so eine Leitung (wegen der Symmetrie und so weiter) überhaupt ein
nennenswertes Wechselfeld in größerer Entfernung zum einzelnen Leiter
abgibt.

Quoted text here. Click to load it

Oder eben auch nicht. Lass es uns bitte wissen, ich bin schon gespannt.
Auch wenn es nur Milliwatt sind, würde mich interessieren, was du bei
welchem Spulendurchmesser in welcher Entfernung zur Leistung noch heraus
bekommst.

Gruß Lars

PS: Noch einmal als Warnung: Zum Ausprobieren mag das ja ganz nett sein,
aber auf Dauer 7W abzuzapfen, nehmen die E-Werke bestimmt übel, schon
wegen dem Prinzip und damit das nicht jeder macht, nicht weil 7W Verlust
für die wirklich viel wären. Nimm lieber Solarzellen, wobei die für 7W
auch schon eine ganze Stange Geld kosten. Also nicht unbeaufsichtigt in
die Landschaft stellen!

Re: Helmholtzspulenberechnung
Quoted text here. Click to load it
die

Hallo Oliver,
hast du dir wirklich meine Ergebnisse angeschaut?

Also bei der kapazitiven Methode bekommst du nur ein paar (zehn)uA Strom,
selbst mit mehreren Quadratmetern Alu-Folie und guter Erdung.
Da reden wir dann von deutlich kleiner 1mW gewonnener Leistung.
Das ist 1/10000 von dem was du haben willst. Also nichts.


Nun zur induktiven Methode mit der Spule.
Zur praktischen Realisierung brauchen wir 1000 Windungen bei 1mx1m.
Das ergibt dann 15,7V Leerlaufspannung. Siehe Anhang.

Ich habe das mal für zwei Realisierungen gerechnet.
Ohne Klammer:  1mx1m Quadrat mit 1000 Windungen 0.1mm^2
Mit Klammer(): 2mx2m Quadrat mit 250 Windungen 0.2mm^2

Der ohmsche Widerstand ist
   R = rho*l/A = 0.0178Ohmmm^2/m*4000m/0.1mm^2 = 712Ohm
  (R = rho*l/A = 0.0178Ohmmm^2/m*2000m/0.2mm^2 = 178Ohm)

Die Induktivität beträgt
http://www.emclab.umr.edu/new-induct/rectgl.html
   L = 6uH*1000*1000 = 6H
  (L = 6uH*1000*1000 = 0.82H)

Da die Spule total lose an die Stromleitung gekoppelt ist, ist
das auch die wirksame Streuinduktivität zur Berechnung des
induktiven Widerstands.
   X = 2*pi*f*L = 2*3,1416*50*6.28 Ohm = 1973 Ohm
  (X = 2*pi*f*L = 2*3,1416*50*0.82 Ohm = 258 Ohm)

Gesamtwiderstand:
   Z = R + jXL
   |Z| = Wurzel(R^2+X^2) =  Wurzel(712*712+1973*1973) = 2098 Ohm
   (|Z| = Wurzel(R^2+X^2) =  Wurzel(178*178+258*258) = 313 Ohm)


Maximaler Strom:
Da wir 9V haben wollen, dürfen bei 15,7V Leerlaufspannzng nur 6V an
der Spule abfallen. Ok, das ist eine stark vereinfachte Rechnung.
Daraus folgt
   Imax = U/Z = 6V / 2098Ohm = 2.9mA
  (Imax = U/Z = 6V / 313Ohm  = 19,2mA)

Leitung:

  P = U*I = 9V * 2.9mA = 26mW
 (P = U*I = 9V * 19,2mA = 172mW)

Die eingesetzte Kupfermenge beträgt 3,56kg(1.78kg).
Es ist also günstiger eine 2mx2m Quadrat-Spule zu wickeln als eine 1mx1m
Spule.
Es verringert sich sowohl der Innenwiderstand und die Induktivität
als auch die Menge an benötigtem Kupfer.

Das ist Faktor 270(40) von deinen 7Watt entfernt. Das kann man
somit getrost vergessen!
Trotzdem fand ich es interessant so was mal auszurechnen.

So das müßte jetzt für einen Doktor-Titel reichen.

Gruß
Helmut




Anhang:

Die induzierte Spannung U in eine Spule ist

    U = N*A*dB/dt                           B(t) = B'*sin(2*pi*f*t)
    U = 2*pi*f*N*A*B'*cos(2*pi*f*t)
       = U'*cos(2*pi*f*t)

    U' = 2*pi*f*N*A*B'                       A in m^2, pi=3,1416

    U' ist die Spitzenspannung

Beispiel: A = 1m*1m, N60%0
    U' = 2*pi*50*600*1*50e-6 V
       = 9,42V




Die kapazitive Ein(Aus)kopplung:
Hinweis: die Gegenelektrode zur Stromentnahme ist die "Erde".

Quoted text here. Click to load it


Re: OT: stromklau

Quoted text here. Click to load it

Die Story ist sehr bekannt...

Quoted text here. Click to load it

Genau _so_ ist es!
Es dürfte noch das Problem dazukommen, das Störstrahlungen durch diese
Stromklauer entstehen und den Empfang anderer Sender stören können,
obwohl der Sender als solches eigentlich in Ordnung ist.

Allerdings bin ich eher der Meinung, daß der Betreiber den der
Energieklau Stört, halt nicht die Leute verstrahlen soll. Dann wird sich
das Problem in dieser Art schon automatisch erübrigen!

Quoted text here. Click to load it

Warum sollte man das? Klaust du damit Strom für deine Beleuchtung?
Übrigens wären nach dieser Logik wohl eher Bäume und Häuser zu
verurteilen, welche kostenlos geheizt werden und sich negativ auf die
Reichweite auswirken. Bachläufe dagegen müßten vielleicht sogar Geld vom
Betreiber des Senders bekommen.

Gruß Lars

Re: OT: stromklau

Quoted text here. Click to load it

In unmittelbarer Nähe zu einem starken MW-Sender kannst du mit einem
gescheit aufgebauten Detektorempfänger viel Geld sparen und dir die
GEZ-Gebühren wieder reinholen.

HTH, Holger


Re: OT: stromklau

Quoted text here. Click to load it

Hallo Holger,
das wage ich zu bezweifeln. Für die GEZ spielt es meines Wissens nach
keine Rolle, wie der Empfänger mit Energie versorgt wird, wichtig ist,
dass er empfängt.
Äh.. oh.. nicht richtig gelesen :-)
Du meintest den Strom resp. die Batterien.

Eine ganz andere Frage ist es, ob man für eine Küchenlampe (so geschen
in HH-Moorburg in den 1970ern, ich hab es selbst gehört), aus der man
das Radioprogramm _unfreiwillig_ hört, GEZ-Gebühren bezahlen muss,
womit sich der Bogen zur 'unfreiwilligen Bestrahlung mit irgendwelchen
EM-Feldern' schliesst.

Gruss,
MC


Site Timeline