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Physik: Drillspannung und Drillenergie 

Drillspannung und Drillenergie

Einleitung

In diesem Werk beschäftigen wir uns mit der eher unbekannten Drillspannung und Drillenergie. Ich wurde auf diese physikalischen Größen im Rahmen eines Experiments in der Schule aufmerksam, welches mit Induktion zu tun hatte. Der überaus freundliche Lehrer Herr B. schloss zwei Kabel an eine Art Motor um Spannung an den Kabeln zu messen. Jetzt hatte diese Maschine eine äußerst praktische Vorrichtung, die verhinderte, dass sich die Kabel bei dem Drehvorgang verdrehten, oder wie der überaus freundliche Lehrer Herr B. spaßeshalber sagte: Ohne diese Vorrichtung hätten wir eine Kabelverdrillungsmachine.
In diesem Moment traf mich und meinen Sitznachbarn Herrn G. die Erkenntnis. Es musste etwas geschehen, wenn sich Kabel verdrillen. Also wandelten wir den Versuch unsererseits etwas ab und entdeckten die Drillspannung.

Der Versuch

Versuchsaufbau Wie bereits erwähnt, entfernen wir die Vorrichtung, die das Verdrillen der Kabel verhindert und stellen einen geeigneten Stempel auf darauf. Danach schließen die Kabelverdrillungsmaschine an einen geeignete Spannungsmesser an. Sein Messbereich wird auf die geringste Empfindlichkeit eingestellt, da wir in diesem Moment noch nicht wissen, was uns erwarten wird. Zusätzlich sorgen wir dafür, dass im selben Zimmer mindestens ein Besen vorhanden ist. Sollte diese Maßnahme unerfüllt sein, hätte das katastrophale Folgen.
Wir schalten die Kabelverdrillungsmaschine ein und beobachten mit wachsender Begeisterung das Volt-O-Meter. Sollte es keinen Ausschlag zeigen, erhöhen wir die Drillkonstante d um 10%, danach stellen wir die Messempfindlichkeit eine Stufe herunter. Diesen Vorgang wiederholen wir, bis sich eine Spannung ablesen lässt.
Nach ausgiebiger Betrachtung fällt auf, dass erst sehr spät ein Strom entsteht und dass dieser nicht sonderlich groß ist. Um dieser Tatsache entgegenzuwirken, betrachten wir das Kabel. Wir kehren in den Grundzustand zurück, soll heißen Messbereich und Drillkonstante d möglichst gering, knicken das Kabel um den Winkel alpha und führen die oben beschriebenen Schritte erneut aus.
Nun sollte ein deutlich höherer Strom schneller zu messen sein, als vorher.

Die Ergebnisse

Ergebnisse Man kann den Knick nun immer weiter vergrößern und so den entstehenden Strom deutlich vergrößern. Wir haben die Ergebnisse der Tabelle rechts ermittelt. Nach einer ausgiebigen Testreihe ( > 5.000 ermittelte Werte) konnten wir von einem geeigneten Programm eine Formel zur Berechnung dieser Werte erstellen. Doch zuvor sei noch die Drillenergie vermerkt.
Freilich muss die Energie irgendwo hin. Wenn man nun Abstand c des Besens zum Volt-O-Meter verringert, beobachtet man seltsame Dinge: Der Besen scheint wie von Zauberhand den Boden zu fegen. Das heißt, es muss irgendwie zu einem Energietransfer vom Volt-O-Meter zu dem Besen kommen.
Diesen Transfer haben wir Arbeitsbogen genannt und auch eine experimentelle Formel aufgestellt, wie man diese Energie berechnen kann. Jedoch scheint sie sehr ungenau zu sein, was den Grund hat, dass man die freigesetzte Energie nur an dem Sauberkeitsgrad des Zimmers ablesen kann. Jedoch ist es unmöglich diesen Sauberkeitsgrad vor dem Reinigen festzulegen und so muss man sich auf das altbewährte Schätzen berufen.

Die Formeln

Letztlich präsentiere ich hier noch die Formeln für die Drillspannung und die vermeintlich für die Drillenergie. R ist der Innenwiderstand der Kabelverdrillungsmaschine, P ist die Leistung, die der Kabelverdriller maximal aufbringen kann (Achtung: für Mädchen gelten andere Werte) und m ist die Masse des Stempels.
Ich empfehle noch einmal ausdrücklich, einen Besen während des Versuches im Zimmer zu haben, denn ohne ihn würde der Versuch auf tragische Weise enden. Die Folgen für den gesamten Planeten wären katastrophal, denn die hierbei entstehenden Kräfte sollten auf keinen Fall unterschätzt werden. Auch empfehle ich, das Kabel nicht exakt um 90° zu knicken, da dieses eine unendliche Spannung und somit unendlich Drillenergie erzeugen würde. Und dann dabei keinen Besen im Zimmer zu haben, der die Energie aufnehmen kann…

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