Showing Eddy Currents in Simple Arduino Project

In dit project gaan we het concept van Eddy currents aantonen. Deze stromen ontstaan in metalen als deze een veranderend magnetisch veld ondervinden. Er ontstaat dan een stroom die de beweging tegengaat. Wij gaan een simpele opstelling maken die dit aantoont door middel van een koperen spoel. Het magnetische balletje rolt door de spoel en zorgt zo voor een veranderend magnetisch veld en deze creeërt een geïnduceerde spanningdie we gaan meten.

• DEF-doos (grote kartonnen doos, 30cm x 30cm x 9 cm)
• Arduino onderdelen:
• Laptop/pc
• USB A naar B kabel
• Arduino UNO (werkt waarschijnlijk op andere versies, maar dit is niet getest en vereist aanpassingen)
• 5 male to female Dupont jumper kabels
• 1 MAX7219 32x8 LED scherm
• PVC buizen met binnendiameter van minstens 13 mm
• Lange, dunne koperen draad met coating
• Neodynium magneetballetje met diameter van 12,5 mm
• elastiekje, paperclip
• 4 tandenstokers

We gaan eerst de spoel gereed maken.

1. Wikkel de koperen draad om de pvc-buis met een spoelwinder of met de hand. Zorg dat de draden zo dicht mogelijk naast elkaar staan. In totaal zijn er ongeveer 800 windingen. Dit komt neer op een lengte van ongeveer 15 tot 20 cm. Zorg dat je twee uiteinden overhoudt.
2. Je hebt nu twee uiteinden over. De draad heeft coating dus deze moet eraf gehaald worden om verbinding te kunnen maken. Dit doe je of door kort een aansteker aan de uiteinden te houden of door met schuurpapier de coating ervanaf te halen.
3. Soldeer vervolgens de uiteinden aan een breadboardkabeltje en doe hier krimpkous omheen ter bescherming.

Voor deze stap heb je de volgende onderdelen nodig:

• Laptop/pc
• USB A naar B kabel
• Arduino UNO (werkt waarschijnlijk op andere versies, maar dit is niet getest en vereist aanpassingen)
• 5 male to female Dupont jumper kabels
•  1 MAX7219 32x8 LED scherm

Arduino aansluiten en IDE downloaden

1. Plug de USB kabel in de USB-port van je laptop en de port van de Arduino. Zorg dat je een klikje hoort, anders zit de kabel er niet goed in en maakt hij geen verbinding.
2. Download de Arduino IDE op https://www.arduino.cc/en/software. Hiermee zal je zo de Arduino gaan programmeren.

Het circuit

1. Sluit vervolgens de jumper kabels aan zoals op de bovenstaande diagram. Dit betekent dat je de female kant aan de bijbehorende pin op het scherm aansluit en de male kant in de arduino steekt bij de juiste ingang. De volgende pin en ingangen moeten met elkaar verbonden worden.
2. VCC (MAX7219) met 5V (Arduino)
3. GND met GND
4. DIN met 11
5. CS met 3
6. CLK met 13

Spoel aansluiten

1. De spoel heeft twee uiteinden. Stop het ene uiteinde in de A0-ingang en de andere in een van de GND ingangen.

Uploaden naar je Arduino

1. We gaan nu het programma uploaden naar de Arduino. Open het onderstaande .ino bestand en druk op 'verify' linksbovenin. Als je een foutmelding krijgt kan het zijn dat de goede port nog niet gekozen is. Ga dan naar 'Tools' > 'Port' en klik op de port waar '(Arduino Uno)' bij staat.

Testen of je opstelling werkt

1. De Arduino meet nu als het goed is continu de spanning over de A0-port. Dit kunnen we checken door naar 'Tools' > 'Serial Plotter' te gaan. Je ziet een grafiek die, als alles goed werkt, de nulwaarde geeft. Probeer een magneetballetje door de spoel te laten rollen. Als je de grafiek ziet verspringen, werkt het. Succes! Je kan zien dat er een Eddy-current ontstaat!
2. Haal nu weer de uiteinden van de spoel uit de Arduino. Deze gaan we er later weer in doen.

Pak nu je DEF-doos of een vergelijkbare doos erbij.

1. Snij gaten ter grootte van een pvc-buis in de zijkant van de deksel, zodat de deksel verschillende hellingshoeken kan hebben.
2. Snijd aan de voorkant een gat voor het LED-scherm. Trace hiervoor de buitenkant van het scherm met een potlood of stift.
3. Maak een gat met een diameter van ongeveer 2 cm in het midden van het deksel. Hier gaat zometeen het elastiek door.
4. Doe de PVC-buis met de spoel door het elastiekje.
5. Doe het elastiekje door het gaatje en trek eraan tot deze op spanning staat.
6. Bevestig het elastiekje met een paperclip aan het deksel. Druk het paperclipje in het deksel en hang het uiteinde van het elastiekje eromheen.

We zijn bijna klaar! We hoeven nu alleen nog alles in elkaar te zetten en aan te sluiten.

1. Druk het LED scherm door de gemaakte opening. De pinnen met de jumperkabels erin moeten als je van achteren kijkt aan de linkerkant zitten
2. Duw de uiteinden van de spoel door de opening waar ook het elastiek doorzit. Doe het ene uiteinde in de A0-port en de andere in de GND.
3. Bevestig de Arduino aan de onderkant van de doos door middel van de tandenstokers.
4. Doe de USB kabel in de Arduino en sluit hem aan op een laptop.
5. Upload de Arduino file naar de Arduino.

Klaar! Als het goed is meet je Arduino nu continu de spanning over de spoel. Probeer maar eens eens het magneetballetje door de spoel te laten rollen. Wat zie je? En wat zie je als je de hoek waarin de buis staat verandert?