Elektromagnetische Inductie Elektromagnetische

Elektromagnetische Inductie
Elektromagnetische Inductie
Introductie
Werkboek en foto’s
De foto-knop wordt gebruikt om het scherm vast
te leggen.
Met de werkboek-knop worden foto’s en tekst
vastgelegd in het werkboek van de Spark.
De keuze-knop wordt gebruikt om je
verslag te exporteren of af te drukken.
Met dit pictogram
maak
je een foto van de pagina.
Door het pictogram aan te
klikken komt de foto in je
verslag te staan.
Opmerking: je kan een foto
maken van de eerste pagina
van je werkboek en dit dan als
voorblad van je verslag
gebruiken.
Elektromagnetische Inductie
Vraagstelling
Je kunt elektriciteit door een draad
sturen om een magnetisch veld te
maken. Is het omgekeerde ook
mogelijk? Kun je een magneet en
een stuk koperdraad gebruiken
om elektriciteit te maken?
Elektromagnetische Inductie
Achtergrond
Michael Faraday (1791 – 1867) heeft de relatie
ontdekt tussen een verandering van de
magnetische flux, Φ, en de potentiaal binnen een
geleider ε:
Deze relatie staat bekend als de wet van Faraday. De verhouding wordt bepaald
door 2 factoren: het aantal windingen in spoel N, en de verandering in de
magnetische flux, Φ. De magnetische flux hangt af van de sterkte van het
magnetische veld, het gebied dat ingesloten is in de lus van de koperdraad, en de
hoek tussen deze twee. In deze proef kunnen we aannemen dat de magnetische flux
evenredig is aan de kracht van het magnetisch veld.
Elektromagnetische Inductie
Veiligheid
Wees voorzichtig met
magneten. Sterke
magneten kunnen
elektronische apparaten
beschadigen.
Elektromagnetische Inductie
Materialen en benodigdheden
Verzamel deze materialen voordat je met je
expiriment begint.
• stroomkabel
• 3 magneten van verschillende sterkte
• spoel met 200 windingen
• spoel met 400 windingen
• spoel met 800 windingen
• statief (niet afgebeeld)
• statiefklem (zie afbeelding)
• papier, plakband en een pen
• lazen buis (niet afgebeeld)
• schuimrubber matje
Wat is de juiste volgorde?
A) Verbind de
stroomkabel met de
volt ingang van de
Spark.
B) Laat de magneet
door de spoel vallen
en stop dan met het
verzamelen van
meetgegevens. Tip:
doe deze stap
tweemaal.
C) Vergelijk de
gemeten spanning
van de spoel met 200
windingen met die
van de spoel van 400
windingen in je
grafiek.
D) Vervang de spoel
van 200 windingen
door de spoel van
400 windingen.
Deze stappen maken deel uit
van het practicum.
Ze staan echter niet in de juiste
volgorde. Geef de juiste
volgorde aan en maak een foto
van deze pagina
Elektromagnetische Inductie
Deel 1
In het eerste deel van dit practicum zullen we
nagaan of het vallen van een magneet in een
spoel een spanning veroorzaakt en of het aantal
windingen van de spoel invloed heeft op de
hoogte van de spanning zoals door de wet van
Faraday voorspeld wordt.
Opmerking: voor het beste resultaat zorg je
ervoor dat de richting van de magneet altijd
dezelfde is als je hem door de spoel laat vallen.
Voorspelling
Probeer de vorm van de grafiek
van de spanning versus de tijd
te voorspellen door gebruik te
maken van het menu.*
Maak tenslotte een foto.
*Een voorspelling tekenen
1. Druk op
om het palet te
openen.
2. Druk op
en gebruik je
vinger om je voorspelling in
te tekenen.
3. Als je klaar bent druk dan op
4. Druk op
om te wissen.
Elektromagnetische Inductie
Opstelling
1. Monteer de spoel van 200 windingen
met behulp van de klem aan het statief.
2. Verbind het meetsnoer met de spoel.
3. Verbind het meetsnoer met de Spark.
4. Als je een schuimrubber matje
gebruikt, leg dit dan onder de spoel.
Meten
1. Hou de magneet boven de opening van
de spoel.
2. Druk op
om de meting te beginnen.
3. Laat de magneet door de spoel vallen.
Druk op
om de meting te stoppen.
4. Verwissel de spoelen.
5. Herhaal stap 1 tot en met 4 voor elke
spoel, begin telkens op dezelfde hoogte.
Analyseren
1. Pas de schaal zo aan dat je
alle drie metingen tegelijk
kunt zien. Geef in het
tekstvlak aan welke meting
bij welke spoel hoort. Maak
tot slot een foto van deze
de pagina.
Analyseren
2. Geef een korte omschrijving
van het belangrijkste verschil
tussen de meetresultaten in
het tekstvlak hieronder.
Electromagnetic Induction
Analyseren
3. Beschrijf de relatie tussen het aantal windingen van de
spoel en de hoogste spanningen die je hebt waargenomen.
Maak tenslotte een foto van deze pagina.
Elektromagnetische Inductie
Deel 2
Het tweede deel van de wet van Faraday gaat
over de snelheid van de verandering van de
magnetische flux. Magneten van verschillend
materiaal geven verschillende magnetische
veldsterkten. Voer het experiment uit met
tenminste twee in sterkte verschillende
magneten. Gebruik slechts één spoel en houd
de magneten steeds op dezelfde hoogte boven
de spoel.
Elektromagnetische Inductie
Deel 2
Voordat je je meting gaat doen, wis dan eerst
je vorige meetgegevens in de Spark. Zorg
ervoor dat je foto’s hebt gemaakt van de
meetgegevens op pagina 12 en 13 voordat je
gaat wissen.
Het verwijderen van gegevens
1.Druk op
om het palet te openen.
2. Druk op MANAGE RUNS.
3. Druk op DELETE ALL RUNS.
4. Wanneer er gevraagd wordt het wissen te
bevestigen, druk op YES.
5.Druk op OK om terug te keren naar je
experiment.
Meten
1. Houd de magneet boven de
opening van de spoel.
2. Druk op
om de meting te
starten.
3. Laat de magneet door de
spoel vallen en druk na ca. 1
seconde op . De meting
stopt nu.
4. Verwissel de magneten.
5. Herhaal stap 1 tot en met 4.
Houd de magneet steeds op
dezelfde hoogte.
Analyseren
4. Pas de schaal aan om alle
drie metingen te tonen. Geef
in het tekstvlak aan welke
meting bij welke magneet
hoort.
Analyseren
5. Geef een korte omschrijving
van het belangrijkste verschil
tussen de meetresultaten in
het tekstvlak hieronder.
Elektromagnetische Inductie
Analyseren
6. Beschrijf het verband tussen de sterkte van de gebruikte
magneten en de hoogste spanningen die je hebt waargenomen.
Maak een foto van deze pagina nadat je je antwoord hebt
ingevoerd.
Elektromagnetische Inductie
Deel 3
Als de sterkte van de magneet invloed heeft
op de verandering van de magnetische flux,
hoe zit het dan met de snelheid waarmee de
magneet zich door de spoel beweegt.
De wet van de zwaartekracht zegt dat (in een
vacuum) een voorwerp steeds sneller valt
naarmate het van grotere hoogte valt. Als een
magneet sneller door een spoel gaat, zou het
logisch zijn dat de magnetische stroom in de
spoel sneller verandert. Gebruik hier één van
de spoelen om uit te vinden of dit zo is.
Elektromagnetische Inductie
Deel3
Voordat je de volgende set metingen gaat doen,
wis dan eerst de vorige meetgegevens in de
Spark. Zorg ervoor dat je foto’s hebt gemaakt
van je meetgegevens op pagina 18 en 19,
voordat je gaat wissen.
Verwijderen van meetgegevens:
1. Druk op
om het palet openen.
2. Druk op MANAGE RUNS.
3. Druk op DELETE ALL RUNS.
4.Wanneer gevraagd wordt het wissen te
bevestigen druk op YES.
5. Druk op OK om terug te keren naar je
experiment.
Elektromagnetische Inductie
Opstelling
Rol een stuk papier op en steek dit in
een glazen buis. Bevestig het met
plakband. De buis moet wijd genoeg zijn
om de magneet er vrij door te laten
vallen. Maar smal genoeg om goed in
de spoel te passen. Geef op gelijke
afstanden 4 punten op de buis aan. Klem
de buis bij het onderste merkteken vast
en laat de magneet door de buis vallen.
Schuif de buis 1 punt verder en herhaal
dit (totaal 4 keer).
Meten
1. Houd de magneet boven de
opening van de buis.
2. Druk op om de meting te
starten.
3. Laat de magneet door de
buis vallen en druk na ca. 1
seconde op .
4. Plaats de buis in de volgende
positie.
5. Herhaal stap 1 tot en met 4
voor alle hoogtes. Waarbij je
telkens de magneet vanaf de
opening van de buis laat
vallen.
Analyseren
7. Pas de schaal aan om alle
vier metingen te tonen. Geef
in het tekstvlak aan welke
meting correspondeert met
welke hoogte.
Analyseren
8. Geef een korte omschrijving
van het belangrijkste verschil
tussen de vier meetseries in
het tekstvlak hieronder.
Elektromagnetische Inductie
Analyseren
9. Beschrijf de relatie tussen de hoogte waarvan de magneet viel en
de hoogste spanningen die je hebt waargenomen. Maak
tenslotte een foto van deze pagina.
Elektromagnetische Inductie
Analyseren
10. Komt je voorspelling overeen met de gemeten waarden in je grafiek van spanning
versus tijd? Geef je antwoord hieronder en maak dan een foto.
Elektromagnetische Inductie
Samenvatting
1. Hoe zou je een generator kunnen maken die er een zo groot mogelijk
elektromechanisch vermogen oplevert, gebaseerd op je waarnemingen van dit
experiment?
Geef je antwoord hieronder en maak een foto.
Elektromagnetische Inductie
Samenvatting
2. Het is je misschien opgevallen dat de tweede top van de spanningscurve altijd in de
tegengestelde richting is van de eerste top, maar misschien is je niet opgevallen dat
deze top ook iets hoger is. Wat zou hiervan de oorzaak kunnen zijn?
Meerkeuzevraag
1. Een vallende magneet door een spoel is een
vorm van energie omzetting. Welke vorm van
omzetting is dit?
a) Thermische energie wordt omgezet in
elektrische energie.
b) Mechanische energie wordt omgezet in
thermische energie.
c) Kinetische energie wordt omgezet
elektrische energie.
a) Elektrische energie wordt omgezet
in thermische energie.
Vul het juiste antwoord
hieronder in en maak een foto
van deze pagina.
Meerkeuzevraag
2. Als een generator met een spoel van 200
windingen 120 volt opwekt, hoeveel volt is dit als
deze vervangen wordt door één van 800
windingen ?
a) 40 V
b) 480 V
c) 220 V
d) Er is niet genoeg informatie om een
conclusie te trekken.
Vul het juiste anwoord
hieronder in en maak een foto
van deze pagina.
Meerkeuzevraag
3. De wet van Faraday heeft een minteken aan één kant
van de vergelijking. Wat betekent dit?
a) Magnetisme op zichzelf is een negatieve kracht.
b) Tegenpolen trekken elkaar aan.
c) De opgewekte elektromagnetische kracht versterkt
de verandering in het magnetisch veld.
d) De opgewekte elektromagnetische
kracht probeert de verandering in het
magnetisch veld tegen te gaan.
Maak je keuze en maak dan
een foto.
Elektromagnetische Inductie
Gefeliciteerd
Het experiment is voltooid.
Vergeet niet de instructies van je leraar op te volgen bij het schoonmaken en opruimen.
Elektromagnetische Inductie
Naslag
Alle illustraties zijn afkomstig van Pasco uitgaven, clipart uit het publieke domein of wikimedia:
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Lightning_on_Wageningen.JPG
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Michael_Faraday_-_Project_Gutenberg_eText_13103.jpg
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:SGR_1806-20_108536main_NeutronStar-Print1.jpg
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:D-W015_Warnung_vor_Absturzgefahr_ty.svg
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Dipole_field.jpg
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:DIN_4844-2_Warnung_vor_magnetischem_Feld_D-W013.svg
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:ForceLorentz.svg
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:NSRW_Direct_Connected_Dynamo_and_Engine.png
http://www.freeclipartnow.com/office/paper-shredder.jpg.html