PowerPoint-presentatie

ELEKTROMAGNETISME
herhaling 6V
MAGNETEN
N en Z: aantrekken
Z en N: aantrekken
N en N: afstoten
Z en Z: afstoten
GELIJKNAMIGE POLEN STOTEN ELKAAR AF,
ONGELIJKNAMIG TREKKEN ELKAAR AAN
ROOD IS NOORDPOOL
MAGNETISCH VELD
Magneetveld geeft richting kompasnaald
• Veldlijnen van N naar Z
• Gesloten kromme lijnen
• Loodrecht oppervlak magneet
N
Z
FLAPOREN
N
RADIEEL VELD
HOMOGEEN VELD
MAGNETISCHE MONOPOLEN
Wat gebeurt er als je magneten breekt:
Heb je dan losse Noord- of zuidpolen?
Bestaan er magnetische monopolen?
MAGNETISCHE MONOPOLEN BESTAAN NIET
Magnetisme wordt veroorzaakt door kringstromen
Altijd: ene kant N, andere kant Z
B-VELD RONDOM SPOEL
RECHTERHANDREGEL SPOEL
Vingers RH richting I
 duim levert NP (B)
I
naar
min-pool
toe,
Leg
uitde
hoe
I en B om
de
spoel
heen (RHR)
lopen.
NP
rechts
Applet
B-VELD RONDOM DRAAD
Applet
RECHTERHANDREGEL DRAAD
duim RH richting I
 circulatie vingers levert B
Teken hoe de magnetische veldlijnen om de draden
hierboven lopen (een X betekent stroom papier IN).
KRACHT MAGNEET OP DRAAD
LINKERHANDREGEL KRACHT
palm LH in B-veld
vingers richting I
as
duim FL
Boven (ROOD) zit de noordpool: Een applet geeft ‘t
Wat is de richting van de stroom goede antwoord:
en van de kracht in draad 1?
KLIK HIER
Elektronen naar voren 
Midden op tv zie je een paars
hoofd:
gebeurt er als je
I naarwat
achteren
vanaf links nadert metFeen
NP?
L omlaag
B naar rechts
I
FL
B
Parallelle draden
BRON
RHR draad
ONTVANGER
LHR kracht
trekken aan
BRON
RHR draad
ONTVANGER
LHR kracht
Anti-parallelle draden
BRON
RHR draad
stoten af
ONTVANGER
LHR kracht
BRON
RHR draad
ONTVANGER
LHR kracht
FORMULES
Magnetische veldsterkte B binnen spoel met lengte L en N wikkelingen
waar stroom I door loopt
I .N
B  0
L
Magnetische veldsterkte B in cirkel met straal r rondom draad waar
stroom I door loopt
B(r )   0
I
2r
Kracht van magneet met sterkte B op draad met stroom I die over L(m)
door het magneetveld loopt
FL  B.I .L
TOEPASSINGEN DRAADRAAM
fig a 0o
fig b 45o
Bij toepassingen draait vaak een
o
Als
het
draadraam
meer
dan
90
stroom voerend draadraam tussen
heeft
de krachten
de
de NPgedraaid
en de ZPgaan
(zie hiernaast
fig a).
andere
kant
werken
en draait
Geef aan
hoeophet
draadraam
draait
het
draadraam
weer terug.
en hoe
de lorentzkracht
gericht is
OPLOSSING
na respectievelijk draaien over 45o,
Zorg
ervoor
90o en
135o.dat links de stroom
altijd
kant opmet
wijst.
Wat isdezelfde
het probleem
zo’n
draadraam?
fig c 90o
Fig d 135o
TOEPASSINGEN 1 MOTOR
Door een draadraam in een Bveld loopt stroom.
Waarom blijft het draadraam
draaien: zoek uit wat de rol van
de commutator is door met de
applet een strip te maken.
KLIK HIER
door commutator draait motor door
TOEPASSINGEN 2 METER
draaiveer houdt beweging tegen
M lorentz  M veer  FL .D  cveer 
 BILD  cveer 
 dubbele stroom I  dubbele hoek 
DEELTJES IN E-VELD
v
2 kV
In televisie buizen worden elektronen versneld door 2,0 kV.
Door die elektrische energie groeit hun snelheid, wat wordt
hun snelheid?
BINAS 7
Eel  Ekin
qV  12 mv 2
1/ 2
2qV  2.1,6 x10 .2.000 
v


31
m
9
,
1
x
10


19
 2,65 x107 (m / s )
DEELTJES IN B-VELD
De Lorentzkracht FL = BIL werkt ook op losse deeltjes die met snelheid v en lading
q bewegen. Voor zulke losse deeltjes in een B-veld geldt:
q
L
FL  B.I .L  B. .L  B.q.  B.q.v
t
t
Als negatieve deeltjes, electronen, omhoog
bewegen in een B-veld dat naar achter wijst
dan gaan ze naar ‘rechts’ cirkelen.
Pas maar LHR-kracht toe.
ANIMATIE DEELTJES IN VELDEN
KATHODESTRALEN(1857-1900)
Lichteffecten in vacuumbuis onder hoogspanning (2 kV),
Stralen komen uit de kathode (maltezer kruis)
DEBAT 19e EEUW: DEELTJES OF GOLVEN?
Eigenschap straling
Productie op kathode
Rechtlijnige beweging
Fluorescentie
B-afbuiging
Loodrechte emissie
Materiaal onafh.
Chemisch Actief
Energie transport
Impuls transport
Geen E-afbuiging
DEELTJE GOLF
+
+
+
++
++
+
+
+
+
-
+
+
++
+
+
+
+
+
ONTDEKKING VAN HET ELEKTRON I
Elektrisch veld E en magnetisch veld B zo regelen dat stralen
rechtdoor gaan. Lanceren:
2
q v
Eel  Ekin dus qV  mv dus

m 2V
en niet afbuigen
E
Fel  Fmagn  qE  qvB  v 
B
1
2
Combineren:
2
q
E2

m 2VB 2
Lading per kg 2000 x zo groot als H+-ion
 Of 2000 x zo grote lading
 Of 2000 x zo klein deeltje (subatomair?)
e
CONVERGENTIE
-METINGEN
m
ONTDEKKING ELEKTRON II
Elektrisch versnellen
E el  E kin dus eV  12 mv 2
e
v2
dus

m 2V
Magnetisch cirkelen
Fmpz
mv 2
erB
 FL  dus
 evB dus v 
r
m
CIRKELENDE ELEKTRONEN
e
2V
 2 2
m r B
SCHEMA TV-BUIS
Onderdelen tv :
(1) Vrijmaken en versnellen elektronen
(2) Afbuigen door signaal
(3) Lichtflits op scherm
1
Rekenen aan snelheid met E-omzetting:
Eel  Ekin dus qV  12 mv 2 en v 
2qV
m
Rekenen aan hoek met theorie kogelbaan:
2
3
4
Ft eEt eVdt
v x  constant en v y  at 


m
m
m
vy
tan  
en y  x tan α
vx
Signaal met informatie over tv-programma
Lijnen schrijven
POOLLICHT
Het B-veld van de aarde is niet homogeen,
het heeft net als een staafmagneet rare
flaporen. Kosmische straling vanaf de zon
kan in het veld ingevangen worden en
urenlang spiegelen tussen de NP en de ZP
van de aarde.
Wat wij dan zien is poollicht, fraaie
lichteffecten aan de hemel.
Voor meer informatie:
KLIK HIER
ELEKTROMAGNETISME
1 inleiding induktie
* de ring
* de spoel
2 Lenz wet en flux:
* de rail
* magnetische wervels
3 afleiding wet van Faraday
INLEIDING VB 1: DE RING
A Naderen = wegduwen
B Verwijderen = meeslepen
toen. Veld
afn. veld
tegenveld
meeveld
Bex naar links
Bex naar links
Rechts NP
rechts ZP
Bin naar rechts
Bin naar links
RHR: Ivoor omlaag
RHR: Ivoor omhoog
INLEIDING VB 2: DE SPOEL
A Naderen Noordpool
Bex
Bin
B Verwijderen Noordpool
Bex
Bin

toenemend Bex rechts

compenseren tegenveld

Bin links

RHR spoel: Ivoor omhoog

A naar rechts

afnemend Bex rechts

compenseren meeveld

Bin rechts

RHR spoel: Ivoor omlaag

A naar links
GA NA Wat gebeurt er C als ZP nadert en D als ZP verwijdert.
INLEIDING VB 2: DE SPOEL
C Naderen Zuidpool
Bex
Bin
D Verwijderen Zuidpool
Bex
Bin

toenemend Bex links

compenseren tegenveld

Bin rechts

RHR spoel: Ivoor omlaag

A naar links

afnemend Bex links

compenseren meeveld

Bin links

RHR spoel: Ivoor omhoog

A naar rechts
3 WET VAN LENZ EN FLUX
Wet van Lenz
Als een magneet B beweegt tov van een spoel S, dan gaat er een
zodanige inductiestroom lopen dat de oorzaak van zijn ontstaan
wordt tegen gewerkt.
Ontdekking van Faraday
Aantal veldlijnen dat door ‘t opperlak van spoel prikt is essentieel
Begrip Flux
De flux Ø van een magneet B tov
van een spoel A is Ø=BL.A, waarin
BL de loodrechte component van de
magnetische veldsterkte.
Vbn 4: DRAAIENDE MAGNEET EN SPOEL
Inductie: bewegende magneet voor spoel  elektriciteit
Ekin  Eel +Q
A SNELLER BEWEGEN
B MAGNEET OMDRAAIEN
B omdraaien  U klapt om
oppervlak pieken constant
t halveert  U verdubbelt
LENZ EN FLUX ,VB 5 DE RAIL
NP
Bex
Bin
FL
I
Fik
Bex
NIVEAU 1: FLUX
 asje naar rechts
NIVEAU 2: KRACHT
 toenemende flux omlaag
 asje naar rechts
 Lenz: tegenflux
 Fik wijst naar rechts
 Bin omhoog
 Lenz: FL naar links
 RHR spoel: Ias achteren
 LHR kracht:Ias achteren
6 AFLEIDING FARADAY UIT LENZ
Wik  E el  Q, met verwa arlozing wrijving :
definities arbeid en vermoge n :
wet van Lenz en P  UI :
FL  BIl toepassen :
Wik  E el
Fik .s  Pel .t
-FL .s  U .I .t
-B.I .ls  U .I .t
I wegdelen, U apart schrijven : U  -
Bls
BA



t
t
t
LENZ EN FLUX, VB 7 WERVEL
A VALLENDE MAGNEET
ACHTER MAGNEET
Afnemende flux 
meeflux 
Remmen
VOOR MAGNEET
toenemende flux
tegenflux 
OOK remmen
B DRAAIENDE MAGNEET
boven aluminium schijf
(1) Tegenveld  remmen
(2)Meeveld  OOK remmen
ELEKTRCITEIT IN NEDERLAND
1 PRODUCTIE ELEKTRICITEIT
DRAAIENDE MAGNEET
Stoom in ketel blazen
 magneet gaat draaien
 Uind in spoelen
 3 paren A, B en C (3 fasen).
GENERATOR
Gegeven zijn twee dingen:
f = 50 Hz frequentie lichtnet
veind = 300 m/s geluidsbarriere
Hoe lang is de magneet?
1
f 
T
2r
v
T
v
300(m / s)
v  2rf  r 

 0,95(m)
2f 2 x3,14 x50(1 / s)
2 WISSELSPANNING
generator
Wisselspanning
U (t )  U max . sin( 2ft )
Effectieve spanning
U eff 
U max
2
 0,71xU max
3 TRANSFORMATOR
KLIK HIER
3 TRANSFORMATOR
N1:N2
Transformator  veranderaar van spanning (en dus stroom)
(1) Optransformeren: U omhoog (TV 220  2.000 (V))
(2) Aftransformeren: U omlaag (Motor Video 230  9,0(V))
Transformator  lijst van weekijzer die B~ doorgeeft
(1) INGANG wisselspanning Uin wordt wisselveld B~ RHR-spoel
(2) UITGANG wisselveld B~ wordt wisselspanning Uuit
Wikkelverhouding Nin:Nuit bepaalt werking trafo
Inductie
4 TRAFO: WIKKELVERHOUDING
Ideale trafo heeft geen energieverlies,
er geldt:
NU1 uit U1N uit I 2
 
NU2 in U 2N in I1
Dit is ‘n theoretische formule, die nauwelijks voor echte trafo’s
geldt, want daar is wel energieverlies (trafo’s worden loeiheet!).
(1) 2 x zoveel uitgangswikkelingen  2x zo hoge Uuit (serie!)
(2) Geen energieverlies, betekent Pin=Puit, dus U1I1=U2I2,
(3) Als U omhoog transformeert dan transformeert I omlaag.
VB 1 VIDEO 230 9 V
N1 230

 25,6()
N2
9
VB 2 TV 230  2000 V
N1
230

 0,115 (-)
N 2 2000
5 TRANSPORT ELEKTRICITEIT
hoogspanningskabels
10 Ω
1 : 100
verdeelstation
100 : 1
trafohuisje
Hoogspanning 
Onderweg spanning 100x zo hoog 
Stroom 100 x zo laag 
Vermogensverlies 1002 = 10.000 x zo klein 
Acceptabel rendement (98% i.p.v. 0,05%)
6 TRANSPORT (=)
10 Ω
CENTRALE
A Stroom in de wijk
30 km draad
10 Ω
P  U .I  I  P
WIJK
230 V en 1,0 MW
U
 1.000.000
230
 4.348( A)
B Vermogensverlies onderweg
P  I 2 R  4348 2.10  189 x10 6 (W )  189(MW )
C Spanningsverlies onderweg
D Rendement transport
U  I .R  4348x10  43,5x10 3 (V )

Pwijk
Ptotaal
1,0

 0,005  0,5%
189  1,0
7 TRANSPORT (≈)
hoogspanningskabels
10 Ω
1 : 100
verdeelstation
A Stroom in de wijk?
B Stroom onderweg?
100 : 1
trafohuisje
P  U .I  I  P
I draad 
U
 1.000.000
230
 4.348( A)
1
I wijk  4348 / 100  43,5( A)
100
C Vermogensverlies onderweg?
P  I 2 R  43,5 2.10  19 x10 3 (W )  0,019(MW )
D Rendement transport?
Pwijk
1,0


 0,98  98%
Ptotaal 0,019  1,0
SOMMEN
Zie ook EXTRA VI
SOM 1 t/m 6
SOM 1 EM KANON
In een elektromagnetisch geschut springt er
een vonk over van P naar Q, daarbij zorgt de
‘spoel’ APQB voor een B-veld het papier in
(de kruisjes). Het gevolg is dat de vonk naar
rechts beweegt en het projectiel van 0,30 kg
meeneemt.
A Leg uit wat de pluspool is, A of B (Hint: RHR spoel gebruiken!)
RHR-spoel: B achteren dus I met de klok mee, dan is A pluspool
B Toon aan dat de vonk naar rechts beweegt (Hint: LHR-kracht gebruiken).
LHR-kracht: B naar achteren en I omlaag, dus F naar rechts.
Aan het eind van de loop na 0,005 s heeft het projectiel een snelheid van 600 m/s.
Bereken de lengte van de loop (hint: uit de gemiddelde snelheid).
s  v gem .t 
1
600(m / s ).0,005( s )  1,5(m)
2
Bereken uit de versnelling de gemiddelde kracht op het projectiel.
a
v 600(m / s )

 120.000(m / s 2 )
t
0,005( s )
F  m.a  0,30(kg ).120.000(m / s 2 )  36.000( N )
SOM 2 BOOTJE
Dit bootje dat in zout water drijft zou in principe
moeten gaan varen, door zich af te zetten op de
ionenstroom in het water. Via beide elektroden
loopt er stroom tussen de polen van de magneet.
A Waarom kan zo’n bootje in zoet water ook in
theorie niet varen?
NP
Zoet water bevat geen ionen
B Leg uit of de noordpool onder of boven zit.
Stroom naar voren (+ naar -)
Lorentzkracht naar achteren
LHR: B omlaag
Fboot
Fionen
Het water heeft een weerstand van 25 Ohm per cm. De afstand tussen de elektroden is
20 cm. De spanning van de accu 12 V en de sterkte van het magneetveld 0,01 T.
C Bereken de grootte van de Lorentzkracht die je hiermee krijgt.
Stroom uit Ohm:
U
12(V )
I 
 0,024( A)
R 25 x 20()
Lorentzkracht:
FL  BIl  0,01(T ).0,024( A).0,1(m)  2,4 x10 5 ( N )
SOM 3 KARRETJE
A Waarom pulsen tegengesteld?
1e puls: naderen  tegenflux, 2e puls verwijderen meeflux
B Waarom oppervlak pulsen even groot?
Opp=VΔ=BΔA: bij naderen en verwijderen zijn die even groot
C Was beweging versneld, vertraagd of eenparig?
Vertraagd: verwijderen duurde 0,04 sec, naderen 0,02 sec!
D Gemiddelde snelheid karretje?
Aflezen uit de figuren en invullen:
E Teken beeld in als magneet halve slag draait.
s 0,15(m)
v

 2,5(m / s)
t 0,060( s)
De pieken klappen om!
SOM 4 VALLENDE MAGNEET
De magneet valt door de spoel: leg met de wet van Lenz
uit in welke volgorde de LEDjes flitsen.
Bex
Intreden spoelP
Toenemende flux omlaag
U tegenflux, omhoog dus!
 Wet van Lenz:
 RHR spoel: Ivoor naar rechts
L aan
 ROOD eerst
S
Binin
Uittreden spoel
 AfnemendeAflux omlaag
 Wet van Lenz: meeflux, omlaag dus!
 RHR spoel:RIvoor naar links
 daarna GROEN aan
17
Bex
Beredeneer in welke volgorde de LEDjes flitsen bij het
omkeren van de18
hele opstelling
SOM 5 SLINGERENDE LEDs
Een spoel slingert van rechts naar links
over een sterke magneet. Op deze spoel
zijn een rode (R) en een groene (G) LED
parallel aangesloten.
A Beredeneer in welke volgorde de
LEDs zullen oplichten. Leg hierbij al je
tussenstappen heel precies uit!
Naderen


Verwijderen 

toenemende flux omlaag
Ivoor rechts


tegenflux (omhoog)
eerst groen aan
afnemende flux omlaag
Ivoor links


meeflux (omlaag)
dan rood aan
B Leg ook uit hoe die volgorde is bij de volgende passage van de magneet.
Dezelfde volgorde – eerst groen dan rood – want het gaat alleen om naderen
en verwijderen, niet om de richting van waarin de spoel slingert.
SOM 6 SPOORRAILS
A Hoeveel spanning staat er over de weerstand als B = 0,020 (T)?
Invullen in de wet van Faraday
Vind  Blv  0,20 x0,08x2,0  0,032(V )
B Wat is er gestileerd, theoretisch, aan deze opgave?
Deze spoel heeft één wikkeling en dan is de spanning altijd zo laag
dat er geen enkel apparaat op kan werken. In echte situaties is er
altijd sprake van spoelen met 100derden wikkelingen.
EINDE