Het magnetisch veld in een slinky

Het magnetisch veld in een slinky
Inleiding
Laat je opstelling eerst controleren vooraleer je begint te
meten. Hulp bij het gebruik van je rekentoestel of de CBL2
vind je achteraan de tekst.
Als je leest ENTER betekent dit dat je een keuze moet maken
uit het menu. Wanneer je <ENTER> leest, moet je de toets
indrukken.
In je verslag beschrijf je schematisch en beknopt wat je
gemeten hebt en beantwoord je de vragen .
Beschrijving
Wanneer een elektrische stroom door een solenoïde (een
geleidende draad die rond een houder gedraaid is) ontstaat
in die solenoïde een magnetisch veld. Een metalen slinky
heeft dezelfde vorm als een solenoïde.
In dit lab onderzoeken we:
-het verband tussen magneetveld en stroomdoor de spoel;
-het verband tussen het magneetveld en het aantal windingen
per meter van de spoel;
-de verandering van het magneetveld binnen en buiten de spoel;
-de grootte van de permeabiliteit 0.
Om de stroom door de spoel te bepalen, meten we de spanning
over een weerstand van 1 , in serie met de spoel. Volgens
de wet van Ohm correspondeert dan bijv. een spanning van 1
V met een stroomsterkte van 1 A door de weerstand. Het
magneetveld wordt bepaald met de magneetveldsensor.
Opstelling en benodigdheden
1.-Bevestig de slinky op het blad uitgerekt tot 1 m lengte, de
afstand tussen de windingen is dan ongeveer 1 cm.
2.-Maak de opstelling. Zorg er voor dat de rode meetsonde
verbonden is met de positieve kant van de weerstand en van de
stroombron.
3.-Verbind de spanningsmeter met CH1 en de magneetveldsensor
met de CH2 - poort op de CBL2. De schakelaar op de
magneetveldsensor staat op “hoog”.
Zet het rekentoestel aan en start het DATAMATE programma. Druk
CLEAR om het programma te resetten.
4.-Als CH1 en CH2 resp. de spanningssonde en de
magneetveldsensor aangeven, ga verder met het volgende punt.
Als dat niet het geval is, kijk achteraan dit instructieblad
5.-De spanning kan afgelezen worden op CH1 en het magneetveld
op CH2 van het rekentoesteldisplay. Sluit de schakelaar en
regel de stroombron dat de aflezing 2,0 A is.
LET OP!
Door de windingen gaan sterke stromen. Laat dus de
schakelaar zo kort mogelijk gesloten (alleen om te
meten). Bedrading en stroombron kunnen te warm worden
als je de stroom voortdurend aan laat.
Proef 1 Gebruik magneetveldsensor
6.-Houd de magneetveldsensor tussen de windingen, halfweg de
slinky. Je kan op het scherm de sensorwaarde aflezen. Draai de
sensor langzaam om zijn as (de sensor meet maar om de seconde
!). Wanneer je de aflezingen bekijkt, zie je een zekere
variatie.  (1)Aan welke oorzaak zijn die afwijkingen toe te
schrijven?  (2) Waar bevindt zich het witte punt wanneer de
aflezing maximaal is?
7.-Meet op verschillende plaatsen langs de slinky, zowel in
als juist buiten de windingen, om de variatie langs de
lengterichting na te gaan. Oriënteer de sensor steeds voor een
maximale aflezing.. (3) Wat stel je vast?
Proef 2 Verband magneetveld B in de slinky en stroomsterkte I.
8.-Regel, wanneer de schakelaar gesloten is, de stroombron op
2A
9.-Zet de magneetveldsensor verticaal en in een oriëntatie dat
de aflezing maximaal is (vlak van de windingen). Zorg dat de
sensor niet meer van plaats verandert gedurende de rest van de
proef.
10.-Stel de sensor in op nul: uitschakelen invloed andere
magnetische velden.
11.-Stel de geschikte manier om gegevens te verzamelen in :
SELECTED EVENTS.
12.-Je gaat gegevens verzamelen over het magneetveld in
functie van de stroomsterkte.
13.-Selecteer START uit het hoofdscherm.
14.-Sluit de schakelaar voor de duur van de metingen.
15.-Controleer dat de stroom nog altijd 2 A bedraagt.
16.-Druk <ENTER> om de stroomsterkte en het magneetveld vast
te leggen.
17.-Je gaat nog 4 metingen vast leggen, ook voor 0 A.
18.-Verminder de stroomsterkte met 0,5 A.
19.-Druk <ENTER> om de nieuwe metingen vast te leggen.
20.-Verminder de stroomsterkte verder met 0,5 A, en leg de
metingen telkens vast.
21.-Nadat je het meetpunt 0 A vast gelegd hebt, druk <STO|> om
het verzamelen van de gegevens te stoppen.
22.-Laat de schakelaar los om de stroom af te snijden.
23.-Bekijk de grafiek van het magneetveld t.o.v. de
stroomsterkte. Alhoewel je de spanning vastgelegd hebt,
stemmen de meetwaarden direct overeen met de stroomsterkte.
24.-Druk … om CH2 VS CH1 te selecteren.
25.-Druk <ENTER> zodat de grafiek zichtbaar wordt.
26.-Wanneer de meetpunten ongeveer op een rechte lijn liggen,
bereken de best passende rechte en  (4) teken die over.
27.-Tel het aantal windingen van de slinky en meet de lengte.
Wanneer aan de uiteinden windingen niet uitgerekt zijn, worden
deze niet meegerekend voor het aantal of de lengte.
Proef 3 Verband magneetveld B en het aantal windingen per
meter.
28.-Regel de stroombron op 1 A, wanneer de schakelaar gesloten
is. De magneetsensor blijft op zijn plaats tijdens proef,
ongeveer halfweg de slinky. De lengte van de slinky wordt
veranderd tussen 0,5 en 2,0 m. (5) maak een tabel met lengte,
aantal windingen, aantal windingen/meter, stroomsterkte en
sterkte magneetveld. Een aantal gegevens voor 1,0 m heb je al
uit vorige proef.
29.-Aangezien de slinky uit een ijzerlegering gemaakt is, kan
hij zelf gemagnetiseerd worden. De slinky verplaatsen, kan het
magnetisch veld wijzigen, zelfs als er geen stroom door de
slinky gaat. Dus telkens als je de slinky verplaatst of
verandert, moet de magneetsensor terug op nul gezet worden.
30.-Je gaat gegevens verzamelen over het magneetveld in
functie van het aantal windingen per meter door de metingen
rechtstreeks in de tabel te schrijven..
31.-Sluit de schakelaar en regel de stroomsterkte om 1,0 A.
Noteer in de tabel
32.-Lees de sterkte van het magneetveld af en noteer.
33.-Open de schakelaar.
Herhaal stap 29. tot 31. na telkens de lengte van de slinky
gewijzigd te hebben in 0,5 m, 1,5 m, en 2,0 m. Houd het aantal
windingen en de stroomsterkte gelijk, vergeet niet de sensor
terug op nul te regelen, met de schakelaar uit!
ANALYSE
34.-Bekijk de grafiek van het verband tussen het magneetveld B
tegenover de stroomsterkte I.  (6) Welk verband is er tussen
de stroomsterkte en het resulterende magneetveld in het
centrum van de windingen?
35.- (7) Welk verband is er tussen het magneetveld en het
aantal windingen/meter?
36.-  (8) Bepaal de best passende rechte voor het magneetveld
t.o.v. aantal windingen/meter.
37.- (9) Bepaal 0 uit je metingen en vergelijk met de
werkelijke waarde.
Hoe ging dat ook weeral?
1.De juiste sensoren instellen.
1.a.-Selecteer SETUP van het hoofscherm.
1.b.-Druk <ENTER> om CH2 te selecteren.
1.c.-Kies bijv. MAGNETIC FIELD uit de SELECT SENSORlijst.
1.d.-Kies HI MAGNETIC FIELD (MT) uit de MAGNETIC FIELD list.
1.e.-Selecteer OK om terug te keren naar het hoofdscherm.
2.Selectie van de manier om gegevens te verzamelen.
2.a.-Selecteer SETUP van het hoofscherm
2.b.-Druk op … om MODE te selecteren en druk <ENTER>
2.c.-Neem XXXXXXXXXXXX uit het SELECT MODE-menu om de gegevens
te verzamelen.
2.d.-Neem OK om terug te keren naar het hoofdscherm.
3.Wegwerken invloed van het aardmagnetisme en andere storingen.
3.a.-Selecteer SETUP op het hoofdscherm.
3.b.-Selecteer ZERO.
3.c.-Selecteer CH2-MAGNETF (MT) uit het SELECT CHANNEL menu.
3.d.-Als de aflezing op het rekentoestel stabiel is, druk
<ENTER> om de nulinstelling vast te leggen.
4.De best passende rechte berekenen. (dit kan ook via de lijsten
opgeslagen in het rekentoestel!)
4.a.-Druk <ENTER> en selecteer MAIN SCREEN
4.b.-Selecteer ANALYZE uit het scherm
4.c.-Selecteer CURVE FIT uit ANALYZE OPTIONS.
4.d.-Selecteer LINEAIR (naam lijsten) uit het CURVE FIT
scherm.
4.e.-Druk <ENTER> om de grafiek en de berekende rechte te
zien.
4.f.-Druk <ENTER> en selecteer RETURN TO MAIN SCREEN.