Samenvatting Het magnetisch veld

Samenvatting
8
Elektromotor en dynamo
Elektromagnetisch veld | vwo | Samenvatting
Het magnetisch veld
Een permanente magneet is een magneet waarvan de magnetische werking
niet verandert.
Een draaibare kompasnaald draait met zijn noordpool
naar het noorden, het andere uiteinde is de zuidpool.
Gelijknamige polen stoten elkaar af, ongelijknamige polen
trekken elkaar aan.
Figuur 1
Stoffen die gemakkelijk magnetisch te maken zijn: ijzer, nikkel en kobalt.
Figuur 2
8
Elektromotor en dynamo
Elektromagnetisch veld | vwo | Samenvatting
Magnetische veldlijnen
In de omgeving van een magneet ondervinden andere
magneten een krachtwerking: een magneet heeft een
magnetisch veld om zich heen.
Een magnetisch veld kan worden weergegeven door
magnetische veldlijnen:
• in elk punt van de ruimte geeft de raaklijn aan een veldlijn
de richting aan waarin de noordpool van een draaibare
magneetnaald wijst als hij in dat punt staat.
• de magnetische veldsterkte is omgekeerd evenredig met
de onderlinge afstand tussen de magnetische veldlijnen.
• veldlijnen snijden elkaar nooit.
Magnetische veldlijnen lopen buiten de magneet van
de noord- naar de zuidpool.
In een homogeen magnetisch veld is de richting en ook
de sterkte overal gelijk.
Figuur 3
Figuur 4
Figuur 5
8
Elektromotor en dynamo
Elektromagnetisch veld | vwo | Samenvatting
Magnetische veldsterkte
De sterkte van een magneetveld wordt weergegeven door de magnetische
veldsterkte B.
De magnetische veldsterkte B heeft een grootte en een richting: het is een
vectorgrootheid. De richting van de raaklijn aan de veldlijn geeft de richting
van de magnetische veldsterkte B aan.
De eenheid van magnetische veldsterkte is de tesla (T). Hoe groter de
veldlijnendichtheid in een punt van een magnetisch veld, des te groter is daar
de B.
Figuur 6
8
Elektromotor en dynamo
Elektromagnetisch veld | vwo | Samenvatting
Aardmagnetisch veld
Het aardmagnetisch veld heeft een veldlijnpatroon dat veel lijkt op dat van een
staafmagneet.
De magnetische zuidpool ligt in
het noorden van Canada en de
ligging verschuift langzaam
in de loop van de tijd.
Figuur 7
8
Elektromotor en dynamo
Elektromagnetisch veld | vwo | Samenvatting
Elektromagnetisme - stroomspoel
Een stroomspoel en een stroomdraad hebben ook een magnetische werking:
elektromagnetisme.
De richting van het magnetisch veld in de spoel vind je met behulp van de
rechterhandregel. De gekromde vingers wijzen in de richting van de stroom,
de uitgestoken duim in de richting van de veldlijnen binnen de spoel.
N
Z
Figuur 8
Waar de magnetische veldlijnen uit de spoel komen is de noordpool van de
spoel als elektromagneet, waar de veldlijnen naar binnen gaan is de zuidpool.
8
Elektromotor en dynamo
Elektromagnetisch veld | vwo | Samenvatting
Elektromagnetisme – stroomdraad
Een rechte stroomdraad heeft een
magneetveld rondom de draad. De
richting bepaal je met een rechterhandregel:
de duim is in de richting van de stroom en de
gebogen vingers geven de richting van de magnetische veldlijnen.
Figuur 9
De magnetische veldsterkte B hangt af van de
stroomsterkte I en de afstand r tot de draad.
I groter dan B groter
r groter dan B kleiner
Figuur 10
8
Elektromotor en dynamo
Elektromagnetisch veld | vwo | Samenvatting
Lorentzkracht
Een stroomdraad in een magnetisch veld ondervindt
een magnetische kracht: de lorentzkracht FL.
De richting van de lorentzkracht vind
je met een rechterhandregel
(gebruik de component van B ⊥ I ).
De grootte van de lorentzkracht bereken je met:
𝑭𝐋 = 𝑩 ⊥ ∙ 𝑰 ∙ 𝒍
Figuur 11
B⊥ is de sterkte van het magneetveld loodrecht op de stroomrichting (in T).
I is de stroomsterkte (in A).
ℓ is de lengte van de draad in het magneetveld (in m).
FL is de lorentzkracht (in N).
8
Elektromotor en dynamo
Elektromagnetisch veld | vwo | Samenvatting
Elektromotor
Een elektromotor bestaat uit een draaiend gedeelte, de rotor, met een aantal
spoelen en een stilstaand gedeelte bestaande uit een permanente magneet
(of elektromagneet). De lorentzkrachten op de stroomdraden van de
rotorspoelen zorgt voor de draaibeweging van de motor.
De rotorspoelen worden tijdens het draaien door de commutator na elkaar op
de spanningsbron aangesloten, waardoor voortdurend die spoel is
ingeschakeld die in de gunstigste positie is voor de draaiing.
Figuur 12
8
Elektromotor en dynamo
Elektromagnetisch veld | vwo | Samenvatting
Magnetische flux
De magnetische flux Φ door een spoel is te zien als het aantal magnetische
veldlijnen dat door de opening van een spoel gaat.
Een verandering van de magnetische flux (ΔΦ) binnen een spoel veroorzaakt
een inductiespanning Uind over die spoel. Dat kan door een magneet naar een
spoel toe te bewegen of er vanaf of door de magneet te draaien.
Als de magneet niet beweegt, de verandering van de flux is dan nul, dan is de
inductiespanning nul.
Figuur 13
8
Elektromotor en dynamo
Elektromagnetisch veld | vwo | Samenvatting
Magnetische flux en inductiespanning
De grootte van de magnetische flux Φ door een oppervlak hangt af van de
magnetische veldsterkte B, van de oppervlakte A en van de richting van de
magnetische veldsterkte.
𝜱 = 𝑩 ∙ 𝑨
Hierin is 𝐵 de component van de magnetische veldsterkte loodrecht op het
oppervlak A.
De inductiespanning in een spoel is evenredig met
het aantal windingen van de spoel en de snelheid
waarmee de flux verandert.
𝐝𝜱
𝑼𝐢𝐧𝐝 ∝ 𝑵· 𝐝𝒕
Figuur 14
8
Elektromotor en dynamo
Elektromagnetisch veld | vwo | Samenvatting
Wet van Lenz
Als een magneet een spoel nadert, is er een toename
van de flux. De inductiestroom in de spoel veroorzaakt,
volgens de wet van Lenz, een flux in tegengestelde richting.
Het naderen van de magneet wordt tegengewerkt: de spoel
en de magneten stoten elkaar af.
Wanneer de magneet van de spoel af beweegt, is er een
afname van de flux. De inductiestroom in de spoel
veroorzaakt dan een flux in dezelfde richting.
De stroomrichting is omgekeerd. De spoel en de magneet
trekken elkaar nu aan.
Figuur 15
De spoel werkt als een spanningsbron. De kant waar de stroom uit de spoel
komt is de pluspool van de bron. De stroomrichting door de spoel vind je met
de rechterhandregel: duim in de richting van de flux en de vingers geven de
rondgang van de inductiestroom.