Hoofdstuk 29 Electromagnetische Inductie en de wet van Faraday. Copyright 2009 Pearson Education, Inc.

Transcriptie

1 Hoofdstuk 29 Electromagnetische Inductie en de wet van Faraday

2 Onderwerpen van H 29 Geinduceerde EMF Faraday s Inductie wet; de wet van Lenz EMF Geinduceerd in een Bewegende Geleider Electrische Generatoren Transformers en de Overdracht van Vermogen Een veranderende Magnetische Flux Produceert een Electrisch Veld

3 Geinduceerd EMF Bijna 200 jaar geleden zocht Faraday naar bewijs dat een magnetisch veld elektrische stroom zou induceren met dit apparaat:

4 Geinduceerd EMF Hij vond geen bewijs als de stroom continu was, maar zag wel een geinduceerde stroom als de knop aan of uit werd gezet.

5 Faraday s Inductie Wet De geinduceerde emf in een stroomlus is proportioneel aan de verandering van magnetische flux door de lus. Magnetische flux: Eenheid van magnetische flux: Weber, Wb: 1 Wb = 1 T m 2

6 Faraday s Inductie Wet Deze tekening laat de variabelen zien in de flux vergelijking: Let op wat betekent: Richting: de normaal op oppervlak Grootte: het oppervlak waar flux door gaat

7 Faraday s Inductie Wet De magnetische flux is analoog aan de electrische flux het is evenredig met het totale aantal magnetische veldlijnen die door de lus gaan. Hoek θ: tussen normaal A and B-veld

8 Flux bepalen. Faraday s Inductie Wet Een vierkante stroomlus omvat een oppervlakte A 1. Een uniform magnetisch veld B staat loodrecht op de lus en omvat de oppervlakte A 2. Wat is de magnetische flux door de loop A 1?

9 Faraday s Inductie Wet Faraday s inductie wet: de emf geinduceerd in een circuit is gelijk aan de veranderingssnelheid van de magnetische flux door het circuit: of bij meerdere windingen

10 Wet van Lenz Het min teken geeft de richting van het geinduceerde emf: Een stroom geproduceerd door een geinduceerd emf beweegt in de richting die maakt dat het geproduceerde magnetische veld het veranderde veld herstelt. of: Een geinduceerd emf staat atijd in de richting die tegengesteld is aan de originele verandering in flux die het veroorzaakt heeft.

11 Gebruik rechterhandregel en Wet van Lenz:

12 Wet van Lenz Magnetische flux zal veranderen als de oppervlakte van de lus verandert.

13 Wet van Lenz Magnetische flux verandert als de hoek tussen de stroomlus en het veld verandert.

14 Wet van Lenz Problemen oplossen: de wet van Lenz 1. Bepaal of de magnetische flux toeneemt, afneemt of onveranderd is. 2. Het B-veld tgv geinduceerde stroom wijst in de richting tegenovergesteld aan het originele veld als de flux toeneemt; in dezelfde richting als het afneemt; en is nul als de flux niet verandert. 3. Gebruik de rechterhand regel om de richting van de stroom te bepalen. 4. Onthoud dat het externe veld en het veld tgv geinduceerde stroom verschillend zijn.

15 Wet van Lenz Voorbeeld 29-4: Oefenen met de wet van Lenz. In welke richting wordt de stroom geinduceerd in de circulaire lus in elke situatie? Trek de stroomkring naar rechts; magneetveld wijst uit vlak naar boven De flux door de kring wijst naar boven en neemt af. Wet van Lenz: de stroom in kring probeert de flux te behouden. Dus stroom tegen klok in.

16 Wet van Lenz Voorbeeld 29-4: Oefenen met de wet van Lenz. In welke richting wordt de stroom geinduceerd in de circulaire lus in elke situatie? De kring krimpt; magneetveld wijst in het vlak naar binnen De flux door de kring wijst naar beneden en neemt af. Wet van Lenz: de stroom in kring probeert de flux te behouden. Dus stroom met de klok mee.

17 Wet van Lenz Voorbeeld 29-4: Oefenen met de wet van Lenz. In welke richting wordt de stroom geinduceerd in de circulaire lus in elke situatie? De flux door de kring wijst naar beneden (binnen) en neemt toe. Wet van Lenz: de stroom in kring probeert de flux te behouden. Dus stroom tegen klok in. Magnetische pool beweegt naar boven naar de stroomkring toe

18 Wet van Lenz Voorbeeld 29-4: Oefenen met de wet van Lenz. In welke richting wordt de stroom geinduceerd in de circulaire lus in elke situatie? Er is geen flux door de kring en ook geen fluxverandering. Dus er wordt geen stroom geinduceerd. Magnetische pool beweegt naar de kring in het vla.

19 Wet van Lenz Voorbeeld 29-4: Oefenen met de wet van Lenz. In welke richting wordt de stroom geinduceerd in de circulaire lus in elke situatie? Roteer de kring door linkerkant naar voren te trekken, en de rechterkant naar achter te duwen. Magneetveld wijst van rechts naar links. De flux door de kring neemt toe. Stroom moet dus tegen klok in gaan

20 Wet van Lenz Voorbeeld 29-11: Oefenen met de wet van Lenz. In welke richting wordt de stroom geinduceerd in de circulaire lus in elke situatie?

21 Wet van Lenz Voorbeeld 29-5: Een spoel uit een B-veld trekken. Een 100-lus vierkante spoel met zijkanten l = 5.00 cm en totale weerstand 100 Ω, staat loodrecht op een uniform T magnetisch veld. Het wordt snel uit het veld getrokken met een constante snelheid (beweging loodrecht op B) naar een gebied waar B plotseling gelijk is aan nul. Op t = 0, is de rechterkant van de spoel op de rand van het veld. Het duurt s tot de hele spoel uit het veld is. Vind (a) de snelheidsverandering van de flux door de spoel, en (b) de emf en geinduceerde stroom. (c) Hoeveel energie is er gedissipeerd in de spoel? (d) Wat was de gemiddelde benodigde kracht (F ext )?

22 Een 100-lus vierkante spoel met zijkanten l = 5.00 cm en totale weerstand 100 Ω, staat loodrecht op een uniform T magnetisch veld. Het wordt snel uit het veld getrokken met een constante snelheid (beweging loodrecht op B) naar een gebied waar B plotseling gelijk is aan nul. Op t = 0, is de rechterkant van de spoel op de rand van het veld. Het duurt s tot de hele spoel uit het veld is. Vind (a) de (snelheids)verandering van de flux door de spoel φ B = 0.6 x 0.05 x 0.05 = 1.5 x 10-3 Wb NB: beredeneer ook teken: Aan het eind van beweging φ=0.

23 Een 100-lus vierkante spoel met zijkanten l = 5.00 cm en totale weerstand 100 Ω, staat loodrecht op een uniform T magnetisch veld. Het wordt snel uit het veld getrokken met een constante snelheid (beweging loodrecht op B) naar een gebied waar B plotseling gelijk is aan nul. Op t = 0, is de rechterkant van de spoel op de rand van het veld. Het duurt s tot de hele spoel uit het veld is. Vind (b) de emf en geinduceerde stroom

24 Faraday s Inductie Wet Een 100-lus vierkante spoel met zijkanten l = 5.00 cm en totale weerstand 100 Ω, staat loodrecht op een uniform T magnetisch veld. Het wordt snel uit het veld getrokken met een constante snelheid (beweging loodrecht op B) naar een gebied waar B plotseling gelijk is aan nul. Op t = 0, is de rechterkant van de spoel op de rand van het veld. Het duurt s tot de hele spoel uit het veld is. c) Hoeveel energie is er gedissipeerd in de spoel? d) Wat was de gemiddelde benodigde kracht (F ext )? Vermogen geleverd, dus arbeid geleverd!

25 Faraday s Inductie Wet Alternatieve berekening van gedissipeerde energie door kracht. Hoeveel energie is er gedissipeerd in de spoel? Via berekening kracht op de draad: Krachten op boven en onderkant compenseren; Kracht op rechterdraad zit in B=0: Kracht op linkerdraad N Gebruik wel: stroom I=15 ma)