Newton - HAVO. Elektromagnetisme. Samenvatting

Transcriptie

1 Newton - HAVO Elektromagnetisme Samenvatting

2 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 Stoffen die gemakkelijk magnetisch te maken zijn: ijzer, nikkel en kobalt

3 Magnetische influentie Stoffen als ijzer, nikkel en kobalt bevatten kleine magneten: elementaire magneten Bij een permanente magneet zijn de elementaire magneten geordend, bij weekijzer ongeordend In een permanente magneet zijn de elementaire magneten moeilijk draaibaar, in weekijzer zijn ze gemakkelijk draaibaar De elementaire magneten in weekijzer worden in de buurt van een magneet geordend, dit heet magnetische influentie Door magnetische influentie trekt een magneet ijzer aan

4 Magnetische veldlijnen In de omgeving van een magneet ondervinden andere magneten een kracht: er is een magnetisch veld Een magnetisch veld kan worden weergegeven door veldlijnen de raaklijn aan een veldlijn geeft de richting van de kracht aan de richting van een veldlijn geeft de richting aan waarin de noordpool van een draaibare magneetnaald op die veldlijn wijst Magnetische veldlijnen lopen buiten de magneet van de noord- naar de zuidpool

5 Magnetische inductie De sterkte van een magneetveld wordt weergegeven door de magnetische inductie B De magnetische inductie B heeft een grootte en een richting: het is een vectorgrootheid De magnetische inductie B wordt opgegeven in tesla (T) Hoe groter de veldlijnendichtheid in een punt van een magnetisch veld, des te groter is daar de B De richting van de veldlijn geeft de richting van de magnetische inductie B aan

6 Het magnetisch veld van de aarde Het aardmagnetisch veld heeft een veldlijnpatroon dat veel overeenkomst heeft met dat van een staafmagneet De naald van een kompas draait vanzelf naar het noorden, dus in de buurt van de geografische noordpool ligt de magnetische zuidpool De magnetische zuidpool ligt in het noorden van Canada en de ligging verschuift langzaam in de loop van de tijd

7 Elektromagnetisme - stroomspoel Een stroomspoel en een stroomdraad hebben ook een magnetische werking, dit noemen we elektromagnetisme Het veld in de stroomspoel loopt van zuid naar noord, erbuiten van noord naar zuid De richting van het 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

8 Stroomspoel: magnetische inductie De magnetische inductie B in een punt in de spoel hangt af van: de stroomsterkte in de spoel (I) het aantal windingen per meter spoellengte (N/l) Binnen een stroomspoel is een homogeen magnetisch veld, de magnetische inductie B (in T) is in elk punt even groot spoel met beginwaarden: I, N en l bepalen B N groter, B groter - l kleiner, B groter Een weekijzeren kern versterkt het veld:

9 Stroomdraad Een rechte stroomdraad heeft ook een magnetische werking en dus ook een magneetveld De richting bepaal je weer met de rechterhandregel: duim is de stroomrichting en de gebogen vingers de richting van het veld De magnetische inductie B hangt af van de stroomsterkte I en de afstand r tot de draad r groter, B kleiner I groter, B groter

10 F L B I Lorentzkracht Een stroomdraad in een magnetisch veld ondervindt een magnetische kracht: de lorentzkracht F L De richting van de lorentzkracht vinden we met de rechterhandregel (vlakke hand): (mits I B) De grootte van de lorentzkracht bereken je met: B is de magnetische inductie (in T) I is de stroomsterkte (in A) l is de lengte van de draad (in m), die zich binnen het veld bevindt F L is de lorentzkracht (in N) De draad ondervindt geen kracht als de hoek niet 90, maar 0 of 180 is

11 Stroomspoel in een magnetisch veld De lorentzkrachten op PS en RQ zijn nul, die op PQ en RS proberen de winding 90 te draaien Bij een stroomspoel met N windingen werkt op elke draad de F L, de totale lorentzkracht op een zijde is dan: FL N B I De draaibeweging van een spoel onder invloed van de lorentzkracht is het principe van de elektromotor

12 Elektromotor (gelijkstroom) Een gelijkstroommotor bestaat uit: de rotor, het draaiende gedeelte met een aantal spoelen de stator, het stilstaande gedeelte met permanente magneet of elektromagneet en levert het magnetisch veld waardoor de rotor kan draaien de commutator, deze zorgt voor de stroomtoevoer vanuit de spanningsbron naar de spoelen van de rotor De rotorspoelen worden tijdens de draaibeweging na elkaar op de spanningsbron aangesloten, zodat er voortdurend een koppel van twee krachten werkt en de rotor blijft draaien

13 Elektromotor (wisselstroom) Bij het aansluiten van de motor op wisselspanning verandert de stroom 50x per seconde van richting De lorentzkrachten veranderen dan ook 50x per seconde van richting, de motor draait niet Het magneetveld moet daarom ook 50x per seconde van richting omkeren, dat kan als de stator een elektromagneet is die is aangesloten op dezelfde netspanning (in serie) gelijkstroommotor wisselstroommotor - seriemotor

14 E nuttig E in P Motorrendement Een elektromotor is een energieomzetter Voor een motor is het rendement η: nuttig P in η is het rendement (geen eenheid) E nuttig is de geleverde nuttige energie (in J) E in is de omgezette energie (in J) P nuttig is het geleverde nuttige vermogen (in W) P in is het omgezette vermogen (in W) De nuttig geleverde energie is de arbeid die de motor verricht: W = F s Het elektrische vermogen P e uit de spanning U en de stroomsterkte I: P e = U I De omgezette energie is de elektrische energie: E e = P e t

15 Elektronenbundel in een magnetisch veld In een stroomdraad ondervinden bewegende elektronen een lorentzkracht van een magneetveld Vrij bewegende elektronen, zoals in een kathodestraalbuis ondervinden dus ook een lorentzkracht - de richting van deze kracht bepaal je ook met de rechterhandregel Bij een negatief deeltje (elektron) is de stroomrichting tegengesteld aan de bewegingsrichting van het deeltje Bij een elektron is I tegengesteld gericht aan v positief deeltje negatief deeltje

16 Elektronenbundel in een magnetisch veld Een elektronenbundel ondervindt in een magnetisch veld een kracht die loodrecht op de richting van de snelheid staat, de elektronen doorlopen daardoor in een homogeen magnetisch veld een (deel van een) cirkelbaan Een sterker magneetveld (B groter) levert een grotere lorentzkracht en maakt de straal van de cirkel kleiner Toepassing: beeldbuis van een tv