Stevin vwo deel 2 Uitwerkingen hoofdstuk 7 Elektromagnetisme ( ) Pagina 1 van 12

Transcriptie

1 Stevin vwo deel 2 Uitwerkingen hoofdstuk 7 Elektromagnetisme ( ) Pagina 1 van 12 Opgaven 7.1 Magneten en elektromagneten 1 a Ongelijke polen trekken elkaar aan. De noordpool van een kompas wordt aangetrokken door de magnetishe pool in het noorden van de aarde. Die pool is dus magnetish gezien een zuidpool. Je evindt je dan op de meridiaan van de magnetishe noord- of zuidpool tussen de aardrijkskundige pool en de magnetishe pool. Een kompas kan maar één rihting heen. Het wijst aan wat de rihting is van een veldlijn. 2 a Bij een magneet merk je in het midden vrijwel niets van zijn magnetisme. Met het uiteinde van het stuk ijzer kun je magneet niet in het midden optillen. Met het uiteinde van de magneet kun je het stuk ijzer wel in het midden optillen. 3 - Je zou dan oven en onder gelijksoortige polen tegen elkaar aan willen drukken en dat lukt niet. 4 a Influentie. De spijlen heen aan hun onderkant een zuidpool. In de aarde evindt zih dus noordmagnetisme. Je ent dan dus op het zuidelijk halfrond. Zie ook opgave 1a. Op de evenaar moet je stukken ijzer geruiken die horizontaal liggen in noord/zuid-rihting. 5 - Het nikkelen dueltje komt oven zijn urietemperatuur en kan dan dus niet meer worden aangetrokken. Het zwaait weg uit de vlam en koelt daarij af. Na enige tijd kan het weer worden aangetrokken en komt het in de vlam, enz. enz. 6 a De lange pootjes van de spanningsronnen zijn de De veldlijnen draaien tegen de klok in. De stroom komt dus het papier uit.

2 Stevin vwo deel 2 Uitwerkingen hoofdstuk 7 Elektromagnetisme ( ) Pagina 2 van 12 Opgaven 7.2 De lorentzkraht 8 - Een staafje aluminium heeft door zijn kleine dihtheid een kleine massa en komt dus makkelijk in eweging. 9 - De gloeidraad gaat ij gelijkstroom niet trillen, maar wijkt naar één kant uit a Het klopt De wijsvinger speelt voor I en met de laatste drie vingers spelen voor de veldlijnen van B. De vingers heen de rihting van I en de duim is weer F 13 a 1 a F L = F z tanα en F L = B I l Je moet dus F z en α erekenen. F z = 2, ,8 = 2, N 3,8 sinα = = 0,095 α = 5,5 tanα = 0,095 40,0 F L = 2, ,095 = 2, N 3 F L 2, B = = = 3,110 T I 2 1, , T

3 Stevin vwo deel 2 Uitwerkingen hoofdstuk 7 Elektromagnetisme ( ) Pagina 3 van a De stroomalans reageert op de horizontale omponent van het veld. Uit de figuur volgt dat de sheermessen in oost/west-rihitng moeten staan Als je wisselstroom geruikt, draaien de rihtingen van de stroom in het water en van het veld in de spoel eide om en lijft de rihitng van de lorentzkraht dus onveranderd.

4 Stevin vwo deel 2 Uitwerkingen hoofdstuk 7 Elektromagnetisme ( ) Pagina 4 van 12 Opgaven 7.3 Spoelen in magneetvelden 17 - Links kijk je tegen een wijzerstroom aan, dus tegen een Zuidpool. De stroomlus zal dus naar de magneet gaan. Rehts is de lus een noordpool, dus al hij daar worden afgestoten. Dat is ehter instaiel, dus klapt de lus om en daarna wordt hij aangetrokken. Van oven ekeken zien de vetoren er zo uit: Links maakt de lus zih groter om meer passende veldlijnen te kunnen omvatten. De lorentzkraht wijzen omlaag en dus gaat de stroomlus naar de magneet toe. Rehts wordt de lus samengekepen en weggestoten; daarij klapt hij om. 18 a De vetoren voor het linker gedeelte zijn naast magneet getekend. Bij het spoeltje gaan de veldlijnen naar innen. Na een kwart slag draaien passen de veldlijnen van de hoefijzermagneet ij die van het spoeltje. Je kijkt ij het spoeltje tegen een wijzerstroom aan, dus tegen een Zuidpool. Die draait naar de noordpool van de magneet. 19 a De veldlijnen van het spoeltje gaan het papier in. Je kijkt tegen een zuidpool aan. De veldlijnen van de magneet lopen van links naar rehts langs het papier. Het spoeltje gaat dus draaien om zijn veldlijnen passend te krijgen ij die van de magneet. Van oven ekeken draait het spoeltje met de klok mee.

5 Stevin vwo deel 2 Uitwerkingen hoofdstuk 7 Elektromagnetisme ( ) Pagina 5 van a De veldlijnen van de grote spoelen lopen van rehts naar links. De veldlijnen van het draaiare spoeltje gaan het papier in; je kijkt tegen een zuidpool aan. De linkerkant van het spoeltje komt dus naar je toe. 21 a Bij geruik van wisselstroom worden de rihitngen van eide velden omgekeerd en zal er dus niets aan de draaiingsrihting veranderen.

6 Stevin vwo deel 2 Uitwerkingen hoofdstuk 7 Elektromagnetisme ( ) Pagina 6 van 12 Even later heeft het spoeltje een zuidpool aan zijn rehterkant. Beide noordpolen van de rotor kunnen dan naar het spoeltje toe draaien. Dankzij onvoorspelare asymmetrie zal een van de twee het winnen. d Na een halve periode is de spoel omgepoold, dus na 0,01 s. 0,01 s e De rotor draait in die tijd over 60º. 60º f g 1 De periode van de rotor is dus 0,06 s f = = 16,7 Hz 16,7 Hz 0,06 t 1 is het tijdstip t*. Op t 2 is de rotor 60º verder gedraaid. Als de rotor 3 zo langzaam draait, heen we de situatie van t 3. Op dat tijdstip is de stroomrihting ook goed.

7 Stevin vwo deel 2 Uitwerkingen hoofdstuk 7 Elektromagnetisme ( ) Pagina 7 van 12 Opgaven hoofdstuk 7 22 a 23 a Links, in het homogene veld, geeurt er met kompasje 1 niets. De kompasjes 2 en 3 draaien en lijven daarna liggen.. Rehts gaan ze na het draaien naar links waar het veld het sterkst is. Om 08:15 uur zomertijd is het eigenlijk nog maar 07:15 uur. De kleine wijzer moet dan 15º teruggedraaid worden. Het is natuurlijk handiger om het horloge 15º (2,5 minuut) met de klok mee te draaien De gekrulde draad is een soort spoel geworden die zijn noordpool ook aan de ovenkant heeft. De stroom loopt dus van omhoog naar omlaag door de draad. 25 a 26 a Als er stroom door de spoel loopt, wordt het stukje weekijzer magnetish en gaat het draaien zodat het eter in het veld van de spoel komt. Bij wisselstroom keren de weissgeiedjes in het weekijzer voortdurend van rihitng om en gaat het dus ook draaien De spijkers worden op dezelfde manier gemagnetiseerd en gaan elkaar dus afstoten. 28 a De veldlijn krijgt rihting 2.

8 Stevin vwo deel 2 Uitwerkingen hoofdstuk 7 Elektromagnetisme ( ) Pagina 8 van a Spoel B heeft een sterker veld doordat hij meer windingen heeft. Het veld van spoel C is nog sterker door de ijzeren kern. 30 a De kraht op de oot is naar rehts. De lorentzkraht op de stroom in het water is dus naar links. B wijst dus omhoog, dus de noordpool zit onder. 12 I = = 0,035 A en F L = B I l F L = 0,01 0,035 0,15 = N N F L = ,5 = N (twee motoren!) en m = kg a = = 0,086 m/s en v = a t v = 0,9 m/s Er is natuurlijk een weerstandskraht van het water, dus v zal kleiner zijn. 0,9 m/s

9 Stevin vwo deel 2 Uitwerkingen hoofdstuk 7 Elektromagnetisme ( ) Pagina 9 van a d De lorentzkraht op de draad is in P naar links. De kraht op de noordpool eroven is dus naar rehts. De trein rijdt dus naar rehts. In één halve periode van 0,01 s legt de trein 60 m af 0,60 v = = 60 m/s = 216 km/h 0,01 Door het ompolen van de gelijkstroom krijgt de lorentzkraht een tegengestelde rihting. De trein remt dan af Let op de rihting van de pijl naar het noorden op de voet van de eugel. Het veld van de eugel komt naar je toe. De stroom loopt dus tegen de wijzers van de klok in. 33 a De shroevendraaier is alleen niet gemagnetiseerd als de stroom uitgeshakeld wordt op het moment dat I = 0 A. 34 a Je weet niet wat de rihting van de stroom is op het moment dat je de stroom uitshakelt. Links zal het ijzer in de spoel getrokken worden. Er is zelfs kans dat hij doorshiet en er als een projetiel vandoor gaat. Rehts kan de ijzeren kern niet omlaag, maar de spoel kan wel omhoog en dat geeurt dan ook. 60 m/s = 216 km/h 35 - In elke stand staan B en I loodreht op elkaar, dus verandert F L niet van grootte. In P en Q lijft F L loodreht op het spoeltje staan en verandert dus ook de arm niet. 36 a De lengte van de draad is: l = 40 π 2,5 = 314 m = 3,14 m. 3,1 m

10 Stevin vwo deel 2 Uitwerkingen hoofdstuk 7 Elektromagnetisme ( ) Pagina 10 van 12 In het gemarkeerde punt komt F L van de klok in. naar je toe. De stroom loopt dus tegen de wijzers F L = B I l 0,030 = B ,14 B = 0,96 T 0,96 T 37 - Je moet het heen van de veldlijnen die dwars op het spoeltje staan.

11 Stevin vwo deel 2 Uitwerkingen hoofdstuk 7 Elektromagnetisme ( ) Pagina 11 van 12 Toets 1 Een draaishijf a 1 a 2 Je kijkt van oven tegen een wijzerstroom aan. Het magnetish veld wijst dus omlaag. F L = B I l 2 N kgms [ B] = T = = = kgs A Am Am 2 1 NI A T m B = µ 0 T = [ µ 0] [ µ 0] = = kgms A m A 2 2 De shijf gaat van oven gezien met de klok mee draaien. B en I worden dan eide 2 zo groot, dus F L wordt 2 2 keer zo groot 4 2 Een liksemafleider a Stromen met dezelfde rihitng trekken elkaar aan (5 10 ) 3 F = 210 = 510 N N 0,10 2 F L = B I l met l = 1 m = B B = 0,1 T 0,1 T 1 B µ 0 NI = met µ 0 = 4π 10 7 N 0,1 = = π De spoel zal erg heet worden. De windingen trekken elkaar aan, dus er is een kans dat de spoel vervormt.

12 Stevin vwo deel 2 Uitwerkingen hoofdstuk 7 Elektromagnetisme ( ) Pagina 12 van 12 3 Een elektromagnetish kanon a 1 De figuur is onduidelijk doordat de stroomron er niet ij is getekend, zoals in dit plaatje: De ron estaat uit een zware ondensator die via een korte krahtige puls ontladen wordt. In deze figuur is de stroomrihting andersom, maar daardoor krijgt ook het magnetish veld een andere rihting. Je kunt de kraht naar rehts op het projetiel ook uitleggen met proef 6 van p. 161: daar wordt uitgelegd dat een stroomkring zih zo groot mogelijk proeert te maken om op die manier zoveel mogelijk van zijn eigen veldlijnen te omvatten. Zie ook het antwoord op vraag a 2. Zoek op internet onder de trefwoorden railgun en homopolaire generator. a 2 De rails zullen elkaar afstoten doordat de stromen tegengesteld geriht zijn. v = a t dat is het oppervlak onder de grafiek v = 2, = 1, m/s 1, m/s ΣF = F L F w = m a B I l m a d B M ma 0,700 2,5 10 B B = 2,7 T 6 I 1, , 050 2π 10 1,3 10 2,7 2π 10 1,3 10 = > r < = 0,61m < 0,61 m r 2 1,35 5