De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

Hoofdstuk 29 – Elektromagnetische inductie en de wet van Faraday 6-12-2009 - Hoofdstuk 29 - Elektromagnetische inductie en de wet van Faraday 1 Elektromagnetische.

Verwante presentaties


Presentatie over: "Hoofdstuk 29 – Elektromagnetische inductie en de wet van Faraday 6-12-2009 - Hoofdstuk 29 - Elektromagnetische inductie en de wet van Faraday 1 Elektromagnetische."— Transcript van de presentatie:

1 Hoofdstuk 29 – Elektromagnetische inductie en de wet van Faraday Hoofdstuk 29 - Elektromagnetische inductie en de wet van Faraday 1 Elektromagnetische inductie en de wet van Faraday H o o f d s t u k 29 1.Geïnduceerde EMK 2.De inductiewet van Faraday; de wet van Lenz 3.Geïnduceerde EMK in een bewegende geleider 4.Elektrische generatoren

2 Hoofdstuk 29 – Elektromagnetische inductie en de wet van Faraday Hoofdstuk 29 - Elektromagnetische inductie en de wet van Faraday 2 Elektromagnetische inductie en de wet van Faraday H o o f d s t u k 29 In H27: wisselwerkingen tussen elektriciteit en magnetisme: (1) (2) (?) Faraday onderzocht dit.

3 Hoofdstuk 29 – Elektromagnetische inductie en de wet van Faraday Hoofdstuk 29 - Elektromagnetische inductie en de wet van Faraday Geïnduceerde EMK De meetopstelling van Faraday bestond uit twee spoelen, gekoppeld door een ijzeren ring, een batterij, een schakelaar en een ampèremeter. Het was de bedoeling: met de gelijkstroom in spoel X een magneetveld op te bouwen dat door de ijzeren ring naar spoel Y geleid wordt om daar een stroom op te bouwen… FIGUUR 29.1

4 Hoofdstuk 29 – Elektromagnetische inductie en de wet van Faraday Hoofdstuk 29 - Elektromagnetische inductie en de wet van Faraday Geïnduceerde EMK De meetopstelling van Faraday bestond uit twee spoelen, gekoppeld door een ijzeren ring, een batterij, een schakelaar en een ampèremeter. geen uitwijking bij een constante stroom in spoel X, wel uitwijking bij het sluiten en openen van de schakelaar. FIGUUR 29.1 Er wordt dus enkel stroom geïnduceerd in spoel Y als de stroom in spoel X ingeschakeld wordt of onderbroken wordt. + - Faradays vaststellingen

5 Hoofdstuk 29 – Elektromagnetische inductie en de wet van Faraday Hoofdstuk 29 - Elektromagnetische inductie en de wet van Faraday Geïnduceerde EMK Faraday concludeerde dat enkel een veranderend magneetveld in staat is een stroom te induceren. in Faradays terminologie: “Wanneer het magneetveld dat door Y omsloten wordt verandert, loopt er in Y een inductiestroom.” Verklaring: “in de spoel Y is een bron van EMK werkzaam.” FIGUUR 29.1 Niet zelf, maar de verandering van wekt de stroom op. Let op + -

6 Hoofdstuk 29 – Elektromagnetische inductie en de wet van Faraday Hoofdstuk 29 - Elektromagnetische inductie en de wet van Faraday Geïnduceerde EMK Meest fundamentele formulering: Een veranderend magneetveld induceert een EMK (= de geïnduceerde spanning). De verandering van het omsloten magneetveld kan ook het gevolg zijn van (relatieve) beweging. FIGUUR 29.2 Relatieve beweging: bewegende magneet of draadspoel wekt stroom op Let op + -

7 Hoofdstuk 29 – Elektromagnetische inductie en de wet van Faraday Hoofdstuk 29 - Elektromagnetische inductie en de wet van Faraday De inductiewet van Faraday; de wet van Lenz Welke factoren beïnvloeden de grootte van de geïnduceerde EMK? … het tempo waaraan het magneetveld verandert groter wordt; … de oppervlakte van de draadlus groter wordt. FIGUUR 29.2 De grootte van de geïnduceerde EMK stijgt naarmate: + - Dit kan makkelijk geformuleerd worden met het begrip “omsloten flux”.

8 Hoofdstuk 29 – Elektromagnetische inductie en de wet van Faraday Hoofdstuk 29 - Elektromagnetische inductie en de wet van Faraday De inductiewet van Faraday; de wet van Lenz Het begrip “omsloten magnetische flux” (uitbreiding van het begrip elektrische flux H22): FIGUUR 29.3 Voor een homogeen veld en een vlakke lus : A : willekeurig oppervlak begrensd door de lus Voor een willekeurig veld en een willekeurige lus : [referentiezin van de flux] A : oppervlakte van het vlak begrensd door de lus

9 Hoofdstuk 29 – Elektromagnetische inductie en de wet van Faraday Hoofdstuk 29 - Elektromagnetische inductie en de wet van Faraday 9 Het begrip “omsloten magnetische flux” (uitbreiding van het begrip elektrische flux H22): FIGUUR 29.3 Fysische betekenis? [referentiezin van de flux] De flux is evenredig met het netto (algebraïsch) aantal veldlijnen dat het oppervlak A snijdt in de richting van. De flux omsloten door een lus is een algebraïsch begrip. Let op 29.2 De inductiewet van Faraday; de wet van Lenz

10 Hoofdstuk 29 – Elektromagnetische inductie en de wet van Faraday Hoofdstuk 29 - Elektromagnetische inductie en de wet van Faraday 10 Het begrip “omsloten magnetische flux” (uitbreiding van het begrip elektrische flux H22): FIGUUR 29.4 [referentiezin van de flux] 29.2 De inductiewet van Faraday; de wet van Lenz

11 Hoofdstuk 29 – Elektromagnetische inductie en de wet van Faraday Hoofdstuk 29 - Elektromagnetische inductie en de wet van Faraday 11 Conceptvoorbeeld 29.1 Bepaling van de (algebraïsche) flux FIGUUR 29.5 [referentiezin van de flux] Een vierkante draadlus omsluit een oppervlak A 1 (fig. 29.5). Een homogeen magneetveld strekt zich uit over oppervlak A 2. Wat is de magnetische flux door de draadlus die A 1 omsluit? Antwoord Het teken van het resultaat is afhankelijk van de referentiezin die men voor de flux kiest… 29.2 De inductiewet van Faraday; de wet van Lenz

12 Hoofdstuk 29 – Elektromagnetische inductie en de wet van Faraday Hoofdstuk 29 - Elektromagnetische inductie en de wet van Faraday 12 Met het begrip “omsloten magnetische flux” kan de inductiewet van Faraday geformuleerd worden: De inductiewet van Faraday (29.2a) Hierin is E de “geïnduceerde EMK in de beschouwde lus” en en  B de “door de lus omsloten magnetische flux” Beide zijn algebraïsch op te vatten tegenover referentiezinnen die met de RHR gekoppeld zijn. [referentiezin van de EMK] [referentiezin van de flux] Vervangschema van de draadlus: 29.2 De inductiewet van Faraday; de wet van Lenz

13 Hoofdstuk 29 – Elektromagnetische inductie en de wet van Faraday Hoofdstuk 29 - Elektromagnetische inductie en de wet van Faraday De inductiewet van Faraday; de wet van Lenz Voorbeeld 29.2 Een draadlus in een magnetisch veld Een vierkante draadlus met zijde = 5,0 cm bevindt zich in een homogeen magneetveld met inductie B=0,16 T. Hoeveel bedraagt de magnetische flux omsloten door de draadlus stand (a) (a)wanneer loodrecht op het vlak van de lus staat, en (b) wanneer een hoek van 30° insluit met de oppervlaktevector van de lus.

14 Hoofdstuk 29 – Elektromagnetische inductie en de wet van Faraday Hoofdstuk 29 - Elektromagnetische inductie en de wet van Faraday De inductiewet van Faraday; de wet van Lenz Voorbeeld 29.2 Een draadlus in een magnetisch veld Een vierkante draadlus met zijde = 5,0 cm bevindt zich in een homogeen magneetveld met inductie B=0,16 T. stand (b) Aanpak stand (a) [referentiezin van de flux]

15 Hoofdstuk 29 – Elektromagnetische inductie en de wet van Faraday Hoofdstuk 29 - Elektromagnetische inductie en de wet van Faraday De inductiewet van Faraday; de wet van Lenz Voorbeeld 29.2 Een draadlus in een magnetisch veld Een vierkante draadlus met zijde = 5,0 cm bevindt zich in een homogeen magneetveld met inductie B=0,16 T. Wat is de gemiddelde stroom in de lus als deze een weerstand van 0,012  heeft, en in 0,14 s wordt gedraaid van stand (b) naar stand (a)? stand (a)

16 Hoofdstuk 29 – Elektromagnetische inductie en de wet van Faraday Hoofdstuk 29 - Elektromagnetische inductie en de wet van Faraday 16 Voorbeeld 29.2 Een draadlus in een magnetisch veld Een vierkante draadlus met zijde = 5,0 cm bevindt zich in een homogeen magneetveld met inductie B=0,16 T. Aanpak stand (a) [ref.zin EMK] [referentiezin van de flux] [ref.zin EMK] Bovenzicht: [referentiezin van de flux] Vervangschema: 29.2 De inductiewet van Faraday; de wet van Lenz

17 Hoofdstuk 29 – Elektromagnetische inductie en de wet van Faraday Hoofdstuk 29 - Elektromagnetische inductie en de wet van Faraday De wet van Lenz Hoe wordt algemeen de in een draadlus geïnduceerde stroom gevonden (grootte en conventionele zin)? De inductiewet van Faraday (29.2a) De geïnduceerde stroom i volgt uit het vervangschema. De stroom is algebraïsch op te vatten tegenover zijn stroompijl. De conventionele zin volgt uit de interpretatie van zijn teken. [referentiezin van de EMK] [referentiezin van de flux] Vervangschema van de draadlus:

18 Hoofdstuk 29 – Elektromagnetische inductie en de wet van Faraday Hoofdstuk 29 - Elektromagnetische inductie en de wet van Faraday De wet van Lenz “De geïnduceerde stroom loopt in een zodanige richting dat het magnetisch veld dat door deze stroom wordt gecreëerd, de oorspronkelijke verandering van de omsloten flux tegenwerkt.” Houd de twee verschillende magnetische velden (oorzaak en gevolg) goed uit elkaar. Let op De conventionele zin van de inductiestroom volgt de “wet van Lenz”:

19 Hoofdstuk 29 – Elektromagnetische inductie en de wet van Faraday Hoofdstuk 29 - Elektromagnetische inductie en de wet van Faraday De wet van Lenz Controleer de wet Lenz op figuur 29.2a. FIGUUR Oorzaak: tijdens de beweging stijgt de opwaartse flux. Gevolg: de stroom in de draadlus tracht een neerwaarts gericht veld op te bouwen.

20 Hoofdstuk 29 – Elektromagnetische inductie en de wet van Faraday Hoofdstuk 29 - Elektromagnetische inductie en de wet van Faraday De inductiewet van Faraday; de wet van Lenz Controleer de wet Lenz op figuur FIGUUR 29.6 Oorzaak: tijdens de vervorming daalt de flux in het bord. Gevolg: de stroom in de draadlus tracht een in het bord gericht veld op te bouwen.

21 Hoofdstuk 29 – Elektromagnetische inductie en de wet van Faraday Hoofdstuk 29 - Elektromagnetische inductie en de wet van Faraday De inductiewet van Faraday; de wet van Lenz Controleer de wet Lenz op figuur FIGUUR 29.7 Oorzaak: tijdens de beweging daalt de flux volgens de gekozen referentiezin. Gevolg: de stroom in de draadlus tracht een veld naar rechts op te bouwen. [referentiezin van de flux]

22 Hoofdstuk 29 – Elektromagnetische inductie en de wet van Faraday 29.2 De inductiewet van Faraday; de wet van Lenz Conceptvoorbeeld 29.3Inductiekookplaat Hoofdstuk 29 - Elektromagnetische inductie en de wet van Faraday 22 Bij een inductiekookplaat (fig 29.8) loopt er een wisselstroom door een spoel die fungeert als ‘brander’ (die nooit heet wordt). In beide bodems wordt een inductiespanning opgebouwd. Het verschil zit in de weerstand R. Antwoord FIGUUR 29.8 Waarom zal deze wel de bodem van een metalen pan verwarmen, maar geen glazen vat?

23 Hoofdstuk 29 – Elektromagnetische inductie en de wet van Faraday 29.2 De inductiewet van Faraday; de wet van Lenz Conceptvoorbeeld 29.4Oefening met de wet van Lenz Hoofdstuk 29 - Elektromagnetische inductie en de wet van Faraday 23 In welke richting gaat bij de verschillende situaties in fig de inductiestroom in de cirkelvormige lus lopen? FIGUUR 29.9 [referentiezin van de flux]

24 Hoofdstuk 29 – Elektromagnetische inductie en de wet van Faraday 29.2 De inductiewet van Faraday; de wet van Lenz Conceptvoorbeeld 29.4Oefening met de wet van Lenz Hoofdstuk 29 - Elektromagnetische inductie en de wet van Faraday 24 In welke richting gaat bij de verschillende situaties in fig de inductiestroom in de cirkelvormige lus lopen? FIGUUR 29.9 [referentiezin van de flux]

25 Hoofdstuk 29 – Elektromagnetische inductie en de wet van Faraday 29.2 De inductiewet van Faraday; de wet van Lenz Voorbeeld 29.5Verwijdering van een spoel uit een magneetveld Hoofdstuk 29 - Elektromagnetische inductie en de wet van Faraday 25 Een vierkante draadspoel met 100 windingen, met zijde = 5,00 cm en een totale weerstand van 100 , wordt loodrecht op een homogeen magneetveld met inductie B=0,600 T geplaatst (fig ). Deze spoel wordt in 0,100 s met constante snelheid volledig naar rechts uit het veld getrokken. Op t=0 bevindt de spoel zich aan de rand van het veld. Bepaal FIGUUR (a) het tempo van de verandering van de omsloten flux, (b) de geïnduceerde EMK en de geïnduceerde stroom (grootte en zin).

26 Hoofdstuk 29 – Elektromagnetische inductie en de wet van Faraday 29.2 De inductiewet van Faraday; de wet van Lenz Voorbeeld 29.5Verwijdering van een spoel uit een magneetveld Hoofdstuk 29 - Elektromagnetische inductie en de wet van Faraday 26 Een vierkante draadspoel met 100 windingen, met zijde = 5,00 cm en een totale weerstand van 100 , wordt loodrecht op een homogeen magneetveld met inductie B=0,600 T geplaatst (fig ). FIGUUR (c) Hoeveel energie wordt gedissipeerd in de spoel? (d) Wat was de benodigde externe kracht? Deze spoel wordt in 0,100 s met constante snelheid volledig naar rechts uit het veld getrokken. Op t=0 bevindt de spoel zich aan de rand van het veld. Bepaal

27 Hoofdstuk 29 – Elektromagnetische inductie en de wet van Faraday Hoofdstuk 29 - Elektromagnetische inductie en de wet van Faraday Geïnduceerde EMK in een bewegende geleider Beschouw een staaf die met constante snelheid in een homogeen magneetveld wordt bewogen. ( ) 1.In dit geval kan de geïnduceerde “bewegings-EMK” ook toegeschreven worden aan de Lorentzkracht (27.7). (27.7) Om dit te controleren berekenen we de geïnduceerde EMK E in de bewegende staaf: (zie lesnotities) FIGUUR 29.12

28 Hoofdstuk 29 – Elektromagnetische inductie en de wet van Faraday Hoofdstuk 29 - Elektromagnetische inductie en de wet van Faraday Geïnduceerde EMK in een bewegende geleider FIGUUR De geïnduceerde “bewegings- EMK” kan nu ook uit de wet van Faraday afgeleid worden: (29.2a) De referentiezin voor de EMK nemen we over uit 1. De referentiezin voor de flux volgt dan uit de RHR: (zie lesnotities) Om de staaf stroom te laten leveren wordt ze in contact gebracht met een  –vormige geleider (fig a). Zo bekomen we een geleidende lus.

29 Hoofdstuk 29 – Elektromagnetische inductie en de wet van Faraday Voorbeeld 29.8Kracht op de staaf Hoofdstuk 29 - Elektromagnetische inductie en de wet van Faraday 29 Wanneer je de staaf uit fig a naar rechts wil laten bewegen moet je er een externe kracht naar rechts op uitoefenen. FIGUUR (a) Verklaar en bepaal de grootte van de externe kracht. (b) Welk extern vermogen is nodig om de staaf in beweging te houden? 29.3 Geïnduceerde EMK in een bewegende geleider

30 Hoofdstuk 29 – Elektromagnetische inductie en de wet van Faraday Hoofdstuk 29 - Elektromagnetische inductie en de wet van Faraday Elektrische generatoren FIGUUR De geïnduceerde spanning volgt uit de wet van Faraday: (29.2a) Een wisselstroomgenerator (fig ) bestaat uit een ankerwikkeling die aangedreven wordt en ronddraait in het veld van de stilstaande stator. + -

31 Hoofdstuk 29 – Elektromagnetische inductie en de wet van Faraday Hoofdstuk 29 - Elektromagnetische inductie en de wet van Faraday Elektrische generatoren FIGUUR FIGUUR Een wisselstroomgenerator (fig ) bestaat uit een ankerwikkeling die aangedreven wordt en ronddraait in het veld van de stilstaande stator.

32 Hoofdstuk 29 – Elektromagnetische inductie en de wet van Faraday Hoofdstuk 29 - Elektromagnetische inductie en de wet van Faraday Elektrische generatoren FIGUUR De sleepringen zijn vervangen door een commutator die instaat voor gelijkrichting. + - FIGUUR Een gelijkstroomgenerator (fig ) bestaat eveneens uit een ankerwikkeling die aangedreven wordt en ronddraait in het veld van de stilstaande stator.

33 Hoofdstuk 29 – Elektromagnetische inductie en de wet van Faraday Hoofdstuk 29 - Elektromagnetische inductie en de wet van Faraday Elektrische generatoren FIGUUR De sleepringen zijn vervangen door een commutator die instaat voor gelijkrichting. + - FIGUUR Een gelijkstroomgenerator (fig ) bestaat eveneens uit een ankerwikkeling die aangedreven wordt en ronddraait in het veld van de stilstaande stator.

34 Hoofdstuk 29 – Elektromagnetische inductie en de wet van Faraday Hoofdstuk 29 - Elektromagnetische inductie en de wet van Faraday Elektrische generatoren FIGUUR De meest gebruikte constructie voor een alternator (fig ) bestaat uit een stilstaande statorspoel waarbinnen een elektromagneet beweegt.

35 Hoofdstuk 29 – Elektromagnetische inductie en de wet van Faraday 29.6 Transformatoren


Download ppt "Hoofdstuk 29 – Elektromagnetische inductie en de wet van Faraday 6-12-2009 - Hoofdstuk 29 - Elektromagnetische inductie en de wet van Faraday 1 Elektromagnetische."

Verwante presentaties


Ads door Google