De Lorentzkracht Prof. H. A. Lorentz (1853 - 1928)

Het kompas. N Z De pijlpunt is een magn. noordpool: N De staart is een magn. zuidpool: Z

Het kompas. De N van het kompas wijst naar de N P van de aarde. Z P N P De N van het kompas wijst naar de N P van de aarde. N Z N Z Tegengestelde polen trekken elkaar aan . . . Op de NP van de aarde zit dus een Z!

Het magnetisch veld van een permanente magneet. Er werken 4 krachten op de kompasnaald. N Z Deze krachten kun je samenstellen tot twee (groene) krachten (evenwicht!)

Het magnetisch veld van een permanente magneet. Magnetische veldlijnen lopen buiten de magneet van N naar Z. N Z Magnetische veldlijnen lopen binnen de magneet van Z naar N.

Het B-veld van een stroomspoel: Gebruik je rechter vuist. I B B N Z I Je vingers in de richting van I Je duim wijst dan de veldlijnen aan.

Het B-veld van een stroomspoel. Bepaal de richting van de veldlijnen in de spoel: Z N B I

Het B-veld van een stroomspoel. Bepaal de richting van de veldlijnen in de spoel: N Z B I

Het B-veld van een rechte draad Maak een rechter vuist. I I B B Je duim moet I aanwijzen. De vingers geven de veldlijnen aan.

Voor en achteraanzicht van een pijl: Zijaanzicht : Vooraanzicht : Achteraanzicht : 

Het B-veld van een rechte stroomdraad De stroom I komt naar je toe ( ) Maak een rechter vuist, je duim er uit. Wijs met je duim in de richting van de stroomsterkte (I) Je gekromde vingers geven de richting van de veldlijnen aan (B). I B De veldlijnen zijn cirkelvormig en lopen linksom (tegen de wijzers van een klok in)

Het B-veld van een rechte stroomdraad Teken de veldlijnen van de draad: B I 

De lorentzkracht op een stroomdraad in een magnetische veld Vang veldlijnen  op in je linker handpalm. Je vingers moeten I aanwijzen Je duim wijst dan de lorentzkracht FL aan.                                B I I B FL FL

De lorentzkracht op een stroomdraad in een magnetische veld. Bepaal de richting van de Lorentz-kracht: I B FL

De lorentzkracht op een stroomdraad in een magnetische veld. Bepaal de richting van de Lorentz-kracht: I N Z  B

De lorentzkracht op een stroomdraad in een magnetische veld. Bepaal de richting van de Lorentz-kracht: I B  FL

De grootte van de lorentzkracht op een stroomdraad in een magnetisch veld FL = B.I.l (BINAS tabel 35.5) FL = lorentzkracht (N) I B = magnetische inductie (T) l B I = stroomsterkte (A) l = lengte van de stroomdraad in het B-veld N.B.: De richting van FL is: 

Rekenvoorbeeld. FL = B.I.l Door draad AD van 10 cm lengte loopt 3,0 A. Bij de draad houd je een magneet van 0,50 T met breedte BC = 2,0 cm. A D Bereken de lorentzkracht op de draad. C B FL = B.I.l Opl.: = 0,50 . 3,0 . 0,020 = 0,030 N

De lorentzkracht op een bewegende lading in een magnetisch veld Als er electronen naar rechts lopen dan loopt de stroom I . . . . . . naar links. e I v

Bewegend electron in een magnetisch veld. Het electron beweegt omhoog dus I is . . . omlaag. De richting van FL is . . . B  naar rechts. Teken weer I, B en FL. v FL I De baan is een cirkel.

Bewegende lading beschrijft een cirkelbaan in een magnetisch veld Fmpz = mv2/r (BINAS tabel 35.2) FL = B.q.v (BINAS tabel 35.6) Fmpz = FL mv2/r = B.q.v v I FL = Fmpz  B m = massa in kg v = snelheid in m/s r = straal in m B= magn. inductie in Tesla (T) q = lading in C (Coulomb)

Deeltje in aardmagnetisch veld Noorderlicht noordpool B v// FL v (+deeltje) FL = Fmpz v┴ I Bqv = mv2/r r = mv/Bq B wordt steeds . . . groter r wordt steeds . . . kleiner T steeds . . . hetzelfde! De spoed (spiraalafstand) is . . . hetzelfde!

Noorderlicht

Toepassing 7a. De elektromotor (bovenaanzicht). - + De spoel bevindt zich in een homogeen magnetisch veld B. I FL De stroom I loopt van de +pool via koolborstel K en de collector C rechtsom door de spoel. B Koolborstels K Collector C FL  Welke richting heeft de lorentzkracht op de linker zijde? Welke richting heeft de lorentzkracht op de rechter zijde? De spoel gaat draaien in de aangegeven richting:

Toepassing 7b. De elektromotor (in perspectief). De spoel bevindt zich in een homogeen magnetisch veld B. De stroom I loopt van de +pool via koolborstel en de collector door de spoel. Welke richting heeft de lorentzkracht op de linker zijde? FL - + I Welke richting heeft de lorentzkracht op de rechter zijde? B B FL De spoel gaat linksom draaien. Op de voor- en achterkant werkt geen lorentzkracht.

Toepassing 7c. De elektromotor (vooraanzicht). In de linker figuur is de linker collectorhelft + en loopt I in de linker spoeldraad van je af. In de middelste figuur is de spoel bijna 1/4 slag gedraaid. In de rechter figuur zijn + en - van de collector verwisseld. De richting van I verandert en daardoor de richting van FL. FL I I   FL I I  FL  I FL FL  I  FL - + - + + - + - + - + -

Toepassing 8. De luidspreker. Een luidspreker bestaat uit een stroomspoel en een ringvormige magneet. In de spleet tussen noord- en zuidpool bevindt zich een stroomspoel waar een lorentzkracht op werkt. Bij wisselstroom brengt FL de spoel en de conus C in trilling.   I - + I N N Z FL FL  C N Z  N C I N N N I + - Vooraanzicht met magneet en spoel Magneet, spoel en conus C

Toepassing 9a. De beeldbuis van een T.V. De gloeidraad G wordt verhit door de 6 V spanningsbron. De kathode K wordt zo heet dat er thermische emissie op treedt. De vrij gemaakte elektronen e gaan versneld van K naar anode A. De elektronen schieten door de holle anode en gaan met constante snelheid naar het scherm S. G K A 6 V 20 kV S e e

Toepassing 9b. De beeldbuis van een T.V. Het magnetisch veld B  is afkomstig van twee spoelen. Elektronen e bewegen naar rechts dus I is naar links gericht. De lorentzkracht FL is omlaag gericht. De elektronen beschrijven een cirkelbaan met middelpunt M. S  B  e FL e Buiten het magnetisch veld gaan ze in een rechte lijn naar het scherm S. M

Toepassing 9c. De beeldbuis van een T.V. Er loopt een wisselstroom door de spoelen die zaagtand-vormig is. De bundel wordt eerst omlaag afgebogen en daarna omhoog. In werkelijkheid is er ook een vertikaal magnetisch veld waardoor de bundel tegelijkertijd van links naar rechts wordt afgebogen. S B e

Het beeldscherm van een T.V. De bundel gaat 25 keer per s van C naar D. Er zijn 625 beeldlijnen. Eén keer C D En 625 Per sec 25 keer op/neer dus 625.25 = 15625 keer heen en weer! Vanaf D gaat de bundel weer naar C