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

Magnetische pool wandelt over de aarde Het kompas. Magnetische pool wandelt over de aarde N wikipedia Z De pijlpunt is een magn. noordpool: N De staart is een magn. zuidpool: Z

Het kompas. 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 magnetische ZP!

Het magnetisch veld van een permanente magneet. Er werken 4 krachten op de kompasnaald. Beide groene krachten samen vormen Fm. Als de kompas naald niet vast zat zou hij gaan verplaatsten N Z Deze krachten kun je samenstellen tot twee (groene) krachten.

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.

Magnetische veldlijnen van een permanente magneet. IJzerdeeltjes worden magnetisch o.i.v. de permanente magneet. Dat heet: magnetische influentie Elk ijzerdeeltje wordt een “kompasnaaldje”

Magnetische veldlijnen van een permanente magneet. Z

Magnetische veldlijnen van een permanente magneet. Onder aan de schijfmagneet zit een . . . pool.

Magnetische veldlijnen van een permanente magneet. Z

Magnetische veldlijnen van een permanente magneet. Z

Magnetische veldlijnen van een permanente magneet. Z

Magnetische veldlijnen van een permanente magneet. Z

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 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: 

L = AB = de lengte van de draad in het magnetisch veld Rekenvoorbeeld. L = AB = de lengte van de draad in het magnetisch veld 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 Deeltjes komen atmosfeer binnen: Noorderlicht Bron: wikipedia Ng: Geografische noordpool Nm: Magnetische noordpool Magnetische polen wandelen! B v// V(+) Atmosfeer FL v┴ I

Noorderlicht

spoel: slechts één winding is getekend) Z A B Elektromotor met commutator Bepaal richting I, B en FL. koolborstels koolborstels N Z A B N Z A B  spoel: slechts één winding is getekend) as  Commutator: ▪ twee koolborstels, ▪ twee halve messing schijven ▪ isolatie er tussen. vooraanzicht  vooraanzicht vooraanzicht

Toepassing 7a. De elektromotor. De spoel bevindt zich in een homogeen magnetisch veld B. as K C - + spoel I De stroom I loopt van de +pool via koolborstel K en de collector C rechtsom door de spoel. FL B FL  Bepaal richting FL op rechter zijde. koolborstels Bepaal richting FL op linker zijde. Koolborstels K Collector C Isolatie (blauw) De spoel draait in de aangegeven richting:

Toepassing 7b. De elektromotor. De spoel bevindt zich in een magnetisch veld B. De stroom I loopt van de +pool via koolborstel en de collector door de spoel. Bepaal richting FL op linker zijde. FL - + I Bepaal richting FL op de rechter zijde. B B FL De spoel draait linksom. Op de voor- en achterkant werkt geen lorentzkracht.

Toepassing 7c. De elektromotor 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   FL   - + I

Elektromotor met commutator B N Z N Z A B

arm r is de afstand van werklijn tot draaipunt. Bij deze motor vind je 14 draaispoelen Alleen door de spoel die evenwijdig aan de veldlijnen staat loopt een stroom. Het moment van FL is dan steeds groot (M = F.r) . . . want r is dan groot.  r arm r is bijna 0 arm r is de afstand van werklijn tot draaipunt. 

Toepassing 8. De luidspreker. Bepaal FL in dit punt! Een luidspreker bestaat uit een stroomspoel en een ringvormige magneet. Bepaal FL in dit punt! In de spleet tussen noord- en zuidpool bevindt zich een stroomspoel waar een lorentzkracht op werkt. N Z - + C Magneet, spoel en conus C Bij wisselstroom wisselt FL steeds van richting. I + - N Z Vooraanzicht met magneet en spoel FL  B  B FL I I I

Toepassing 9a. De beeldbuis van een T.V. Aan de binnenkant van de beeldbuis zit een stof die oplicht als er elektronen tegen botsen. De gloeidraad G wordt verhit door de 6 V spanningsbron. De kathode K wordt heet. Er treedt thermische emissie op. De vrij gemaakte elektronen e gaan versneld van de kathode K naar de anode A. De elektronen schieten door de holle anode en gaan met constante snelheid naar de voorkant van de beeldbuis S. Thermische emissie: Door de hoge temperatuur trillen de elektronen zo snel dat ze uit de kathode schieten G 6 V K A 18 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 I e  FL e M Buiten het magnetisch veld gaan elektronen in een rechte lijn naar het scherm S.

Toepassing 9c. De beeldbuis van een T.V. De stroom door de spoelen is niet constant. B verandert. 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. e S B

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

Het beeldscherm van een T.V. Geen versnelspanning, geen elektronenbundel, scherm is “zwart” Wel een versnelspanning, wel een elektronenbundel, stukje beeldlijn is “wit”