ELEKTROMAGNETISME herhaling 6V

MAGNETEN ROOD IS NOORDPOOL N en Z: aantrekken Z en N: aantrekken N en N: afstoten Z en Z: afstoten Gelijknamige polen stoten elkaar af, ongelijknamig trekken elkaar aan ROOD IS NOORDPOOL

MAGNETISCH VELD Magneetveld geeft richting kompasnaald Veldlijnen van N naar Z Gesloten kromme lijnen Loodrecht oppervlak magneet N N Z FLAPOREN RADIEEL VELD HOMOGEEN VELD

MAGNETISCHE MONOPOLEN Wat gebeurt er als je magneten breekt: Heb je dan losse Noord- of zuidpolen? Bestaan er magnetische monopolen? magnetische monopolen BESTAAN NIET Magnetisme wordt veroorzaakt door kringstromen Altijd: ene kant N, andere kant Z

B-VELD RONDOM SPOEL Applet RECHTERHANDREGEL SPOEL Vingers RH richting I  duim levert NP (B) I naar de min-pool toe, NP rechts (RHR) Leg uit hoe I en B om de spoel heen lopen.

B-VELD RONDOM DRAAD RECHTERHANDREGEL DRAAD duim RH richting I Applet B-VELD RONDOM DRAAD RECHTERHANDREGEL DRAAD duim RH richting I  circulatie vingers levert B Teken hoe de magnetische veldlijnen om de draden hierboven lopen (een X betekent stroom papier IN).

KRACHT MAGNEET OP DRAAD LINKERHANDREGEL KRACHT palm LH in B-veld vingers richting I duim FL as Boven (ROOD) zit de noordpool: Wat is de richting van de stroom en van de kracht in draad 1? KLIK HIER Een applet geeft ‘t goede antwoord: B I FL Elektronen naar voren  I naar achteren B naar rechts FL omlaag Midden op tv zie je een paars hoofd: wat gebeurt er als je vanaf links nadert met een NP?

Parallelle draden trekken aan BRON RHR draad ONTVANGER LHR kracht BRON

Anti-parallelle draden BRON RHR draad ONTVANGER LHR kracht BRON RHR draad ONTVANGER LHR kracht stoten af

FORMULES Magnetische veldsterkte B binnen spoel met lengte L en N wikkelingen waar stroom I door loopt Magnetische veldsterkte B in cirkel met straal r rondom draad waar stroom I door loopt Kracht van magneet met sterkte B op draad met stroom I die over L(m) door het magneetveld loopt

TOEPASSINGEN DRAADRAAM fig a 0o fig b 45o Bij toepassingen draait vaak een stroom voerend draadraam tussen de NP en de ZP (zie hiernaast fig a). Geef aan hoe het draadraam draait en hoe de lorentzkracht gericht is na respectievelijk draaien over 45o, 90o en 135o. Wat is het probleem met zo’n draadraam? Als het draadraam meer dan 90o heeft gedraaid gaan de krachten de andere kant op werken en draait het draadraam weer terug. OPLOSSING Zorg ervoor dat links de stroom altijd dezelfde kant op wijst. fig c 90o Fig d 135o

door commutator draait motor door TOEPASSINGEN 1 MOTOR Door een draadraam in een B-veld loopt stroom. Waarom blijft het draadraam draaien: zoek uit wat de rol van de commutator is door met de applet een strip te maken. KLIK HIER door commutator draait motor door

TOEPASSINGEN 2 METER draaiveer houdt beweging tegen

DEELTJES IN E-VELD v 2 kV In televisie buizen worden elektronen versneld door 2,0 kV. Door die elektrische energie groeit hun snelheid, wat wordt hun snelheid? BINAS 7

DEELTJES IN B-VELD De Lorentzkracht FL = BIL werkt ook op losse deeltjes die met snelheid v en lading q bewegen. Voor zulke losse deeltjes in een B-veld geldt: Als negatieve deeltjes, electronen, omhoog bewegen in een B-veld dat naar achter wijst dan gaan ze naar ‘rechts’ cirkelen. Pas maar LHR-kracht toe. ANIMATIE DEELTJES IN VELDEN

KATHODESTRALEN(1857-1900) Lichteffecten in vacuumbuis onder hoogspanning (2 kV), Stralen komen uit de kathode (maltezer kruis)

Debat 19e eeuw: deeltjes of golven? Eigenschap straling DEELTJE GOLF Productie op kathode + + Rechtlijnige beweging + + Fluorescentie + + + B-afbuiging + + - Loodrechte emissie + + - Materiaal onafh. + + Chemisch Actief + + Energie transport + + Impuls transport + + Geen E-afbuiging - +

Ontdekking van het elektron I Elektrisch veld E en magnetisch veld B zo regelen dat stralen rechtdoor gaan. Lanceren: en niet afbuigen Combineren: Lading per kg 2000 x zo groot als H+-ion Of 2000 x zo grote lading Of 2000 x zo klein deeltje (subatomair?)

Convergentie -metingen

ONTDEKKING ELEKTRON II Elektrisch versnellen Magnetisch cirkelen CIRKELENDE ELEKTRONEN

SCHEMA TV-BUIS 1 2 3 4 Onderdelen tv : Vrijmaken en versnellen elektronen Afbuigen door signaal Lichtflits op scherm Rekenen aan hoek met theorie kogelbaan: 2 Lijnen schrijven 4 Rekenen aan snelheid met E-omzetting: 1 3 Signaal met informatie over tv-programma

POOLLICHT Het B-veld van de aarde is niet homogeen, het heeft net als een staafmagneet rare flaporen. Kosmische straling vanaf de zon kan in het veld ingevangen worden en urenlang spiegelen tussen de NP en de ZP van de aarde. Wat wij dan zien is poollicht, fraaie lichteffecten aan de hemel. Voor meer informatie: KLIK HIER

ELEKTROMAGNETISME 1 inleiding induktie * de ring * de spoel 2 Lenz wet en flux: * de rail * magnetische wervels 3 afleiding wet van Faraday

INLEIDING VB 1: DE RING A Naderen = wegduwen B Verwijderen = meeslepen toen. Veld afn. veld tegenveld meeveld Bex naar links Bex naar links Rechts NP rechts ZP Bin naar rechts Bin naar links RHR: Ivoor omlaag RHR: Ivoor omhoog

INLEIDING VB 2: DE SPOEL A Naderen Noordpool  toenemend Bex rechts  compenseren tegenveld  Bin links  RHR spoel: Ivoor omhoog  A naar rechts B Verwijderen Noordpool  afnemend Bex rechts  compenseren meeveld  Bin rechts  RHR spoel: Ivoor omlaag  A naar links GA NA Wat gebeurt er C als ZP nadert en D als ZP verwijdert. Bex Bin Bin Bex

INLEIDING VB 2: DE SPOEL C Naderen Zuidpool  toenemend Bex links  compenseren tegenveld  Bin rechts  RHR spoel: Ivoor omlaag  A naar links D Verwijderen Zuidpool  afnemend Bex links  compenseren meeveld  Bin links  RHR spoel: Ivoor omhoog  A naar rechts Bex Bin Bex Bin

3 WET VAN LENZ EN FLUX Wet van Lenz Als een magneet B beweegt tov van een spoel S, dan gaat er een zodanige inductiestroom lopen dat de oorzaak van zijn ontstaan wordt tegen gewerkt. Ontdekking van Faraday Aantal veldlijnen dat door ‘t opperlak van spoel prikt is essentieel Begrip Flux De flux Ø van een magneet B tov van een spoel A is Ø=BL.A, waarin BL de loodrechte component van de magnetische veldsterkte.

Vbn 4: DRAAIENDE MAGNEET EN SPOEL Inductie: bewegende magneet voor spoel  elektriciteit Ekin  Eel +Q A SNELLER BEWEGEN B MAGNEET OMDRAAIEN B omdraaien  U klapt om oppervlak pieken constant t halveert  U verdubbelt

LENZ EN FLUX ,VB 5 DE RAIL Bex NP I FL Fik Bin Bex NIVEAU 1: FLUX  asje naar rechts toenemende flux omlaag Lenz: tegenflux Bin omhoog RHR spoel: Ias achteren NIVEAU 2: KRACHT  asje naar rechts Fik wijst naar rechts Lenz: FL naar links LHR kracht:Ias achteren

6 AFLEIDING FARADAY UIT LENZ

LENZ EN FLUX, VB 7 WERVEL A VALLENDE MAGNEET B DRAAIENDE MAGNEET ACHTER MAGNEET Afnemende flux  meeflux  Remmen boven aluminium schijf VOOR MAGNEET toenemende flux tegenflux  OOK remmen Tegenveld  remmen Meeveld  OOK remmen

ELEKTRCITEIT IN NEDERLAND

1 PRODUCTIE ELEKTRICITEIT DRAAIENDE MAGNEET Stoom in ketel blazen magneet gaat draaien Uind in spoelen 3 paren A, B en C (3 fasen). Gegeven zijn twee dingen: f = 50 Hz frequentie lichtnet veind = 300 m/s geluidsbarriere Hoe lang is de magneet? GENERATOR

2 WISSELSPANNING generator Wisselspanning Effectieve spanning

3 TRANSFORMATOR KLIK HIER

3 TRANSFORMATOR N1:N2 Transformator  veranderaar van spanning (en dus stroom) Optransformeren: U omhoog (TV 220  2.000 (V)) Aftransformeren: U omlaag (Motor Video 230  9,0(V)) Transformator  lijst van weekijzer die B~ doorgeeft INGANG wisselspanning Uin wordt wisselveld B~ RHR-spoel (2) UITGANG wisselveld B~ wordt wisselspanning Uuit Inductie Wikkelverhouding Nin:Nuit bepaalt werking trafo

4 TRAFO: WIKKELVERHOUDING Ideale trafo heeft geen energieverlies, er geldt: Dit is ‘n theoretische formule, die nauwelijks voor echte trafo’s geldt, want daar is wel energieverlies (trafo’s worden loeiheet!). (1) 2 x zoveel uitgangswikkelingen  2x zo hoge Uuit (serie!) (2) Geen energieverlies, betekent Pin=Puit, dus U1I1=U2I2, (3) Als U omhoog transformeert dan transformeert I omlaag. VB 1 VIDEO 230 9 V VB 2 TV 230  2000 V

5 TRANSPORT ELEKTRICITEIT 1 : 100 verdeelstation 100 : 1 trafohuisje 10 Ω hoogspanningskabels Hoogspanning  Onderweg spanning 100x zo hoog  Stroom 100 x zo laag  Vermogensverlies 1002 = 10.000 x zo klein  Acceptabel rendement (98% i.p.v. 0,05%)

6 TRANSPORT (=) 10 Ω CENTRALE 30 km draad WIJK 10 Ω 230 V en 1,0 MW A Stroom in de wijk B Vermogensverlies onderweg C Spanningsverlies onderweg D Rendement transport

7 TRANSPORT (≈) hoogspanningskabels 10 Ω A Stroom in de wijk? 1 : 100 verdeelstation 100 : 1 trafohuisje 10 Ω hoogspanningskabels A Stroom in de wijk? B Stroom onderweg? C Vermogensverlies onderweg? D Rendement transport?

SOMMEN Zie ook EXTRA VI SOM 1 t/m 6

SOM 1 EM KANON In een elektromagnetisch geschut springt er een vonk over van P naar Q, daarbij zorgt de ‘spoel’ APQB voor een B-veld het papier in (de kruisjes). Het gevolg is dat de vonk naar rechts beweegt en het projectiel van 0,30 kg meeneemt. A Leg uit wat de pluspool is, A of B (Hint: RHR spoel gebruiken!) B Toon aan dat de vonk naar rechts beweegt (Hint: LHR-kracht gebruiken). Aan het eind van de loop na 0,005 s heeft het projectiel een snelheid van 600 m/s. Bereken de lengte van de loop (hint: uit de gemiddelde snelheid). Bereken uit de versnelling de gemiddelde kracht op het projectiel. RHR-spoel: B achteren dus I met de klok mee, dan is A pluspool LHR-kracht: B naar achteren en I omlaag, dus F naar rechts.

SOM 2 BOOTJE Dit bootje dat in zout water drijft zou in principe moeten gaan varen, door zich af te zetten op de ionenstroom in het water. Via beide elektroden loopt er stroom tussen de polen van de magneet. A Waarom kan zo’n bootje in zoet water ook in theorie niet varen? B Leg uit of de noordpool onder of boven zit. Het water heeft een weerstand van 25 Ohm per cm. De afstand tussen de elektroden is 20 cm. De spanning van de accu 12 V en de sterkte van het magneetveld 0,01 T. C Bereken de grootte van de Lorentzkracht die je hiermee krijgt. NP Zoet water bevat geen ionen Stroom naar voren (+ naar -) Fboot Fionen LHR: B omlaag Lorentzkracht naar achteren Stroom uit Ohm: Lorentzkracht:

SOM 3 KARRETJE A Waarom pulsen tegengesteld? B Waarom oppervlak pulsen even groot? C Was beweging versneld, vertraagd of eenparig? D Gemiddelde snelheid karretje? E Teken beeld in als magneet halve slag draait. 1e puls: naderen  tegenflux, 2e puls verwijderen meeflux Opp=VΔ=BΔA: bij naderen en verwijderen zijn die even groot Vertraagd: verwijderen duurde 0,04 sec, naderen 0,02 sec! Aflezen uit de figuren en invullen: De pieken klappen om!

SOM 4 VALLENDE MAGNEET P U L S Bex A R 17 18 Bin Bin Bex De magneet valt door de spoel: leg met de wet van Lenz uit in welke volgorde de LEDjes flitsen. Intreden spoel Toenemende flux omlaag Wet van Lenz: tegenflux, omhoog dus! RHR spoel: Ivoor naar rechts ROOD eerst aan P U L S A R 17 18 Bex Uittreden spoel  Afnemende flux omlaag  Wet van Lenz: meeflux, omlaag dus!  RHR spoel: Ivoor naar links  daarna GROEN aan Bin Bin Bex Beredeneer in welke volgorde de LEDjes flitsen bij het omkeren van de hele opstelling

SOM 5 SLINGERENDE LEDs Een spoel slingert van rechts naar links over een sterke magneet. Op deze spoel zijn een rode (R) en een groene (G) LED parallel aangesloten. A Beredeneer in welke volgorde de LEDs zullen oplichten. Leg hierbij al je tussenstappen heel precies uit! B Leg ook uit hoe die volgorde is bij de volgende passage van de magneet. Naderen  toenemende flux omlaag  tegenflux (omhoog)  Ivoor rechts  eerst groen aan Verwijderen  afnemende flux omlaag  meeflux (omlaag)  Ivoor links  dan rood aan Dezelfde volgorde – eerst groen dan rood – want het gaat alleen om naderen en verwijderen, niet om de richting van waarin de spoel slingert.

SOM 6 SPOORRAILS A Hoeveel spanning staat er over de weerstand als B = 0,020 (T)? B Wat is er gestileerd, theoretisch, aan deze opgave? Invullen in de wet van Faraday Deze spoel heeft één wikkeling en dan is de spanning altijd zo laag dat er geen enkel apparaat op kan werken. In echte situaties is er altijd sprake van spoelen met 100derden wikkelingen.

EINDE