VWO Oefentoets Hoofdstuk Magnetisme

• Natuurkunde
• Middelbare school
• havo, vwo
• Leerjaar 4

Hoofdstuk Magnetisme

In deze oefentoets worden in 4 hoofdopgaven 17 vragen gesteld. 

Let op A.L.L.E.S.:

Antwoord, Leesbaar, Logisch, Eenheid, Significantie

Elektromagneet

Een spoel wordt aangesloten op een gelijkspanningsbron, waardoor er een magneetveld van 30 mT ontstaat.

1. Maak een tekening van deze situatie. Teken de spanningsbron en enkele windingen, en geef goed aan hoe de windingen van de spoel lopen. (R-2p)

2. Geef in je tekening waar de noord- en zuidpool zich bevinden en teken enkele veldlijnen. (R-2p)

3. Noem twee eigenschappen van een homogeen magnetisch veld. (R-2p)

4. Waar lijkt het magnetisch veld van een spoel het meest op een homogeen veld? (R-1p)

5. Noem twee toepassingen van een spoel als elektromagneet. (R-1p)

Antwoord vraag 1 t/m 5

1. Je hebt getekend: spanningsbron, draden, duidelijke spoel, zie onder. (2)

2. Stroom, veldlijnen, N naar Z buiten spoel. Z-N in spoel, zie onder. (2)

3. Een homogeen veld heeft overal dezelfde grootte (1)

Een homogeen veld heeft overal dezelfde richting (1)

4. In het centrum van de spoel (1)

5. Vb: elektromotor, autolifter, relais, schoolbel, etc (1)

Bungelende koperdraad

Een stevige koperdraad ABCD
heeft men gebogen en opgehangen
in een magnetisch veld van 8,5 mT.
Het draadfiguur hangt aan twee
buigzame draden waardoor 

een stroom kan lopen.
AB, BC en CD zijn allen 4,0 cm. De stroom is 2,0 μA. 

Zie figuur de figuur hiernaast. 

6. Bepaal de richting en de grootte van de lorentzkracht op elk van de drie zijden bij de aangegeven stroomrichting.
(T1-4p)

7. Geef aan welke stand het draadraam gaat innemen als het draaibaar is om de as AB. (I-2p)

Vervolgens wordt het
homogeen magnetisch
veld tussen de twee 

magneetpolen
vervangen door het 

magneetveld van
een stroomdraad EF. 

Zie de figuur rechtsboven.

8. Bepaal de richting van het magneetveld dat EF veroorzaakt op het midden van elk van de drie zijden van de draadfiguur. (T1-2p)

9. Geef aan welke stand de draadfiguur gaat innemen als het kan slingeren aan de ophangdraden. (I-2p)

Antwoord vraag 6 t/m 9

6. Gebruik de linkerhandregel

AB: FL blad uit (1)

BC: geen lorentzkracht (1)

CD: FL blad in (1)

7. Het draadraam zal met de klok mee draaien totdat draadstuk CD precies achter draadstuk AB eindigt. (2)

8. Rechterhandregel: overal gaat het magneetveld het blad in (2)

9. Kijk eerst hoe de krachten werken: (1)

AB: FL gaat naar rechts

BC: FL gaat naar beneden

CD: FL gaat naar links

Beredeneer nu dat er niks mee gebeurt als hij kan slingeren aan de ophangdraden. (1)

F​L​​=B⋅I⋅ℓ=8,5⋅10​−3​​⋅2,0⋅10​−6​​⋅4,0⋅10​−2​​=68⋅10​−11​​ N

F​L​​=0 N

F​L​​=B⋅I⋅ℓ=8,5⋅10​−3​​⋅2,0⋅10​−6​​⋅4,0⋅10​−2​​=68⋅10​−11​​ N

Vallende magneet

Een staafmagneet valt, met de zuidpool naar
beneden, vanaf een hoogte van ongeveer 0,5 m
omlaag door een spoel met een groot aantal
windingen. Op de uiteinden van de spoel is een
stroommeter aangesloten.
Zie de figuur hier rechts.

In de figuur hiernaast is de vallende
magneet getekend op een tijdstip t₁
waarop zijn onderkant al een stukje in
de spoel is gekomen. Op dat tijdstip
ondervindt de magneet een kracht
van de spoel.

10. Leg uit waardoor de magneet een kracht ondervindt op dat tijdstip. (T2-2p)

11. Leg uit dat de magneet in de spoel een tegenwerkende kracht ondervindt. (I-2p)

12. Bepaal de richting van de elektrische stroom in de draad PQ. (T2-2p)

Vallende magneet

De spoel gaat zich gedragen als een
spanningsbron met een aansluitpunt
aan de P-kant en aan de Q-kant.
Hierop wordt een lampje
aangesloten.
Zie de figuur rechts.

13. Leg uit welke van de
aansluitpunten de pluspool
van de spanningsbron is. (T2-2p)

We laten de magneet opnieuw vallen
 van een grotere hoogte. Op een
tijdstip t₂ is de positie van de vallende
 magneet ten opzichte van de
verplaatste spoel.

Zie de figuur rechts.

14. Leg uit of de kracht die de spoel
en de magneet op elkaar uitoefenen
in de positie op tijdstip t₂ groter dan /
 gelijk is aan / kleiner dan bij de
eerste val. (I-2p)

Antwoord vraag 10 t/m 14

10. De magneet veroorzaakt een fluxverandering waardoor er een inductiestroom door de spoel loopt. (1) Deze stroom veroorzaakt een magneetveld dat een kracht uitoefent op de magneet. (1)

11. Kinetische energie wordt omgezet in elektrische energie. (1) Kinetische energie neemt dus af en dan moet de snelheid afnemen. (1)

12. Z(uidpool) moet aan de bovenkant om de beweging tegen te werken (1), dan loopt de stroom van P naar Q door de spoel. (1)

13. De stroom loopt van P naar Q door de spoel. Maar deze dient als spanningsbron voor het lampje (1). Door het lampje loopt de stroom van Q naar P. Q is hier dus de pluspool en P is de minpool. (1)

14. De snelheid is groter, dus de flux verandert sneller. (1) De inductiestroom is groter en de tegenwerkende kracht ook. (1)

Flux en inductiespanning

Binnen een spoel met 400 windingen
verandert de magnetische flux ϕ als
functie van de tijd t zoals weergegeven
in de figuur hiernaast. Tussen t = 0 en
t = 2,0 s bedraagt de inductiespanning
over de spoel 2,6 V. 

15. Bepaal de inductiespanning over
de spoel tussen t = 2,0 en t = 3,0 s.
(T2-2p)

16. Bepaal de inductiespanning over de spoel tussen t = 3,0 en t = 4,0 s. (T2-2p)

De spoel wordt vervangen door een spoel met 700 windingen.

17. Wat is nu de inductiespanning tussen t = 0,0 en t = 2,0 s? Leg uit hoe je aan je antwoord komt. (I-2p)

Antwoord vraag 15 t/m 17

15. De flux is constant, dus de inductiespanning is nul.

16. De fluxverandering is hier 6,0 mWb/s, en in het eerste deel 2,0 mWb/s. 

De inductiespanning is dus 3,0 keer zo groot. U_ind = 7,8 V

   

17. Er geldt:

                                   

Als er 700/400 = 7/4 x zoveel windingen zijn dan is de spanning ook 7/4 x zo groot.

Dus U_ind,700 = U_ind,400 x 7/4 = 2,6 x 7/4 = 4,6 V

U​ind​​∝​dt​​dϕ​​