Elektromagnetisme

• Natuurkunde
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 6

Elektromagnetisme

Vwo 6

Inhoud

Het doel van deze LessonUp is het activeren van je voorkennis bij onderwerp elekromagnetisme.

Na het bekijken van deze lessonUp komt je er achter welke onderwerpen je al goed begrijpt en welke onderwerpen je nog lastig vindt. 

Maak deze LessonUp voor de eerste les van het project.

Deel 1: Magneetveld

De eerste vragen gaan over de volgende leerdoelen die worden beschouwd als voorkennis:

• De leerlingen weten wat een magnetisch veld is.
• De leerlingen weten wat magnetische veldlijnen betekenen.
• De leerlingen zijn in staat om de richting van een magnetisch veld te bepalen bij een stroomdraad en een spoel.

Bekijk de afbeelding hiernaast.
Wat zegt dit symbool over de richting van het magneetveld?

1. Het bord in
2. Het bord uit
3. Naar boven
4. Naar beneden

Bekijk de afbeelding hiernaast.
Wat zegt dit symbool over de richting van het magneetveld?

1. Het bord in
2. Het bord uit
3. Naar boven
4. Naar beneden

Bekijk de afbeelding hiernaast.
In het midden is een stroomdraad getekend, verder is er aangegeven wat de richting is van het magneetveld dat ontstaat.
Wat is de richting van de stroom in de stroomdraad?

1. Naar boven
2. Naar beneden

Bekijk de afbeelding hiernaast. Een spoel is aangesloten op een spanningsbron, hierdoor gaat er een stroom lopen.
Wat is de richting van het magneetveld?

1. Van boven naar beneden
2. Van beneden naar boven
3. Van links naar rechts
4. Van rechts naar links

Bij een draad: Je duim in de richting van de stroom en je vingers geven dan de richting van het magneetveld aan.

Bij een spoel: Je vingers in de richting van de stroom en je duim geeft dan de richting van het magneetveld aan.

Juist! De rechterhandregel

Deel 2: Lorenzkracht

Het tweede deel gaat over de Lorentzkracht, daarbij horen de volgende leerdoelen die worden beschouwd als voorkennis:

• De leerlingen kunnen de grootte en de richting van de Lorentzkracht bepalen.

Lorentzkracht

De lorentzkracht is de kracht die op een lading wordt uitgeoefend door een elektromagnetisch veld. De richting van de lorentzkracht kan je vinden met de linkerhandregel.

De grootte kan je berekenen;                      En de richting kan je bepalen;

Een proton beweegt naar rechts met 3,0·10^7 m/s in een magneetveld van 0,020 T wat naar je toe is gericht.
Hoe groot is de lorentzkracht?

Een proton beweegt naar rechts met 3,0·10^7 m/s in een magneetveld van 0,020 T wat naar je toe is gericht.
Wat is de richting van de lorentzkracht?

1. Links
2. Rechts
3. Beneden
4. Boven

Deel 3: Flux, Faraday, Lenz

Het derde deel gaat over de magnetische flux, de wet van Faraday en de wet van Lenz, daarbij horen de volgende leerdoelen die worden beschouwd als voorkennis:

• De leerlingen kunnen de grootheid magnetische flux uitleggen.
  
• De leerlingen kunnen uitleggen waardoor de magnetische flux wordt bepaald.
  
• De leerlingen kunnen rekenen met de magnetische flux.
• De leerlingen kunnen berekeningen maken met de Wet van Faraday.
• De leerlingen kunnen uitleggen waar de inductiespanning van afhankelijk is.
  
• De leerlingen kunnen uitleggen wanneer er ook een inductiestroom is.

We weten nu dat er een magneet-

veld wordt opgewekt als er een 

stroom loopt. Zou er dan ook een 

    stroom gaan lopen als er een                                     magneetveld is?

Michael Faraday

Wat denk jij dat het antwoord was?

Michael Faraday ging op onderzoek uit...

Open de applet via de link in de volgende dia en ontdek het zelf!

Wat denk jij dat zijn bevindingen waren?

https:

Wat is je opgevallen na het gebruik van de applet?

Er gaat dus alleen een stroom lopen als er een verandering is in het magneetveld.

Later ontdekte hij dat het niet alleen de verandering van het magneetveld was, maar eigenlijk de verandering van de magnetisch flux.

De magnetische flux kan berekent worden met de volgende formule

ϕ=B⋅A

Zet de onderstaande situaties in de juiste volgorde. Sleep het plaatje naar het juiste nummer. De 1 staat voor de grootste magnetische flux en de 6 voor de kleinste magnetische flux.

1

2

3

4

5

6

Het is de verandering in magnetische flux!
Hierdoor ontstaat er een inductie spanning en vervolgens een inductie stroom.

De wet van Faraday

U = inductiespanning in Volt (V)

N = aantal windingen 

      = fluxverandering in weber (Wb)

      = tijd in seconden (s)

Δϕ

Δt

Oefenopdracht:
Een vierkante draadspoel met honderd windingen met zijde l =5,00 cm en een totale weerstand van 100 ohm, wordt loodrecht op een homogeen magnetisch veld van 0,600 T geplaatst, zie de afbeelding hiernaast. Deze spoel wordt met constante snelheid in 0,100 s naar rechts getrokken, waar het magneetveld gelijk is aan 0.
A. Bereken de inductiespanning die ontstaat.

Oefenopdracht:

Een vierkante draadspoel met honderd windingen met zijde l = 5,00 cm en een totale weerstand van 100 ohm, wordt loodrecht op een homogeen magnetisch veld van 0,600 T geplaatst, zie de afbeelding hiernaast. Deze spoel wordt met constante snelheid in 0,100 s naar rechts getrokken, waar het magneetveld gelijk is aan 0.

A. Bereken de inductiespanning die ontstaat. Noteer je antwoord hieronder.

Oefenopdracht vervolg:

Een vierkante draadspoel met honderd windingen met zijde l = 5,00 cm en een totale weerstand van 100 ohm, wordt loodrecht op een homogeen magnetisch veld van 0,600 T geplaatst, zie de afbeelding hiernaast. Deze spoel wordt met constante snelheid in 0,100 s naar rechts getrokken, waar het magneetveld gelijk is aan 0.

B. Bereken de inductiestroom. Noteer je antwoord hieronder.

Wet van Lenz

Faradays wet zegt dus dat een veranderende magnetische flux een elektrische spanning veroorzaakt. In een gesloten stroomkring zal er hierdoor ook een elektrische stroom gaan lopen. We blijven nu echter nog met een vraag zitten: welke richting gaat die geïnduceerde stroom op lopen? 

Het antwoord op deze vraag kennen we als de Wet van Lenz:

De inductiestroom is zodanig gericht, dat hij de oorzaak van
zijn ontstaan tegenwerkt.

Oefenopdracht deel 2:
Een vierkante draadspoel met honderd windingen met zijde l = 5,00 cm en een totale weerstand van 100 ohm, wordt loodrecht op een homogeen magnetisch veld van 0,600 T geplaatst, zie de afbeelding hiernaast. Deze spoel wordt met constante snelheid in 0,100 s naar rechts getrokken, waar het magneetveld gelijk is aan 0.
A. Bereken de inductiespanning die ontstaat. Noteer je antwoord hieronder.

Oefenopdrachtvervolg: 

Een vierkante draadspoel met honderd windingen met zijde l = 5,00 cm en een totale weerstand van 100 ohm, wordt loodrecht op een homogeen magnetisch veld van 0,600 T geplaatst, zie de afbeelding hiernaast. Deze spoel wordt met constante snelheid in 0,100 s naar rechts getrokken, waar het magneetveld gelijk is aan 0.

C. Wat is de richting van de inductiestroom?

1. Linksom
2. Rechtsom

Samenvatting

Belangrijk:

• De lorentzkracht is de kracht die op een lading wordt uitgeoefend door een elektromagnetisch veld. De richting van de lorentzkracht kan je vinden met de linkerhandregel.
• Magnetische flux is een maat voor voor het aantal veldlijnen dat door een gesloten oppervlak gaat
• Michael Faraday ontdekte dat bij een verandering in de magnetische flux er een inductiespanning wordt opgewekt over een spoel/draadraam. 
• Deze inductiespanning wordt bepaalde door; het aantal windingen en de snelheid van de fluxverandering
• Als de spoel of het draadraam is aangesloten op een stroomkring gaat er een inductiestroom lopen
• De richting kan bepaald worden met de Wet van Lenz. 
   De inductiestroom is zodanig van richting dat deze de verandering van de flux   tegenwerkt

Dit was de voorbereiding voor het project.

Wanneer je twijfelt aan je eigen voorkennis

is het verstandig om voorafgaand aan het project

de theorie over elektromagnetisme nogmaals te bekijken.

Succes!!