les 5vwo - 23 april 2021 - 8.4 Elektromagnetische

• Natuurkunde
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 5

Les 23 april 2021: Inductiespanning en magnetische flux

• Huiswerk bespreken:
  extra opgave
  vraag 8 van Oefenen A
  opgave 50c
• Maken en bespreken opgave 49
  
• Bespreken opgave 52c 

Wet van Lenz

Als de schakelaar rechts dicht gaat, wat wordt dan (kortstondig) de +pool in de linker spoel?

In de linker spoel: de +pool is

1. A
2. B

stap 1: bepaal de richting van het uitwendig veld, dus het veld van de rechter spoel

1. naar links
2. naar rechts

Wet van Lenz

1. Als de schakelaar rechts dicht gaat, gaat de stroom van links naar rechts.
   met RHR: vingers krommen naar achteren, duim RH naar links

stap 2: is er een toename of afname van de flux is

1. toename
2. afname

Wet van Lenz

eerst was er geen stroom door de rechter spoel en dus ook geen B

Daarna loopt er stroom en is er dus een B

--> toename van flux

stap 3: Bepaal de richting van het magneetveld in de linker spoel die er hierdoor ontstaat

1. tegenflux, dus naar links
2. tegenflux, dus naar rechts
3. meeflux, dus naar links
4. meeflux, dus naar rechts

Wet van Lenz

toename flux --> tegenflux, dus B_ind is tegengesteld gericht aan B_uitw  (die was naar links) dus naar rechts

stap 4: Bepaal de richting
van de stroom in
de linker spoel

1. van A via de spoel naar B
2. van B via de spoel naar A

stap 5: Bepaal wat
de + pool wordt

1. A
2. B

Opgave 8 van Oefenen A van H8

In de stuwbuis zitten twee evenwijdige metalen platen: plaat A is + en plaat B is -
Zeewater is een (matige) geleider 
--> stroom van de ene naar andere plaat
Tussen A en B ook een sterk verticaal gericht magnetisch veld

Welke richting heeft B bij voorstuwing?

Opgave 8 van Oefenen A van H8

schip vooruit (in de tekening naar rechts)

--> naar rechts gerichte voortstuwende kracht van het zeewater op het schip

derde wet van Newton (actie = –reactie): 
het schip oefent dan een kracht naar achteren (in de tekening naar links) op het zeewater uit

Opgave 8 van Oefenen A van H8

Deze kracht op het zeewater is de lorentzkracht van het magnetisch veld op de stroom die van plaat A naar plaat B in het zeewater loopt.

RHR om richting B te bepalen: 
stroom van A naar B (duim RHR)

F_L naar links, dus handpalm RH naar links

--> vingers RH naar beneden, dus B naar beneden

Opgave 50c

 

N 1,5 × zo klein --> U_ind  1,5 × zo klein.

R van spoel is hetzelfde, dus I = U/R ook 1,5 × zo klein: I = 0,25/1,5 = 0,17 A 

U​ind​​=−N⋅​dt​​dΦ​​

bij opgave 50

We kunnen U_ind uitrekenen:

N = 1200

            

              is de helling van de grafiek:

U_ind = 2,4.10^-3 V

U​ind​​=−N⋅​dt​​dΦ​​

​dt​​dΦ​​

​dt​​dΦ​​=​4,0−2,0​​(−2,0−2,0)⋅10​−6​​​​=−2,0⋅10​−6​​

Opgave 49

Binnen een spoel met 300 windingen verandert de magnetische flux als functie  van de tijd zoals in de figuur. Bepaal de helling tussen t = 0,0 en t = 4,0 s

Lever je antwoord in op volgende dia

Opgave 49a

helling tussen t = 0,0 en t = 4,0 s:

​dt​​dΦ​​=​4,0−0,0​​(8,0−0,0)⋅10​−2​​​​=2,0⋅10​−2​​

U​ind​​=N⋅​dt​​dΦ​​=300⋅2,0⋅10​−2​​=6,0V

49b) Bereken de inductiespanning voor t tussen 4,0 en 6,0 s als je weet dat Uind tussen t = 0 en t = 4,0 s +6,0 V is

Opgave 49b

helling tussen t = 4,0 en t = 6,0 s:

dat is -2 x zo groot als tussen t = 0,0 en t = 4,0 s,

dan wordt U_ind = -2 x 6,0 = -12,0 V

​dt​​dΦ​​=​6,0−4,0​​(0,0−8,0)⋅10​−2​​​​=−4,0⋅10​−2​​

Hoe verandert de inductiespanning in de beide periodes als N van 300 naar 150 gaat?

Opgave 49c

N wordt 2x zo klein, dus U_ind wordt 2x zo klein

opgave 52a

N_A = N_B en
 in normale omstandigheden I_A =I_B 
--> magnetisch veld in het weekijzer door de stroom door spoel A is even groot als die door spoel B. 

spoel B is net andersom gewikkeld dan A
--> richting van magnetisch veld van B precies andersom dan van A. 

De netto magnetische flux door spoel C is dan nul.

opgave 52b

Bij een lekstroom: I_B < I_A-->  magnetische veldsterkte van spoel B wordt kleiner dan van A -> er ontstaat en wisselende fluxverandering (want het is wisselstroom) in spoel C --> wisselinductiestroom die het relais activeert waardoor de schakeling verbroken wordt.
 

opgave 52c

 werkt ook bij gelijkspanning, 

tenminste als de lekstroom plotseling optreedt 

en het relais ook schakelt bij een heel kortdurend inductiestroompje. 

Bij gelijkspanning zal een plotselinge lekstroom ervoor zorgen dat de stroomsterkte door spoel B snel kleiner wordt, zodat er een fluxverandering in spoel C optreedt.

huiswerk voor na de vakantie 

• Bestudeer 8.4 helemaal
  
• Bekijk filmpje 2 over  inductiespanning en magnetische flux (zie SOM en classroom) en maak opgaven 49, 54, 55, 56.