Elektromagnetisme - Magnetisme

• Natuurkunde
• Middelbare school
• havo, vwo
• Leerjaar 5,6

Elektromagnetisme

Magnetisme

Hoofdstuk Cirkelbeweging

Elektromagnetisme - Magnetisme

Elektromagnetisme - Elektrische kracht

Elektromagnetisme - Lorentzkracht

Elektromagnetisme - Inductie

Leerdoelen

Aan het eind van de les kun je...

... 

Magnetisme & veldlijnen

Als geladen deeltjes bewegen dan ontstaat er een magneetveld rondom deze deeltjes. De sterkte van dit veld noemen we de magnetische inductie (B). We zien dit bijvoorbeeld gebeuren als we stroom door een draad laten lopen. Er ontstaat hierdoor een magneetveld dat in cirkels om de draad loopt (zie de onderstaande afbeelding).

Omdat het niet altijd even gemakkelijk is om in 3D veldlijnen te tekenen, geven we een veldlijn die het papier in gaat ook wel weer met een rondje met een kruis erin. 

Een veldlijn die het papier uit komt geven we weer met een rondje met een stip in het midden. Deze notatie is goed te onthouden door een pijl voor de stellen die in de richting van het magneetveld prikt. Gaat de pijl het papier in, dan zien we de achterkant van de pijl - een rondje met een kruisje erin. Komt de pijl het papier uit, dan zien we de voorkant van de pijl - een rondje met een stip in het midden:

Rechterhandregel

We kunnen de richting van het magneetveld bepalen met behulp van de richting van de stroom (I). De richting van het magneetveld is te vinden door de duim in de richting van de stroom (I) te wijzen. De vingers van de hand krommen dan automatisch in de richting van de het magneetveld; dit is de rechterhandregel.

Herinner wel dat de richting van de stroom (I) altijd loopt van de plus- naar de minpool. In werkelijkheid lopen de elektronen echter van de min naar de plus.

In de onderstaande afbeelding is een stroomdraad een aantal keer omgewonden. We noemen dit een spoel. Het magneetveld krijgt dan de vorm die hieronder in de afbeelding is weergegeven. We noemen dit ook wel een elektromagneet. Ook in dit geval kan de rechterhandregel gebruikt worden, op een omgekeerde manier.

Nu krommen de vingers van de hand in de richting van de windingen waar de stroom doorheen loopt. De duim wijst dan automatisch in de richting van het magnetische veld.

(Elektro)magneten

Een goede eigenschap van een elektromagneet is dat we deze aan en uit kunnen zetten door simpelweg de stroomkring te sluiten en te openen. Dit kan bijvoorbeeld handig zijn bij het sorteren van ijzeren voorwerpen in een berg afval (zie de onderstaande afbeelding). IJzer heeft de eigenschap dat het wordt aangetrokken door zowel de noord- als de zuidpool van 

een magneet. Als de elek-

tromagneet aan staat, dan 

trekt het stukken ijzer aan. 

Als de stroom uitgezet 

wordt, dan vallen de 

stukken ijzer er weer vanaf.

Naast elektromagneten zijn er ook permanente magneten. Hieronder zijn wat stukjes ijzer rond een permanente magneet neergegooid. Merk op dat het magnetisch veld precies dezelfde vorm heeft als bij de elektromagneet. Net als bij de spoel wordt dit veld veroorzaakt bewegende elektronen. In dit geval de elektronen die rondbewegen in de atomen.

Magneet maken

Een magneet kan worden gemaakt door een stuk ijzer op te warmen en in een extern magneetveld te leggen. Dit magneetveld zorgt ervoor dat de elektronen allemaal in dezelfde richting gaan roteren. De optelling van de magneetvelden van al deze elektronen tezamen vormt het magneetveld van een permanente magneet. Als we de magneet nogmaals opwarmen, maar dan zonder extern magneetveld, dan trillen de elektronen weer in willekeurige richting en verdwijnen de magnetische eigenschappen.

Herinner wel dat de richting van de stroom (I) altijd loopt van de plus- naar de minpool. In werkelijkheid lopen de elektronen echter van de min naar de plus.

Voor beide soorten magneten geldt dat gelijke polen elkaar afstoten en verschillende polen elkaar aantrekken:

Eigenschappen

Een niet magnetisch stukje ijzer wordt echter tot beide kanten van de magneet aangetrokken (zie de onderstaande afbeelding). Dit komt omdat de elektronen in het stukje ijzer onder invloed van het magneetveld dezelfde kant op gaan richten en dus zelf ook tijdelijk magnetisch wordt. Dit stukje ijzer kan dan op zijn beurt weer een volgens stukje aantrekken.

Een bekende toepassing van magnetisme is het kompas. Een kompas is niets anders dan een klein magneetje. Als gevolg wijst de noordpool van een kompas in de richting van het magneetveld en de zuidpool tegen de richting van het magneetveld in (zie de onderstaande afbeelding).

Opgaven

Opgave 1

Beschrijf de rechterhandregel voor een stroomvoerende draad en de rechterhandregel voor een spoel.

Opgave 2

Hieronder is een stroomkring afgebeeld: 

a. Leg uit of de pijlen in de afbeelding de stroomrichting aangeven of de richting van de elektronenstroom.

b. Teken het magneetveld van de linker draad in de schakeling.

Opgave 3

Schets het magneetveld in de onderste twee afbeeldingen: 

Opgaven

Opgave 4

Een spijker wordt magnetisch gemaakt door er een draad omheen te wikkelen en hier stroom doorheen te laten lopen (zie de onderstaande afbeelding). Schets het magneetveld van de spoel en geef met de letters N en Z aan waar de noord- en zuidpool van de spijker zich zal bevinden. 

Opgave 5

In de afbeelding 

hiernaast zien we een 

schakeling van een 

schoolbel die continu 

blijft rinkelen zolang de 

schakelaar ingedrukt blijft. 

Punt A in de afbeelding is 

een contactje die op dit 

moment de klepel raakt, 

maar hier niet aan vast zit.

a. Beschrijf de werking van de schoolbel.

b. Maakt het voor de werking van de bel uit, hoe om de spoel gewikkeld is?

Opgaven

Opgave 6

Beschrijf in welke richting een kompas wijst in een magnetisch veld. 

Opgave 7

Met een kompas kunnen we de richting van het aardmagnetisch veld vinden. Maak een schets van het magneetveld van de aarde en teken het kompas bij de evenaar. Geef ook met de letters N en Z de noord- en de zuidpool aan van zowel de aarde als de magneet. Merk je iets vreemds op bij het tekenen van de noord en zuidpool van de aarde?

Opgave 8

In de onderstaande afbeelding zien we aan de linkerkant een spoel en aan de rechterkant een draad waarbij de stroomrichting het papier in loopt. Teken bij elk rode punt een kompasnaald. Geef duidelijk de richting van het kompas aan en aan welke kant de noord- en de zuidpool zich bevindt.