MD Magnetische velden - Les2 - Spoelen

• Electronica
• MBO
• Studiejaar 1

Magnetische velden

ELE1C Hoofdstuk 2

Spoelen

Lesdoelen voor deze les

1. Je kunt de richting van het magnetische veld bepalen rond een stroomvoerende geleider of spoel;
2. Je kunt aangeven of een stroom van je af gaat of naar je toe komt;
3. Je kunt de veldsterkte berekenen rond een stroomvoerende geleider, in een luchtspoel of in een spoel met kern.
4. Je kunt de gemiddelde lengte van een kern berekenen. (zie extra infoblad)

Ontdekking van elektromagnetisme

In 1820 ontdekte de Deense natuurkundige Hans

Christian Orsted het verband tussen elektriciteit

en magnetisme.

Hij toonde dit aan door een kompas in de

buurt van een stroomvoerende geleider te

houden.

Ontdekking van elektromagnetisme

Het kompas richtte zich tangentiaal op ten

opzichte van de richting van de stroom.

Orsted bepaalde dat wanneer de stroom

door de geleider van hem af vloeide, het

magnetisch veld rechtsom (met de klok

mee) rond de geleider draaide.

Stroomrichting

Wanneer je het magnetisch veld op een tekening laat zien wordt het lastig om de stroomrichting aan te geven. De gaat dan namelijk je tekening in of je tekening uit. We gebruiken daar de onderstaande symbolen voor.

Naar je toe

(het blad uit)

Van je af

(het blad in)

Stroomrichting

Een ezelsbruggetje kan de volgende zijn:

Wanneer een boogschutter een pijl afschiet kijkt hij tegen de veren aan. De pijl gaat van hem af. Iemand die waar de pijl naartoe komt kijkt tegen de punt aan.

Naar je toe

(Punt)

Van je af

(Veren)

Stroomrichting en veldrichting

Orsted bepaalde dat wanneer een stroom van hem af vloeide, het magnetisch veld rechtsom (met de klok mee) de geleider draaide, en vice versa.

Naar je toe

(linksom)

Van je af

(rechtsom)

Kurkentrekkerregel en rechterhandregel

Bekende hulpmiddeltjes zijn de kurken-

trekkerregel en de rechterhandregel.

Veldsterkte rond een stroomvoerende geleider

De veldsterkte rond een stroomvoerende geleider kun je berekenen met:

H=​2⋅π⋅s​​I​​

[A/m]

Veldsterkte

Bepaal de veldsterkte op een afstand van 1 cm en 1 m van een geleider waardoor een stroom van 15 A gaat.

Veldsterkte

Bepaal de veldsterkte op een afstand van 1 cm en 1 m van een geleider waardoor een stroom van 15 A gaat.

s1=1cm=0,01m, s2 =1m en I=15A

H​1​​=​2⋅π⋅s​1​​​​I​​=​2⋅π⋅0.01m​​15A​​=239

A/m

H​2​​=​2⋅π⋅s​2​​​​I​​=​2⋅π⋅1m​​15A​​=2,39

A/m

Spoel

Wanneer we de geleider opwikkelen, ontstaat er een luchtspoel. We bundelen meerdere (stroomvoerende) geleiders bij elkaar. We noemen dit ook wel een solenoid.

Veldsterkte in een luchtspoel

Doordat geleiders gebundeld word wordt de veldsterkte een veelvoud van het aantal wikkelingen N.  

H=N⋅​l​spoel​​​​I​​

[A/m]

Veldsterkte

Een spoel heeft 1000 windingen en een lengte van 8 cm. Bepaal de veldsterkte binnen de spoel als er een stroom van 2 A doorheen gaat.

Veldsterkte

Een spoel heeft 1000 windingen en een lengte van 8 cm. Bepaal de veldsterkte binnen de spoel als er een stroom van 2 A doorheen gaat.

N=1000, lspoel =8cm=0.08m en I=2A

H=N⋅​l​spoel​​​​I​​=1000⋅​0.08m​​2A​​=25000

A/m

Veldsterkte

Dus de spoel heeft 1000 windingen en een lengte van 8 cm. Bepaal de veldsterkte binnen de spoel als er een stroom van 2 A doorheen gaat. De veldsterkte is dus 25000A/m. Als je nu kijkt naar de formule, wat kun je doen om de veldsterkte in de spoel te verdubbelen?

H=N⋅​l​spoel​​​​I​​

Spoel met kern

Spoelen worden vaak voorzien van een zogenaamde kern. Dit omdat lucht een zeer slechte magnetische geleider is.

Veldsterkte in een spoel met kern

In een spoel met kern rekenen we niet met de lengte van de spoel, maar met de gemiddelde lengte van de kern.  

H=N⋅​l​kern​​​​I​​

[A/m]

Veldsterkte

Een spoel met 500 windingen is om een 

vierkante gesloten kern gewikkeld.

Bereken de veldsterkte in de kern. De

stroomsterkte in de spoel is 2 A.

Veldsterkte

Gemiddelde kernlengte:

hbu=16cm=0,16m en hbi =4cm=0,04m

h​gem​​=​2​​h​bu​​+h​bi​​​​=​2​​0.16+0.04​​=0.1m

l​kern​​=4⋅h​gem​​=4⋅0.1m=0.4m

Veldsterkte

Gemiddelde kernlengte:

lkern=0,4m, I=2A en N=500

H=N⋅​l​kern​​​​I​​=500⋅​0,4m​​2A​​=2500

A/m

Opgaven

Lezen 2.1 t/m 2.3

Maken blz 133 t/m 140