H6 Magnetische Veldsterkte & Magnetische Kracht PDF

H6 MAGNETISCHE VELDSTERKTE & MAGNETISCHE KRACHT THEMA 1 KRACHT & VELD 3. Hoe groot is de magnetische kracht in een magnetisch veld 3.1 Kracht op een stroomvoerende geleider De Laplacekracht is een magnetische kracht die een rechte stroomvoerende geleider, lus of kader kan ondervinden in...

H6 MAGNETISCHE VELDSTERKTE & MAGNETISCHE KRACHT THEMA 1 KRACHT & VELD 3. Hoe groot is de magnetische kracht in een magnetisch veld 3.1 Kracht op een stroomvoerende geleider De Laplacekracht is een magnetische kracht die een rechte stroomvoerende geleider, lus of kader kan ondervinden in een homogeen magnetisch veld. → De Laplacekracht is een vectoriële grootheid. A) AANGRIJPINGSPUNT, RICHTING & ZIN VAN DE LAPLACEKRACHT Aangrijpingspunt: (Het midden van) de stroomvoerende geleider Richting: EN Zin: Afhankelijk van de zin van EN H6 Magnetische veldsterkte & magnetische kracht 2 HOE BEPAAL JE DE ZIN VAN DE LAPLACEKRACHT? = de derde regel van de rechterhand. 1) STREK DE DUIM, WIJSVINGER & MIDDELVINGER 2) WIJS MET JE DUIM NAAR JEZELF 3) BEWEEG WIJZERSIN DUIM = LAPLACEKRACHT MIDDELVINGER = MAGNETISCH VELD WIJSVINGER = STROOMSTERKTE H6 Magnetische veldsterkte & magnetische kracht 3  HOE BEPAAL JE DE ZIN VAN DE LAPLACEKRACHT? = de derde regel van de rechterhand. N Z Z B B I F I I F F B Z N N H6 Magnetische veldsterkte & magnetische kracht 4 HOE BEPAAL JE DE ZIN VAN DE LAPLACEKRACHT? = de derde regel van de rechterhand. A. Geen Laplacekracht B. C. D. CONCLUSIE Als de magnetische veldsterke & de stroomsterkte dezelfde richting hebben is er geen Laplacekracht! 5  AAN DE SLAG H6 Magnetische veldsterkte & magnetische kracht 6 B) DE GROOTTE VAN DE LAPLACEKRACHT } 𝐹𝐿~ I 𝐹𝐿~ 𝑙 ⇒ 𝐹 𝐿 𝐵. 𝐼. 𝑙 ⇒ 𝐹 𝐿= 𝑩. 𝑰. 𝒍. 𝐬𝐢𝐧 ⁡(𝜶) 𝐹𝐿~ 𝐵 De grootte van de Laplacekracht op stroomvoerende geleider hangt af van: De grootte van het homogeen magnetisch veld. De stroomsterkte door de geleider. De lengte van de stroomvoerende geleider IN het magnetisch veld. De oriëntatie van de magnetisch veldvector t.o.v. de geleider (de hoek tussen en ) H6 Magnetische veldsterkte & magnetische kracht 7 B) DE GROOTTE VAN DE LAPLACEKRACHT De oriëntatie van de geleider in het magnetisch veld bepaalt de grootte van de Laplacekracht. → Het is steeds de hoek tussen de geleider & de magnetische veldvector! 𝐿 𝐹 =𝑩. 𝑰. 𝒍. 𝐬𝐢𝐧 ⁡(𝜶 ) is minimaal is maximaal H7 ELEKTROMAGNETISCHE INDUCTIE 8 Voorbeeldoefening Door een hoogspanningslijn met een lengte van 50 m vloeit een stroom van 1,5 kA. Bereken de grootte van de Laplacekracht indien de geleider loodrecht op het aardveld staat. 𝐼 =1 ,5. 10 A GEG: 3 GEVR:𝐹 𝐿 𝑙 =50 m SCHETS: 𝐵𝑎𝑎 𝑟 𝑑𝑒=5 , 0. 10 − 5 T 𝐹 𝐿OPLS: = 𝐵. 𝐼. 𝑙. sin ⁡(𝛼 ) ¿ ( 5 , 0. 10− 5 T ). 1 ,5.10 3 A.50 m. sin ⁡(90 °) ¿ ( 5 , 0. 10− 5 T ). 1 , 5.10 3 A. 50 m. Opmerking: Gaat de kabel in de praktijk naar boven bewegen? Waarom wel/niet? ¿ 3 ,8 N H6 Magnetische veldsterkte & magnetische kracht 9 C) DE EENHEID TESLA Stel Definitie Tesla: Indien er op een stroomvoerende geleider van 1 meter in een magneetveld, waardoor een stroom van 1 A vloeit, een Laplacekracht van 1 N werkt, dan is de grootte van het homogeen magnetisch veld daar 1 T. H6 Magnetische veldsterkte & magnetische kracht 10  AAN DE SLAG PG.160-164 REEKS 1: Nr 9, 12 & 15 REEKS 2: Nr 24a REEKS 3: Nr 26a 11  Elektronen worden door een kathodebuis gestuurd. Vervolgens wordt een magnetisch veld in de buurt gebracht. Wat neem je waar? H6 Magnetische veldsterkte & magnetische kracht 12 3.2 Kracht op bewegende ladingen Elektrische stroom is een beweging van ladingen (elektronen) De Laplacekracht is de totale magnetische kracht die een stroomvoerende geleider ondervindt als gevolg van de beweging van ladingen. De Lorentzkracht is de magnetische kracht op één lading. A) AANGRIJPINGSPUNT, RICHTING & ZIN VAN DE LORENTZKRACHT Een bewegend geladen deeltje heeft een zekere snelheid Aangrijpingspunt: Het bewegend geladen deeltje Richting: EN Zin: Afhankelijk van de zin van EN H6 Magnetische veldsterkte & magnetische kracht 13 HOE BEPAAL JE DE ZIN VAN DE LORENTZKRACHT? = De derde regel van de rechterhand Opgelet voor de lading van het deeltje! Lees TIP pg 149. POSITIEF GELADEN DEELTJE NEGATIEF GELADEN DEELTJE → De derde regel van de rechterhand → De derde regel van de rechterhand met i.p.v. maar tegengesteld! met i.p.v.. H6 Magnetische veldsterkte & magnetische kracht 14 HOE BEPAAL JE DE ZIN VAN DE LORENTZKRACHT? Indien een geladen deeltje met constante snelheid in een homogeen magnetisch veld binnenvliegt, wordt het afgebogen. → De Lorentzkracht staat steeds loodrecht op de beweging → Cirkelbeweging! H6 Magnetische veldsterkte & magnetische kracht 15 Een deeltje met een zekere snelheid loslaten in een sterk magnetisch veld zorgt voor perfecte cirkelvormige banen. Welke baan is van een proton? H6 Magnetische veldsterkte & magnetische kracht 16 H6 Magnetische veldsterkte & magnetische kracht 17  B) DE GROOTTE VAN DE LORENTZRACHT 𝐹 𝐿 = 𝐵. 𝐼. 𝑙.sin ⁡(𝛼) |𝒒| Het deeltje heeft geen lengte ∆ 𝒙 𝑰= 𝒗= ∆𝒕 maar legt een afstand af. ∆𝒕 Indien is maximaal Indien is minimaal is de hoek tussen de snelheidsvector & de magnetische veldlijnen! H6 Magnetische veldsterkte & magnetische kracht 18  LAPLACEKRAC LORENTZRACH HT T 𝐹 𝐿 =𝐵. 𝐼. 𝑙.sin ⁡(𝛼) 𝐹 𝐿 =𝐵.|𝑞|. 𝑣.sin ⁡(𝛼) GROOTHEID SYMBOOL EENHEID SYMBOOL EENHEID GROOTHEID Magnetische Tesla veldsterkte Stroomsterkte Ampère A Lengte van de meter geleider in magnetisch veld! Snelheid Meter per seconde Lading Coulomb H6 Magnetische veldsterkte & magnetische kracht 19  AAN DE SLAG PG.160-164 REEKS 1: Nr 16 & 17(a) 1) Teken de lorentzkracht 2) Beweging van een elektron (bovenaanzicht) Een elektron beweegt in de noordelijke richting en wordt in een homogeen magnetisch veld naar het oosten afgebogen. Bepaal richting en zin van het magnetisch veld. 20 4. Hoe kun je de krachtwerking tussen magneten verklaren 4.1 Kracht tussen elektromagneten A) KRACHT TUSSEN TWEE RECHTE STROOMVOERENDE GELEIDER Twee rechte stroomvoerende geleiders oefenen een kracht uit op elkaar. Deze kracht is aantrekkend of afstotend, afhankelijk van de stroomzin! GELIJKE TEGENGESTELDE STROOMZIN STROOMZIN → AFSTOTEND → AANTREKKEND H6 Magnetische veldsterkte & magnetische kracht 21 A) KRACHT TUSSEN TWEE RECHTE STROOMVOERENDE GELEIDERS Beide geleiders wekken een magnetisch veld op (cilinderveld) dat merkbaar is voor de andere. De ene geleider bevindt zich dan in het magnetisch veld opgewekt door de elektrische stroom van de andere geleider. Door een aanwezig magnetisch veld & vloeiende stroom, ontstaat er een Laplacekracht. H6 Magnetische veldsterkte & magnetische kracht 22  GELEIDER GELEIDER 1 2 Geleider 1 Geleider 2 ondervindt een ondervindt een ( ) 𝑰𝟏 ( ) magnetisch veld −𝟕 𝑻𝒎 𝑰𝟐 −𝟕 𝑻𝒎 magnetisch veld 𝑩 𝟐= 𝟐.𝟏𝟎. 𝝁𝒓. 𝑩 𝟏= 𝟐.𝟏𝟎. 𝝁𝒓. opgewekt door 𝑨 𝒅 𝑨 𝒅 opgewekt door geleider 2 geleider 1 Geleider 2 oefent Geleider 1 oefent een Laplacekracht 𝑭 𝟐𝟏 = 𝑩𝟐. 𝑰 𝟏. 𝒍 𝑭 𝟏𝟐 = 𝑩𝟏. 𝑰 𝟐. 𝒍 een Laplacekracht uit op 1 ⇓ ⇓ uit op 2 ( ) 𝐼2 ( ) 𝑇𝑚 𝐼. = 2. 10− 7 𝑇𝑚. 𝜇 𝑟. 1. 𝐼 2. 𝑙. −7 𝐹 21= 2. 10. 𝜇𝑟.. 𝐼 1.𝐹𝑙 12 𝐴 𝑑 𝐴 𝑑 ( ) −7 𝑇𝑚 𝐼1. 𝐼2 CONCLUSI 𝐹 21=𝐹 12 = 2. 10. 𝜇𝑟..𝑙 E: 𝐴 𝑑 23  AAN DE SLAG PG.160-164 REEKS 1: Nr 18, 27 REEKS 2: Nr 21a + 24 5. Hoe wordt de elektromagnetische krachtwerking gebruikt? 5.1 De Laplacekracht op een elektromagneet De Laplacekracht kan zorgen voor een translatie (= verschuiving) of rotatie (=draaien) zorgen. A) LUIDSPREKER (TRANSLATIE) Lees pg 156 H6 Magnetische veldsterkte & magnetische kracht 25 B) GELIJKSTROOMMOTOR (ROTATIE) Een stroomvoerend kader wordt in een homogeen magnetisch veld geplaatst. → Op de winding werkt een krachtenkoppel → De winding draait → Het stroomvoerend kader plaatst zich loodrecht op dat magnetisch veld. → Het kader draait niet meer. Gelijkstroom electromotor (walter-fendt.de) → HOE OPLOSSEN? H6 Magnetische veldsterkte & magnetische kracht 26 Een commutator draait de stroomzin om net voor het moment dat het kader loodrecht op het magnetisch veld staat. Lees pg 157 H6 Magnetische veldsterkte & magnetische kracht 27 5.2 De Lorentzkracht op een lading A) NOORDERLICHT H6 Magnetische veldsterkte & magnetische kracht 28 B) MASSASPECTROMETER DOEL: De massa-ladingsverhouding (m/z) van moleculen van een monster meten. → Bepalen van de exacte moleculaire massa van monstercomponenten. Voorbeeld zoeken van isotopen! HOE: Ionen worden doormiddel van het magnetisch veld afgebogen. Verklaring? H6 Magnetische veldsterkte & magnetische kracht 29 EXTRA INFO: CENTRIPETAALKRACHT De Lorentzkracht is in beide scenario's (Noorderlicht & 𝑚. 𝑣 ² 𝐹 𝑐= massaspectrometer) de centripetaal kracht ( = 𝑟 middelpuntzoekende kracht). De centripetaal kracht wordt bepaald door de massa, snelheid en straal van de cirkelbaan. De afbuiging (=straal van de cirkel) wordt bepaald door de massa & lading van het deeltje, de snelheid waarmee het afgevoerd wordt en de sterkte van het homogeen magnetisch veld. H6 Magnetische veldsterkte & magnetische kracht 30