Fysica/Magnetisme

Eigenschappen van de permanente magneten

Veldlijnenbeeld van een permanente magneet en bij stroomvoerende geleiders

Magneetveld rond een staafmagneet: Applet van Walter Fendt waarin het magneetveld rond een staafmagneet wordt zichtbaar gemaakt (engels).

Magneetveld rond een geleider: Applet van Walter Fendt waarin het magneetveld rond een rechte stroomvoerende geleider wordt gesimuleerd.

Krachtwerking van een permanente magneet op een stroomvoerende geleider

De grootte van het magnetisch veld rond een rechte stroomvoerende geleider:

$B=\mu .{\frac {I}{2.\pi .r}}$

Hierin is:

B: magnetisch veld (T) in Tesla µ: permeabiliteit van de middenstof (in vacuüm, µ0 = 4π×10-7 $\approx$ 1,25664×10-6 (Tm/A)) I: stroom (A) in Ampère r: afstand (m) in meters

De grootte van het homogene magnetisch veld binnen een stroomvoerende (ideale) spoel met windingsdichtheid N/l:

$B=\mu .{\frac {I.N}{l}}$

Hierin is:

B: magnetisch veld (T) in Tesla µ: permeabiliteit van de middenstof (in vacuüm, µ0 = 4π×10-7 $\approx$ 1,25664×10-6 (Tm/A)) I: stroomsterkte (A) in Ampère N: aantal windingen, heeft geen eenheid l: lengte van de spoel (m) in meters

Lorentzkracht

Een stroomdraad in een magnetisch veld ondervindt een magnetische kracht: de lorentzkracht. De richting van de lorentzkracht vinden we met de rechter-handregel (vlakke hand):

• B: de vingertoppen (zonder duim), geeft de richting van het magnetisch veld (T)
• F: de handpalm, geeft de richting van de Lorentzkracht (N)
• l: de duim, geeft de richting van de draad

De grootte van de Lorentzkracht is te berekenen met:

$Florentz=B.I.l$

Hierin is:

F lorentz: Lorentzkracht (N) in Newton B: de magnetische inductie (T) in tesla I: stroomsterkte (A) in Ampère l: lengte van de draad (m) in meters, die zich binnen het veld bevindt

De draad ondervindt geen kracht als de hoek niet 90°, maar 0° of 180° is

Lorentz-kracht: Applet van Walter Fendt die de Lorentz-kracht demonstreert, uitgeoefend op een stroomvoerende geleider in het magneetveld van een hoefijzermagneet.

Elektromagneten en praktische toepassingen

• De magneet beweegt in de spoel

De wijzer wijkt uit naar links. Er stroomt dus een kleine stroom

• De magneet wordt stilgehouden als ze zich in de spoel bevindt

De wijzer komt terug naar het midden. Er stroomt dus geen stroom meer.

• De magneet beweegt uit de spoel.

De wijzer wijkt uit naar rechts. Er stroomt dus opnieuw een kleine stroom maar deze keer in de andere richting.

• De proef wordt herhaald maar nu wordt de magneet zeer traag in de spoel gebracht.

De wijzer wijkt nog steeds uit, maar deze keer is de uitwijking veel kleiner. Er stroomt dus een veel kleinere stroom.

• De proef wordt herhaald maar nu wordt de magneet omgedraaid.

De wijzer wijkt uit in de andere richting.

• De proef wordt herhaald maar nu wordt de magneet stilgehouden, en beweegt de spoel.

De wijzer wijkt in dezelfde richting uit.

Besluit:

• Als de spoel en de magneet t.o.v. elkaar bewegen, dan zal er een stroom lopen door de spoel.
• Hoe sneller de relatieve beweging, hoe groter de stroom.
• Als de magneet of de bewegingsrichting wordt omgedraaid, dan zal ook de stroomzin veranderen.

Gelijkstroommotor: Applet van Walter Fendt die het principe van een gelijkstroommotor toont.

Dynamo: Applet van Walter Fendt waarin een dynamo wordt gesimuleerd.