Thuis
Contacten

    Hoofdpagina


1 Magneten en magneetvelden – zie boek p. 106-110

Dovnload 27.44 Kb.

1 Magneten en magneetvelden – zie boek p. 106-110



Datum14.09.2017
Grootte27.44 Kb.

Dovnload 27.44 Kb.

Natuurwetenschappen – context 1: Materie, energie en leven


Notities bij hoofdstuk 7:
Magneten en elektromagneten


1 Magneten en magneetvelden – zie boek p. 106-110


1.1 Een magneet oefent een kracht uit
Een magneet veroorzaakt in de ruimte eromheen een magnetisch veld. Sommige voorwerpen die zich in dit magnetisch veld bevinden worden aangetrokken tot de magneet door de magnetische kracht.
Magneten worden onder meer gebruikt in de sluiting van een kastdeur, in microfoons en luidsprekers, in een elektromotor en in een kompas. Bij deze toepassingen is de magneet een permanente magneet: een magneet waarvan de magnetische eigenschappen altijd aanwezig zijn. De magneet kan niet worden aan of uitgezet.
Magneten worden ook gebruikt in apparaten als een elektrische bel en of een elektrische schakelaar. Bij deze toepassingen is de magneet een elektromagneet: een spoel (een geleidende draad die honderden keren opgewonden is) waarin een elektrische stroom loopt. Zo een magneet is aan en uit te zetten door het in- en uitschakelen van de stroom.
1.2 Het magnetisch veld
Bij een staafmagneet lopen de veldlijnen van de noordpool naar de zuidpool.

Bij de polen liggen de veldlijnen het dichtst bij elkaar en is de magnetische krachtwerking het grootst. De magnetische inductie is daar dus het grootst.




Bij een hoefijzermagneet bekomen we nevenstaand beeld.


De veldlijnen lopen ook van de noordpool naar de zuidpool.

Hier is de veldlijnendichtheid overal even groot, dus het magnetisch veld tussen de benen is overal even sterk. We noemen dit een homogeen veld.


Aanvulling bij 1.2 - Het magnetisch veld van een spoel (p. 108-110)

Een elektrische stroom veroorzaakt een magnetisch veld





  • Een stroom gaat door een verticale geleider. Een vrije draaiende magneetnaald naast de geleider gaat zich richten loodrecht op de geleider.


Verklaring:

Er is een magnetisch veld ontstaan rond de geleider. De magnetische veldlijnen vormen cirkels rond de geleider. Als de stroomzin door de geleider omgekeerd wordt, dan zal de magneetnaald zich 180° draaien. Dit komt doordat de richting van het magnetisch veld omgedraaid is.


Besluit: rond een stroomvoerende geleider ontstaat een magnetisch veld.

Op volgende site kan je dit simuleren: http://www.fys.kuleuven.ac.be/pradem/applets/Fendt/phnl/mfwire_nl.htm


Opmerking: alle elektriciteitsdraden waar stroom door gaat, veroorzaken een (klein) magnetisch veld!
  • Magnetisch veld rond een stroomvoerende spoel


Een spoel bestaat uit een aantal cirkelvormige windingen achter elkaar. Het magnetisch veld wordt nu nog sterker dan bij één winding: de magnetische veldlijnen rond de afzonderlijke windingen worden samen genomen en versterken elkaar.

2 Elektromagneten – zie boek p. 110-111

Rond een stroomvoerende spoel waar een stroom door loopt, ontstaat een magnetisch veld (zie vorig punt). Dit verschijnsel komt voor bij elektromagneten.


Elektromagneten bestaan uit een kern (meestal uit zuiver ijzer) waar een spoel om gewikkeld is.

Een elektromagneet gedraagt zich als een magneet als er een elektrische stroom door de spoel loopt.
Het magnetisch veld dat rond de spoel ontstaat zorgt ervoor dat de ijzeren kern een magneet wordt.

Een elektromagneet kan worden aan en uit gezet door het in- en uitschakelen van de stroom. Hoe groter de stroomsterkte, hoe sterker het magnetisch veld.

Bij het veranderen van de stroomzin zal de elektromagneet omgepoold worden (noordpool wordt zuidpool en omgekeerd).
Vraagje

Bekijk aandachtig onderstaande gevallen. In welk van beide gevallen zal er aantrekking zijn?




3 De lorentzkracht: kracht op een stroomvoerende geleider in een magnetisch veld
3.1 Wat is de lorentzkracht? – zie boek p. 112-113


Het experiment kan je simuleren met een applet die je vindt op volgend adres: http://www.walter-fendt.de/ph11nl/lorentzforce_nl.htm


Vaststellingen:

Telkens wanneer er een stroom door de stroomkring gaat, beweegt de schommel. Hij ondervindt dus een kracht. De zin van de kracht wijzigt als je de zin van het magnetisch veld omdraait of als je de stroomzin in de stroomkring omkeert.





De kracht op een geleider in een magnetisch veld, waar stroom doorloopt, noemen we de lorentzkracht.
3.2 De lorentzkracht in de praktijk – zie boek p. 113-116

Toepassing 1: werking van de luidspreker

Luidsprekers vind je in alle maten en gewichten: van hele grote op concerten tot hele kleine in de ‘oortjes’ van een mp3-speler.


De trilling van de lucht die je oor bereikt wordt in gang gezet door de luidspreker. Niet alle luidsprekers werken op hetzelfde principe. We bespreken hier slechts de werking van de luidspreker die in je geluidsboxen aanwezig is. Je hebt zeker al gemerkt dat de kegel van de luidspreker in boxen beweegt tijdens het spelen. Hierdoor ontstaan geluidstrillingen. Deze bereiken je oor en doen je trommelvlies trillen. Deze trillingen worden in je oor omgezet in zenuwprikkels die naar je hersenen gaan. Je hersenen interpreteren deze zenuwsignalen als geluid.

Dankzij de trillingen van de kegel in de luidspreker kunnen dove mensen toch nog dansen op het juiste ritme: ze voelen de geluidstrillingen via de dansvloer.


Een luidspreker bevat twee belangrijke onderdelen, namelijk een spoel en een permanente magneet. Wanneer er een stroom door de spoel loopt zal er dus een kracht optreden tussen de spoel en de magneet (de lorentzkracht). Hierdoor zal de spoel naar boven of naar onder bewegen (naargelang de stroomzin). Aan de spoel is een kegel(diafragma) verbonden (zie figuur). De kegel zal dus meebewegen. Hierdoor ontstaan er luchttrillingen die we kunnen waarnemen (horen).
Je kan een mooie animatie zien op volgend adres: http://electronics.howstuffworks.com/speaker6.htm

Toepassing 2: de gelijkstroommotor
Op volgend adres vind je een mooie animatie: http://www.walter-fendt.de/ph11nl/electricmotor_nl.htm

Een gelijkstroommotor vind je in: startmotor auto, ruitenwisser,

wasmachines,

videorecorders, koelkasten,

stofzuigers, de ventilator die de processor van een computer koelt,
















in fotocamera's, in speelgoed

  • robotarmen

(industrie), treinen en trams


4 Elektromagnetische inductie – zie boek p. 117-119
Telkens als een spoel en een magneet ten opzichte van elkaar bewegen, ontstaat een spanning aan de klemmen van de spoel. We noemen ze geïnduceerde spanning of inductiespanning.
De inductiespanning wordt groter als:


  • het aantal windingen in de spoel toeneemt

  • de spoel en de magneet sneller bewegen ten opzichte van elkaar.



Aanvulling bij 4.2 - generatoren: de netspanning

In een elektriciteitscentrale wordt de rotor (in de generator) aan het draaien gebracht doordat hij op eenzelfde as zit als de stoomturbine. De rotor zelf wordt aangedreven door stoom.


De grootte en de polariteit van de netspanning verandert in functie van de tijd volgens een kromme die we een sinusoïde noemen.



Gedurende 0,O1 s stijgt de spanning van 0 V tot 310 V (Vm)om daarna terug naar 0 V te dalen. Tijdens de volgende 0,01 s wisselt de polariteit en doorloopt de spanning weer de volgorde 0 V - 310 V (-Vm) - 0 V.
Elke 0,02 s ( of 50 keer per seconde) doorloopt de spanning dezelfde cyclus. We zeggen daarom dat de periode van de netspanning 0,02 s is of dat de frequentie 50 Hz (hertz) bedraagt.

Om de 0,01 s bereikt de spanning zijn maximale waarde van 310 V. De amplitude van de netspanning is 310 V. De effectieve (gemiddelde) spanning bedraagt 220 V. Elektrische toestellen moeten daarom ontworpen zijn voor deze gemiddelde spanning (en dus niet voor 310 V).



5 Extra

Recyclage van glas

Het verwerken van glasafval gebeurt in verschillende stadia. Het per kleur gesorteerde glas dat in de ‘groene bollen’ terecht komt, moet eerst gescheiden worden van het afval, zoals dekseltjes, kurken, … Het gebeurt immers vaak dat mensen uiteenlopende materialen in de bollen werpen die er niet in thuis horen. Het opgehaalde glas wordt op een grote transportband uitgegooid en gesorteerd. Dit gebeurt voor een deel manueel: er staan mensen naast de band die een groot gedeelte van wat geen glas is er manueel uit halen. Daarnaast passeert de transportband een zeer grote sterke magneet. Deze magneet zal al het resterende materiaal dat ijzer bevat aantrekken en zo verwijderen uit de massa glasscherven. De kracht waarmee de magneet de ijzerdeeltjes aantrekt noemt men de magnetische kracht.


Magnetisch veld van de aarde – poollicht

We zagen reeds dat er altijd een magnetisch veld ontstaat als er een elektrische stroom door een geleider loopt, wat ook de vorm van deze geleider is. Wanneer elektrische ladingen zich verplaatsen, dus bij een elektrische stroom, wordt een magnetisch veld opgewekt.


Ook de aarde gedraagt zich als een grote magneet met een magnetische noordpool en zuidpool. Men denkt dat in het inwendige van de aarde grote elektrische stromen lopen die dit magnetisme veroorzaken. De magnetische zuidpool van de aarde wordt het noorden genoemd, omdat de magnetische noordpool van het kompas naar het noorden wijst. De magnetische noordpool van de aarde wordt het zuiden genoemd.
Een wondermooi gevolg van het aardmagnetisch veld is het ontstaan van poollicht.

Op de zon komen enorme uitbarstingen voor: zonnewinden. Hierbij wordt een enorme hoeveelheid straling en geladen deeltjes door de zon de ruimte ingestuurd. De zonnewind botst op het magneetveld van de aarde, waardoor de geladen deeltjes niet in de dampkring kunnen doordringen. De geladen deeltjes worden weggeleid via de magnetische veldlijnen van de aarde.


De deeltjes volgende magnetische veldlijnen en duiken dan aan de beide polen omlaag, naar de aarde toe. Daardoor kunnen geladen deeltjes aan de polen dus wel dieper doordringen in de dampkring en daar reageren met de luchtmoleculen. Hierdoor ontstaan op grote hoogte lichtverschijnselen in de atmosfeer. We noemen dit het noorderlicht, poollicht of aurora. Hoe dichter je bij de polen komt, hoe intenser dit poollicht zal zijn




  • Een elektrische stroom veroorzaakt een magnetisch veld
  • 2 Elektromagneten – zie boek p. 110-111
  • Aanvulling bij 4.2 - generatoren: de netspanning
  • Recyclage van glas
  • Magnetisch veld van de aarde – poollicht

  • Dovnload 27.44 Kb.