Embedded Files
BEELD: een heel sterke elektromagneet wordt gebruikt om ferrometalen te scheiden van ander afval.
Een elektrische stroom zorgt voor magnetisme
Een elektrische stroom zorgt voor magnetisme
EXPERIMENT
We zetten een magneetnaald of een smartphone met kompas-app achtereenvolgens boven, onder en naast een rechte geleider. We laten door die geleider een elektrische stroom lopen. We variëren de stroomsterkte door de elektrische spanning aan te passen. Wat stel je vast?
⚠ Het beste resultaat krijg je als je de geleider richt volgens de noord-zuid-richting van de aarde.
EXPERIMENT
We gebruiken een houdertje met een klein magneetje dat in alle richtingen kan draaien. We bewegen het magneetje in de buurt van rechte geleider waardoor een elektrische stroom (I) loopt.
We volgen hierbij steeds de richting die de magneet aanwijst.
Wat stel je vast?
Dit magneetje is in het houdertje bevestigd zodat het alle kanten op kan draaien.
In 1820 ontdekte de Deense onderzoeker Hans Christian Ørsted het verband tussen elektriciteit en magnetisme. Hij demonstreerde hoe een draad waardoor een elektrische stroom loopt in staat is om een uitwijking te veroorzaken in de naald van een kompas. Hij publiceerde zijn ontdekking als een wetenschappelijke paper en werd wereldberoemd. Pech voor de Italiaan Gian Domenico Romagnosi, die het fenomeen 18 jaar daarvoor al waargenomen en zijn ontdekking liet publiceren ... in een lokale krant.
SIMULATIE
Gebruik de simulatie Oersted’s Experiment van javalab.org om het experiment van Ørsted na te bootsen.
DE WET VAN ØRSTED
Een elektrische stroom veroorzaakt altijd een magnetisch veld.
Een magneetnaald richt zich altijd loodrecht op de richting van de elektrische stroom. Het MAGNETISCH VELD rond een stroomvoerende geleider staat dus altijd LOODRECHT OP DE STROOMRICHTING.
Als de stroomrichting omdraait, draait de richting van het magnetisme ook om.
Hoe groter de stroomsterkte, hoe sterker het magnetisme.
Hoe dichter bij de stroomvoerende draad, hoe sterker het magnetisme.
We merken dat de noord-zuid-richting van het magnetisme "draait" omheen de stroomvoerende geleider. Deze figuur illustreert dit.
Als de duim van je RECHTERhand de stroomrichting aanwijst (van ⊕ naar ⊖) dan wijzen je andere vingers de richting van het magneetveld aan (van N naar Z).
Elektromagneten
Elektromagneten
EXPERIMENT
We nemen een ring van koperdraad en sturen een elektrische stroom doorheen de draad. We brengen een magneetnaald in de buurt en bestuderen het magnetisch veld. Wat stel je vast?
EXPERIMENT
We nemen een spoel van koperdraad en sturen een elektrische stroom doorheen de draad. We brengen een magneetnaald in de buurt en bestuderen het magnetisch veld.
We vergelijken het magnetisch veld rond de spoel met het magnetisch veld van een staafmagneet.
We herhalen het experiment met spoelen die een verschillende aantal windingen (N) hebben.
We herhalen het experiment met verschillende stroomsterkten (I).
We herhalen het experiment met een gietijzeren kern in de spoel.
Wat stel je vast?
Een spoel van koperdraad.
SIMULATIE
Gebruik de simulatie Magnets and Electromagnets van PHET om het magneetveld van een elektromagneet (Eng.: electromagnet) te bestuderen.
Beweeg de elektromagneet, beweeg het kompas, varieer de stroomsterkte door de spanning te veranderen, varieer het aantal windingen, meet de magnetische fluxdichtheid (B in gauss).
Bekijk tenslotte wat er gebeurt als je de batterij vervangt door een wisselstroomgenerator.
Als je een elektrische stroom stuurt door een geleidende ring of spoel, dan wijst het magnetisch veld doorheen die ring of spoel.
Het magnetisch veld buiten een spoel ziet er hetzelfde uit als het magnetisch veld van een staafmagneet.
Hoe groter het aantal windingen (N) van de spoel, hoe sterker het magnetisch veld.
Hoe groter de stroomsterkte (I), hoe sterker het magnetisch veld.
Als we de richting van de stroomsterkte omdraaien, dan draait het magnetisch veld ook om.
IN een spoel waar een elektrische stroom doorheen loopt, vinden we een HOMOGEEN MAGNETISCH VELD.
"Gewone" magneten zijn ook een soort elektromagneten. In gemagnetiseerde materialen bewegen ladingen in cirkeltjes. Ze doen dat op een geördende manier zodat ze elkaars magnetisme versterken.
We merken dat de noord-zuid-richting van het magnetisme bij een spoel "draait" doorheen de spoel. Deze figuur illustreert dit.
Als de vingers van je RECHTERHAND (!) de stroomrichting aanwijzen (van ⊕ naar ⊖) dan wijst je duim de richting van het magneetveld aan (van N naar Z).
FYSICA THUIS
Maak zelf een eenvoudige elektromagneet met behulp van wat koperdraad, een batterij en een spijker.
⚠ Opgelet! Een geleider waar een elektrische stroom doorheen loopt kan erg warm worden! Een batterij die veel werk verricht ook! Zorg dus dat je de stroom makkelijk kan onderbreken!
Een vaste magneet kan je niet aan en uit zetten. Met een elektromagneet kan dat wel. Bovendien kan een elektromagneet véél sterker zijn dan een vaste magneet. Daarom worden elektromagneten heel veel gebruikt.
Een elektromagneet om afval te scheiden.
Een elektromagneet om de deur te ontgrendelen.
Schema van een relais, een elektromagnetische schakelaar. Normaal is er een elektrische verbinding tussen de "common terminal" en contact 1. Als je de spoel onder spanning zet, wordt de hefboom tegen contact 2 getrokken.
Een elektromagneet in een luidspreker. Aan het bewegende deel wordt het membraan bevestigd dat heen en weer gaat trillen. Zo krijg je dus geluid.
Patiënt in MRI-scanner.
In een typische MRI-scanner.
Een MRI-scanner kan niet werken zonder een héél sterke elektromagneet, die gekoeld wordt met vloeibaar helium. We spreken over magnetische velden van een ordegroote van enkele tesla. LEES VERDER OVER MRI.
EXPERIMENT
We gebruiken een Hall-sensor om de sterkte van het magnetisch veld, de magnetische fluxdichtheid (B) dus, te meten in spoelen. We varieren het aantal windingen, de stroomsterkte, de lengte van de spoel, de diameter van de spoel.
De magnetische fluxdichtheid (B) in een spoel is
evenredig met de stroomsterkte (I).
evenredig met het aantal windingen (N) gedeeld door de lengte (L) van de spoel.
onafhankelijk van de diameter van de spoel.
onafhankelijk van de plaats IN de spoel. Het is dus een homogeen magnetisch veld.
Deze formule geeft de grootte van de magnetische fluxdichtheid (B) en dus de sterkte van het magnetisch veld in een spoel:
met:
N het aantal windingen van de spoel.
L de lengte van de spoel.
I de stroomsterkte.
μo de magnetische (veld)constante: μo = 4π ∙ 10-7 N∙A-2
OEFENING
We beschikken over een spoel met 1200 windingen over een lengte van 10 cm. Door de windingen laten we een stroomsterkte van 200 mA lopen. Hoe groot is de magnetische fluxdichtheid (B) in de spoel.
OPLOSSING
EXPERIMENT
We nemen een spoel en laten er een elektrische stroom doorheen lopen. We meten de magnetische fluxdichtheid (B) deze keer niet in de spoel maar bij een uiteinde.
Dan doen we exact hetzelfde maar deze keer met een ijzeren kern in de spoel.
Wat merk je op?
Mét ijzeren kern meten we een grotere magnetische fluxdichtheid (B). De ijzeren kern wordt gemagnetiseerd door het magnetisch veld in de spoel en dit magnetisme draagt bij tot het magnetisch veld in de buurt van de spoel.
EXTRA OEFENINGEN
EXTRA OEFENINGEN
... VIND JE IN JE WERKBOEK.
Page updated
Report abuse