26.05.2014 Views

MAGNETISME & ELEKTRICITEIT - Plantyn

MAGNETISME & ELEKTRICITEIT - Plantyn

MAGNETISME & ELEKTRICITEIT - Plantyn

SHOW MORE
SHOW LESS

Create successful ePaper yourself

Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.

................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................<br />

Hoofdstuk 1<br />

<strong>MAGNETISME</strong> & <strong>ELEKTRICITEIT</strong><br />

1.1 Doelstelling<br />

In tegenstelling tot praktisch alle handboeken start je met elektromagnetisme. De reden<br />

is eenvoudig omdat alle elektrische toepassingen steeds gepaard gaan met sterke magnetische<br />

velden die onmogelijk zijn met kunstmagneten (te zwak).<br />

Om en in een stroomvoerende geleider bevindt zich een magnetisch veld. De eigenschappen<br />

van dit magnetisch veld veroorzaakt door stroomdoorgang in de geleider zijn dezelfde<br />

als door het veld veroorzaakt door een kunstmatige magneet. Je gaat in dit hoofdstuk het<br />

verband ontdekken dat bestaat tussen magnetisme en elektriciteit.<br />

Je start eerst met de voornaamste eigenschappen van het magnetisme zelf als korte inleiding<br />

met de bedoeling het magnetisme te duiden.<br />

1.2 Inleidende begrippen<br />

1.2.1 Magneten en hun eigenschappen<br />

a) Een magneetnaald of -staaf kan in een bijzondere toestand verkeren, waarbij de eigenschap<br />

ontstaat ander materiaal (ijzerhoudend) aan te trekken. Deze toestand noem je<br />

de magnetische toestand. De Grieken waren hiervan reeds op de hoogte en noemden<br />

dit magneetsteen, genoemd naar haar vindplaats Magnesia in Klein-Azië.<br />

b) Deze magnetische toestand blijkt in de uiteinden geconcentreerd te zijn. Deze uiteinden<br />

noem je de polen.<br />

c) Horizontaal opgehangen magneten richten zich altijd naar het noorden. Deze pool geef<br />

je de naam noordpool en zal verder in het werk met blauw aangeduid worden. De andere<br />

pool noem je zuidpool. Meer correct zou zijn de noordzoekende of zuidzoekende<br />

pool (bij overeenkomst zal je de noordpool aanduiden met het + en de zuidpool met het<br />

– teken).<br />

d) Gelijknamige polen stoten elkaar af. Polen met tegengesteld teken trekken elkaar aan.<br />

e) Magnetische inductie: ijzer in de nabijheid van een magneet verkrijgt magnetische eigenschappen.<br />

Zij vertoont een zuid- en noordpool tegengesteld aan de inducerende<br />

staaf. Vandaar de aantrekking van ijzerhoudende materialen.<br />

f) Breek je een magneet middendoor, dan vormt iedere helft een onafhankelijke nieuwe<br />

volwaardige magneet met twee polen. Alleen haar krachtwerking is zwakker (minder<br />

poolsterkte of magnetische massa).<br />

1.2.2 Poolsterkte of magnetische massa<br />

Onder poolsterkte versta je de hoeveelheid magnetisme opgewekt door je magneet. Een<br />

minder gelukkige benaming hiervoor is magnetische massa. Het begrip massa is je reeds<br />

bekend. Hiervoor verwijzen we je naar het SI-eenhedenstelsel:<br />

symbool: m m (poolsterkte of magnetische massa)<br />

eenheid: weber (Wb)<br />

7<br />

HOOFDSTUK 1-<strong>MAGNETISME</strong> & <strong>ELEKTRICITEIT</strong>


8<br />

1.2.3 Veldsterkte<br />

De veldsterkte in een willekeurig punt van een magnetisch veld kan bepaald worden door<br />

de kracht op een willekeurige magneet in dat punt te delen door zijn eigen poolsterkte m m<br />

(magnetische massa). Hieruit volgt:<br />

H <br />

F<br />

m m m : de poolsterkte in weber (Wb)<br />

m<br />

met F : de kracht in newton (N)<br />

H : de veldlijnen in newton per weber (N/Wb) of (A/m)<br />

De veldsterkte H in een punt heeft de eenheid van 1 N/Wb of 1 A/m als op de eenheidsnoordpool<br />

van 1 weber (1 Wb) een kracht inwerkt van 1 newton (1 N) 1Wb = 1Nm<br />

1A<br />

1.2.4 Magnetisch veld<br />

Het magnetisch veld is de ruimte rond een magneet<br />

waarbinnen deze zijn magnetische krachtwerking laat<br />

voelen. Theoretisch is dit magnetisch veld oneindig<br />

groot, maar gezien de krachtwerking snel afneemt met<br />

het kwadraat van de afstand (zie hoofdstuk 2) wordt dit<br />

ontwikkeld veld beperkt tot de onmiddellijke ruimte<br />

rond de magneet.<br />

1.3 Magnetisch veld als gevolg van een elektrische stroom<br />

1.3.1 Het magnetisch veld rond een stroomvoerende rechte geleider<br />

1.3.1.1 De proef van Ørsted bij een rechte geleider<br />

Terminologie<br />

................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................<br />

FIG. 1.1 HET VELDLIJNENVERLOOP BIJ EEN STAAF-<br />

MAGNEET<br />

De Deense natuurkundige Ørsted ontdekte in 1820 het vast verband tussen magnetisme<br />

en elektriciteit. Hij stelde vast dat er bij een voldoende grote stroom door de geleider een<br />

verdraaiing plaatsgreep op een magneetnaald die in de buurt was opgesteld. Hiermee bewees<br />

Ørsted dat er een verband moest zijn tussen magnetisme en elektrische stroom.<br />

Elektromagnetisme is magnetisme veroorzaakt tijdens het vloeien van een elektrische<br />

stroom.<br />

HOOFDSTUK 1-<strong>MAGNETISME</strong> & <strong>ELEKTRICITEIT</strong>


Proef 1<br />

Besluit<br />

a) Plaats een magneetnaald op een<br />

verticale as zodat ze vrij horizontaal<br />

kan bewegen. De naald<br />

richt zich naar het geografische<br />

noorden. Evenwijdig aan de<br />

richting van de naald in rust,<br />

plaats je een geleider. Sluit nu je<br />

testkring via een schakelaar, op<br />

een spanningsbron aan.<br />

b) Sluit de schakelaar. Je magneetnaaldje<br />

verdraait onder invloed<br />

van de stroom. Als de stroom<br />

toeneemt in de keten, vergroot<br />

de uitwijking van het magneetnaaldje.<br />

Bij voldoende stroom in<br />

de keten plaatst het magneetnaaldje<br />

zich loodrecht op de geleider.<br />

c) Schakel nu je testkring uit. De naald keert in<br />

haar oorspronkelijke ruststand terug. Desnoods<br />

tik je eens tegen het glas, want dan<br />

heb je een slecht kompas met een te grote<br />

wrijving.<br />

d) Je keert de stroomrichting om in de geleider,<br />

de naald wijkt uit in tegengestelde zin.<br />

Een stroomvoerende geleider veroorzaakt een<br />

magnetisch veld, elektromagnetisch veld genoemd.<br />

De sterkte van dit veld is afhankelijk<br />

van de stroomsterkte in de geleider. De naaldrichting<br />

is afhankelijk van de gevoerde stroomrichting<br />

in de geleider.<br />

1.3.1.2 Vorm van het elektromagnetisch veld bij een<br />

rechte geleider<br />

Proef 2<br />

Besluit<br />

................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................<br />

Steek een rechte geleider door een blad papier.<br />

Stuur een stroom door de geleider.<br />

FIG. 1.2 DE OPSTELLING VOOR DE PROEF VAN ØRSTED<br />

Je stelt vast dat ijzervijlsel op je blad papier gestrooid, zich<br />

als cirkels rond deze geleider schikt.<br />

Deze cirkels bezitten uiteraard de geleider als gemeenschappelijk<br />

middelpunt. Het geheel van deze concentrische<br />

cirkels noem je het elektromagnetisch spectrum van<br />

de stroomvoerende geleider. Deze cirkels geven dus het<br />

verloop weer van de veldlijnen. Je kunt ook spreken van<br />

het elektromagnetisch veld van een kunstmatige magneet.<br />

FIG. 1.3 DE MAGNEETNAALD TRACHT ZICH LOODRECHT OP DE GE-<br />

LEIDER TE PLAATSEN<br />

FIG. 1.4 DE VERDRAAIING IS AFHANKELIJK VAN DE STROOMZIN<br />

FIG. 1.5 ELEKTROMAGNETISCH SPECTRUM<br />

De vorm van het (elektro)magnetisch veld rond een stroomvoerende geleider is cirkelvormig<br />

met de geleider als middelpunt.<br />

9<br />

HOOFDSTUK 1-<strong>MAGNETISME</strong> & <strong>ELEKTRICITEIT</strong>


10<br />

1.3.1.3 Zin van het elektromagnetisch veld bij een rechte geleider<br />

Proef 3<br />

Besluit<br />

Besluit<br />

................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................<br />

Een eenheidsnoordpool richt zich raaklijnig aan de veldlijnen. Verschuif je een magneetnaaldje<br />

over je blad papier, dan zal het zich steeds richten raaklijnig aan de veldlijn in dat<br />

punt. Bij omwisseling van je bronpolariteit stel je vast dat de magneetnaaldjes over 180°<br />

verdraaien.<br />

FIG. 1.6 VERDRAAIING VAN DE MAGNEETJES BIJ VOLDOENDE STROOMDOORGANG<br />

De stroomrichting bepaalt de zin en richting van de veldlijnen.<br />

In de praktijk beschik je over een handig hulpmiddel dat je de zin van dit elektromagnetisch<br />

veld helpt bepalen:<br />

De kurkentrekkerregel (rechtsdraaiend) of ‘eerste regel van Maxwell’. Je bepaalt de zin van<br />

de krachtlijnen door ze te vergelijken met de beweging van een kurkentrekker. Als je de<br />

kurkentrekker wenst te verplaatsen in de zin van de stroom dan draait deze volgens de<br />

zin van de veldlijnen. Je kan deze zelfde draaizin ook terugvinden wanneer je een dopje<br />

op een fles los- of vastschroeft.<br />

Voorstelling van de stroomzin: indien je een geleider vooraan bekijkt, bekom je voor deze<br />

geleider in doorsnede een cirkel. De stroomzin kun je hier in voorstellen door een pijl<br />

(denk aan een vogelpikpijl). Vloeit de stroom naar je toe (het blad uit), dan zie je de punt<br />

van de pijl. Vloeit de stroom van je weg (het blad in) dan zie je de vleugels van de pijl of<br />

een kruisje.<br />

De zin van de krachtlijnen is te vinden met een eenvoudig vuistregeltje, gegeven door<br />

Maxwell: de kurkentrekkerregel.<br />

FIG. 1.7 KURKENTREKKERREGEL<br />

FIG. 1.8 STROOMZIN IN EEN PLAT VLAK<br />

HOOFDSTUK 1-<strong>MAGNETISME</strong> & <strong>ELEKTRICITEIT</strong>


................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................<br />

1.3.1.4 Sterkte van het elektromagnetisch veld<br />

bij een rechte geleider (wet van Biot en<br />

Savart)<br />

Voer je dezelfde proef van Ørsted uit op een<br />

verdere afstand van je geleider, dan merk je dat<br />

het magneetnaaldje minder krachtig reageert.<br />

De veldsterkte rond een elektrische geleider<br />

neemt af wanneer de afstand tot die geleider<br />

toeneemt. De grootte van de veldsterkte in een<br />

punt p op een afstand r van een stroomvoerende<br />

rechte geleider, vind je met de formule van<br />

Biot en Savart:<br />

H <br />

I<br />

2· · r<br />

met<br />

FIG. 1.9 VELDSTERKTE IN PUNT P<br />

H : veldsterkte in ampère per meter (A/m)<br />

I : stroomsterkte in ampère (A)<br />

r : loodrechte afstand van het punt tot de geleider waarin je<br />

de veldsterkte berekent in meter (m)<br />

Je merkt dat de veldsterkte hier automatisch in de eenheid A/m gevonden wordt, alhoewel<br />

je ze ook als N/Wb kunt formuleren.<br />

Dus:<br />

1 A/m = 1 N/Wb<br />

Leuk om weten:<br />

De hoogleraar Biot (Frankrijk 1774-1682) was een veelzijdig natuurkundige die samen met Gay-Lussac<br />

in 1804 de eerste wetenschappelijke ballonvaart maakte.<br />

Met zijn leerling Savart onderzocht Biot ook het verband tussen magnetisme en elektrische stromen. Zij<br />

stelden een regel op voor de afwijking van een magneetnaald in een elektrisch veld. In 1820 publiceerden<br />

ze een wet: de integraalwet voor een rechte stroomvoerende geleider.<br />

In 1821 veralgemeende Laplace deze wet voor een willekeurige stroomvoerende geleider. De wet van<br />

Biot en Savart wordt meestal in vectoren uitgedrukt.<br />

11<br />

HOOFDSTUK 1-<strong>MAGNETISME</strong> & <strong>ELEKTRICITEIT</strong>


12<br />

De veldsterkte in punt p wordt bepaald door de som<br />

van alle bijdragen die ieder stroomelement I.s uitoefent.<br />

I : stroomsterkte<br />

s : lengte van het element<br />

: de hoek tussen de stroomrichting en de richting<br />

van het element naar het punt p<br />

r : de afstand tot punt p<br />

De bijdrage van het element is dan:<br />

H 1<br />

4· · I · s<br />

· sin <br />

r 2<br />

Beschouw een recht stukje. Je schrijft dan in vectornotatie:<br />

H¯ 1<br />

4· · I · s ¯ · r¯<br />

r 3<br />

Om de invloed van de volledige geleider te kennen,<br />

moet je de vectoriële som nemen van al deze veldsterktes.<br />

Hiervoor gebruikt de wiskunde de integraalfunctie,<br />

die je in hogere jaren zult aanleren. Voor een rechte<br />

geleider is het vereenvoudigde resultaat:<br />

H <br />

I<br />

2· · r<br />

1.3.2 Het magnetisch veld rond een stroomvoerende winding<br />

1.3.2.1 De proef van Ørsted bij een winding<br />

Proef 4<br />

................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................<br />

Bekijk je fig. 1.8 nog eens, dan zie je de veldlijnen afgebeeld rond een rechte stroomvoerende<br />

geleider. Wanneer je deze geleider buigt tot een cirkelvormige ringgeleider, bekom<br />

je een lus of winding. Stuur je een stroom doorheen een verticale winding die door een<br />

glasplaat steekt, dan kun je met ijzervijlsel de opgewekte krachtlijnen zichtbaar maken.<br />

De krachtlijnen die ontstaan over de ganse lengte van de rechte geleider, worden door het<br />

buigen van de geleider samengebundeld binnenin de lus.<br />

1.3.2.2 Vorm van het elektromagnetisch veld bij een winding<br />

a) Bij stroomdoorgang ontstaat rond elk<br />

punt van de winding een magnetisch<br />

veld opgebouwd uit concentrische<br />

krachtlijnen.<br />

b) Het aantal ontstane veldlijnen door<br />

de winding noem je de magnetische<br />

flux ().<br />

FIG. 1.10<br />

FIG. 1.11<br />

FIG. 1.12 ZIN VAN DE KRACHTLIJNEN BIJ EEN WINDING<br />

HOOFDSTUK 1-<strong>MAGNETISME</strong> & <strong>ELEKTRICITEIT</strong>


................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................<br />

c) In het midden van de winding heeft een verdichting<br />

van veldlijnen plaats.<br />

d) De veldsterkte (concentratie) binnen de winding<br />

is groter dan deze aan de buitenzijde van de<br />

geleider.<br />

De veldlijnen rond de cirkelvormige stroomvoerende<br />

geleider blijven identiek aan deze van een<br />

rechte geleider. Bijgevolg draaien alle veldlijnen<br />

voor deze winding in een zelfde zin. Hierdoor ontstaat<br />

er in het cirkelvormig binnenvlak een (elektro)magneetje<br />

met een noord- en een zuidpoolzijde.<br />

1.3.2.3 Zin van het elektromagnetisch veld bij een winding<br />

Je kunt de zin van het elektromagnetisch veld van een winding bepalen door de<br />

rechtsdraaiende kurkentrekkerregel (tweede regel van Maxwell).<br />

Plaats je de kurkentrekker loodrecht op het vlak van de winding en draai je hem in de<br />

richting van de stroomsterkte, dan zal de zin waarin de kurkentrekker zich beweegt de<br />

uittredende veldlijnen in het vlak van de winding aanduiden (zie fig. 1.12 en 1.13).<br />

Je kunt deze zin ook bepalen door de rechterhandregel van Maxwell. Je omvat met je<br />

rechterhand de winding zodanig dat je gekromde vingers de richting van de stroom volgen.<br />

De gestrekte duim duidt de richting van de veldlijnen binnen een magneet aan: van<br />

zuid naar noord.<br />

1.3.2.4 De sterkte van het elektromagnetisch veld bij een winding<br />

De grootte van de veldsterkte in het middelpunt van een winding met straal r, waardoor<br />

een stroom vloeit, vind je met de formule:<br />

H <br />

I<br />

2·r<br />

met: H : veldsterkte in het middelpunt van de<br />

winding in ampère per meter (A / m)<br />

I : stroomsterkte in ampère (A)<br />

r : straal van de winding in meter (m)<br />

FIG. 1.13 KRACHTLIJNEN BIJ EEN WINDING IN EEN PLAT VLAK<br />

Merk je dat door de cirkelvorm van de geleider de uit de formule van de rechte geleider<br />

komt te vervallen?!<br />

13<br />

HOOFDSTUK 1-<strong>MAGNETISME</strong> & <strong>ELEKTRICITEIT</strong>


14<br />

1.3.3 Het elektromagnetisch veld (veldlijnenspectrum) rond een spoel of<br />

solenoïde<br />

1.3.3.1 De proef van Ørsted bij een solenoïde<br />

Proef 5<br />

Terminologie<br />

Als je een geïsoleerde geleider in<br />

verschillende aansluitende lussen<br />

(seriewindingen) wikkelt, dan verkrijg<br />

je een spoel of solenoïde.<br />

Stuur je nu een stroom doorheen<br />

de spoel, dan kan je met ijzervijlsel<br />

de opgewekte krachtlijnen zichtbaar<br />

maken. Het magneetnaaldje<br />

geplaatst in de nabijheid van de<br />

spoel verdraait onder invloed van<br />

de opgewekte krachtlijnen.<br />

Een spoel met lucht als kernmateriaal noem je een solenoïde.<br />

1 lus van zo’n spoel noem je ook een winding<br />

1.3.3.2 Vorm van het elektromagnetisch veld bij een solenoïde<br />

a) Bij stroomdoorgang ontstaat om elke winding<br />

een magnetisch veld.<br />

b) Alle krachtlijnen van deze windingen bezitten<br />

in de spoel dezelfde zin.<br />

c) De magnetische deelvelden worden samengevoegd<br />

tot een sterk magnetisch veld met de polen<br />

aan de uiteinden van de solenoïde.<br />

d) De luchtkern van de solenoïde kun je bij<br />

stroomdoorgang beschouwen als een magneet<br />

met een noord- en zuidpool.<br />

Sommige veldlijnen volgen de bundel veldlijnen niet tot op de spoeleinden. Er ontstaan<br />

dan lekken, je spreekt dan over een lekflux.<br />

1.3.3.3 Zin van het elektromagnetisch veld bij een solenoïde<br />

Opmerking<br />

................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................<br />

Je kunt de zin van de krachtlijnen in een solenoïde bepalen door de rechterhandregel van<br />

Maxwell.<br />

FIG. 1.16 RECHTERHANDREGEL<br />

Ook de kurkentrekkerregel blijft toepasbaar.<br />

FIG. 1.14 INVLOED VAN EEN SPOEL OP EEN MAGNEETNAALDJE<br />

FIG. 1.15 EEN SPOEL OF SOLENOÏDE<br />

Het uiteinde waar de krachtlijnen uittreden is de N-pool<br />

Het andere uiteinde, waar de krachtlijnen intreden is de Z-pool.<br />

Je grijpt de spoel vast met je rechterhand<br />

zodanig dat de stroomsterkte vloeit vanuit<br />

je pols naar de vingertoppen toe. De gestrekte<br />

duim geeft dan de noordpool aan<br />

(of dus de zin van de veldlijnen binnen de<br />

magneet).<br />

HOOFDSTUK 1-<strong>MAGNETISME</strong> & <strong>ELEKTRICITEIT</strong>


De zin van het magnetisch veld kan eenvoudig omgedraaid worden door de stroomzin in<br />

de spoel om te wisselen. De rechterhandregel of kurkentrekkerregel blijft toepasbaar.<br />

Vergelijking met de natuurlijke magneet:<br />

Krachtlijnen of veldlijnen bij natuurlijke en/of kunstmatige magneet<br />

Het magnetisch veld rond een magneet kun je aanschouwelijk voorstellen door fijn Fe-vijlsel te strooien<br />

op een wit blad boven een magneet. Je ziet een lijnenpatroon ontstaan dat het magnetisch spectrum<br />

voorstelt.<br />

Deze zichtbaar gemaakte lijnen noem je krachtlijnen of veldlijnen en stellen de baan voor waarlangs<br />

de vrije noordpooltjes zich zouden voortbewegen en/of richten.<br />

Een kracht- of veldlijn is dus een denkbeeldige lijn waarvan in elk punt de richting van de raaklijn overeenstemt;<br />

met de richting van de veldsterkte in dat punt (zie fig. 1.1).<br />

Veldlijnen bezitten dus een zin: ze vertrekken aan de N-pool en komen toe in de Z-pool.<br />

Krachtlijnen zijn dus gericht van noord naar zuid buiten de magneet. Binnen de magneet lopen de<br />

krachtlijnen van zuid naar noord.<br />

1.3.3.4 De sterkte van het elektromagnetisch veld bij een solenoïde<br />

Proef 6<br />

................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................<br />

Sluit achtereenvolgens verschillende spoelen (lange of korte spoel, dikke of dunne spoel,<br />

veel of weinig windingen) aan op een gelijkspanningsbron. Regel de spanning zo, dat de<br />

stroom die vloeit in de keten identiek blijft. De vrij opgestelde magneetnaald zal onder invloed<br />

van de opgewekte veldsterkte verdraaien. Indien je de stroomsterkte verhoogt, zal<br />

voor elk type spoel dit vastgestelde fenomeen toenemen. Indien het aantal windingen<br />

toeneemt en de stroomsterkte vergroot, dan neemt de invloed op de magneetnaald toe.<br />

Hoe langer de spoel is, hoe kleiner deze invloed wordt. De grootte van de veldsterkte in<br />

een punt a, binnen een spoel met lengte l en diameter d, waardoor een stroom vloeit, vind<br />

je benaderend met de formule:<br />

H a =<br />

N · I<br />

met H<br />

d 2 + l 2 a : veldsterkte in punt a in ampère per meter (A/m)<br />

N : aantal windingen<br />

d : gemiddelde diameter van de spoel in meter (m)<br />

l : lengte van de spoel in meter (m)<br />

Beschouwingen 1)d 2 + l 2 verwijst naar de stelling van Pythagoras. De invloed van d ten opzichte van<br />

l of omgekeerd, wordt verwaarloosbaar klein indien de verhouding 1/10 is.<br />

Immers, een verhouding 1/10 wordt in het kwadraat 1/100.<br />

Je kan dus stellen dat<br />

als l >d(lange, dunne spoel): H a = N · I<br />

l = N · I<br />

2 l<br />

FIG. 1.17 LANGE, DUNNE SPOEL<br />

FIG. 1.18 KORTE, DIKKE SPOEL<br />

15<br />

HOOFDSTUK 1-<strong>MAGNETISME</strong> & <strong>ELEKTRICITEIT</strong>


16<br />

In woorden<br />

De veldsterkte in een spoel is:<br />

- recht evenredig met het aantal windingen;<br />

- recht evenredig met de stroomsterkte door de spoel;<br />

- omgekeerd evenredig met de lengte van de spoel.<br />

2) De veldsterkte bij een lange, dunne spoel zal door de lekflux kleiner zijn op de uiteinden<br />

dan in het midden van de solenoïde. Praktisch stelt men dat de veldsterkte terugvalt<br />

tot de helft van de veldsterkte van het punt a (zie fig. 1.17).<br />

H b = H a<br />

2 = N · I<br />

2·l<br />

3) Ampèrewindingen<br />

In bovenstaande formules vind je in de teller steeds N·Iof I·Nterug.<br />

Deze combinatie wordt ook wel ampèrewindingen (Aw) genoemd. Het betekent dat de<br />

veldsterkte recht evenredig is met:<br />

- stroomsterkte,<br />

- aantal windingen.<br />

Terminologie Het aantal ampèrewindingen noemt men ook wel de magnetomotorische kracht F m .<br />

Vergelijk dit met het begrip emk voor het elektrisch veld, toegelicht in Elektra 1.<br />

Opmerking<br />

................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................<br />

F m<br />

N · I (Aw)<br />

Wil je de veldsterkte in een willekeurig punt bepalen, dan zal je moeten rekening houden<br />

met de invloed van meerdere polen. Verdere toelichting en/of uitwerking vind je in hoofdstuk<br />

2.<br />

Als je in een solenoïde een magnetisch geleidend materiaal schuift, verkrijg je een elektromagneet<br />

die een versterkte werking als gevolg heeft (zie hoofdstuk 3).<br />

Om dit te verklaren moet je eerst de invloed van magnetisch materiaal kennen en begrijpen<br />

(zie hoofdstuk 2).<br />

HOOFDSTUK 1-<strong>MAGNETISME</strong> & <strong>ELEKTRICITEIT</strong>


Voorbeeld 1<br />

Voorbeeld 2<br />

SAMENGEVAT<br />

1.4 Rekenvoorbeelden<br />

................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................<br />

Door een spoel A met 400 windingen vloeit een stroom van 2,5 A en door spoel B met 200 windingen<br />

vloeit 5 A. Bereken de magneetmotorische kracht of het aantal ampèrewindingen.<br />

Gegeven<br />

Gevraagd<br />

Oplossing<br />

N = 400 windingen en I = 2,5 A<br />

N = 200 windingen en I =5A<br />

F m = ? A/m<br />

Voor een spoel A: F m =I·N= 2,5 A · 400 w = 1000 Aw<br />

Voor een spoel B: F m =I·N=5A·200w=1000 Aw<br />

De magnetomotorische kracht kan met een kleinere stroom en meer windingen<br />

of omgekeerd een zelfde resultaat opleveren.<br />

Als je 400 windingen op een spoel met 4 cm diameter en 2 cm lengte wikkelt, kun je hiervan de<br />

veldsterkte in het midden van de spoel berekenen. De stroomsterkte is 2,5 A.<br />

Gegeven<br />

Gevraagd<br />

Oplossing H a =<br />

N = 400 windingen en I = 2,5 A<br />

l =2cm=0,02mof20·10 −2 m<br />

d =4cm=0,04mof4·10 −2 m<br />

H =?inA/m<br />

N · I<br />

d 2 + l = 2,5 · 400<br />

= 22630 A/m<br />

2<br />

4 ·10 −2 2 2 ·10 −2 2<br />

<br />

In de volgende hoofdstukken zal je deze berekening verder uitwerken.<br />

Magnetische veldsterkte H <br />

F<br />

m m<br />

Elektromagnetisch veld rond rechte stroomvoerende geleider<br />

Zin: eerste regel van Maxwell of kurkentrekkerregel<br />

I<br />

Grootte: H <br />

2· · r<br />

met r: loodrechte afstand tot geleider<br />

Elektromagnetisch veld rond stroomvoerende winding<br />

Zin: tweede regel van Maxwell of kurkentrekkerregel<br />

Grootte: (in het midden)<br />

H =<br />

I<br />

2·r<br />

Elektromagnetisch veld rond stroomvoerende solenoïde<br />

Zin: regel van Maxwell of kurkentrekkerregel<br />

Grootte: (in het midden)<br />

N · I<br />

H a =<br />

d 2 + l 2<br />

Bij een lange spoel (d


18<br />

................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................<br />

Tabel<br />

Grootheid<br />

Eenheid<br />

Naam Symbool Naam Symbool<br />

lengte l meter m<br />

massa m kilogram kg<br />

tijd t seconde s<br />

stroomsterkte I ampère A<br />

snelheid v m/s<br />

versnelling a m/s 2<br />

kracht F newton N = kg·m/s 2<br />

arbeid /energie W joule J = N·m<br />

lading Q coulomb C = A·s<br />

spanning U volt V= J/C<br />

weerstand R ohm <br />

geleidbaarheid G siemens (mho) S<br />

vermogen P watt W, kW, mW, ...<br />

rendement onbenoemd -<br />

temperatuurscoëfficiënt 1/K<br />

magnetische massa m weber Wb<br />

magnetische veldsterkte H newton per weber<br />

ampère per meter<br />

N/Wb<br />

A/m<br />

aantal wikkelingen N onbenoemd -<br />

magnetische flux weber Wb<br />

magnetomotorische<br />

kracht of<br />

ampèrewindingen<br />

F m =Aw<br />

ampère of<br />

ampèrewindingen<br />

A<br />

HOOFDSTUK 1-<strong>MAGNETISME</strong> & <strong>ELEKTRICITEIT</strong>

Hooray! Your file is uploaded and ready to be published.

Saved successfully!

Ooh no, something went wrong!