Een elektrische stroom wekt een magnetisch veld op.
De veldlijnen van dit magnetisch veld vormen cirkels met de draad als middelpunt. Verder geldt:
Hoe groter de stroom, des te sterker het magnetisch veld.
Hoe verder van de draad vandaan, des te zwakker het magnetisch veld.
De richting van het magnetisch veld hangt af van de richting van de stroom.
Opgave 22)
Bekijk figuur 3.1.1 De stroomvoerende draad staat vast, terwijl het magneetje vrij is om te draaien.
Opgave 23)
In figuur 3.1.2 zijn zes situaties getekend waarbij stroomdraden in de hoeken van het vierkant loodrecht op het papier staan. De stroom door de draden is telkens even groot, maar gaat ofwel het papier in, ofwel het papier uit.
Orden de figuren A, B, ..., F naar de magnetische veldsterkte in het snijpunt van de diagonalen van groot naar klein.
Geef ook aan in welke situaties de veldsterktes even groot zijn.
Leg telkens duidelijk uit hoe je aan je antwoord komt.
Open de bovenstaande applet en kies het tabblad "electro magnet".
Je ziet een variabele spanningsbron.
Kies voor gelijkspanning door in het venster rechts op DC te klikken. Vink in dit venster alles aan. Je ziet nu ook het magneetveld en een magnetische veldmeter.
Plaats de veldmeter precies ter hoogte van het midden van de spoel. De y-component van het magneetveld By is nul en er wordt alleen een x-component Bx gemeten.
Zet het aantal windingen op het maximumaantal van 4.
We kunnen de rechte stroomvoerende draad ombuigen en zo een cirkelvormige winding maken (figuur 3.3).
In de onderste tekening in figuur 3.2.1 kun je zien dat het maken van een winding leidt tot een magnetisch veld dat erg veel lijkt op dat van een staafmagneet. Een spoel bestaat uit een groot aantal windingen achter elkaar. Bekijken we in dit geval het magnetisch veld (figuur 3.2.2) dan zien we dat de overeenkomsten met een staafmagneet nog groter worden.
Een gewonden stroomvoerende draad werkt als een magneet.
We noemen dit een elektromagneet, omdat we een elektrische stroom gebruiken om de magnetische eigenschappen te creëren. Ten opzichte van 'gewone' magneten heeft een elektromagneet veel voordelen. Zo is de magneet in en uit te schakelen wanneer je maar wilt (door de stroom in of uit te schakelen). Ook kan de sterkte eenvoudig geregeld worden door de stroom door de spoel te vergroten of verkleinen.
Opgave 24)
Weekijzer is ijzer dat gemakkelijk magnetiseerbaar is door een magneet, maar zijn magnetisatie ook weer snel kwijtraakt als de magneet weggehaald wordt. Vaak is er een weekijzeren kern in een elektromagneet aanwezig, zoals in figuur 3.5.
a. Leg uit wat er met het stuk weekijzer gebeurt als de stroom wordt ingeschakeld.
b. Leg uit waardoor dit een gunstige invloed op de kracht van de elektromagneet heeft.
Opgave 25)
In figuur 3.2.4 zijn zes paren elektromagneten getekend. De stroomsterkte is telkens even groot, de elektromagneten staan telkens op dezelfde afstand van elkaar en hebben dezelfde lengte en diameter. Het aantal windingen en de richting van de stroom zijn wel verschillend.
Orden de magneetparen A, B t/m F naar de kracht die ze op elkaar uitoefenen. Plaats de grootste aantrekkende kracht als eerste en de grootste afstotende kracht als laatste.
Geef ook aan in welke situaties de kracht hetzelfde is. Leg je redenering duidelijk uit.
3.3 Magneten en bewegende elektronen
Elektrische stroom wekt dus een magneetveld op. Maar wat is stroom ook alweer? Juist: bewegende elektronen. Ook in de atomen van de voorwerpen om ons heen bewegen elektronen. Ze cirkelen immers rond de atoomkern, een beetje zoals onze aarde om de zon draait. De aarde maakt echter nog een andere beweging: ze draait ook om haar eigen as. Elektronen doen iets soortgelijks, een eigenschap die we spin noemen.
Al deze beweging zorgt ervoor dat elk elektron eigenlijk een minuscuul magneetje is. Toch zijn de meeste stoffen als geheel niet-magnetisch. Dit komt doordat de elektronen zodanig bewegen, dat hun magnetische velden tegengesteld staan en elkaar opheffen.
In ijzer, nikkel en kobalt (en enkele zeldzame metalen) is dat echter niet het geval. Hier heffen de magnetische velden van de elektronen elkaar niet volledig op, waardoor in die stoffen elk atoom op zijn beurt een minimagneet is.
Vaak vormen de atomen groepjes waarin alle magnetische velden gelijkgericht zijn: de weissgebiedjes die we in hoofdstuk 2 al zagen. Als ook de magnetische velden van deze weissgebiedjes elkaar niet opheffen, hebben we te maken met een 'echte' magneet.
We staan er vaak niet bij stil hoeveel schakelaars we in de loop van een dag omzetten. TV aan, computer aan, licht aan, oven aan... ja, zelfs bij het indrukken van een deurbel zet je een stroomkring in werking. Om al dat geschakel veiliger te maken, is het relais ontwikkeld.
Een relais bestaat uit een elektromagneet en een stuk ijzer aan een veer. Het zorgt er feitelijk voor dat het inschakelen van apparatuur in twee stappen verloopt (figuur 3.4.1):
Via een 'gewone' schakelaar wordt de bovenste stroomkring gesloten. Stroom gaat nu door de elektromagneet lopen.
Het ijzer wordt door de elektromagneet aangetrokken en sluit de onderste stroomkring, waarin het apparaat is opgenomen.
Zodra de stroom door de elektromagneet wegvalt, zorgt de veer ervoor dat het ijzer weer loskomt en dus ook de stroom door het apparaat wordt uitgeschakeld.
Het arrangement E3 H3 Elektromagneten is gemaakt met
Wikiwijs van
Kennisnet. Wikiwijs is hét onderwijsplatform waar je leermiddelen zoekt,
maakt en deelt.
Auteur
Bètapartners
Je moet eerst inloggen om feedback aan de auteur te kunnen geven.
Laatst gewijzigd
2015-05-08 11:11:45
Licentie
Dit lesmateriaal is gepubliceerd onder de Creative Commons Naamsvermelding-GelijkDelen 3.0 Nederland licentie. Dit houdt in dat je onder de voorwaarde van naamsvermelding en publicatie onder dezelfde licentie vrij bent om:
het werk te delen - te kopiëren, te verspreiden en door te geven via elk medium of bestandsformaat
het werk te bewerken - te remixen, te veranderen en afgeleide werken te maken
voor alle doeleinden, inclusief commerciële doeleinden.
Dit materiaal is achtereenvolgens ontwikkeld en getest in een SURF-project (2008-2011: e-klassen als voertuig voor aansluiting VO-HO) en een IIO-project (2011-2015: e-klassen&PAL-student). In het SURF project zijn in samenwerking met vakdocenten van VO-scholen, universiteiten en hogescholen e-modules ontwikkeld voor Informatica, Wiskunde D en NLT. In het IIO-project (Innovatie Impuls Onderwijs) zijn in zo’n samenwerking modules ontwikkeld voor de vakken Biologie, Natuurkunde en Scheikunde (bovenbouw havo/vwo). Meer dan 40 scholen waren bij deze ontwikkeling betrokken.
Organisatie en begeleiding van uitvoering en ontwikkeling is gecoördineerd vanuit Bètapartners/Its Academy, een samenwerkingsverband tussen scholen en vervolgopleidingen. Zie ook www.itsacademy.nl
De auteurs hebben bij de ontwikkeling van de module gebruik gemaakt van materiaal van derden en daarvoor toestemming verkregen. Bij het achterhalen en voldoen van de rechten op teksten, illustraties, en andere gegevens is de grootst mogelijke zorgvuldigheid betracht. Mochten er desondanks personen of instanties zijn die rechten menen te kunnen doen gelden op tekstgedeeltes, illustraties, enz. van een module, dan worden zij verzocht zich in verbinding te stellen met de programmamanager van de Its Academy (zie website).
Gebruiksvoorwaarden: creative commons cc-by sa 3.0
Handleidingen, toetsen en achtergrondmateriaal zijn voor docenten verkrijgbaar via de bètasteunpunten.
Aanvullende informatie over dit lesmateriaal
Van dit lesmateriaal is de volgende aanvullende informatie beschikbaar:
Toelichting
Deze les maakt onderdeel uit van de e-klas 'Elektrische en magnetische velden' voor VWO 5 en 6 voor het vak natuurkunde.
Leerniveau
VWO 6;
VWO 5;
Leerinhoud en doelen
EM-straling (niet zichtbaar);
Natuurkunde;
Licht, geluid en straling;
Eindgebruiker
leerling/student
Moeilijkheidsgraad
gemiddeld
Trefwoorden
e-klassen rearrangeerbaar
E3 H3 Elektromagneten
nl
Bètapartners
2015-05-08 11:11:45
Deze les maakt onderdeel uit van de e-klas 'Elektrische en magnetische velden' voor VWO 5 en 6 voor het vak natuurkunde.
