Samenvatting Newton Hoofdstuk 8 Elektromotor en dynamo 5VWO

Natuurkunde Hoofdstuk 8 – Elektromotor en dynamo
§1 Introductie
Een magneet heeft een noordpool en zuidpool. De magnetische krachtwerking tussen magneten
kan afstotend en aantrekkend zijn en is het grootst bij de polen. Bij een gebroken magneet is er ook
een noord- en zuidpool. Een ijzeren voorwerp wordt aangetrokken door een magneet. In de buurt van
een magneet wordt het een magneetje met noord- en zuidpool. Materialen die magnetische blijven zijn
permanente magneten. Gewoon ijzer wordt weekijzer genoemd, omdat het magnetisme niet
blijvend is.
In magnetiseerbare materialen zijn atomen zo verbonden dat ze magnetische gebiedjes vormen; de
magnetische gebiedjes worden gericht en gaan met de magneet mee wijzen. Door de onderlinge
magnetische krachten blijven de gebiedjes enige tijd dezelfde richting houden, ook als de magneet
weggehaald is. Door de warmtebewegingen van de atomen verdwijnt de ordening weer.
In een kompas zit een dun magneetje, de kompasnaald, die om een asje kan draaien. Op enige
afstand van een permanente magneet wordt een kompasnaald gericht door de permanente magneet.
In elk punt van de ruimte om de permanente magneet wordt een kompasnaaldje anders gericht. Je
kunt de richtende werking van een magneet zichtbaar maken door overal kompasnaaldjes te plaatsen.
De figuur is het magnetisch veld van de magneet. In werkelijkheid kun je volstaan met lijnen,
magnetische veldlijnen, die aangeven in welke richting een kompasnaaldje wijst als je het daar neer
zou zetten. Veldlijnen lopen buiten een magneet van noord- naar zuidpool, ze snijden nooit en de
richting geeft de richting aan waarin de noordpool van een draaibare naaldmagneet op die plaats wijst.
Een kompasnaald gaat in de richting van de raaklijn aan de veldlijn staan.
§2 Magnetische velden door elektrische stroom
Aardmagnetisch veld
In de 3D ruimte om de aarde is een richtende magnetische krachtwerking op een kompasnaald;
aardmagnetisch veld. De naald van elk kompas, klein staafmagneetje, wijst naar het noorden. De
aarde is net een grote staafmagneet met een zuidpool diep onder het ijs van de noordpool, waar alle
naaldjes naar wijzen. De magnetische zuidpool valt niet samen met de Noordpool, de plaats waar de
as van de aardrotatie naar buiten steekt. Als er overal in de ruimte genoeg kompasjes waren, zou het
magnetisch veld zichtbaar zijn. In elk punt is de richting van het veld de richting waarin de
noordpool van de kompasnaald wijst. De richting van een magnetisch veld in een punt van de ruimte
kun je dus vinden met behulp van magnetische veldlijnen. De veldlijnen stoppen niet bij de Noordpool,
maar lopen door de aarde heen en komen bij Antarctica er weer uit.
Magnetisch veld van een permanente magneet
Deze veldlijnen gaan van noord- naar zuidpool van de magneet. In elk punt van de ruimte geeft de
richting van de raaklijn aan de magnetische veldlijn de richting weer die een kompasnaald aanwijst als
hij daar staat. Bij een hoefijzermagneet lijkt het magnetisch veld aan de buitenkant op dat van een
staafmagneet, maar tussen de benen zijn de veldlijnen evenwijdig. Die van een staafmagneet zijn
nergens evenwijdig.
Magnetisch veld van een spoel en een rechte stroomdraad
Een stroomspoel is een stroomdraad die meestal om een koker is gewonden. De richting van het
magnetisch veld en die van de elektrische stroom horen bij elkaar volgens de rechterhandregel: De
gekromde vingers wijzen in de richting van de stroom en je duim wijst de noordpool aan. Een
elektromagneet bestaat meestal uit een kern van weekijzer met daaromheen een stroomspoel. Zolang
er stroom door de spoel gaat, is de kern gemagnetiseerd. Het magneetveld van een spoel wordt
veroorzaakt door de elektrische stroom door de stroomdraad. Een enkele rechte stroomdraad, heeft
dus ook een magneetveld. De veldlijnen zijn dan cirkels in een vlak loodrecht op de stroomdraad en
zijn gesloten. Bij een rechte stroomdraad zijn geen polen. De duim wijst in de stroomrichting en de
vingers in de richting van de veldlijnen.
De grootheid magnetische veldsterkte B in tesla T kun je meten met een magneetveldsensor.
Midden-Europa 4,8·10-5 T, bij pool van staafmagneet max. 0,1 T, MRI-scanner 5 T, sterkste magneten
100 T en neutronensterren in het heelal tot 109 T.
Hoe groter de magnetische veldsterkte, des te dichter de veldlijnen naast elkaar worden getekend. Bij
een staafmagneet of hoefijzermagneet is deze het grootst bij de polen. Bij een stroomdraad neemt de
sterkte af met de afstand vanaf de draad.
Als in een gebied de magnetische veldlijnen overal evenwijdig zijn én de magnetische veldsterkte
overal gelijk is, heet het magneetveld daar homogeen (binnen spoel). Hier wordt een kompasnaaldje
alleen gericht. De kracht op de ene pool is even groot als die op de andere. Bij een staafmagneet
ondervindt het uiteinde van de kompasnaald dat dichterbij de pool van de staafmagneet is, een
grotere aantrekkende kracht dan de afstotende kracht op het uiteinde dat verder weg is. Er werkt dan
een nettokracht op het kompasnaaldje. Zo wordt ook ijzer naar een magneet getrokken.