In figuur 4.11 zie je een doorsnede van een schip dat wordt voortgestuwd door de lorentzkracht.
De aandrijfmotor van het schip bevat zes stuwbuizen. Figuur 4.12 is een opengewerkte tekening van zo'n stuwbuis.
De stuwbuizen zijn aan de voor- en achterkant open. Het zeewater kan daardoor vrij in en uit de stuwbuis stromen. In elke buis zitten twee identieke metalen platen A en B. Er bevindt zich dus zeewater tussen de platen in de buis.
Op de platen is een spanningsbron aangesloten die een constante spanning levert (figuur 4.13). Aangezien zeewater een (matige) geleider is, gaat er een stroom lopen tussen plaat A en B. Bij het inschakelen van een magnetisch veld (de grote pijlen in figuur 4.13) zal er op het zeewater een lorentzkracht worden uitgeoefend.
a) Teken de vectoren die de richting aangeven van het magnetisch veld, van de elektrische stroom en van de lorentzkracht op het zeewater in een punt tussen de platen.
b) Beredeneer welke kant het schip op zal varen.
De grootte van de magnetische veldsterkte is 3,9 T, terwijl de stroom door het zeewater 4,0 kA is.
c) Bereken de grootte van de lorentzkracht die opgewekt wordt in één stuwbuis.
Een nadeel van dit schip is dat dit type aandrijfmotor slecht werkt wanneer het schip op een rivier vaart.
d) Geef hiervoor een verklaring.
Antwoord vraag (a)
Antwoord vraag (b)
Het zeewater wordt naar achteren geduwd (in bovenstaande tekening dus naar links). De derde wet van Newton zegt: actie = - reactie, dus het schip zal naar voren bewegen (in de tekening naar rechts dus).
Antwoord vraag (c)
De formule is FL = B · I · L. De magnetische veldsterkte is bekend en ook de grootte van de stroom; alleen de lengte van de 'stroomdraad' is niet bekend. In dit geval is er ook geen stroomdraad, maar stroomt de stroom van de ene plaat naar de andere. Dit is een afstand van L = 20 cm.
Invullen van de gegevens geeft: FL = 3,9 · 4,0·103 · 0,2 = 3,1·103 N .
Antwoord vraag (d)
Rivierwater is minder zout dan zeewater, en geleidt stroom dus minder goed.
Deze opgave komt uit de vwo-module 'Elektrische en magnetische velden' van het project NiNa, die de auteurs voor de pilot van het NiNa-examenprogramma hebben ontwikkeld. Via het menu hieronder kom je in de e-versie van die module op natuurkunde.nl.
| Vorige opgave | Terug naar: 4.1 Lorentzkracht op een stroomvoerende draad | Overzicht opgaven De lorentzkracht | Volgende opgave |
