Icon up Overzicht

De wet van Lenz en het Meissner-effect

Onderwerp: Elektrisch veld en magnetisch veld, Inductie en wisselstromen

Deze pagina is een onderdeel van het thema "supergeleiding". Het thema supergeleiding omvat artikelen, interviews, uitleg, sommetjes. De schrijvers van de thema gaan in op de natuurkunde achter dit verschijnsel maar geven ook ruimschoots de aandacht aan de bijdrage die supergeleidende materialen leveren aan de techniek en de gezondheidszorg. Er wordt een beeld geschetst van een onderzoeksgroep die werk aan supergeleiders. Het totale overzicht vind je hier: Themapagina supergeleiding.

In deze interactieve bijles komen de volgende begrippen aan bod: inductiestroom, magneetveld, inductiespanning, wet van Lenz, Meissnereffect.

Zwevende magneet

Magisch, zo'n zwevende magneet, en bovendien zijn er voor dit Meissnereffect veel toepassingen te bedenken. Je zou er machines mee kunnen bedienen of zelfs een trein mee kunnen laten zweven.

Zwevende trein

De Japanse MAGLEV Zweeftrein wordt is op grote schaal ingevoerd.

Wet van Lenz

Magnetisme is een verschijnsel dat ontstaat als bewegende elektrische ladingen krachten op elkaar uitoefenen. Ook bij vaste, permanente, magneten gaat het om bewegende ladingen: de elektronen in de atomen zelf.

De elektronen in de magneet van het filmpje oefenen krachten uit op de elektronen in de supergeleider, die daardoor gaan bewegen. De stroom die in de supergeleider gaat lopen noemen we een inductiestroom omdat hij veroorzaakt (geïnduceerd) wordt door de permanente magneet.

Dit verschijnsel wordt in de natuurkunde beschreven met de wet van Lenz (door sommigen ook wel de eerste Hoofdwet van de Puberteit genoemd........):

Een inductiestroom die opgewekt wordt door een veranderend magneetveld heeft altijd een zodanige richting, dat hij de oorzaak van zijn ontstaan tegenwerkt.

Van de wet van Lenz wordt dankbaar gebruik gemaakt bij het laten zweven van de MAGLEV. Klik op het plaatje om de zweeftrein te starten.

Er zit heel wat technisch vernuft in zo'n zwevende trein, je moet natuurlijk rekening houden met de grootte van de magnetische krachten. Die blijken afhankelijk te zijn van veel grootheden:

  • de snelheid
  • de afstand tussen de spoelen en de magneten in de trein
  • de sterkte van de magneten in de trein
  • de grootte van de 8-vormige spoelen
  • de elektrische weerstand van de spoelen

Inductiespanning

Faraday heeft beschreven hoe je de grootte van de inductiespanning kan berekenen:

Uind= -N • dFlux/dt

Waarin N het aantal wikkelingen van de spoel is. Voor een hoge inductiespanning heb je dus een snelle fluxverandering per seconde nodig. Heb je dat ook gevonden in de simulatie?

Veel wikkelingen geven ook weer een grotere inductiespanning maar daarmee neemt ook de weerstand van de spoelen toe: de inductiestroom waar het om gaat wordt dan weer kleiner!

De Maglev

Op de volgende pagina kun je zien hoe ingenieurs voor verschillende problemen een oplossing hebben gevonden. Magnetische zweeftreinen: een toepassing van supergeleiding.

Nu het zwevende magneetje

Dus als je een permanente magneet met de noordpool naar een supergeleider brengt, gaat er een stroom in de supergeleider lopen die een noordpool opwekt en dus het naderen van de vaste noordpool tegenwerkt. De geïnduceerde stroom zal echter blijven bestaan omdat een supergeleider geen elektrische weerstand heeft.

Wil je meer weten over supergeleidende materialen? bekijk dan een het artikel Supergeleiding, hoe werkt dat?