Inductiestroom

Onderwerp: Inductie en wisselstromen

vwo, inductie en wisselstromen, examenniveau, 35 min

Opgave

Om een weekijzeren U-kern worden twee spoelen van elk 375 windingen geplaatst. Boven op deze U-kern zijn twee stukken weekijzer bevestigd, zodanig dat er tussen deze twee stukken een smalle luchtspleet is.
Zie de linker figuur.
In de rechter figuur is een doorsnede getekend van de ijzeren kern en de luchtspleet. In deze figuur is een aantal magnetische veldlijnen getekend. Het magnetisch veld wordt opgewekt door de twee spoelen in serie te schakelen en aan te sluiten op een gelijkspanningsbron.

a) Voltooi in de rechter figuur de schakeling waarin deze twee spoelen zijn opgenomen. Geef in deze schakeling de richting van de elektrische stroom aan.

Voor de sterkte van het magnetische veld B in de luchtspleet van de afgebeelde magneet geldt bij benadering:

hierin is:

  • μ0 de permeabiliteit van vacuum,
  • N het aantal windingen om de ijzeren kern,
  • I de stroomsterkte,
  • d de breedte van de luchtspleet.
b) Bereken de magnetische inductie B in de luchtspleet van de hierboven afgebeelde magneet als I = 5.0 A en d = 7.0×10-3 m.

Een katrol is voor de helft in de luchtspleet geplaatst. Deze katrol is gemaakt van perspex, waarin een viertal gesloten lussen van koperdraad zijn aangebracht. Een tweede katrol bevindt zich verticaal boven de eerste. Zie de linkerfiguur. Over deze katrollen loopt een touw. Aan dit touw wordt een blokje gevestigd. Als men dit blokje vanuit zijn hoogste positie loslaat komt het in beweging. De katrollen ondervinden geen wrijving bij het draaien. Het touw slipt niet tijdens de beweging. Als er geen stroom door de spoelen loopt, is de beweging van het blokje eenparig versneld. Als er wel een stroom door de spoelen loopt, wordt de beweging na korte tijd eenparig.

De onderstaande figuur is een momentopname van de onderste katrol tijdens het bewegen bij ingeschakeld magneetveld. Dit magneetveld is naar voren gericht, dus loodrecht op het papier naar de lezer toe, en is gearceerd weergegeven. De lussen zijn genummerd.

c) Teken in onderstaande figuur in die lussen, waarin een elektrische stroom loopt, de richting van deze stroom. Licht het antwoord toe.
d) Geef in onderstaande figuur aan waar lorentzkrachten op de draadlussen werken en in welke richting. Licht het antwoord toe.
e) Beredeneer waarom deze beweging eenparig wordt.

De sterkte van de magnetische inductie bedraagt nu 0,36 T. De oppervlakte van één lus is 2,0×10-4 m2 . De weerstand van één lus is 9,3×10-4.
Tijdens de eenparige beweging schuift een lus in 0.085 s in zijn geheel het magneetveld in.

f) Bereken de stroomsterkte in die lus.