Magnetische kracht van een spoel

Tirza stelde deze vraag op 02 januari 2015 om 16:37.
Jan, ik hoop jij mij ook in het nieuwjaar nog wil helpen, want ik zit weer vast terwijl ik natuurkunde aan het maken ben...



De vragen die ik moet beantwoorden:


a) Hoe hangt de magnetische kracht van een spoel af van: het aantal windingen van de spoel.



b) Hoe hangt de magnetische kracht van een spoel af van de stroomsterkte door de spoel (is er een wiskundig verband?: lineair, kwadratisch...) Je kunt een wiskundig verband alleen goed vinden als je een goede grafiek hebt. Daarvoor moet je dus metingen doen bij verschillende stroomsterktes!

Reacties

Jan van de Velde op 02 januari 2015 om 17:09
dag Tirza,

om deze vragen te beantwoorden moet je inderdaad metingen hebben. Alternatief is een formule.

Heb je een van twee? 

Groet, Jan
Tirza op 03 januari 2015 om 19:35
ik heb metingen
Tirza op 03 januari 2015 om 19:41
Jan van de Velde op 03 januari 2015 om 20:03
En hoe heb je die weegschaal gebruikt om de kracht van je spoel te meten? Met andere woorden, hoe zag je opstelling eruit? 
Tirza op 04 januari 2015 om 12:15
er stond een weegschaal en daarop stond een magneet, de spoel werd over de magneet heen geschoven zodat ongeveer 1 cm magneet in de spoel zat, de spoel hing aan een statief. met stoomdraadjes werd de spoel verbonden aan de spannings kast en de a-meter
Jan van de Velde op 04 januari 2015 om 12:28
dan zou het nog fijn zijn om het gewicht van dat magneetje te kennen (met andere woorden, de aanwijzing van de weegschaal zónder dat er stroom door je spoel ging). Want de aanwijzing van je weegschaal is een combinatie van de zwaartekracht op het magneetje en de aantrekkings- of afstotingskracht van de spoel op de magneet. Je weegschaal geeft dus de resultantekracht aan, al is de schaalverdeling van je weegschaal in grammen gesteld. 

En dan is het maar een kwestie van grafiekjes tekenen

grafieken 1 en 2:
(voor 300 respectievelijk 600 windingen) massa omrekenen in kracht, en dan kracht uitzetten tegen stroomsterkte. Trek uit je grafiek een conclusie over het verband tussen stroomsterkte en kracht.

Als je vervolgens die twee grafieken vergelijkt zou je een conclusie moeten kunnen trekken over het verband tussen kracht en aantal windingen.

Tirza op 04 januari 2015 om 14:57
o ik zie dat het er net afgevallen is, het stond er wel bij, heb magneetje weegt 82 gram
Tirza op 04 januari 2015 om 14:59
hoe ik een grafiek moet tekenen snap ik, maar hoe reken je massa om in kracht?
Jan van de Velde op 04 januari 2015 om 16:20

Tirza plaatste:

hoe ik een grafiek moet tekenen snap ik, maar hoe reken je massa om in kracht?
via een versnelling, in dit geval de zwaartekrachtversnelling "g".
Fz=m·g 
Hier in Nederland is g om en nabij 9,81 m/s².
NB: massa altijd invullen in kg. 
Jan van de Velde op 04 januari 2015 om 16:57
kijk ik nou nog eens naar je weegschaalgegevens, en dan klopt er een en ander niet in je metingen volgens mij: 

Ik vermoed dat je bij je metingen met 600 windingen je weegschaaltje getarreerd ("op nul gesteld")had: anders kun je namelijk niet aan negatieve gewichten komen. En je ziet dat bij gelijke stromen de ene of de andere kant op de gewichten ook even positief als negatief zijn. Hier hoef je dus met die zwaartekracht op die 82 gram geen rekening te houden, dat heb je het tarraknopje van je weegschaaltje al laten doen.

En verder lijkt het erop of je dat bij je metingen met 300 windingen niet, of beter niet correct, hebt gedaan. Helemaal zonder tarrering zou je bij gelijke stromen maar dan omgekeerd eigenlijk evenveel gram onder als boven de 82 g moeten wegen. Hier lijkt het erop of je weegschaaltje zonder stroom door de spoel 75,5 g aangegeven zou hebben.  
Tirza op 04 januari 2015 om 21:22
Fz=m·g  
g=9,81 m/s².
m= 57 g (poging een 600 windingen)
Fz= 57x9,81= 559,17 kg

dus dit is goed?^en dan moet ik dat voor alles doen en in een grafiek zetten?

Hoe bedoel je dat mijn meetingen niet kloppen, het kan niet - gr zijn? daar had ik namelijk zelf ook al mijn bedenkingen over. kan ik dit achteraf nog verbeteren? of moet ik het gewoon zo laten staan?
Tirza op 04 januari 2015 om 21:46
ik zie net dat m = 57 g
is in gram en het eind antwoord moet is kg, moet je dit omrekenen? dat je ipv 57 met 0,057 kg x 9,81 doet?? of is het zo goed?

Groetjes Tirza
Tirza op 04 januari 2015 om 22:24
Ben k op de goede weg?
Jan van de Velde op 04 januari 2015 om 23:15
helaas niet op de goede weg.
En in tabellen hoef je ook niet voor elk omrekeningetje je complete berekening te vermelden, da's een hoop werk, en je tabel wordt er ook niet overzichtelijker door. 

algemeen: 

Fz= 57x9,81= 559,17 kg

zoals ik eerder zei, massa altijd invullen in kg
en de eenheid van kracht is N (newton)

Dat van hierboven wordt dus: Fz =m·g = 0,057 x 9,81 = 0,56 N

eerste tabel, spoel 600 windingen:

zoals ik om 16:57 opmerkte: omdat 0,9 A de ene kant op -55 gram aangeeft op je weegschaal, en de andere kant op +57g kan het niet anders of je weegschaaltje was getarreerd. Met andere woorden, toen alleen je magneetje er op stond, zonder stroom,  heb je die weegschaal zó ingesteld dat hij 0 aangaf. Het eigen gewicht van (zwaartekracht op) het magneetje heb je dus door je weegschaal laten annuleren. Trekt de spoel de magneet omhoog dan gaat je weegschaal een negatief gewicht aanduiden, heel natuurlijk en een prima bruikbare meting.
De paar gram verschil tussen beide metingen (naar beneden duwen of omhoog trekken) is een meetfout, geen probleem, zolang je je daarvan bewust bent. Misschien stond je weegschaal niet precies op 0 met het magneetje erop, maar op + 1 g of zo, goedkopere elektronische weegschaaltjes willen nogal eens "verlopen", zelfs op een paar minuten.

Bij de spoel met 300 windingen kloppen je metingen niet:  duwend geeft de spoel bij 1,75 A volgens je meting een kracht van bijna 1,3 N naar beneden (positief gewicht) maar trekkend nog steeds een POSITIEF gewicht, van 0,2 N. Kortom, hier heeft je weegschaaltje niet op 0 gestaan voordat er stroom door de spoel ging, maar op ongeveer 75 g waarschijnlijk. Met de magneetkracht erbij duwend naar beneden geeft de weegschaal dan 130 g aan, en geeft de magneet dus een extra 55 g, overeenkomend met 0,55 N aan kracht. Trekkend haalt de magneet dan juist 55 g van die weegschaal af zodat er 20 g aanduiding overblijft. Maar je mag dus niet die 131 g nemen als basis voor je berekeningen en je grafiek.

in een tabel geef je I en m, en je omgerekende F 

I (A)      m(g)     F (N)
0,90       57        0,56
1,25       80        0,78

enz

In de discussie boven de tabel vertel je hoe je van de aanduiding in grammen naar de magneetkracht hebt gerekend, middels één voorbeeld. In de kop boven elke kolom de grootheid en de eenheid waarin de getalletjes eronder zijn uitgedrukt, zodat je die eenheid niet bij elk getal in de tabel hoeft te zetten. En zo kan je tabel kort, helder en duidelijk blijven.

Duidelijker zo waar de schoen wringt?

Groet, Jan 
Tirza op 04 januari 2015 om 23:35
bedankt jan dat je op dit uur nog reageert, ik snap nu wat ik met die krachten fout heb, kg ipv g en fz in N. Bedankt! De rest heb ik even vluchtig doorgelezen, maar ik geloof dat het telaat is, bij mij komt niks meer binnen, ik ga morgen wel verder met mijn verslag. Weltrusten! Groetjes Tirza
Tirza op 05 januari 2015 om 17:46
Ik heb wat dingen verandert en een grafiekje gemaakt!




Tirza op 05 januari 2015 om 17:46
Tirza op 05 januari 2015 om 17:48
Tirza op 05 januari 2015 om 17:55
Conclusie: Bij 300 windingen is er meer Newton bij een lagere Ampère in verhouding met de spoel van 600 windingen (afgelezen uit de grafiek)...?
Tirza op 05 januari 2015 om 17:57
b) Hoe hangt de magnetische kracht van een spoel af van de stroomsterkte door de spoel (is er een wiskundig verband?: lineair, kwadratisch...) Je kunt een wiskundig verband alleen goed vinden als je een goede grafiek hebt. Daarvoor moet je dus metingen doen bij verschillende stroomsterktes!

Wat moet ik hier doen dan???
Jan van de Velde op 05 januari 2015 om 18:03

Tirza plaatste:

Conclusie: Bij 300 windingen is er meer Newton bij een lagere Ampère in verhouding met de spoel van 600 windingen (afgelezen uit de grafiek)...?

Tirza plaatste:

..//..

Wat moet ik hier doen dan???

Dag Tirza,

wat je als eerste moet doen is eens goed lezen en proberen te begrijpen wat ik eerder schreef op 4 januari 16:57 en 23:15.

Groet, Jan


Tirza op 05 januari 2015 om 18:10
b) Hoe hangt de magnetische kracht van een spoel af van de stroomsterkte door de spoel (is er een wiskundig verband?: lineair, kwadratisch...) Je kunt een wiskundig verband alleen goed vinden als je een goede grafiek hebt. Daarvoor moet je dus metingen doen bij verschillende stroomsterktes!

stel 2 formule op en kijk of ze dezelfde rc hebben = lineair verband

spoel met 600 windingen

Snijpunten:(0,55;0,90), (0,78;1,25), (1,0;1,79) & (1,1;1,80)


(0,55;0,90) & (0,78;1,25)

y = ax + b

a = rc = dy/dx = (1,25-0,90)/(0,78-0,55) = 0,35/0,23 = 1,52

b = snijpunt y-as = 0,55

y = 1,52x+b


(0,78;1,25)&(1,0;1,79)

a = dy/dx = (1,79-1,25)/(1,0-0,78) = 0,54/0,22 = 2,45

 

Niet de zelfde rc dus geen lineair verband


Tirza op 05 januari 2015 om 18:13

Jan van de Velde plaatste:

Tirza plaatste:

Conclusie: Bij 300 windingen is er meer Newton bij een lagere Ampère in verhouding met de spoel van 600 windingen (afgelezen uit de grafiek)...?

Tirza plaatste:

..//..

Wat moet ik hier doen dan???

Dag Tirza,

wat je als eerste moet doen is eens goed lezen en proberen te begrijpen wat ik eerder schreef op 4 januari 16:57 en 23:15.

Groet, Jan


Ik heb het gezien, mijn metingen kloppen niet, ik heb die van 600 veranderd door het gezicht van de magneed, 82 gr min mijn eerdere andwoord te doen, in de andere kan best nog een fout zitten.. Kan ik die er uit halen zonder de proef opnieuw te doen?? En ander laat ik hem zitten, wij hebben daar op school verder geen uitleg over gehad... Het gaat hem vooral om formules en de manier van rekenen, als het antwoord maar ongeveer klopt...
Jan van de Velde op 05 januari 2015 om 19:31
hier worden twee ernstige fouten gemaakt:


1) de stapgrootte op de horizontale as is niet gelijk. Da's een doodzonde als je grafieken tekent, want zo kun je alles wat krom is recht maken en wat recht is krom.
2) de grafieklijn is geknikt: als je zó op een examen een natuurkundegrafiek tekent zonder dat je daar een bijzonder goede verklaring voor hebt ben je het merendeel van je punten al kwijt: pas als we de quantummechanica induiken gaat de natuur in stapjes werken, tot dan verloopt nagenoeg alles vloeiend. 

Verder, zó nauwkeurig kunnen je metingen nooit zijn dus is er ook geen reden om je grafiek precies door al je metingen te tekenen.

en dan:

Tirza plaatste:

 

spoel met 600 windingen

Snijpunten:(0,55;0,90), (0,78;1,25), (1,0;1,79) & (1,1;1,80)


(0,55;0,90) & (0,78;1,25)

y = ax + b

a = rc = dy/dx = (1,25-0,90)/(0,78-0,55) = 0,35/0,23 = 1,52

b = snijpunt y-as = 0,55

y = 1,52x+b

(0,78;1,25)&(1,0;1,79)

a = dy/dx = (1,79-1,25)/(1,0-0,78) = 0,54/0,22 = 2,45
 
Niet de zelfde rc dus geen lineair verband


in de tabel heb ik twee getallen gemarkeerd:

1,0 N: da's een beetje rauw afgerond
1,70 A: noteer je in verdere berekeningen als 1,79 A.

Verder gaat deze berekening overigens nergens over. Je dient een grafiek te tekenen die zoals ik eerder opmerkte geen knikken kent. Dat wordt óf een rechte, of een vloeiende kromme. 
En als je rekening houdt met mogelijke meetfouten (elke stroomsterktemeting kan best een paar mA naar boven of beneden afwijken, en elke gewichtsmeting op dat schaaltje zal er ook best een paar gram naast kunnen zitten, dan zou er best eens prima een rechte uit gehaald kunnen worden. Je kunt dan al gelijk tot een vermoedelijk lineair verband besluiten, zonder berekeningen. Want dáárvoor teken je grafieken. Dat is dus je beste inschatting van je verband: elk afzonderlijk meetpunt is daarbij niet heilig, want meetfouten zijn een fact of life. 

Als hij maar met moeite recht gewrongen kan worden kunnen er nog andere dingen aan de hand zijn. Dan wordt het een kwestie van kritisch naar je proefopstelling en je meetappartuur en metingen kijken, en daarover een zg foutendiscussie schrijven. 

Je kuntt dan, om de effecten van meer of minder windingen bij gelijke stroomsterktes te vergelijken, geïnterpoleerde waarden bij gelijke stroomsterktes vergelijken, maar je kunt ook van beide grafiek de RC bepalen. Je zult zien dat die van de spoel van 300 windingen veel kleiner is dan die van 600 windingen. Oftewel, je conclusie:

Tirza plaatste:

Conclusie: Bij 300 windingen is er meer Newton bij een lagere Ampère in verhouding met de spoel van 600 windingen (afgelezen uit de grafiek)...?
zit er gruwelijk naast. 

en dat komt omdat:

(nu voor de 3e maal) er zit een fikse fout in je metingen voor de serie met 300 windingen, omdat je je weegschaal niet of niet goed hebt getarreerd: bij gelijke stroomsterkte zal in een geval als dit een magneet even hard trekken als dat hij duwt wanneer je die stroomrichting omdraait. 
Trek van al je gemeten gewichten (ook van de omgekeerde) met die 300 windingen eens 75 gram af, en begin dan opnieuw met je deel van 300 windingen, en de vergelijking met de serie van 600 windingen. 



Tirza op 05 januari 2015 om 19:47
ja ik heb net ook gemerkt dat de grafiek niet klop :S
ik heb hem via een site maakt :S
Weet jij misschien een goede site waar ik grafieken mee kan maken?
Jan van de Velde op 05 januari 2015 om 19:50

Tirza plaatste:


Weet jij misschien een goede site waar ik grafieken mee kan maken?
Als het per se digitaal moet, microsoft excel.

Als je dat niet hebt kun je ook nog OpenOffice van Apache downloaden, werkt krek eender en is bovendien gratis.
Tirza op 05 januari 2015 om 19:52
als het goed is heb ik openoffice ik zal daar eens kijken
Ja het moet per se digitaal van mijn leraar...
Tirza op 05 januari 2015 om 20:04
ik heb openoffice, maar hoe maak ik daar een grafiek in? ik snap het niet helemaal, weet jij dat toevallig?
Jan van de Velde op 05 januari 2015 om 20:09
http://www.youtube.com/watch?v=r8-2FiEI5t8

http://www.youtube.com/watch?v=V6zwA9a-Jgc

http://www.youtube.com/watch?v=iw77E-zdpOw

etcetera etcetera

Plaats een reactie

+ Bijlage

Bevestig dat je geen robot bent door de volgende vraag te beantwoorden.

Noortje heeft drie appels. Ze eet er eentje op. Hoeveel appels heeft Noortje nu over?

Antwoord: (vul een getal in)