Cirkelvormige windingen - inductiestroom

Sam stelde deze vraag op 10 mei 2013 om 23:10.

hoi, nog één oefening (en dan ken ik mijn leerstof goed :p)

Twee even grote, cirkelvormige windingen lopen evenwijdig. Winding A is aangesloten op een batterij.


a) Schakelaar S wordt gesloten. Duid de zin van de inductiestroom in winding B aan.

b)Schakelaar S wordt een tijdje later weer geopend; Duid weer de zin van de inductiestroom in winding B aan.

c) Is er een inductiestroom in winding B nadat de schakelaar gesloten is en voor hij weer geopend wordt?

--

Mijn antwoord:
a) Winding A loopt er een stroom dus links Z en rechts N (stroom loopt van achter naar voor)
Omdat B geen stroom loopt is die hetzelfde als winding A

b)

Winding A niks en B blijft nog aanwezig?

c)

Nee?...

 

 

Reacties

Theo op 10 mei 2013 om 23:25

Dat wordt toch nog even studeren of slapen met boek onder je kussen.

situatie a: je tekent correct de richting van het ontstane magneetveld door de rechtse stroomkring. Dat veld groeit van 0 naar een eindwaarde als je de schakelaar sluit.

De ronde stroomkring links ervan ziet dus een toenemende flux van 0 naar een eindwaarde. Wat zegt dan de Wet van Lenz? En hoe is de bijpassende stroom?

Als de schakelaar lang gesloten blijft zal uiteindelijk een constante sterkte van magneetveld B ontstaan. De flux blijft constant. Bij constante flux dus geen fluxverandering en daarmee verdwijnt ook de inductiestroom. Je kunt beredeneren dat de inductiestroom bij a) eerst groot is (want de fluxwijziging is groot) en dan langzaam afneemt naar nul (geen fluxwijziging).

Als nu de schakelaar opengezet wordt, dan verdwijnt het magneetveld in de rechterring want de stroom die het veroorzaakt is verbroken. De sterkte van het magneetveld neemt nu af van de stabiele waarde naar 0.  Deze fluxafname wordt door de linkerring gevoeld en geeft weer een inductiestroom. Welke kant op volgens Wet van Lenz?

Uiteindelijk zal de magneetveldsterkte terug op 0 zijn en blijft de flux weer constant (ook nul). Er is dan geen inductiestroom meer in de linkerring. Wat je dus ziet bij openen van de schakelaar is eerst een grote inductiestroom omdat de flux door de ring afneemt, maar uiteindelijk zakt die stroom tot nul terug omdat de fluxverandering 0 wordt.

Dus wat worden de antwoorden bij a, b en c?

Jan op 10 mei 2013 om 23:32

Dit gaat nog niet goed :(

door de stroom (geen inductiestroom!!! gewoon veroorzaakt door een batterijspanning) die linksom door winding A gaat lopen ontstaat inderdaad een magneetveld zoals je aanduidt (noorden rechts). Maar hierdoor ontstaat ineens een toename van flux door winding B (ook met richting naar rechts).

In winding B ontstaat hierdoor een inductiestroom die deze fluxverandering tracht tegen te gaan. Er zal dus even een inductiestroom in B lopen die een naar links gericht magneetveld veroorzaakt. 

Laat nou een vergelijkbare redenering los op vraag b. 

groet, Jan

Sam op 11 mei 2013 om 11:38

Hoi, mijn aanpassing.

De volgende zinnen begrijp ik niet:

"Maar hierdoor ontstaat ineens een toename van flux door winding B (ook met richting naar rechts)."

Oke, er is een toename. Maar ga na richting naar rechts?
"Er zal dus even een inductiestroom in B lopen die een naar -links gericht- magneetveld veroorzaakt."

Dus eerst ga die even linksom (tegenwijzer) en daarna rechtsom (wijzermee)?

Zie tekening voor de aanpassing a)

 

b) Winding A geen inductiestroom. Het magneetveld verdwijnt in de rechterring want de stroom die het veroorzaakt is verbroken.

Winding B veranderd de Noord (rechts) en Zuid links. En er is een afname dus ga die linksom (tegenwijzer).

aanpassing b)

c) Er loopt een inductiestroom nadta men de schakelaar gesloten is (een toename van de flux).

Bij het openen van de schakelaar is zal er even een inducties troom lopen in winding B (afname flux) maar zal geleidelijk naar zakken naar nul.

Theo op 11 mei 2013 om 12:17

De tekening is  correct. Alleen is de stroom uit de batterij (de blauwgekleurde) geen inductiestroom maar een gewone stroom, zoals Jan ook aangeeft. In A werkt de inductie het toenemende magneetveld tegen (dus "koppen tegen elkaar", d.w.z. polen die elkaar afstoten), in B tracht de inductie het magneetveld juist in stand te houden (tegengestelde polen die elkaar aantrekken).

> "Maar hierdoor ontstaat ineens een toename van flux door winding B (ook met richting naar rechts)."
Oke, er is een toename. Maar ga na richting naar rechts?
"Er zal dus even een inductiestroom in B lopen die een naar -links gericht- magneetveld veroorzaakt." Dus eerst ga die even linksom (tegenwijzer) en daarna rechtsom (wijzermee)?

Door lus A ontstaat een Z-N magneet. In lus B zal een N-Z magneetveld worden geinduceerd. De sterkte in lus A neemt toe tot een eind-maximum als er een constante stroom door de lus stroomt. B-veld is dan constant.  Flux B.A (A=oppervlak van lus) wordt ook constant. De verandering van de flux wordt nul. Geen verandering, geen inductie.  De geinduceerde stroom die een N-Z magneetveld opwekte zal dus afnemen en daarmee de geinduceerde B-veldsterkte tot deze nul is. De inductiestroom neemt dus af tot nul maar draait niet van richting om.

> b)Winding A geen inductiestroom. Het magneetveld verdwijnt in de rechterring want de stroom die het veroorzaakt is verbroken. Winding B verandert de Noord (rechts) en Zuid links. En er is een afname dus ga die linksom (tegenwijzer). Zie tekening voor de aanpassing b)

 Ik denk dat je het begrip "inductie" nog niet helemaal door hebt. De stroom door lus A wordt door een batterij geleverd. Dat is "gewone" stroom. Lus B is nergens mee verbonden en zal altijd stroomsterkte nul hebben, BEHALVE als er ineens een niet constante magneetflux doorheen gaat. Dan wordt er een stroom geinduceerd volgens de Wet van Lenz. Alleen in lus B loopt (soms) een inductiestroom, in lus A niet. (strikt genomen is er nog iets als "zelfinductie" in A, maar dat negeren we hier).

Dus:

  • stroom uit een bron levert een magneetveld om een stroomdraad. Geen bron, geen stroom, geen magneetveld
  • een draadlus zonder stroombron genereert een eigen inductiespanning (en stroom als het een gesloten lus is) als door de lus een wisselend sterk magneetveld (en daarmee wisselende flux) loopt.

 

Jan op 11 mei 2013 om 12:21

Voor de zekerheid nog maar eens op een rijtje:

 

doordat je de schakelaar sluit gaat er een stroom lopen door winding A.

hierdoor ontstaat er een magneetveld in winding A.

maar de veldlijnen van dat magneetveld lopen ook door winding B, De flux door winding B neemt dus toe van 0 (schakelaar A open) naar max (schakelaar A gesloten)

Door deze fluxverandering ontstaat er in winding B een inductiestroom die deze fluxverandering probeert tegen te gaan. Hoe sterker de verandering (toeneme flux/seconde) hoe sterker die inductiestroom.

De (inductie-)stroomrichting in B wordt dus zó dat een magneetveld wordt opgewekt in winding B dat precies tegengesteld is aan het magneetveld in winding A. (Die twee velden heffen elkaar dan (deels) op waardoor de netto-fluxverandering minder sterk is.)

Kort na het sluiten van schakelaar A verandert de stroomsterkte in A niet meer. De flux verandert dus ook niet meer.

Doordat de flux niet meer verandert valt ook de inductiestroom in winding B weer weg.

Nu openen we schakelaar A weer.

hierdoor valt de stroom door winding A weg, en valt daarmee ook het magneetveld dqat door A werd veroorzaakt weg.

Hierdoor verandert ook de flux in winding B van maximaal naar 0.

Door deze fluxverandering ontstaat er in winding B een inductiestroom die deze fluxverandering probeert tegen te gaan. Hoe sterker de verandering (toeneme flux/seconde) hoe sterker die inductiestroom.

De (inductie-)stroomrichting in B wordt dus zó dat een magneetveld wordt opgewekt in winding B dat het magneetveld dat door winding A werd veroorzaakt in stand probeert te houden.

 

(Om het verhaal hierboven niet te ingewikkeld te maken heb ik nog weggelaten dat ook winding A zijn eigen veranderingen probeert tegen te werken.) 

 

Sam op 11 mei 2013 om 16:22

Hoi,

Heb de bovenstaande tekst een paar keer doorgenomen. Ik denk dat ik het begrijp (laatste tekst zeker -> Jan)
Uit de vorige tekening heb ik de blauwe pijlen gewijzigd naar rode pijlen (gewone stroom)

bedankt!


groete, Sam

Theo op 12 mei 2013 om 12:26

Misschien helpen deze illustraties nog - genomen uit basis-natuurkundeboeken voor 1e jaars studenten.

Plaats een reactie

+ Bijlage

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

Ariane heeft eenendertig appels. Ze eet er eentje op. Hoeveel appels heeft Ariane nu over?

Antwoord: (vul een getal in)