Lorentzkracht van een ring
Joris stelde deze vraag op 04 juli 2023 om 17:16.
Hallo,
Ik vroeg mij af hoe het kon dat de lorentzkracht in beide afbeeldingen anders is, terwijl de andere factoren hetzelfde zijn.


Dit zijn afbeeldingen uit mijn natuurkunde boek. Is een van de afbeeldingen incorrect?
Ik vroeg mij af hoe het kon dat de lorentzkracht in beide afbeeldingen anders is, terwijl de andere factoren hetzelfde zijn.


Dit zijn afbeeldingen uit mijn natuurkunde boek. Is een van de afbeeldingen incorrect?
Reacties
Jaap
op
04 juli 2023 om 19:30
Dag Joris,
Beide figuren staan in de methode Newton, 5 vwo basisboek, oude editie, paragraaf 8.4 'Elektromagnetische inductie'.
Figuur 68
De koperen ring beweegt met een snelheid v horizontaal naar de staafmagneet.
Nabij de noordpool van de staafmagneet zijn de magnetische veldlijnen die de staafmagneet opwekt, dichter bij elkaar, zodat de ring meer veldlijnen gaat omvatten. Gevolg: er ontstaat een inductiespanning in de ring. Er is geen spanningsbron buiten de ring; de ring is zelf een spanningsbron.
De ring vormt een gesloten kring waarin de inductiespanning de getekende inductiestroom I kan opwekken. De inductiestroom loopt rond in de ring.
Met de figuur kun je inzien hoe het zit met de lorentzkracht en waarom de inductiestroom in de getekende richting loopt.
Zie de rode stip in de nabije zijkant van de ring. Vrije elektronen in het koper bewegen met de ring mee, horizontaal naar links. De beweging van de negatieve elektronen naar links vertegenwoordigt een elektrische stroom in de richting horizontaal naar rechts (dit is niet de getekende inductiestroom I; die komt straks).
De magnetische veldlijnen waaieren zijdelings uit vanaf de noordpool van de staafmagneet. Ter plaatse van de rode stip heeft de magnetische inductie die wordt opgewekt door de staafmagneet, een horizontale component naar je toe.
Gecombineerd met de horizontale stroom I naar rechts geeft dit een lorentzkracht op een vrij elektron bij de rode stip, in de richting verticaal naar onder.
Bij de rode stip zullen vrije elektronen als gevolg van de lorentzkracht verticaal naar onder gaan bewegen. Dat komt overeen met de getekende elektrische inductiestroom I verticaal naar boven.
Aan de hand van figuur 71 kun je inzien dat de ring als geheel een lorentzkracht in de richting horizontaal naar rechts ondervindt, wanneer je de ring naar links beweegt.
De uitleg begint bij de inductiestroom, die bij figuur 68 is besproken. De zijwaartse component van de magnetische veldlijnen die worden opgewekt door de staafmagneet, geeft samen met de inductiestroom een lorentzkracht in de richting horizontaal naar rechts. Zo kun je met figuur 72 de wet van Lenz uitleggen.
Groet, Jaap
Beide figuren staan in de methode Newton, 5 vwo basisboek, oude editie, paragraaf 8.4 'Elektromagnetische inductie'.
Figuur 68
De koperen ring beweegt met een snelheid v horizontaal naar de staafmagneet.
Nabij de noordpool van de staafmagneet zijn de magnetische veldlijnen die de staafmagneet opwekt, dichter bij elkaar, zodat de ring meer veldlijnen gaat omvatten. Gevolg: er ontstaat een inductiespanning in de ring. Er is geen spanningsbron buiten de ring; de ring is zelf een spanningsbron.
De ring vormt een gesloten kring waarin de inductiespanning de getekende inductiestroom I kan opwekken. De inductiestroom loopt rond in de ring.
Met de figuur kun je inzien hoe het zit met de lorentzkracht en waarom de inductiestroom in de getekende richting loopt.
Zie de rode stip in de nabije zijkant van de ring. Vrije elektronen in het koper bewegen met de ring mee, horizontaal naar links. De beweging van de negatieve elektronen naar links vertegenwoordigt een elektrische stroom in de richting horizontaal naar rechts (dit is niet de getekende inductiestroom I; die komt straks).
De magnetische veldlijnen waaieren zijdelings uit vanaf de noordpool van de staafmagneet. Ter plaatse van de rode stip heeft de magnetische inductie die wordt opgewekt door de staafmagneet, een horizontale component naar je toe.
Gecombineerd met de horizontale stroom I naar rechts geeft dit een lorentzkracht op een vrij elektron bij de rode stip, in de richting verticaal naar onder.
Bij de rode stip zullen vrije elektronen als gevolg van de lorentzkracht verticaal naar onder gaan bewegen. Dat komt overeen met de getekende elektrische inductiestroom I verticaal naar boven.
Aan de hand van figuur 71 kun je inzien dat de ring als geheel een lorentzkracht in de richting horizontaal naar rechts ondervindt, wanneer je de ring naar links beweegt.
De uitleg begint bij de inductiestroom, die bij figuur 68 is besproken. De zijwaartse component van de magnetische veldlijnen die worden opgewekt door de staafmagneet, geeft samen met de inductiestroom een lorentzkracht in de richting horizontaal naar rechts. Zo kun je met figuur 72 de wet van Lenz uitleggen.
Groet, Jaap
Joris
op
04 juli 2023 om 19:31
Ik zal uittypen wat er in het boek geschreven staat. "Een staafmagneet die een koperen ring nadert, is natuurkundig precies hetzelfde als een koperen ring die een staafmagneet nadert. Zie figuur 68. De snelheid van de ring is naar links gericht. De magnetische veldlijnen hebben bij de ring overal een component die naar buiten is gericht, loodrecht op de snelheid van de ring. Daardoor is er tijdens het bewegen overal in de ring een lorentzkracht op de elektrische lading. In figuur 68 zie je hoe die lorentzkracht op de vrije elektronen in de koperen ring is gericht. Als de ring gesloten is, lopen er elektronen rond in deze richting. De inductiestroom is dan in tegenovergestelde richting."
Joris
op
04 juli 2023 om 19:43
Beste Jaap,
Heel erg bedankt voor het antwoord, ik begrijp het volledig!
Groet, Joris
Heel erg bedankt voor het antwoord, ik begrijp het volledig!
Groet, Joris