Een lorentzkracht (die een spoel doet draaien) werkt alleen zolang de richting een draaiing veroorzaakt. Na een halve omwenteling wijst die kracht echter evenwijdig aan de spoel-straal "naar buiten toe" zodat er geen draaiing meer is. Om die draaiing in dezelfde richting toch te behouden is het nodig om de stroomrichting om te draaien. De spoel zal door zijn traagheid iets "doorschieten" vanuit de oude richting en zodoende daarna de nieuwe kracht ondervinden die weer in dezelfde richting als de rotatie wijst.

Bijgaand plaatje uit Systematische Natuurkunde verduidelijkt het hopelijk.

Danku zeer voor uw reactie.

Een lorentzkracht werkt alleen zolang de richting een draaiing veroorzaakt.
Wat wordt met richting bedoeld?

Ik snap deze zin nog steeds niet: wanneer het veld van de spoel dezelfde richting heeft als het veld van de permanente magneet.

Nee, een lorentzkracht werkt altijd als een geladen deeltje (of stroom) loodrecht op het magneetveld  beweegt. De linker- of rechterhandregel als "geheugensteuntje" geeft dan de richting van de kracht aan, die loodrecht op zowel de richting van de lading als van het magneetveld staat.
Alleen in de "dode punten" wijst die kracht naar buiten, alsof het het raamwerk uiteen wil trekken ipv een draaiing te geven (een kracht die een moment heeft, de helft van een "koppel"). Door de stroomrichting om te draaien en doordat het draaiende  raam door traagheid doorschiet ondervindt de wikkeling weer een kracht die nog steeds dezelfde kant op wijst en dus de draaiing kan doorzetten.

in figuur C is er even geen stroom. Vlak ervoor liep de stroom van Q naar P en gaf een lorentzkracht die het raam liet draaien. Horizontaal is er in C even geen stroom. Het draadraam draait door de traagheid van de spoel een beetje door. Dan is er ineens weer wel stroomcontact: de stroom gaat daarna van P naar Q lopen - net andersom als voorheen. De lorentzkracht draait daardoor ook om van richting. En dat is precies in de richting die nodig is om de draaiing van het draadraam te laten doorgaan.  
Door tijdig de richting van de stroom om te draaien zorg je ervoor dat als er een kracht is, die steeds het raam in dezelfde richting laat draaien.

Ik ken die "stroomomdraaier" constructie als "commutator" en niet als "collector".

Danku zeer voor uw reactie.

Met de rechterhandregel vind ik op alle plaatjes die lorentkracht die op de spoel staat, maar u geeft iets aan wat me aan het denken zet:
die loodrecht op zowel de richting van de lading als van het magneetveld staat. Dus op het magneetveld staat ook lorentkracht (los van de spoel?) Hoe bepaal ik die lorentkracht, ik heb alleen een magneetveld die van de noordpool naar de zuidpool loopt (als we bovenstaande afbeelding aan houden).

Hoe kan een veld van een spoel dezelfde richting hebben als het veld van de permanente magneet? Ik zie het nog steeds niet aan die plaatjes.

Na een halve omwenteling wijst die kracht echter evenwijdig aan de spoel-straal "naar buiten toe" zodat er geen draaiing meer is.
Dit is c waarbij de lorentzkrachten nu loodrecht staan op het magneetveld, de een naar boven en de ander naar onder..

Dus ze lopen niet parallel met de magnetische veldlijnen mee maar staan "verticaal" op de magnetische veldlijnen

Een draadraam waar stroom doorheen gaat veroorzaakt een magneetveld, zoals getekend als staafmagneetje. Diens zuidpool zal zich trachten te richten naar de noordpool van het andere (vaste) magneetveld. Dat veroorzaakt draaiing van de spoelwinding. 
Tot de magneet netjes uitgelijnd is met het externe veld. Dan houdt het op.
Door nu de stroom in de spoel tegengesteld te maken, is het staafmagneetje ineens "omgepoold" en wijst diens noordpool naar de vaste veld noordpool. Die duwen elkaar weg, waardoor de spoel doordraait totdat weer noordpool van extern veld en zuidpool van de spoel uitgelijnd zijn. Een halve rotatie later. Dan gebeurt er weer niks meer en moet de stroom weer worden omgedraaid.


De situatie beschouwen als hoe twee magneetvelden op elkaar reageren of naar een veld te kijken en de lorentzkracht daardoor via bewegende lading (stroom) zijn 2 verschillende benaderwijzen met hetzelfde resultaat (want zelfde effect)

>Dit is c waarbij de lorentzkrachten nu loodrecht staan op het magneetveld, de een naar boven en de ander naar onder.. Dus ze lopen niet parallel met de magnetische veldlijnen mee maar staan "verticaal" op de magnetische veldlijnen


Nee. In c is er geen stroom en ook geen kracht. Maar vlak ervoor wel en dan staan die krachten inderdaad vrijwel recht naar boven of beneden en zullen geen draaiing meer geven. De kracht staat dan nog steeds loodrecht op veld en ook op de stroomrichting door de draaddelen die naar achteren of voren lopen. De zijkanten hebben altijd lorentzkrachten die langs de as van de spoel wijzen en dus altijd alleen maar de spoel willen uitrekken (maar dat mechanisch niet kunnen waarmaken).

Dag Marloes,
In de door Theo geplaatste figuren maakt een niet getekende permanente magneet een homogeen, horizontaal gericht magnetisch veld: de vier evenwijdige pijlen in elke figuur stellen de horizontale veldlijnen voor. Aan dit veld verandert verder niets.

De motor krijgt stroom van een niet getekende gelijkspanningsbron, bij voorbeeld een batterij. Er is een stroomdraad van de pluspool van de batterij naar het rechter contact (zwart blokje) en een stroomdraad van de minpool van de batterij naar het linker contact. Deze contacten blijven altijd op de getekende plaats, ze staan stil. Ze drukken tegen de halve cilinders Q en P van de collector.
De collector bestaat uit twee halve metalen cilinders met een isolerende strook ertussen. De collector en de spoel zitten vast op dezelfde as. Als de spoel draait, draait de collector mee.

Voor de lorentzkracht in figuur a: er loopt een elektrische stroom in de spoel van D naar C. De richting van deze elektrische stroom is loodrecht op de richting van het magnetisch veld van de permanente magneet. Hierdoor ontstaat een lorentzkracht op het draadstuk DC van de spoel. Volgens een richtingregel is deze lorentzkracht op DC verticaal omlaag gericht. Dit zorgt voor een draaiing van de spoel met de wijzers van de klok mee.
Ga na: in figuur a is het door de spoel gemaakte magnetische veld verticaal omhoog gericht. Dat is niet de richting van het veld dat de permanente magneet maakt.

In figuur b zijn de spoel en de collector 45º gedraaid en is de situatie nog hetzelfde wat betreft de richting van de stroom in DC en de richting van de lorentzkracht verticaal omlaag op DC. Maar het door de spoel gemaakte magnetisch veld is nu schuin naar rechts boven gericht. De motor draait verder met de klok mee.

Een fractie van een seconde voordat de spoel de stand van figuur c bereikt, is het door de spoel gemaakte magnetisch veld vrijwel horizontaal gericht naar rechts gericht. Dat is ook de richting van het magnetisch veld van de permanente magneet.

In figuur c drukken de contacten tegen de isolerende strook van de collector. Er kan dus geen stroom lopen, zodat er ook geen lorentzkracht is.
Weer een fractie van een seconde later, iets voorbij positie c: als de stroom nog steeds van D naar C zou lopen, zou de lorentzkracht op DC nog steeds verticaal omlaag werken. Gevolg: de spoel draait terug naar positie c. Dat willen we niet: de motor moet verder doordraaien.
Om hiervoor te zorgen, zorgt de collector dat de stroomrichting in de spoel bij positie c wordt omgekeerd. Vooraf stuurde het positieve contact de stroom via Q en D naar C. En voorbij positie c stuurt het positieve contact de stroom via P en A naar B.

Zoals je schrijft: vlak voor positie c heeft 'het veld van de spoel dezelfde richting als het veld van de permanente magneet.' Om te zorgen dat de spoel verder doordraait, moet de stroomrichting bij positie c worden omgekeerd. Daar zorgt de collector voor.
Groet, Jaap

Dag Marloes,

Hieronder dan nog even in een animatie van de onvolprezen Walter Fendt. Daar zie je gebeuren wat hierboven al uitgelegd werd.



Duidelijk zo?

Groet, Jan

Dank beiden!

Ik begin het beter te snappen op dit na:

Ik snap niet hoe ik de staafmagneet met de rechterhand moet vinden? Het plaatje van Theo.
In figuur a is het door de spoel gemaakte magnetische veld verticaal omhoog gericht. Dat is niet de richting van het veld dat de permanente magneet maakt.

Ook dit snap ik niet.
Een fractie van een seconde voordat de spoel de stand van figuur c bereikt, is het door de spoel gemaakte magnetisch veld vrijwel horizontaal gericht naar rechts gericht. Dat is ook de richting van het magnetisch veld van de permanente magneet.

>Ik snap niet hoe ik de staafmagneet met de rechterhand moet vinden? Het plaatje van Theo.

Rechterhand. Vingers krommen in richting van stroom I (anti-kloksgewijs). Duim naar boven: noordpool.

>Een fractie van een seconde voordat de spoel de stand van figuur c bereikt, is het door de spoel gemaakte magnetisch veld vrijwel horizontaal gericht naar rechts gericht. Dat is ook de richting van het magnetisch veld van de permanente magneet.

Ik zie hem helemaal! :) dit plaatje plak ik in mij schrift Theo! Dank iedereen.

Sorry dat het even duurde, maar in het boek hebben ze het niet over de staafmagneet en vandaar dat ik de vraag stelde.

Beste meneer Theo,

Bij de spoel bij a, heb ik nog twee vragen over de staafmagneet, ofwel het magnetisch veld van de spoel:

Ik zie de rechterkant als een "rechte" draad, mijn duim gaat omhoog en mijn vingers krullen tegen de klok in (B loopt tegen de klok in)

Ik zie de linkerkant als een "rechte" draad, mijn duim gaat omlaag en mijn vingers krullen met de klok mee (tegen de klok mee)

In het midden lopen de veldijnen op den duur in een recht lijn evenredig van boven naar beneden ofwel de zuidpool is nu boven en de noordpool onder? waar gaat het nu fout?

Waarom ligt de staafmagneet niet plat maar verticaal op de spoel of maakt het niet uit hoe je de stafmagneet tekent?

Geen schoonheidsprijs, maar ik heb geprobeerd de magneet a.g.v. de stroom in de draad te tonen naast de lorentzkracht. Of deze kracht de winding doet draaien of dat het externe veld de magneet van de winding doet draaien, is op twee manieren naar hetzelfde kijken.
Merk op dat in (d) de stroomrichting is veranderd en daarmee ook de orientatie van N en Z pool. Zodat de aantrekking/afstoting weer aanwezig is en het draadraam doordraait.

>Ik zie de rechterkant als een "rechte" draad, mijn duim gaat omhoog en mijn vingers krullen tegen de klok in (B loopt tegen de klok in)
Ik zie de linkerkant als een "rechte" draad, mijn duim gaat omlaag en mijn vingers krullen met de klok mee (tegen de klok mee)

Dit snap ik niet. Er is maar 1 winding en de stroom loopt er tegen de klok richting doorheen. Dat doet het in elk deel van de winding: rechts, links, boven en onder. Er is dus maar 1 noordpoolrichting zoals ik hopelijk bij de eerdere tekening aangeef.

Met de rechterhand de lorentzkracht vinden gaat op dezelfde manier. Richting van B blijft ongewijzigd, de richting van de stroom draait om als je linker- en rechterkant vergelijkt. Daarmee dan ook de richting van de lorentzkracht. Dus links trekt die omhoog, rechts naar beneden: samen een koppel dat de winding met de klok mee laat draaien. Tot de winding vertikaal staat en de linkerkant bovenkant is geworden met kracht omhoog en de rechterkant onderkant  met kracht naar beneden. De krachten werken elkaar tegen en de winding draait niet meer. Daarom is op dat punt de stroom uitgezet, de winding draait een beetje door, de stroom wordt omgekeerd aangezet en daardoor blijft de lorentzkracht gelijk gericht en draait de winding verder.

Aha, de stroom richting wordt in algemene zin bekeken en niet per zijde (dus DC en AB apart)

En dus ook naar de kant waar de spoel weergeven is (naar boven of naar onder gericht)

Danku zeer nogmaals

Je tekening snap ik niet: de stroomrichting is dezelfde in beide, de noordpool staat dus ook beide gevallen naar voren (uit het scherm). Bij een magneetveld (langs de blocknote lijnen) staat de lorentzkracht aan de linkerzijde van het draadraam andersom dan aan de rechterzijde.
De stroom loopt altijd van + naar -  zoals je pijltjes aangeven. De "I --> " in het rechterplaatje is dus fout: daar suggereer je dat de stroom richting + van de batterij loopt terwijl de pijltjes in de winding anders stellen.

Als je een stroomkring neemt om een noordpool te vinden, dan neem je de hele winding.
Als je een lorentzkracht wil vinden, dan kijk je per stroomrichting hoe het magneetveld staat en hoe dan de lorentzkracht staat. Die is in een winding tegengesteld aan tegenoverliggende zijden omdat daar de stroom in tegengestelde richting loopt.

(voor de wiskunde-D'ers onder ons:

en daarbij geldt   en hier is de stroom door de draad ( - de stroom heeft geen richting, de draad wel) omgekeerd en dus de lorentzkracht omgekeerd)

Het vinden van de noordpool blijft lastig, leg ik mijn handpalm plat op het papier of op de spoel?

Als ik mijn hand plat op het papier leg, wijst de noordpool naar onder toe..

Wanneer ik mij hand op het papier leg dan wijst mijn duim uit het papier (de staafmagneet staat dan verticaal)

Dag Marloes,
Laten we verschillende situaties onderscheiden:
a. de richting van het magnetisch veld dat door een stroomspoel wordt opgewekt
b. de richting van de lorentzkracht als op een stroomdraad in een magnetisch veld

Je reactie van 15 november 2023 om 00.16 uur gaat over situatie a: bepaal de richting van het magnetisch veld dat wordt opgewekt door een stroomspoel die plat op tafel ligt.
Hiervoor gebruiken Theo en ik de volgende regel.
Maak de vingers van je rechter hand krom, alsof ze een ton vormen.
Houd je duim gestrekt, alsof je duim de lengte-as van de ton is.
Laat je vingers wijzen in de richting waarin de stroom in de hele spoel rondloopt.
Dat is in je figuur van 15 november 2023 om 00.16 uur: evenwijdig aan het papier, tegen de wijzer van de klok in.
Je duim wijst nu loodrecht op het papier, omhoog. Dit is de richting van de magnetische veldlijnen in de spoel. Aan jouw kant van het papier (boven het papier) is dus de noordpool van de spoel. En achter het papier (onder het papier) is de zuidpool van de spoel.
Zo duidelijk?
Groet, Jaap

Zo dus

Dank u zeer meneer Jaap en nogmaals meneer Theo! 

Goedenavond, ik zit nog met 2 vragen over de spoel alleen voor de stand 10.79b over de zijden AD en BC.

De lorentzkrachten zijn beiderzijds even groot, omdat op zijde AD de lorentzkracht naar onder wijst en op zijde BC naar boven wijst.

Op zijde DC en AB gebeurt ook hetzelfde principe..

Waarom is de lorentkracht op zijde AD en zijde BC groter dan nul newton? Ik dacht aan nul newton aangezien ze even groot zijn.

Verder wordt er verteld dat de lorentzkrachten van zijde AD en zijde BC geen invloed hebben op de beweging van de spoel. Hoe kan dit? Door de lorentkrachten op die zijden is er sprake van een draaiing.

Dag Marloes,
Mag het ook figuur 10.59b zijn?


Je schijft: 'De lorentzkrachten zijn beiderzijds even groot, omdat op zijde AD de lorentzkracht naar onder wijst en op zijde BC naar boven wijst.'

Nee, volgens je favoriete richtingregel is de lorentzkracht op AD horizontaal gericht, evenwijdig aan BA, naar je toe. Deze kracht is groter dan nul.
De lorentzkracht op CB is horizontaal gericht, evenwijdig aan AB, van je af. Deze kracht is groter dan nul en tegengesteld gericht aan de lorentzkracht op AD.)
(De totale lorentzkracht op AD en CB samen is nul als je de onderbreking tussen A en D 'wegdenkt'. Als je die onderbreking moet meerekenen, is de totale lorentzkracht op AD en BC samen niet nul, maar dat lijkt me niet zo belangrijk.)

De lorentzkrachten op AD en CB hebben geen invloed op de draaiing, omdat ze gericht zijn evenwijdig aan (langs) de draai-as. Deze lorentzkrachten 'trachten het draadraam te vervormen' door AD en CB naar buiten te buigen (maar dat lukt in de praktijk niet).
Groet, Jaap

Dag Marloes,
Toevoeging…
De lorentzkracht op CB is ongelijk nul (groter dan nul) omdat
• er een stroom loopt van C naar B
• er een magnetische veld is ter plaatse van CB
• de hoek α tussen het magnetisch veld en CB niet 0º of 180º is (de hoek is schuin)
Volgens F_L=B·I·L·sin(α) is er dan een lorentzkracht ongelijk nul.
Evenzo is de lorentzkracht op DA ongelijk nul. Doordat in de formule B, I, L en α even groot zijn voor de lorentzkracht op CB en DA, zijn de lorentzkrachten op CB en DA even groot (afgezien van het 'ontbrekende stuk' tussen A en D).

Over de zijden AD en BC schrijf je: 'Door de lorentkrachten op die zijden is er sprake van een draaiing.'
De draaiing is het gevolg van de lorentzkrachten op DC en BA, want die lorentzkrachten werken loodrecht op de draai-as.
De draaiing is niet het gevolg van de lorentzkrachten op AD en CB, want die lorentzkrachten werken evenwijdig aan de draai-as.
Groet, Jaap

Dank u zeer nogmaals.