Een stroombalans (figuur 4.8) bestaat uit een koperen beugel met lengte . Twee scheermesjes dienen als steunpunten en tegelijk als stroomcontacten. Als we een gewichtje aan de linkerkant van de beugel hangen, zal deze uit balans raken. Door de schakelaar S te sluiten en de stroomsterkte juist in te stellen, kan de lorentzkracht op de rechterkant het evenwicht herstellen.
a) Beredeneer aan welke kant de noordpool van de elektromagneet moet liggen.
Als we een gewichtje met een bekende massa aan de balans hangen, kunnen we de magnetische veldsterkte van de elektromagneet bepalen. Stel dat we een gewichtje van 50,0 g met een stroom van 3 A kunnen balanceren.
b) Bereken de magnetische veldsterkte van de elektromagneet.
c) Leg uit waarom het van belang is dat de scheermesjes precies in het midden van de beugel zitten.
Antwoord vraag (a)
In de tekening is de stroomrichting in de schakelaar linksom. De lorentzkracht is naar beneden getekend. Het magneetveld is dus naar rechts gericht. De noordpool ligt aan de andere kant van de elektromagneet.
Antwoord vraag (b)
Een gewichtje van 50,0 g geeft een zwaartekracht van . Om de beugel horizontaal te laten hangen moet de Lorentzkracht dus ook zo groot zijn. Invullen in geeft , dus .
Antwoord vraag (c)
De beugel moet precies uitgebalanceerd zijn. Alleen de Lorentzkracht en zwaartekracht kunnen voor een krachtmoment linksom dan wel rechtsom zorgen. Als de mesjes niet precies in het midden zitten, zal de Lorentzkracht niet hetzelfde zijn als de zwaartekracht en geeft dit bij een meting verkeerde resultaten voor de meting van het magneetveld.
Deze opgave komt uit de vwo-module 'Elektrische en magnetische velden' van het project NiNa, die de auteurs voor de pilot van het NiNa-examenprogramma hebben ontwikkeld. Via het menu hieronder kom je in de e-versie van die module op natuurkunde.nl.
| Opgaven vorige hoofdstuk | Terug naar: 4.1 Lorentzkracht op een stroomvoerende draad | Overzicht opgaven De lorentzkracht | Volgende opgave |
