Lorenzkracht op een spoel
stelde deze vraag op 23 november 2023 om 12:14.Reacties
Mijn fout: bij "spoel" en Lorentzkracht dacht ik meteen aan "draaiende spoel" (gezien al die elektromotorvragen recentelijk). Maar je hebt gelijk: als er niets kan draaien, dan moet je voor elke positie van de spoel de Lorentzkracht uitrekenen als F = BIL sin α. Ik heb dat in bijgaande figuur nog eens gedaan. Een vierkante spoel gedacht met zijden L . Vectorieel opgeteld is de kracht nul want voor elke zijde wijst de kracht tegengesteld en is even groot.Voor een ronde spoel met diameter L geldt eenzelfde redenering waarbij elke winding dan lengte πL heeft en de sterkte per winding dan BI πL is. Ook vectorieel nul om eerder genoemde reden.
Voor een spoel met N windingen geldt zo'n kracht op elke winding, dus Ftotaal = N F1 winding. Afhankelijk van de stroomrichting zal die kracht de spoel trachten uit te dijen of in te krimpen omdat de kracht loodrecht op de spoelas staat.
Nee, de stroom is naar binnen of buiten gericht en zal aan uitrekken niets veranderen.
Als de spoel vertikaal hangt zal uitrekking door de zwaartekracht gebeuren.
Ligt de spoel horizontaal dan zullen alle windingen eenzelfde kracht uitoefenen en de veer dus nooit uiteenduwen - hooguit verplaatsen (als de kracht de veer voortduwt).
Een "gewone" horizontale spoel zal tegengestelde krachten op tegengestelde uiteinden ondervinden waardoor hij wil draaien (concept van een elektromotor - waaraan ik aanvankelijk dacht). Als dat niet kan dan gebeurt er niks.
Dag Nikki,
Je beschrijving van 16.10 uur doet denken aan de opstelling uit het centraal examen vwo 1990, tijdvak 2, opgave 1, 'Een spoel in een magnetisch veld':
https://nvon.nl/examen/examen-1990-2-vwo-natuurkunde
met de onderstaande figuur:
In de figuur is het externe magnetisch veld horizontaal gericht naar je toe, loodrecht op het vlak van de windingen en loodrecht op het vlak van tekening. (Extern magnetisch veld: opgewekt door een niet getekende permanente magneet bij voorbeeld, maar dat is niet het door de stroomspoel opgewekte magnetisch veld.)
In jouw geval is de vraagstelling anders dan in het examen.
Maar is jouw opstelling vergelijkbaar met die in de figuur?
Zo ja, dan werkt er een verticale lorentzkracht omlaag op de onderste zijde van de spoel. Hierdoor wordt de spiraalveer extra uitgerekt.
De lengte L van de onderste zijde is gegeven in jouw opgave.
De lorentzkracht op de onderste zijde van een enkele winding bereken je met de bekende formule, als de waarde van de magnetische inductie B bekend is. Maal het aantal windingen op alle onderste zijden samen.
De lorentzkracht op de verticale zijden van de spoel zijn horizontaal opzij gericht. Deze heffen elkaar op, aangezien de stroomrichting in de ene zijde omlaag en in de andere zijde omhoog is.
De bovenste zijde van de spoel is buiten het magnetisch veld. Hierop werkt geen lorentzkracht.
De spiraalveer wordt als gevolg van de zwaartekracht op de spoel al uitgerekt voordat er een elektrische stroom gaat lopen. Mogelijk is de gegeven 3 cm de extra uitrekking van de spiraalveer als gevolg van de totale lorentzkracht op alle onderste zijden van de windingen.
Hopelijk helpt dit. Zo niet, kun je hier een figuur van jouw opstelling plaatsen, en de letterlijke, volledige tekst van de situatiebeschrijving en de vraag?
Groet, Jaap
Je beschrijving van 16.10 uur doet denken aan de opstelling uit het centraal examen vwo 1990, tijdvak 2, opgave 1, 'Een spoel in een magnetisch veld':
https://nvon.nl/examen/examen-1990-2-vwo-natuurkunde
met de onderstaande figuur:
In de figuur is het externe magnetisch veld horizontaal gericht naar je toe, loodrecht op het vlak van de windingen en loodrecht op het vlak van tekening. (Extern magnetisch veld: opgewekt door een niet getekende permanente magneet bij voorbeeld, maar dat is niet het door de stroomspoel opgewekte magnetisch veld.)
In jouw geval is de vraagstelling anders dan in het examen.
Maar is jouw opstelling vergelijkbaar met die in de figuur?
Zo ja, dan werkt er een verticale lorentzkracht omlaag op de onderste zijde van de spoel. Hierdoor wordt de spiraalveer extra uitgerekt.
De lengte L van de onderste zijde is gegeven in jouw opgave.
De lorentzkracht op de onderste zijde van een enkele winding bereken je met de bekende formule, als de waarde van de magnetische inductie B bekend is. Maal het aantal windingen op alle onderste zijden samen.
De lorentzkracht op de verticale zijden van de spoel zijn horizontaal opzij gericht. Deze heffen elkaar op, aangezien de stroomrichting in de ene zijde omlaag en in de andere zijde omhoog is.
De bovenste zijde van de spoel is buiten het magnetisch veld. Hierop werkt geen lorentzkracht.
De spiraalveer wordt als gevolg van de zwaartekracht op de spoel al uitgerekt voordat er een elektrische stroom gaat lopen. Mogelijk is de gegeven 3 cm de extra uitrekking van de spiraalveer als gevolg van de totale lorentzkracht op alle onderste zijden van de windingen.
Hopelijk helpt dit. Zo niet, kun je hier een figuur van jouw opstelling plaatsen, en de letterlijke, volledige tekst van de situatiebeschrijving en de vraag?
Groet, Jaap
