LES 1: inductie en inductantie
De meeste elektrische generatoren zoals windmolens zijn toestellen waarbij
elektrische energie gegenereerd wordt, die maken allemaal gebruik van het
fenomeen van elektromagnetische inductantie.
Dynamo op fiets voor licht = gebruik maken van inductie.
° magnetische Inductie
- Vroeger: stroom in lus in
“ elektrische motor
Als je een stroomvoerende geleider brengt in een ruimte waar een magneetveld
heerst, ondervindt die een kracht. Als dat een lus is, zal op elk van die lussen
krachten worden uitgevoerd. Dat is een draaimoment.
= basis van elke elektrische motor
We laten door die wikkeling een elektrische stroom vloeien, zoals een
batterij erop aansluiten zodat er stroom vloeit en je dus bewegende lading
hebt. Bewegende lading geplaatst in magnetisch veld ondervindt een
kracht = kracht die die wikkeling ondervindt. Zo vertalen die krachten zich
in een draaimoment, en een dus een ronddraaiende wikkeling die
mechanische arbeid kan leveren als je op die motor-as een pomp ofzo
aansluit kan je arbeid verrichten.
- Nu:
“ elektrische generator”
Als je een gelijkaardige lus neemt en je plaatst ze in een ruimte waar een
magneetveld is, wij bewegen die lus. Vaak ronddraaiende beweging door
bv wind. Die wieken sluiten we aan op die wikkeling en zo gaat die dan
ronddraaien.
Elektromotorische kracht wordt opgewekt in die lus, als je die lus sluit
vloeit er een stroom tgv die elektromagnetische kracht. Die zal dus
ladingen in beweging zetten.
DUS: mechanische energie (kracht wind op wieken) => beweging => via
elektrische generator (= wikkeling van geleidend materiaal die
rondbeweegt) => elektromotorische kracht in wikkeling, als die wikkeling
gesloten is kan die emk ladingen in beweging brengen en is er stroom.
Magnetische inductie laat ons dus toe mechanische energie om te zetten
in elektrische energie!
OPM: stroom is in ampère
,° Wet van Faraday (experimenteel)
= eerste die experimenteel inductie heeft vastgesteld
(Elektro)magneet naar/weg van spoel wekt“geïnduceerde stroom” op
(zie demo: www.youtube.com/watch?v=vwIdZjjd8fo)
Staafmagneet (=magnetische dipool; bron magnetisch veld) en een
wikkeling (= geleidend materiaal) van een aantal lussen. Het effect is
groter naargelang je meer lussen in je wikkeling stopt.
Aan de 2 uiteinden een meettoestel hoe je meet hoeveel stroom er vloeit
en in welke zin.
Als je die staafmagneet weg houdt van die wikkeling is er geen stroom
Als je die staafmagneet van die wikkeling weg of naar die wikkeling toe
beweegt, dus als er een relatieve beweging is tussen de magneet en de
wikkeling, dan zie je dat er stroom (+ of -) vloeit.
1) relatieve beweging (=verandering) noodzakelijk, als er niks verandert zal
er geen stroom vloeien.
2) stroomsterkte stijgt met bewegingssnelheid; als je die staafmagneet
sneller beweegt, zal de stroom die opgewekt is groter zijn.
3) teken stroom is afhankelijk van bewegingsrichting en oriëntatie magneet.
Batterij naar de wikkeling is de ene zin, weg van de wikkeling is de andere
zin van stroom.
Arbeid per eenheid lading verricht voor het genereren van deze stroom is
“geïnduceerde emk”
DUS: als je zorgt voor een verandering in de tijd van een magneetveld (=heen en
weer bewegen magneet) is dat voldoende om in een geleider een
elektromotorische kracht op te wekken. Elektrische stroom is elektrische lading
die beweegt doorheen die geleider, beweging van lading vereist een
elektromotorische kracht die zorgt voor het in beweging zetten van lading.
Er is dus aangetoond dat als je met die magneet heen en weer beweegt, je
in die wikkeling een emk opwekt. Dat is in die hele wikkeling, waar die
opgewekt wordt weet je niet.
,° wet van Faraday
• Faraday: “Een emk wordt veroorzaakt door een verandering in het aantal
veldlijnen door de lus”
Verandering in aantal veldlijnen door een lus = magnetische flux (= aantal
veldlijnen)
Magnetische flux want het gaat hier over een magnetisch veld.
• Kwantitatief:
- Magnetische flux:
Magnetisch veld B, een willekeurig oppervlak A dat we verdelen in kleine
oppervlakten. Elk van die vlakjes is dan recht en heeft een zekere normaal.
Dat is die vector dA. Dus dA is die infinitimaal kleine oppervlakte, maar die
vector dA is de normaal (loodrecht) op dat oppervlakte.
B wordt eigenlijk gezien als het aantal veldlijnen per vierkante centimeter.
Eenheid: 1 W(eber) = 1 Tm²
We zijn geïnteresseerd in de verandering van de flux, dat is dan de emk die
opgewekt wordt. (epsilon = emk)
Dus als die magnetische flux verandert in de tijd wordt er emk opgewekt.
Hoe flux veranderen? :
1ste manier: je ziet een gesloten
geleider, een magneetveld in het
blad. Zolang dat magneetveld niet
verandert zal de flux van dat
magneetveld geassocieerd met
oppervlak waarvan geleider de
randkromme is ook niet veranderen.
(B en A blijven hetzelfde, dus emk =
0) Hier worden de veldlijnen verder uit
elkaar getrokken; grootte magnetisch
veld neemt af. Er gaan minder
veldlijnen door dat oppervlakte, dat
zorgt voor een emk. Er is wel een veldlijn nu.
2de manier: we kunnen ook het oppervlak laten veranderen, en dan zal als
het magneetveld gelijk blijft, ook een fluxverandering ontstaan. En dus een
emk en dus een beweging van lading (= stroom)
, 3de manier: die lus blijft hetzelfde, het enige dat we veranderen is de
oriëntatie van die wikkeling in dat magneetveld => wikkeling vastmaken
aan een draai-as. Het aantal veldlijnen door het oppervlakte verandert. Dat
is de definitie van de flux, en die verandert dan dus in de tijd.
° wet van Lenz
Gaat over de zin waarin de stroom begint de vloeien
• Lenz: “De geïnduceerde stroom is zodanig dat Bi de initiële fluxverandering
tegenwerkt (gesloten lus)
Linksboven: linkse deel van de lus uit het blad, rechtse gedeelte achter het blad.
Er is ook een staafmagneet (= dipool), dus magneetvelden gaan van N Z.
(enkel begin veldlijnen is getekend)
We zijn enkel geïnteresseerd door de veldlijnen die door die lus gaan!
Als we die afstand constant houden van die magneet is de flux een constante, en
dan is de emk=0. Als we die bewegen naar die wikkeling toe, verandert er iets.
Het aantal veldlijnen door die lus zal toenemen. Er wordt dus een emk opgewekt
en er vloeit stroom.
Die vloeit in die richting van dat pijltje.
Lenz; die (geïnduceerde) stroom is zodanig dat het magneetveld
veroorzaakt door die stroom de oorspronkelijke fluxverandering zal
tegenwerken. (rechterhandregel!)
De flux zal stijgen, dat is de initiële fluxverandering, die moet volgens wet
van Lenz tegengewerkt worden. Dat kan enkel door een secundair/ 2 de
magneetveld op te wekken = het magneetveld opgewekt door die
elektrische stroom (als er stroom vloeit wordt er altijd een magneetveld
opgewekt). Er komt dus zodra er stroom vloeit een 2 de magneetveld =
geïnduceerd magneetveld. (rechtsboven)
Stijging flux tegenwerken door magneetveld in tegengestelde zin.
OPM: stroomvoerende lus wekt ook een dipoolveld op.
Er wordt een 2de flux gegenereerd, die in tegengestelde verandering werkt.
De meeste elektrische generatoren zoals windmolens zijn toestellen waarbij
elektrische energie gegenereerd wordt, die maken allemaal gebruik van het
fenomeen van elektromagnetische inductantie.
Dynamo op fiets voor licht = gebruik maken van inductie.
° magnetische Inductie
- Vroeger: stroom in lus in
“ elektrische motor
Als je een stroomvoerende geleider brengt in een ruimte waar een magneetveld
heerst, ondervindt die een kracht. Als dat een lus is, zal op elk van die lussen
krachten worden uitgevoerd. Dat is een draaimoment.
= basis van elke elektrische motor
We laten door die wikkeling een elektrische stroom vloeien, zoals een
batterij erop aansluiten zodat er stroom vloeit en je dus bewegende lading
hebt. Bewegende lading geplaatst in magnetisch veld ondervindt een
kracht = kracht die die wikkeling ondervindt. Zo vertalen die krachten zich
in een draaimoment, en een dus een ronddraaiende wikkeling die
mechanische arbeid kan leveren als je op die motor-as een pomp ofzo
aansluit kan je arbeid verrichten.
- Nu:
“ elektrische generator”
Als je een gelijkaardige lus neemt en je plaatst ze in een ruimte waar een
magneetveld is, wij bewegen die lus. Vaak ronddraaiende beweging door
bv wind. Die wieken sluiten we aan op die wikkeling en zo gaat die dan
ronddraaien.
Elektromotorische kracht wordt opgewekt in die lus, als je die lus sluit
vloeit er een stroom tgv die elektromagnetische kracht. Die zal dus
ladingen in beweging zetten.
DUS: mechanische energie (kracht wind op wieken) => beweging => via
elektrische generator (= wikkeling van geleidend materiaal die
rondbeweegt) => elektromotorische kracht in wikkeling, als die wikkeling
gesloten is kan die emk ladingen in beweging brengen en is er stroom.
Magnetische inductie laat ons dus toe mechanische energie om te zetten
in elektrische energie!
OPM: stroom is in ampère
,° Wet van Faraday (experimenteel)
= eerste die experimenteel inductie heeft vastgesteld
(Elektro)magneet naar/weg van spoel wekt“geïnduceerde stroom” op
(zie demo: www.youtube.com/watch?v=vwIdZjjd8fo)
Staafmagneet (=magnetische dipool; bron magnetisch veld) en een
wikkeling (= geleidend materiaal) van een aantal lussen. Het effect is
groter naargelang je meer lussen in je wikkeling stopt.
Aan de 2 uiteinden een meettoestel hoe je meet hoeveel stroom er vloeit
en in welke zin.
Als je die staafmagneet weg houdt van die wikkeling is er geen stroom
Als je die staafmagneet van die wikkeling weg of naar die wikkeling toe
beweegt, dus als er een relatieve beweging is tussen de magneet en de
wikkeling, dan zie je dat er stroom (+ of -) vloeit.
1) relatieve beweging (=verandering) noodzakelijk, als er niks verandert zal
er geen stroom vloeien.
2) stroomsterkte stijgt met bewegingssnelheid; als je die staafmagneet
sneller beweegt, zal de stroom die opgewekt is groter zijn.
3) teken stroom is afhankelijk van bewegingsrichting en oriëntatie magneet.
Batterij naar de wikkeling is de ene zin, weg van de wikkeling is de andere
zin van stroom.
Arbeid per eenheid lading verricht voor het genereren van deze stroom is
“geïnduceerde emk”
DUS: als je zorgt voor een verandering in de tijd van een magneetveld (=heen en
weer bewegen magneet) is dat voldoende om in een geleider een
elektromotorische kracht op te wekken. Elektrische stroom is elektrische lading
die beweegt doorheen die geleider, beweging van lading vereist een
elektromotorische kracht die zorgt voor het in beweging zetten van lading.
Er is dus aangetoond dat als je met die magneet heen en weer beweegt, je
in die wikkeling een emk opwekt. Dat is in die hele wikkeling, waar die
opgewekt wordt weet je niet.
,° wet van Faraday
• Faraday: “Een emk wordt veroorzaakt door een verandering in het aantal
veldlijnen door de lus”
Verandering in aantal veldlijnen door een lus = magnetische flux (= aantal
veldlijnen)
Magnetische flux want het gaat hier over een magnetisch veld.
• Kwantitatief:
- Magnetische flux:
Magnetisch veld B, een willekeurig oppervlak A dat we verdelen in kleine
oppervlakten. Elk van die vlakjes is dan recht en heeft een zekere normaal.
Dat is die vector dA. Dus dA is die infinitimaal kleine oppervlakte, maar die
vector dA is de normaal (loodrecht) op dat oppervlakte.
B wordt eigenlijk gezien als het aantal veldlijnen per vierkante centimeter.
Eenheid: 1 W(eber) = 1 Tm²
We zijn geïnteresseerd in de verandering van de flux, dat is dan de emk die
opgewekt wordt. (epsilon = emk)
Dus als die magnetische flux verandert in de tijd wordt er emk opgewekt.
Hoe flux veranderen? :
1ste manier: je ziet een gesloten
geleider, een magneetveld in het
blad. Zolang dat magneetveld niet
verandert zal de flux van dat
magneetveld geassocieerd met
oppervlak waarvan geleider de
randkromme is ook niet veranderen.
(B en A blijven hetzelfde, dus emk =
0) Hier worden de veldlijnen verder uit
elkaar getrokken; grootte magnetisch
veld neemt af. Er gaan minder
veldlijnen door dat oppervlakte, dat
zorgt voor een emk. Er is wel een veldlijn nu.
2de manier: we kunnen ook het oppervlak laten veranderen, en dan zal als
het magneetveld gelijk blijft, ook een fluxverandering ontstaan. En dus een
emk en dus een beweging van lading (= stroom)
, 3de manier: die lus blijft hetzelfde, het enige dat we veranderen is de
oriëntatie van die wikkeling in dat magneetveld => wikkeling vastmaken
aan een draai-as. Het aantal veldlijnen door het oppervlakte verandert. Dat
is de definitie van de flux, en die verandert dan dus in de tijd.
° wet van Lenz
Gaat over de zin waarin de stroom begint de vloeien
• Lenz: “De geïnduceerde stroom is zodanig dat Bi de initiële fluxverandering
tegenwerkt (gesloten lus)
Linksboven: linkse deel van de lus uit het blad, rechtse gedeelte achter het blad.
Er is ook een staafmagneet (= dipool), dus magneetvelden gaan van N Z.
(enkel begin veldlijnen is getekend)
We zijn enkel geïnteresseerd door de veldlijnen die door die lus gaan!
Als we die afstand constant houden van die magneet is de flux een constante, en
dan is de emk=0. Als we die bewegen naar die wikkeling toe, verandert er iets.
Het aantal veldlijnen door die lus zal toenemen. Er wordt dus een emk opgewekt
en er vloeit stroom.
Die vloeit in die richting van dat pijltje.
Lenz; die (geïnduceerde) stroom is zodanig dat het magneetveld
veroorzaakt door die stroom de oorspronkelijke fluxverandering zal
tegenwerken. (rechterhandregel!)
De flux zal stijgen, dat is de initiële fluxverandering, die moet volgens wet
van Lenz tegengewerkt worden. Dat kan enkel door een secundair/ 2 de
magneetveld op te wekken = het magneetveld opgewekt door die
elektrische stroom (als er stroom vloeit wordt er altijd een magneetveld
opgewekt). Er komt dus zodra er stroom vloeit een 2 de magneetveld =
geïnduceerd magneetveld. (rechtsboven)
Stijging flux tegenwerken door magneetveld in tegengestelde zin.
OPM: stroomvoerende lus wekt ook een dipoolveld op.
Er wordt een 2de flux gegenereerd, die in tegengestelde verandering werkt.
