Voorbeeldvragen en formules voor de wet van Ampère betreffende de geïnduceerde elektromotorische kracht (EMK) in transformatoren.
De wet van Ampère
1. Volgens H.C. Oersted wekt een elektrische stroom een magnetisch veld op. Als we deze theorie verder ontwikkelen, wekt een spoel die elektrische stroom voert ook een magnetisch veld op. Een spoel die, wanneer er elektrische stroom doorheen loopt, een magnetisch veld produceert dat vergelijkbaar is met dat van een staafmagneet, is...
A. toroïde
B. solenoïde
C. opgerolde draad
D. rechthoekige spoel
Discussie
Een staafmagneet heeft twee polen: een noordpool en een zuidpool. Het magnetische veld dat door een staafmagneet wordt opgewekt, wordt weergegeven door magnetische veldlijnen, die vanuit de noordpool vertrekken en de zuidpool binnenkomen.
Het magnetische veld dat door een staafmagneet wordt opgewekt, is vergelijkbaar met het magnetische veld dat door een solenoïde wordt opgewekt, zoals te zien is op de afbeelding hiernaast.
Een solenoïde is een lange draadspoel met veel windingen. De afbeelding hieronder toont een voorbeeld van het maken van een magneet door een draadspoel met een elektrische stroom eromheen te wikkelen. De richting van de magnetische polen kan worden bepaald met behulp van de rechterhandregel.
Strek uw rechterhand uit en plaats deze zo dat de handpalm naar uw gezicht wijst. Strek uw duim en buig de andere vier vingers naar voren, richting uw gezicht. De richting van de buiging van de vier vingers komt overeen met de richting van de stroom in de spoel, terwijl de duim naar de noordpool van het magnetische veld wijst. De duim wijst naar de N-as, dus N staat voor de noordpool van de magneet en M voor de zuidpool van de magneet.
Het juiste antwoord is B.
Toroid
2. Het magnetische veld dat wordt opgewekt door een toroïde waar een elektrische stroom doorheen loopt, heeft een richting….
A. loodrecht op het vlak van de toroïde
B. cirkelvormig
C. heen en weer
D. hangt af van de tijd
Discussie
Een toroïde is een cirkelvormige solenoïde, dus volgens de rechterhandregel heeft het magnetische veld dat door de toroïde wordt opgewekt een cirkelvormige richting.
Het juiste antwoord is B.
Geïnduceerde EMF
3. Als een magneet in een spoel wordt bewogen, ontstaat er een geïnduceerde elektromotorische kracht tussen de uiteinden van de spoel. Dit verschijnsel wordt veroorzaakt door...
A. Er treedt een verandering op in de richting van het magnetische veld dat de spoel doorsnijdt.
B. Er vindt een verandering plaats in de magnetische polen die de spoel doorsnijden.
C. Er treedt een verandering op in het aantal magnetische veldlijnen dat de spoel doorsnijdt.
D. Er is een vermindering van het aantal magnetische veldlijnen dat de spoel doorsnijdt.
Discussie
Een geïnduceerde elektromotorische kracht (EMK) wordt opgewekt door een veranderend magnetisch veld. De grootte van de geïnduceerde EMK hangt niet af van de snelheid waarmee het magnetische veld verandert, maar van de snelheid waarmee de magnetische flux verandert. Magnetische flux is het aantal magnetische veldlijnen dat door een spoel loopt. De wiskundige formule voor magnetische flux is ΦB = BA cos θ. Als de magnetische veldlijnen loodrecht op het oppervlak van de spoel staan, dan is de hoek tussen de magnetische veldlijnen en de normaal 0o, waarbij de cosinus 0 iso = 1. Als de magnetische veldlijnen evenwijdig zijn aan het oppervlak van de spoel, dan is de gevormde hoek 90°.o, waarbij de cosinus 90 iso = 0. De magnetische flux heeft dus een minimumwaarde wanneer de magnetische veldlijnen parallel lopen aan het oppervlak van de spoel en een maximumwaarde wanneer de magnetische veldlijnen loodrecht op het oppervlak van de spoel staan.
De grootte van de geïnduceerde elektromotorische kracht wordt berekend met behulp van de formule van de wet van Faraday voor inductie:
Het minteken geeft aan dat de opgewekte elektromotorische kracht een elektrische stroom genereert in de tegenovergestelde richting van de oorsprong van de fluxverandering. Deze bewering wordt de wet van Lenz genoemd.
Het juiste antwoord is C.
4. De geïnduceerde elektromotorische kracht (EMK) in een spoel neemt lineair toe met de tijd. Als het oppervlak van de spoel constant blijft en het magnetische veld loodrecht op het oppervlak van de spoel staat, dan is de mogelijke grafiek van het magnetische veld onder deze omstandigheden….
Discussie
De grootte van de geïnduceerde elektromotorische kracht wordt berekend met behulp van de formule van de wet van Faraday voor inductie:
Als het elektrische veld loodrecht op het oppervlak van de spoel staat, dan geldt:
Informatie :
Als het magnetische veld loodrecht op het oppervlak van de spoel staat, is de formule voor de magnetische flux:
B = magnetisch veld, A = oppervlakte van de spoel.
Het oppervlak van de spoel heeft een vaste waarde en het magnetische veld staat loodrecht op het oppervlak van de spoel, waardoor het ook een vaste waarde heeft.
Op basis van de bovenstaande formule kan dus worden geconcludeerd dat de waarde van de geïnduceerde elektromotorische kracht (EMK) wordt beïnvloed door de snelheid waarmee de flux verandert; als de snelheid waarmee de flux verandert groter is, is de geïnduceerde EMK groter.
Het juiste antwoord is B.
transformator
5. Let goed op de volgende verklaring!
1. Het aantal primaire wikkelingen is kleiner dan het aantal secundaire wikkelingen.
2. De primaire spanning is groter dan de secundaire spanning.
3. De primaire stroom is groter dan de secundaire stroom.
4. Het primaire vermogen is kleiner dan het secundaire vermogen.
De bewering die overeenkomt met de kenmerken van een step-up transformator is...
A. beweringen 1 en 2
B. beweringen 1 en 3
C. beweringen 2 en 3
D. beweringen 2 en 4
Discussie
Een transformator is een apparaat dat de spanning van wisselstroom (AC) verandert. Er zijn twee soorten transformatoren: opwaartse transformatoren en neerwaartse transformatoren. Opwaartse transformatoren verhogen de spanning, terwijl neerwaartse transformatoren de spanning verlagen.
De opstaptransformator verhoogt de spanning, waardoor de volgende eigenschappen van de transformator gelden:
1. De primaire spanning is kleiner, de secundaire spanning is groter.
2. De primaire elektrische stroom is groter, de secundaire elektrische stroom is kleiner.
3. Het aantal primaire beurten is lager, het aantal secundaire beurten is hoger.
De eigenschappen van een step-down transformator zijn gericht op het verlagen van de spanning, met de volgende kenmerken:
1. De primaire spanning is groter, de secundaire spanning is kleiner.
2. Als de primaire elektrische stroom kleiner is, is de secundaire elektrische stroom groter.
2. Het aantal primaire beurten is groter, het aantal secundaire beurten is kleiner.
Elektrisch vermogen is de elektrische energie die gedurende een bepaalde tijdsperiode wordt verbruikt. Energie blijft behouden, en daarom blijft ook vermogen behouden. De elektrische energie in de primaire spoel is dus gelijk aan de elektrische energie in de secundaire spoel, en daarmee ook het elektrisch vermogen.
Formule voor elektrisch vermogen:
P = VI
Omschrijving: P = elektrisch vermogen, V = elektrische spanning, I = elektrische stroom
Constant vermogen. Op basis van deze formule wordt dus geconcludeerd dat als de elektrische spanning groot is, de elektrische stroom klein is, zodat het product van de elektrische spanning en de elektrische stroom een constante waarde heeft.
Het juiste antwoord is B.
