Calculator voor magnetische velden (draad, lus, solenoïde en toroïde)

Vul je waarden in. Het antwoord en de volledige uitgewerkte oplossing worden bijgewerkt terwijl je typt.

Resultaat

Magnetisch veld B5,027 mT
Magnetisch veld B50,27 G
Vergeleken met het veld van de aarde (ongeveer 50 µT)100,5 ×

Bereken de magnetische fluxdichtheid B die door een stroom wordt opgewekt: rond een lange rechte draad, in het midden van een cirkelvormige lus of spoel, in een lange solenoïde en in een toroïde, met eventueel een ijzeren kern. Een vijfde modus geeft de kracht op een stroomvoerende draad in een magnetisch veld. Resultaten zijn in tesla en gauss en worden vergeleken met het magnetisch veld van de aarde.

Stapsgewijze oplossing

Permeabiliteit van vacuüm

μ₀ = 4π × 10⁻⁷ T·m/A

In een lange solenoïde

n = N/L = 500/0,25 = 2000 windingen per meter
B = μ₀·μr·n·I = 4π × 10⁻⁷·1·2000·2 = 5,027 mT
Het veld binnenin is vrijwel homogeen en hangt niet van de straal af; bij de uiteinden daalt het tot ongeveer de helft.

Belangrijke formules

Lange rechte draad
B = μ0I/(2πr)
Midden van een platte spoel
B = μ0NI/(2R)
Lange solenoïde
B = μ0nI, n = N/L
Constante
μ0 = 4π × 10⁻⁷ T·m/A
Kracht op een draad
F = BIL·sin θ
Kracht op een lading
F = |q|vB·sin θ
Cirkelbeweging
r = mv/(|q|B), T = 2πm/(|q|B)
Evenwijdige draden
F/L = μ0I1I2/(2πd)
Flux
Φ = BA·cos θ
Wet van Faraday
ε = −N·ΔΦ/Δt
Bewegende staaf
ε = BLv
Generator
E0 = NBAω, Erms = E0/√2
Zelfinductie
ε = L·ΔI/Δt, L = μ0N²A/l, W = ½LI²
Wederzijdse inductie
ε2 = M·di1/dt, M = k√(L1L2)
Snelheidsselector en spectrometer
v = E/B, r = √(2mV/|q|)/B

Het magnetisch veld van een stroom berekenen

  1. Gebruik de permeabiliteit van vacuüm μ₀ = 4π × 10⁻⁷ T·m/A en reken alle lengtes om naar meters.
  2. Lange rechte draad: B = μ₀·I/(2π·r) op afstand r. De veldlijnen zijn cirkels om de draad (rechterhandgreepregel).
  3. Midden van een cirkelvormige lus met N windingen: B = μ₀·N·I/(2R).
  4. Lange solenoïde: B = μ₀·μr·n·I met n = N/L windingen per meter; het veld binnenin is vrijwel homogeen. Toroïde: B = μ₀·μr·N·I/(2π·r).
  5. Kracht op een rechte draad in een veld: F = B·I·L·sin θ, waarbij θ de hoek tussen de draad en het veld is.

Vragen en antwoorden

Wat is het verschil tussen tesla en gauss?

Beide meten magnetische fluxdichtheid. De tesla is de SI-eenheid en 1 T = 10 000 gauss. Het veld van de aarde is ongeveer 50 µT, oftewel 0,5 G; een koelkastmagneet is ongeveer 5 mT en een MRI-scanner 1,5 tot 3 T.

Waarom verhoogt een ijzeren kern het veld?

IJzer heeft een grote relatieve permeabiliteit μr, vaak enkele duizenden, dus het vermenigvuldigt het veld. Maar ijzer raakt verzadigd bij ongeveer 1,5 tot 2 T, dus daarboven overschat de eenvoudige formule het veld.

Hoe nauwkeurig is de solenoïdeformule?

Ze is exact voor een oneindig lange solenoïde. Voor een echte spoel is ze goed nabij het midden als de lengte veel groter is dan de straal; aan de uiteinden daalt het veld tot ongeveer de helft.

In welke richting werkt de kracht op een draad?

Loodrecht op zowel de draad als het veld, gegeven door de rechterhandregel (of de linkerhandregel van Fleming). Ze is het grootst als de draad loodrecht op het veld staat en nul als hij langs het veld loopt.

Oefen het zelf

Oefen Magnetische velden & inductie

Een calculator geeft het antwoord. Op het tentamen heb je de methode nodig: oefen die met nieuwe opgaven, hints en uitgewerkte oplossingen.

</> Insluiten

Gratis voor docenten en scholen: plak deze code in je cursuspagina, LMS of website. Studenten kunnen de rekenmachine en de uitgewerkte oplossing zonder account gebruiken.

Meer calculators