Practicum: Magnetisch veld en Lorentzkracht – Klas 4 VWO

In dit practicum voor 4 vwo onderzoek je de Lorentzkracht op een stroomvoerende geleider in een magnetisch veld: F = B × I × l. Je bepaalt de richting met de linkerhandregel, meet de kracht quantitatief via een precisiebalans en berekent de magnetische flux.

Leerdoel

Na dit practicum kun je de Lorentzkracht berekenen met F = B × I × l × sin(α), de richting bepalen met de linkerhandregel, magnetische flux berekenen met Φ = B × A × cos(θ) en verklaren hoe een galvanometer werkt op basis van de Lorentzkracht.

Cursusniveau en vakgebied

Niveau: VWO klas 4 | Vak: Natuurkunde | Domein: D2 Elektrische en magnetische velden | Lorentzkracht, magnetisch veld, veldlijnen, flux

Benodigdheden

• Hoefijzermagneet of twee neodymiummagneten (bekende B, bijv. 0,10 T – verifieer met Gaussmeter)
• Stroomgeleider (aluminium of koperstang, l = 0,15 m, ø 3 mm) op statief
• Regelbare gelijkspanningsbron (0–6 V)
• Amperemeter (0–5 A)
• Precisiebalans met taartblik-opstelling (om kracht te meten via gewichtsverandering)
• Gaussmeter of Hallsonde (optioneel, voor B-meting)
• IJzervijlsel en wit papier (voor visualisatie veldlijnen)

Achtergrondinformatie

De Lorentzkracht op een stroomvoerende geleider: F = B × I × l × sin(α), waarbij α de hoek is tussen de stroom en het magneetveld. Bij α = 90° (loodrecht) geldt: F = B × I × l. De richting volgt uit de linkerhandregel (voor elektronen als ladingsdragers): vier vingers in stroomrichting, buigen in B-richting; duim geeft de krachtsrichting. Magnetische flux: Φ = B × A × cos(θ) (in Weber = Vs).

Werkwijze

Deel A – Veldlijnen visualiseren

1. Leg een hoefijzermagneet op papier. Strooi fijn ijzervijlsel rondom en klop zachtjes op de tafel. Teken het veldlijnpatroon over.

Deel B – Lorentzkracht meten

1. Leg de magneet op de precisiebalans. Lees de massa af (m₀). Hang de stroomstang horizontaal in het magneetveld (α = 90°).
2. Schakel de stroom in (I = 1,0; 2,0; 3,0; 4,0; 5,0 A). Lees elke keer de balans af (m). De kracht F = (m − m₀) × g (actio = reactio).
3. Teken F-I-grafiek. Richtingscoëfficiënt = B × l → bepaal B.

Deel C – Richting verificatie

1. Keer de stroom om: is de balanswaarde groter of kleiner dan m₀?
2. Draai de magneet 180° en herhaal. Verifiëer met de linkerhandregel.

Meettabel Deel B (l = 0,15 m, B ≈ 0,10 T)

Verwerkingsvragen

1. Bereken F als B = 0,12 T, I = 3,5 A en l = 0,20 m (α = 90°).
2. Bereken de magnetische flux door een oppervlak van 0,050 m² in een veld B = 0,080 T bij θ = 30°.
3. Verklaar waarom een galvanometer gebaseerd is op de Lorentzkracht.

Uitwerking

Verwachte meetwaarden (B = 0,10 T, l = 0,15 m)

V1: F = B × I × l × sin(90°) = 0,12 × 3,5 × 0,20 × 1 = 0,084 N = 84 mN.

V2: Φ = B × A × cos(θ) = 0,080 × 0,050 × cos(30°) = 0,080 × 0,050 × 0,866 = 3,46 × 10⁻³ Wb = 3,5 mWb.

V3: In een galvanometer is een stroomspoel opgehangen in een magneetveld. Bij stroomdoorgang ondervindt de spoel een Lorentzkracht (koppel) en draait hij proportioneel met I. Een wijs geeft de doorslag aan op een schaalverdeling.

Benodigde laboratoriumapparatuur van Labvakhandel

Labvakhandel levert hoefijzermagneten, neodymiummagneten, Gaussmeters en precisiebalansen voor magnetisme-experimenten in het vwo.

Bekijk het assortiment natuurkunde materiaal of neem contact op voor advies.

Meer practicumopdrachten

Ontdek alle practica in de Labvakhandel kennisbank — voor biologie, scheikunde en natuurkunde.