Kracht op een geleider in een magneetveld.

Terug naar de start pagina over elektromagnetisme.

Volgende pagina:  Inductie van een elektrische spanning.

Vorige pagina: Van H naar B en de wet van Hopkinson.

Een stroomvoerende geleider in een magneetveld ondervindt een mechanische kracht. 

Fig. 1. 

Een stroomvoerende geleider in een magneetveld. We zien het veld van de magneet en het veld van de draad gescheiden getekend. Als je de velden optelt zie je boven de draad een grotere dichtheid dan onder de draad. Het gevolg is dat de geleider naar beneden geduwd wordt, zoals hieronder aangegeven.

Fig. 2.

Het samengestelde veld en de kracht op de geleider.

De richtingen van de kracht, de stroom en het magneetveld staan onderling loodrecht op elkaar. Het verband kan worden onthouden met de linkerhand regel:

Fig. 3.  De linkerhandregel.

De magnetische krachtlijnen komen van de noordpool van het magneetveld in de palm van je linkerhand. De stroom gaat in de richting van je wijsvinger, de kracht in de richting van de duim.

De grootte van de kracht is als volgt te berekenen:

F = B * I * l     in Newton.   (1)

Waarbij B de magnetische inductie is, I de stroomsterkte en l de lengte waarover de geleider in het magneetveld zit.

Audio voorbeeld

Een typische audio toepassing van deze situatie vinden we bij een gewone elektrodynamische luidspreker.

Fig. 4. Doorsnede van een elektrodynamische luidsspreker.
De spreekspoel zit in het magneetveld. De lengte van de geleider is hier de omtrek van de spreekspoel maal het aantal windingen. 

Vaak zijn de inductie van de magneet en de lengte van de draad niet afzonderlijk bekend, maar voor het rekenen aan luidsprekers hoeft dat ook niet. 

Het product B * l  is meestal wel bekend als de Thiele-Small (T/S) parameter Bl. Het wordt ook wel de krachtfactor genoemd, en de dimensie is die van Newton per Ampere. 

Stroomvoerende geleiders die evenwijdig aan elkaar lopen oefenen ook een kracht op elkaar uit als er geen uitwendig magneetveld is. De ene geleider produceert een magneetveld en de andere ondervindt een kracht. En dat wederzijds.

(2)

I₁ en I₂ zijn hier de stromen in de geleiders, L de lengte waarover ze evenwijdig lopen en a de onderlinge afstand. µ₀ is de absolute permeabiliteit = 4 * pi * 10^-7.

Een audio-rekenvoorbeeld: De krachten die de aders van een luidsprekerkabel op elkaar uitoefenen.

Stel: Je hebt een 8 Ohm luidspreker en je speelt met 16 Watt. Er loopt dan 2 ampere in elke geleider. De kabel is dat fraaie koperkleurige 2 x 2.5 mm² uit de bouwmarkt. De aderafstand is 4 mm.

We krijgen dan:  4 * pi * 10^-7 * 2 * 2 / (2 * 3.14 * 0.04) = 2 * 10-5  Newton of ongeveer 2 milligram per meter kabellengte.