Batterijtrein

[jkien]

Het vwo-examen natuurkunde 2024-1 bevatte een opgave over de "batterijtrein", een batterij met een cilindermagneet aan beide uiteinden, die elektromagnetisch door een koperen spiraalveer reist. (link: opgave en video)

Grijs: batterij, blauw: cilindermagneten, rood: stroomvoerende deel van de spiraal, blauwe pijlen: krachtvectoren in de punten 1 t/m 4.


Bij vraag 13 wordt gevraagd om de krachtvectoren in de punten 1 t/m 4 te tekenen. De vage suggestie van de opgave is dat de rode rechthoek van figuur A het stroomvoerende deel van de spiraal weergeeft, zodat de magneetpolen van die stroomspoel net binnen de batterij vallen, en dan kom je snel tot de gewenste krachtvectoren in de punten 1 t/m 4. Maar gezien het elektrische contactvlak van magneten en spiraal lijkt me dat de grotere rode rechthoek van figuur B het stroomvoerende deel van de spiraal beter weergeeft, zodat de polen van de stroomspoel middenin de schijfmagneetjes vallen. Dan kom je tot omgekeerde krachtvectoren in de punten 2 en 3, en de trein zou dan in de omgekeerde richting reizen.

Waarschijnlijk moet je het schimmige idee vermijden dat de polen van een stroomspoel zich op een aanwijsbare plaats bevinden, omdat de magnetische veldlijnen hier gesloten lussen zijn. Maar hoe zou je het beter uitleggen?

[Xilvo]

Volgens de tekeningen in de opgave divergeren de veldlijnen zodra je (in axiale richting) uit het midden van de stroomvoerende sectie komt. Dan ondervinden de magneetpolen aan de batterijkant altijd een wat grotere kracht dan de polen aan de buitenkant.

[jkien]

Ja, dan krijgt vraag 11 ook een functie binnen de opgave.

In de lesstof van magnetisme wordt geen aandacht besteed aan de grootte van de kracht die het B-veld uitoefent op een monopool (in tegenstelling tot de Coulombkracht in een elektrisch veld). Wel dat de richting van het B-veld overeenkomt met de richting van de ijzervijlselslierten. Niet dat ijzervijlsel dichtbij een magneetpool naar die pool toe reist.