Magneter med nordpolene mot hverandre i bølgekraftverk
Lov på eksamen
- Kalkulator
- CAS
- Graftegner og regneark
- Lærebok, formelsamling og egne notater
Ikke åpent internett, kommunikasjon med andre eller kunstig intelligens.
Kan den løses uten PC?
Alle deloppgavene kan løses uten PC.
Fra 2027 er det bare kalkulator og skriftlige hjelpemidler på del 2. Vurderingen er gjort med KI og kan inneholde feil.
Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.
To sylinderformede magneter ligger med nordpolene vendt mot hverandre.

Ta utgangspunkt i figuren til høyre ovenfor og tegn det samlede feltet fra de to magnetene i området mellom dem og rundt dem.
Figuren til høyre viser ei stang som er festet mellom de to magnetene. Stanga påvirker ikke magnetfeltet. En spole er festet til et stativ og plasseres ved siden av magnetene. Spoleplanet er vinkelrett på papirplanet. Magnetene slippes fra posisjonen vist i figuren til høyre.

Lag en hensiktsmessig figur og gjør rede for strømretningen i spolen like etter at den er sluppet fra posisjonen vist i figuren ovenfor.
Figuren til høyre viser prinsippet til et bølgekraftverk.

Beskriv hvordan bølgekraftverket henter energi fra bølgene.
Vurder om det vil hentes ut mer eller mindre energi dersom den øverste magneten blir montert med sørpolen nederst.
Fasit
Se figur: Feltlinjene går ut fra begge nordpolene, presses ut til sidene i området mellom magnetene og bøyer rundt til sørpolene. Midt mellom magnetene er .
Se figur: Fluksen mot høyre gjennom spolen avtar, så den induserte strømmen lager et felt mot høyre. Sett fra høyre, langs aksen mot magnetene, går strømmen mot klokka.
Bølgene beveger flytelegemet og magnetene opp og ned forbi spolene. Fluksen gjennom spolene endrer seg, og det induseres strøm. Den induserte strømmen bremser bevegelsen (Lenz’ lov), så bølgene gjør arbeid som blir til elektrisk energi.
Det hentes ut mindre energi. Med sørpolen nederst virker magnetene som én lang stavmagnet, og fluksen gjennom spolene endrer seg mindre per strekning magnetene flytter seg.
LøsningsforslagKI-generert
Utenfor en magnet går feltlinjene fra nordpolen til sørpolen. Her står de to nordpolene mot hverandre, så feltlinjene fra begge nordpolene går inn i området mellom magnetene. Feltlinjer kan ikke krysse hverandre, så linjene fra den øverste og den nederste magneten presses ut til sidene. De bøyer så rundt og går tilbake til sørpolen på den magneten de kom fra.

Kjennetegn ved feltet:
- Midt mellom magnetene opphever feltene fra de to magnetene hverandre, så i midtpunktet.
- I planet midt mellom magnetene peker feltet vannrett, bort fra magnetene, ut til alle sider.
- Tett ved sidene av magnetene er feltet sterkt, og feltlinjene er tette.
I startposisjonen ligger spolen ved siden av området mellom magnetene. Der peker feltet vannrett bort fra magnetene, altså mot høyre gjennom spolen, langs aksen. Fluksen gjennom spolen er størst her, fordi begge nordpolene sender feltlinjer ut til siden.
Når magnetene faller, kommer spolen høyere opp i forhold til magnetene, ved siden av den øverste magneten. Der bøyer feltlinjene oppover mot sørpolen, så den vannrette komponenten av feltet blir mindre. Fluksen mot høyre gjennom spolen avtar altså.

Lenz’ lov sier at den induserte strømmen har en retning som motvirker endringen i fluks. For å motvirke at fluksen mot høyre avtar, må den induserte strømmen lage et magnetfelt mot høyre inne i spolen.
Med høyrehåndsregelen for en spole (tommelen langs feltet inne i spolen, fingrene viser strømretningen) går strømmen ut av papirplanet i den øverste vindingen og inn i papirplanet i den nederste. På den siden av spolen som vender mot oss, går strømmen altså nedover. Sett fra høyre, langs aksen mot magnetene, går strømmen mot klokka.
Like etter at magnetene er sluppet, er farten liten, så den induserte strømmen er svak, men retningen er som beskrevet.
- Flytelegemet flyter på bølgene og følger dem opp og ned. Det løftes av oppdriften når en bølgetopp kommer, og synker med tyngden i bølgedalen.
- Stanga overfører bevegelsen til magnetparet, som beveger seg opp og ned mellom spolene. Spolene står i ro, festet til havbunnen.
- Når magnetene beveger seg, endrer den magnetiske fluksen gjennom spolene seg. Feltet ved siden av magnetene skifter retning mellom området midt mellom nordpolene og området ved sørpolene, så fluksen endrer seg mye.
- Etter Faradays induksjonslov induseres det en spenning i spolene. Er spolene koblet til en krets, går det strøm, og vi får elektrisk energi.
- Etter Lenz’ lov virker den induserte strømmen tilbake på magnetene med en kraft som bremser bevegelsen. Bølgene må gjøre arbeid mot denne kraften, og det er dette arbeidet som blir til elektrisk energi. Bevegelsesenergi og potensiell energi i bølgene omdannes altså til elektrisk energi.
Med sørpolen nederst på den øverste magneten står en sørpol mot en nordpol. Da tiltrekker magnetene hverandre, og feltet går rett over fra nordpolen på den nederste magneten til sørpolen på den øverste. De to magnetene virker nesten som én lang stavmagnet, og lite av feltet går ut til sidene der magnetene møtes.

Den induserte spenningen er proporsjonal med hvor raskt fluksen gjennom spolene endrer seg. Magnetene beveger seg like mye opp og ned i begge tilfeller, så det som avgjør, er hvor mye fluksen endrer seg per strekning magnetene flytter seg:
- Nordpolene mot hverandre: Rett ved siden av gapet peker et sterkt felt ut fra magnetene. Ved sørpolene, bare en magnettykkelse lenger unna, peker feltet inn mot magnetene. Fluksen gjennom spolen skifter altså fra stor i én retning til den motsatte retningen over en kort strekning.
- Sørpolen nederst: Langs siden av den lange «stavmagneten» endrer feltet seg jevnt fra den ene enden til den andre. Fluksen gjennom spolen endrer seg over hele lengden til magnetparet, og mindre per strekning.
Med sørpolen nederst blir derfor fluksendringen per tid mindre når bølgene flytter magnetene. Da blir den induserte spenningen og strømmen mindre, den bremsende kraften fra spolene blir mindre, og bølgene gjør mindre arbeid. Det hentes ut mindre energi enn når nordpolene står mot hverandre.
Vedlegg
Vedleggene i oppgavesettet til Fysikk 2 H2025. De kunne brukes på hele eksamen, også del 1 (om hjelpemidlene).
Åpne på egen side: Faktavedlegg · Formelvedlegg · Programmeringsvedlegg