Embedded Files
BEELD: plaatcondensator met elektrische veldlijnen.
In de ruimte rond een elektrisch geladen voorwerp worden andere elektrisch geladen voorwerpen beïnvloed door de elektrische kracht. We zeggen dan dat er rond dat voorwerp een elektrisch veld is.
Het elektrisch veld
Het elektrisch veld
TERMINOLOGIE - ELEKTRISCH VELD
In de fysica spreken we over een VELD als we het hebben over de ruimte waar een bepaalde kracht wordt gevoeld.
Een ELEKTRISCH VELD is dus een ruimte waar de elektrostatische kracht kan worden gevoeld.
Rond elk elektrisch geladen object bevindt zich een elektrisch veld.
Het elektrisch veld rond een puntlading q0 kan je op 2 manieren tekenen.
Je kan het elektrisch veld weergeven met krachtvectoren. Je tekent dan de krachten die een positieve testlading van 1 coulomb zou voelen op verschillende plaatsen rond lading q0.
Let op de lengte, richting en zin van de getekende krachtvectoren! In het voorbeeld rechts zal een positieve testlading worden afgestoten door lading q0. En de kracht neemt af met de afstand.
Vectorveld rond puntlading q0.
Je kan het elektrisch veld weergeven met veldlijnen.
Een veldlijn volgt de richting en zin van de krachtvectoren op een positieve testlading van 1 coulomb omdat die de elektrische kracht van lading q0 voelt.
Let op de zin die aan de getekende veldlijnen wordt gegeven! De zin duidt steeds aan waar een positieve testlading van 1 coulomb naartoe zou bewegen als je die op de veldlijn zou plaatsen!
Let op! De veldlijn is NIET de baan die een positieve testlading van 1 coulomb zou volgen want van zodra de testlading in beweging is kan die afwijken van het pad van de veldlijn!
Veldlijnen rond puntlading q0.
EXPERIMENT
We kunnen elektrische veldlijnen zichtbaar maken met een eenvoudig experiment.
Veldlijnen in een ruimte waarin zich een gelijke positieve en negatieve lading (dat heet: een dipool) bevinden.
SIMULATIE
Gebruik de simulatie van Ithaca College om veldlijnen zichtbaar te maken.
Gebruik de simulatie van The Physics Classroom om het vectorveld zichtbaar te maken.
Merk op: de richting van de krachtvector in een punt is dezelfde als de richting van de raaklijn van de veldlijn die door dat punt gaat.
OEFENING
Bedenk eerst hoe groot de coulombkrachten zijn als je een positieve testlading neerzet op verschillende posities in de volgende gevallen.
Gebruik daarna een simulatie (bijvoorbeeld die van javalab.org) om na te gaan hoe de elektrische veldlijnen lopen in de volgende gevallen. Maak een schets van de veldlijnen!
Merk op dat de veldlijnen dichter bij elkaar liggen op plaatsen waar de elektrische kracht groter is. Als we het hebben over hoeveel elektrische veldlijnen door een oppervlak gaan, spreken van de elektrische flux, ΦE.
TERMINOLOGIE - ELEKTRISCHE FLUX ΦE
De elektrische flux (ΦE) is een maat voor het aantal elektrische veldlijnen dat door een oppervlak gaat. Of zeg: een maat voor hoe dicht de elektrische veldlijnen bij elkaar liggen.
Hoe dichter de veldlijnen bij elkaar liggen, hoe sterker de elektrische kracht en dus hoe sterker het elektrisch veld.
De elektrische veldsterkte
De elektrische veldsterkte
In elk punt van de ruimte rond elektrische ladingen voelt een testlading q de elektrische kracht. Er heerst een elektrisch veld. Om de sterkte van het elektrisch veld weer te geven, gebruik je de elektrische veldsterkte (E).
De redenering is als volgt:
plaats een testlading (q) van +1 coulomb in het elektrisch veld.
op die plaats is de grootte van de kracht op die testlading (q) FE = E . q
E is de grootte van het elektrisch veld op die plaats.
OEFENING
In de formule FE = E . q staat E voor de elektrische veldsterkte. Wat is dan de standaard eenheid voor de elektrische veldsterkte?
De kracht staat in Newton (N) en de lading in coulomb (C).
De elektrische veldsterkte is gelijk aan de kracht gedeeld door de lading.
De eenheid van de elektrische veldsterkte is dus newton per coulomb (N/C).
Als de elektrische veldsterkte op een bepaalde plaats 3 N/C is, wil dat zeggen dat de kracht op een lading van 1 C op die plaats gelijk is aan 3 N, de kracht op een lading van 2 C gelijk is aan 6 N, enz...
Merk uit de vorige oefening op dat de elektrische veldsterkte een grootheid is die alleen afhangt van het voorwerp dat het elektrisch veld veroorzaakt!
In tegenstelling tot de coulombkracht, is de elektrische veldsterkte een een grootheid die onafhanlijk is van het (geladen) voorwerp dat zich in het elektrisch veld bevindt!
OEFENING
Is de elektrische veldsterkte een scalaire of een vectoriële grootheid?
Het is een VECTORIËLE grootheid.
Je hebt immers een kracht(vector) gedeeld door een hoeveelheid lading.
Een vector delen door een scalaire grootheid levert opnieuw een vector op!
Het elektrisch veld op een bepaalde plaats heeft dus steeds een grootte, een richting en een zin.
Aangezien de elektrische veldsterkte vectorieel is, kunnen we de formule FE = q . E beter ook vectororieel schrijven. Een vector (hier: de veldsterkte) vermenigvuldigd met een scalar (hier: de lading) is immers inderdaad een vector.
GROOTHEID - DE ELEKTRISCHE VELDSTERKTE
De elektrische veldsterkte, E, op een bepaalde plaats is een maat voor hoe sterk de elektrische kracht is die wordt veroorzaakt door een elektrisch geladen object.
De elektrische veldsterkte wordt gegeven door de volgende formule.
Hierin is
FE de grootte van de coulombkracht op een testlading q (in N).
q de grootte van de testlading (in C).
E de grootte van de elektrische veldsterkte (in N∙C-1)
De elektrische veldsterkte is een grootheid is die alleen afhangt van het voorwerp dat het elektrisch veld veroorzaakt!
De elektrische veldsterkte is een grootheid die onafhanlijk is van het (geladen) voorwerp dat zich in het elektrisch veld bevindt!
Omdat de elektrische veldsterkte een vectoriële grootheid is, kunnen we de formule voor de elektrische veldsterkte eigenlijk beter zó schrijven:
OEFENING
Kan de elektrische veldsterkte groter zijn dan de coulombkracht?
OPLOSSING
Dit is een totaal zinloze vraag.
Is 5 meter groter dan 4 kilogram ... ?
OEFENING
Vergelijk de richting en de zin van de elektrische veldsterkte en van de coulombkracht op lading q als
lading q positief is.
lading q negatief is.
OPLOSSING
Als de lading q positief is, dan hebben de elektrische veldsterkte en de coulombkracht dezelfde richting en dezelfde zin (op de plaats waar lading q zich bevindt).
Als de lading q negatief is, dan hebben de elektrische veldsterkte en de coulombkracht dezelfde richting en tegengestelde zin (op de plaats waar lading q zich bevindt).
OEFENING
De elektrische veldsterkte (E) drukken we uit in N∙C-1 (newton per coulomb).
Bewijs dat je de elektrische veldsterkte ook kan uitdrukken in V∙m-1 (volt per meter).
OPLOSSING
Maak gebruik van je kennis van de eenheden:
1 V = 1 J∙C-1
1 J = 1 N∙m
Dan vind je:
OEFENING
Vergelijk de elektrische veldsterkte met wat je weet over de sterkte van het zwaartekrachtveld.
Denk hierbij aan wat je leerde over de zgn. zwaarteveldsterkte aan het aardoppervlak (g = 9,8 N/kg).
OPLOSSING
De elektrische kracht is de kracht die elektrische ladingen op elkaar uitoefenen.
De elektrische veldsterkte (E) drukken we uit in N∙C-1 (newton per coulomb).
De elektrische veldsterkte (E) is de elektrische kracht per eenheid van lading.
De zwaartekracht is de kracht die massa's op elkaar uitoefenen.
De veldsterkte in het zwaartekrachtveld (g) drukken we uit in N∙kg-1 (newton per kilogram). Op het oppervlak van de aarde is die 9,8 N/kg.
De veldsterkte in het zwaartekrachtveld (g) is de zwaartekracht per eenheid van massa.
De elektrische veldsterkte (E) drukken we uit in N∙C-1 (newton per coulomb).
De elektrische veldsterkte kan je ook uitdrukken in V∙m-1 (volt per meter).
WAT ZEGT DE WET?
"België heeft geen federale wetgeving inzake magnetische velden met zeer lage frequentie. Bijgevolg geldt de aanbeveling van de Raad van de Europese Unie – maximale blootstellingslimiet van 100 μT – als referentie. Voor elektrisch velden legt het “Algemeen Reglement op de Elektrische Installaties” (AREI) maximumwaarden vast tussen 5 kV/m (bewoonde zones) en 10 kV/m."
[ BRON ]
We gaan nu de formule van de coulombkracht opschrijven voor de elektrische kracht van onze vaste lading Q op de testlading q. Dan vinden we een andere uitdrukking voor de elektrische veldsterkte.
We gaan in de formule voor de coulombkracht de absolute waarden laten vallen.
Zo krijgen we:
een negatief teken voor een aantrekking. (Check dit zelf!)
een positief teken voor een afstoting. (Check dit zelf!)
Hieruit krijg je dus de volgende formule voor de elektrische veldsterkte.
Het elektrisch veld E op een afstand r van een puntlading Q kan je schrijven als
De elektrische veldsterkte is duidelijk een grootheid die alleen afhangt van het geladen voorwerp dat het elektrisch veld veroorzaakt.
OEFENING
Een deeltje met lading q = -70 nC bevindt zich op 80 cm van een puntlading Q van 1,0 C.
Hoe groot is de elektrische veldsterkte op 80 cm van lading Q?
Hoe groot is de kracht op de lading van -70 nC?
OEFENING
We plaatsen een testlading (q) van 1 C tussen een lading A van 1 C en een lading B van -1 C.
Ladingen A en B bevinden zich op 4 meter van elkaar.
Gebruik bij de volgende berekeningen een truc: stel de constante van coulomb (ke) gelijk aan 1 N∙m2∙C-2 (want je kan later je eindresultaten nog steeds vermenigvuldigen met ke).
Aangezien we hier alleen maar resultaten gaan vergelijken met elkaar, mag je deze keer zonder eenheden werken.
Bereken de totale coulombkracht die wordt uitgeoefend op die lading q van 1 C op positie a, positie b en positie c.
Kan je zeggen waar de elektrische veldsterkte tussen de ladingen A en B het kleinst is?
OPLOSSING
Onze testlading is positief. Lading A duwt de testlading naar lading B. Lading B trekt de testlading aan.
FA heeft altijd dezelfde richting en zin als FB.
Voor elke positie kan je dus totale kracht berekenen met F = |FA|+|FB|
Bovendien is dit een situatie met symmetrie.
In punt a :
F = |FA|+|FB| = 1 + 1/9 = 10/9
In punt b :
F = |FA|+|FB| = 1/4 + 1/4 = 1/2
In punt c :
F = |FA|+|FB| = 1/9 + 1 = 10/9
De elektrische veldsterkte tussen de ladingen A en B is het kleinst midden tussen de ladingen.
TERMINOLOGIE - HOMOGEEN ELEKTRISCH VELD
Een HOMOGEEN ELEKTRISCH VELD is een elektrisch veld waar de elektrische veldlijnen evenwijdig aan elkaar lopen en de veldsterkte overal even groot is.
Tussen twee tegengesteld geladen platen vinden we een homogeen elektrisch veld.
SIMULATIE
De simulatie van The Physics Classroom toont het elektrisch veld als een vectorveld. Gebruik deze simulatie om (ongeveer) een homogeen elektrisch veld te creëren.
Heel wat materialen die zich in een (sterk) elektrisch veld bevinden worden gepolariseerd omdat bij de individuele moleculen een verschuiving van lading optreedt. Dat gebeurt dus ook bij materialen die zelf geen elektrische geleiders zijn. We noemen dat elektrische influentie.
Verschuiving van lading in een elektrisch veld veroorzaakt polarisatie van het materiaal dat zich in het elektrisch veld bevindt. Hier zie je wat intern in het materiaal gebeurt.
Verschuiving van lading in een elektrisch veld veroorzaakt polarisatie van het materiaal dat zich in het elektrisch veld bevindt. Hier zie je wat we extern waarnemen.
SIMULATIE - DE PROEF VAN MILIKAN
Gebruik de simulatie The Millikan Oil-Drop Experiment van oPhysics.
Creëer met deze simulatie enkele situaties waarbij de oliedruppel (= "the particle") blijft zweven in de opstelling.
EXTRA OEFENINGEN
EXTRA OEFENINGEN
... VIND JE IN JE WERKBOEK.
Page updated
Report abuse