Elektrische velden - Thema 2 PDF

ELEKTRICITEIT Thema 2: elektrisch veld 1. Velden Wat is een veld? Een veld in de fysica? Benodigdheden: Een ruimte Iets wat een kracht uitoefent op andere voorwerpen in deze ruimte (vanop afstand): afstotende of aantrekkende veldkracht Hoe kan je een veld waarnemen? Door een voorw...

ELEKTRICITEIT Thema 2: elektrisch veld 1. Velden Wat is een veld? Een veld in de fysica? Benodigdheden: Een ruimte Iets wat een kracht uitoefent op andere voorwerpen in deze ruimte (vanop afstand): afstotende of aantrekkende veldkracht Hoe kan je een veld waarnemen? Door een voorwerp ih veld te plaatsen waar de veldkracht op inwerkt BV zwaartekrachtveld  1. Velden Veldkrachten: krachten op afstand  Bij de aarde is een gravitatieveld of zwaartekrachtveld Een massa in dit veld ondervindt gravitatiekracht/zwaartekracht  Rond een elektrische lading is een elektrisch veld Een lading in dit veld ondervindt Coulombkracht Een elektrisch veld is een eigenschap van de ruimte rond een lading  2. De elektrische veldvector Rond een lading is een elektrisch veld: bronlading Qb Aanwezigheid veld testen door een lading in de buurt: testlading Qt Qb (+) Qt (+) ⃗ 𝐹𝐶 r Qt ondervindt een Coulombkracht Qb (+) ⃗ 𝐹𝐶 Qt (-) afhankelijk van: r  Afstand t.o.v. Qb  Grootte en teken van Qb  Grootte en teken van Qt 2. De elektrische veldvector 2.1 Definitie Coulombkracht is afhankelijk van Qt, We willen enkel het veld van Qb bestuderen Þ Nieuwe grootheid: De elektrische veldvector (in een punt P) Is enkel afhankelijk van Qb Het aangrijpingspunt van : punt P kan je tekenen in elk punt rond Qb De grootte van is dan enkel afhankelijk van Qb (puntlading): De richting van is de richting van op Qt De zin van is de zin van op een POSITIEVE Q Qt (-) Qb (+) Qt (+) Qb (+) Qt (-) Qb (-) Qt (+) Qb (-) De eenheid van is 2. De elektrische veldvector Stel er zijn meerdere bronladingen in een ruimte: In een punt P: de resulterende elektrische veldvector Som van verschillende veldvectoren in dat punt ⃗ 𝐸. =⃗ 𝐸 1+ ⃗ 𝐸2 Voorbeeldopdracht p 39 Geg. 𝑄 𝑏 2 (−) Gevr. construeer op schaal 𝑄 𝑏 1 (−) 2r Opl. r P Voorbeeldopdracht p 39 Geg. 𝑄 𝑏 2 (−) Gevr. construeer op schaal 𝑄 𝑏 1 (−) ⃗ 𝐸𝑃 2r |𝑄| r Opl. |𝐸 1|=𝑘 2 ⃗ 𝑟 𝐸1 ⃗ 𝐸2 ⃗ 𝐸 1 wijst naar P |𝑄| 1 |𝐸 2|=𝑘 2¿.| 𝐸1| (2 𝑟 ) 4 ⃗ 𝐸 2 wijst naar ⃗ 𝐸 𝑃 =⃗ 𝐸 1 +⃗ 𝐸2 Opdracht 1 p39 𝑄𝑏1 𝑄𝑏2 Geg. P r r Gevr. Opl. Geg. Gevr. r = 5,00 cm Opl. Opdracht 1 p39 ⃗ 𝐸 1 P⃗ 𝐸2 𝑄𝑏1 𝑄𝑏2 Geg. ⃗ 𝐸𝑃 r r Gevr. |𝑄| Opl. |𝐸 1|=𝑘 𝑟2 ⃗ 𝐸 1 wijst weg van ⃗ 𝐸 𝑃 =⃗ 𝐸 1 +⃗ 𝐸2 2|𝑄| 1 |𝐸 2|=𝑘 2¿.|𝐸 1| (2 𝑟 ) 2 ⃗ 𝐸 2 wijst naar Geg. Gevr. r = 5,00 cm 1 1 |𝑄| Opl. |𝐸 𝑃|=|𝐸1|−| 𝐸2|¿ 2 | 𝐸1|¿ 2 𝑘 𝑟2 2 −9 1 9𝑁𝑚 5 ,00.10 𝐶 4 𝑁 ¿ 8 ,99.10. ¿ 0,900. 10 2 𝐶2 ( 0,0500 𝑚 ) 2 𝐶  extra oef (zelfde gegevens als opdracht 1) Gevr. zodat Opl.  extra oef (zelfde gegevens als opdracht 1) Gevr. zodat Opl. en hebben zelfde richting, tegengestelde zin links van of rechts van Links van : 𝑄𝑏1 𝑄𝑏2 r0 r  extra oef (zelfde gegevens als opdracht 1) Gevr. zodat Opl. en hebben zelfde richting, tegengestelde zin links van of rechts van Links van : 𝑃0 𝑄𝑏1 𝑄𝑏2 |𝑄 𝑏 1| |𝑄𝑏 2| 𝑘 ❑2 =𝑘 2 r0 r 𝑟0 (𝑟 + 𝑟 0) |𝑄| 2|𝑄| ❑2 = 2 𝑟0 ( 𝑟 +𝑟 0 ) 𝑟 +𝑟 0= √ 2 𝑟 0 𝑟 √2 − 1¿ 0,120 𝑚 𝑟 0= 12 cm links van  “slordige” oplossing op Extra oefeningen voor thuis teams, “geschreven op de laptop, bv zonder latje Gegeven een bronlading. Teken de elektrische veldvector in het punt P op afstand en bereken zijn grootte. Gegeven 2 bronladingen op een afstand van. Punt P ligt op dezelfde lijn op een afstand rechts van en links van. Teken de elektrische veldvector in het punt P en bereken zijn grootte. Gegeven 2 bronladingen op een afstand van. Punt P bevindt zich op de middellijn op een afstand van 7 cm van beide ladingen. De lijnen en vormen een hoek van 90°. Teken de elektrische veldvector in het punt P en bereken zijn grootte. 9 2 −2 𝑘≈ 8,988⋅10 𝑁 𝑚 𝐶 2.3 Elektrisch veld en zwaarteveld Elektrisch veld: Lading Q ondervindt een kracht Eigenschap voorwerp in het veld Eigenschappen van het veld Zwaarteveld: Massa m ondervindt een kracht Eigenschap voorwerp in het veld Eigenschappen van het veld 3. Elektrische velden 3.1 Elektrische velden opwekken Vandegraaff generator How Van De Graaff Generators Work - YouTube 3.2 Velden bestuderen Mapping Electric Fields with Grass Seed o 3.2.1 Radiaal veld n Vimeo Demonstrating electric field line patterns (y outube.com) Veld rond een geladen metalen bol Lijnen loodrecht op het boloppervlak 3.2.2 Dipoolveld 2 tegengesteld geladen metalen bolletjes 2 gelijk geladen metalen bolletjes 3.2.3 Homogeen veld 2 tegengesteld geladen metalen plaatjes Evenwijdige veldlijnen: veld overal even sterk 3.2.4 Gesloten geleider Buiten: radiaal veld Binnen: veld nul Kooi van Faraday Electric Field Lines (Part1) - KU Leuven (ka ltura.com) Kooi van Faraday Kooi van Faraday Binnenste van geleider wordt afgeschermd van elektrische velden. Op analoge manier wordt buitenste afgeschermd van eventuele elektrische velden binnen in geleider (microgolfoven). 3.3 Velden voorstellen: met veldlijnen Aantal evenredig met veldsterkte op die plaats Elektrische veldvector raakt aan veldlijn Zin: die van de elektrische veldvector Veldlijnen kunnen elkaar niet snijden Homogeen veld 3.4 Velden analyseren 3.4.1 Radiaal veld Puntlading Dipoolveld Qb (+) Alle punten op afstand r hebben zelfde Verder van ladingen: lijnen verder uiteen en dus Bolvormige geleider veld kleiner Buiten de bol: als bij een puntlading in het middelpunt 𝐸=0 Q (+) b Binnen de bol: Homogeen veld + - + - Veldlijnen  geladen platen + - + - Veld overal even groot + - + - spitswerking Groot veld aan de punt Hoe spitser, hoe groter de ladingsdichtheid => Bliksemafleiders zijn puntig Electric Field Lines Part2 - YouTube 10 Ways to SEE the ELECTRIC FIELD - Part 1 - YouTube 10 Ways to SEE the ELECTRIC FIELD - Part 2 - YouTube Elektrisch veld in en rond een gesloten geleider Binnen een gesloten geladen geleider is er geen elektrisch veld, de lading is verspreid over het buitenoppervlak Kooi van Faraday Metalen doos or rooster Ladingen verspreid over buitenoppervlak Moet niet volledig dicht zijn https://www.frankdeboosere.be/vragen/vraag17.p hp Staf laat 500.000 volt op zich los! | Het Lichaam v an Coppens | VTM – YouTube Richard Hammond struck by lightning in car - Top Gear - BBC – YouTube Oefening: waar/niet De elektrische veldvector en coulombkracht hebben steeds dezelfde richting De elektrische veldvector en coulombkracht hebben steeds dezelfde zin Het elektrisch veld tussen twee puntladingen is op meerdere plaatsen nul Uit het veldlijnenpatroon kan je de grootte van het elektrisch veld exact bepalen Oefeningen elektrisch veld p47 nrs 5,6,10 Volgende oefeningen van dit hoofdstuk p48 nrs 11,17 moet je niet kennen: 16 en 3 P49 nrs 21,22 Oefening Diameter 5,00 cm Afstand tot het midden van de bol: P1 4,00 cm Q1 (20,0mC) P2 2,50 cm P3 0,50 cm Bepaal Geg. Q1 = 20,0.10-3 C Gevr. d1 = 0,0500 m r1 = 0,0400 m r2 = 0,0250 m r3 = 0,0050 m