H3 Elektrisch Veld & Gravitatieveld (1) PDF

H3 ELEKTRISCH VELD & GRAVITATIEVELD THEMA 1 KRACHT & VELD DEEL 1 - GRAVITATIEVELD 2 1. Wat is een veld bij een veldkracht? Een veldgrootheid = Een grootheid die werkt op een afstand. Een veld = Een ruimtelijke verdeling van een veldgrootheid....

H3 ELEKTRISCH VELD & GRAVITATIEVELD THEMA 1 KRACHT & VELD DEEL 1 - GRAVITATIEVELD 2 1. Wat is een veld bij een veldkracht? Een veldgrootheid = Een grootheid die werkt op een afstand. Een veld = Een ruimtelijke verdeling van een veldgrootheid. 2 soorten velden SCALAIR VELD VECTORIEEL VELD De veldgrootheid is scalair (= De veldgrootheid is vectorieel (= vector) getalwaarde) Temperatuurveld in Europa Windveld in Europa H3 ELEKTRISCHE VELD & GRAVITATIEVELD 3 3. Hoe kun je een gravitatieveld kwalitatief voorstellen? De De bronmassa proefmassa Het gravitatieveld = Het gebied rond een bronmassa waarin proefmassa’s een aantrekkingskracht ( = de gravitatiekracht) ondervinden. De richting & zin van het gravitatieveld bepalen? → De gravitatiekrachtvector op verschillende puntmassa’s tekenen. → Gravitatieveldlijnen. H3 ELEKTRISCHE VELD & GRAVITATIEVELD 4 Radiaal veld Homogeen veld Het gravitatieveld van een Het gravitatieveld dicht bij bronmassa is radiaal. De zin van de het aardoppervlak is bij gravitatieveldvectoren is naar benadering een homogeen middelpunt gericht. veld. Veld is overal even sterk. De concentratie van de veldlijnen (= Veldlijnendichtheid) is een maat voor de sterke van het veld. H3 ELEKTRISCHE VELD & GRAVITATIEVELD 5 4. Welke grootheid beschrijft een gravitatieveld? De gravitatieveldsterkte is een vectoriële grootheid en geeft in elk punt de grootte, richting & zin van het gravitatieveld weer van een bronmassa (vb. een atoomkern, een basketbal, …). → Enkel in context van hemellichamen is de gravitatieveldsterkte ook de zwaarteveldsterkte g. H3 ELEKTRISCHE VELD & GRAVITATIEVELD 6  𝑚1. 𝑚2 𝑴.𝒎 De 𝐹 𝐺= 𝐺 ⇒ 𝐹 𝐺 =𝐺 𝑟² 𝑟² De proefmassa bronmassa Radiaal veld Opgelet: is de afstand van het middelpunt tussen bronmassa M & proefmassa m. = midden-tot-midden afstand. Homogeen veld Vb. Indien de afstand van een voorwerp dicht bij De proefmassa het aardoppervlak is, kan deze verwaarloosd worden in verhouding met de straal van de aarde. 𝒉 H3 ELEKTRISCHE VELD & GRAVITATIEVELD 7 De grootte van de gravitatieveldsterkte berekenen van hemellichamen (= De zwaarteveldsterktes) Voorbeeld Bereken de grootte van de gravitatieveldsterkte van de aarde en de maan op het oppervlak! Aarde Maan H3 ELEKTRISCH VELD & GRAVITATIEVELD 8  Hoe groter de massa van de bronmassa, hoe groter de grootte van de 𝑀 gravitatieveldsterkte op het oppervlak. 𝑔= 𝐺 𝑟2 Hoe kleiner de straal van de bronmassa, hoe groter de grootte van de gravitatieveldsterkte op het oppervlak. in sterrenstelsel M87 N𝑔 N 𝑔 𝑏𝑎𝑠𝑘𝑒𝑡𝑏𝑎𝑙 ≅ 4 , 9.10 −9 𝑧𝑜𝑛 ≅ 274 kg kg N 𝑔 ≅ 𝑔𝑜𝑘𝑗𝑒 ? k De gravitatieveldsterkte (en dus ook de grootte ) is enkel afhankelijk van de bronmassa! H3 ELEKTRISCHE VELD & GRAVITATIEVELD 9  𝑀 De aarde is niet perfect rond. 𝑔= 𝐺 2 𝑟 De zwaarteveldsterkte op aarde is niet overal even groot. In België: Evenaar: Noordpool: Niet enkel afstand tot het middelpunt spelen een rol bij de grootte van de zwaarteveldsterkte. Aardrotatie Samenstelling van de aarde …. Rood: g is sterk Blauw: g is zwak H3 ELEKTRISCHE VELD & GRAVITATIEVELD 10  Conclusie De gravitatieveldsterke is een vectoriële grootheid waarmee je de eigenschappen van een gravitatieveld van een bronmassa M (vb. een hemellichaam) uitdrukt. Het is enkel afhankelijk van de bronmassa! Plaats je een proefmassa in dit gravitatieveld, dan ondervindt 𝑴 𝒂𝒂𝒓𝒅𝒆deze. 𝒎 een gravitatiekracht 𝐹 𝐺 =⇒ 𝐺 𝐹 𝐺 =𝒈. 𝒎 𝑟 ² ¿𝒈 H3 ELEKTRISCH VELD & GRAVITATIEVELD 11  AAN DE SLAG PG. 83 Voorbeeld vraagstuk pg 73-74 REEKS 1: Nr. 6(a,b) + 7(d) H2 ELEKTRISCHE KRACHT & GRAVITATIEKRACHT 12 DEEL 2 – ELEKTRISCH VELD 13 14 2. Hoe kun je een elektrisch veld kwalitatief voorstellen? Het elektrisch veld = beschrijft de invloed van een lading op de ruimte rond die lading. → Het gebied rond een bronlading waarin andere puntladingen de coulombkracht ondervinden. Patroon van een elektrisch veld visualiseren door polaire of polariseerbare voorwerpen (Vb. griesmeelkorrels). → Elektrische veldlijnen. H3 ELEKTRISCHE VELD & GRAVITATIEVELD 15 2.2 Elektrische veldlijnen Afspraak: De zin van de veldlijnen wordt bepaald door de bronlading. Positieve teslading gebruiken. Punt A: wordt afgestoten door de positieve bronlading Zin is weg van de positieve bronlading Punt B: wordt aangetrokken door de negatieve bronlading Zin is naar de negatieve bronlading toe H3 ELEKTRISCHE VELD & GRAVITATIEVELD 16 2.2 Elektrische veldlijnen Eigenschappen Geven de richting EN zin van het elektrisch veld aan. De zin van de veldlijnen Positieve bronlading: Weg van de bronlading Negatieve bronlading: Naar de bronlading toe. Veldlijnendichtheid geeft aan waar het veld sterk of zwak is. Hoe dichter de veldlijnen bij elkaar, hoe sterker het veld. Door elk punt van het veld gaat slechts 1 veldlijn, veldlijnen kunnen elkaar niet snijden Veldlijnen staan loodrecht op de geleidende oppervlakken H3 ELEKTRISCHE VELD & GRAVITATIEVELD 17 2.3 Verschillende configuraties van elektrische velden PG. 66! Radiaal veld Homogeen veld Rondom een puntlading of kleine Tussen twee evenwijdige tegengesteld geladen geladen bol platen. → Veld overal even sterk (= evenwijdige veldlijnen) H3 ELEKTRISCHE VELD & GRAVITATIEVELD 18 Twee puntladingen DIPOOLVELD GELIJKE POLEN TEGENGESTELDEN POLEN H3 ELEKTRISCHE VELD & GRAVITATIEVELD 19 5. Welke grootheid beschrijft een elektrisch veld? De elektrische veldvector is een vectoriële grootheid en geeft in elk punt de grootte, richting & zin van het elektrisch veld weer van een bronlading → Plaats je een proeflading in het elektrisch veld, dan ondervindt deze een coulombkracht Vb. Het elektrisch veld is in een zeker punt 10. Dat betekent dat indien je een proeflading van 1 C in dit punt van het elektrisch veld plaatst, deze een coulombkracht van 10 N zal ondervinden. H3 ELEKTRISCHE VELD & GRAVITATIEVELD 20  PG. 77 5.2 Elektrische veldsterkte in een radiaal veld Een bronlading wekt een elektrisch veld op. Een proeflading in dit elektrisch veld ondervindt een coulombkracht. Hoe groter de lading van de bronlading, hoe sterker het elektrisch veld is. Hoe groter de afstand van een punt tot de bronlading, hoe zwakker het elektrisch veld in dat punt. De elektrische veldvector (en dus ook de grootte ) is enkel afhankelijk van de bronlading! H3 ELEKTRISCHE VELD & GRAVITATIEVELD 21 Een radiaal veld rond een puntlading of geleiden bol is Hoe groter de afstand van een punt tot de bronlading, hoe zwakker het elektrisch veld in dat driedimensionaal punt. Puntlading Geladen bol In bol: geen veldlijnen  E = 0 N/C (r < rbol) H3 ELEKTRISCHE VELD & GRAVITATIEVELD 22 Richting & zin van het elektrisch veld wordt enkel bepaald door de BRONLADING. Richting & zin van de Coulombkracht wordt bepaald door de BRONLADING EN PROEFLADING POSITIEVE BRONLADING NEGATIEVE BRONLADING POSITIEVE PROEFLADIN G NEGATIEVE PROEFLADIN G H3 ELEKTRISCHE VELD & GRAVITATIEVELD 23 Als er meerdere puntladingen een elektrisch veld veroorzaken, dan is de resulterende elektrische veldvector de vectoriële som van de afzonderlijke veldsterktes. Applets in de fysicales - 5e jaar (hansbekaert.be) Voorbeeldvraagstuk pg 77-78 + Oplossingsstrategie pg 78 H3 ELEKTRISCHE VELD & GRAVITATIEVELD 24 Een elektrische veldlijn is een lijn waarvan in elk van haar punten de richting overeenstemt met de richting van de resulterende elektrische veldvector in dat punt. De elektrische veldvector is steeds rakend aan de veldlijn. Veldlijnen kunnen elkaar niet snijden, anders zouden er twee resulterende veldvectoren in één punt zijn (= onmogelijk!). E-Field Simulation (windows.net) H3 ELEKTRISCHE VELD & GRAVITATIEVELD 25 5.3 Elektrische veldsterkte in een homogeen veld Twee tegengestelde geladen platen creëren een homogeen veld tussen de platen. In een homogeen veld is de elektrische veldsterkte constant → Een proeflading ondervindt tussen de platen een constante coulombkracht. E = cst H3 ELEKTRISCHE VELD & GRAVITATIEVELD 26  PG. 81 5.4 Elektrische schermwerking Een geleider schermt de elektrische velden van buitenaf af. → Binnenin een gesloten of holle geladen geleider is de elektrische veldsterkte nul. Zie demofilmpje boek H3 ELEKTRISCHE VELD & GRAVITATIEVELD 27 Een kooi van Faraday steunt op het principe van elektrische schermwerking. Vb.: Een auto, een vliegtuig, een microgolfoven, … H3 ELEKTRISCHE VELD & GRAVITATIEVELD 28  Conclusie De elektrische veldsterke is een vectoriële grootheid waarmee je de eigenschappen van een elektrisch veld van een bronlading Q (vb. een proton) uitdrukt. Het is enkel afhankelijk van de bronlading! Plaats je een proeflading in dit elektrisch veld, dan ondervindt 𝐹 =𝑘 𝑸. deze 𝒒 een coulombkracht of 𝑐 𝑟 ² ¿𝑬 H3 ELEKTRISCH VELD & GRAVITATIEVELD 29 EXTRA TOEPASSING - TOUCHSCREENS H3 ELEKTRISCHE VELD & GRAVITATIEVELD 30  AAN DE SLAG PG.83-86 REEKS 1: Nr. 9,10, 11 REEKS 2: Nr. 13(a,b,c), 15, 16, 17, 20 & 21 H2 ELEKTRISCHE KRACHT & GRAVITATIEKRACHT 31 Extra E1 = 50.103 N/C E2 = 22.103 N/C Eres = 55.103 N/C 32