Nova - Schoolbestanden

Natuurkunde samenvatting
H7 Elektrisch en magnetische velden
§1 Vrije ladingen en elektrische spanning
Een elektrische spanning is altijd gedefinieerd tussen twee punten: het gaat om het verschil in
energie per lading tussen deze 2 punten.
Een vrije lading q die beweegt tussen 2 punten waartussen spanning heerst, wint of verliest
elektrische energie. Bij positieve lading als volgt:
- Winnen: positieve lading naar pluspool -> moet arbeid verrichten, of al snelheid
hebben. Wint elektrische energie bij naderen van de pluspool.
- Verliezen: positieve lading van pluspool af -> afstotende elektrische kracht positieve
arbeid, dus neemt af -> kinetische energie (gebeurt spontaan)
De verandering van de elektrische energie tussen twee punten is gelijk aan:
ΔEk = -q x U
Elektronvolt: hoeveelheidd kinetische energie die een elektron krijgt als het wordt versneld
door spanning van een volt.
1 eV = -1,6022 x 10-19 C x -1 V = 1,6022 x 10-19 J
Als er geen weerstand is, wrdt elektrische energie volledig omgezet in kinetische energie
volgens ΔEk = -q x U. Bij afremmen gebeurt het tegenovergestelde: kinetische energie wordt
omgezet in elektrische energie.
‘Kooi van Faraday’: in een geleider heerst geen elektrisch veld en dus ondervinden de
elektronen geen elektrische kracht.
§2 Elektrische velden
De elektrische-veldsterkte op een positie is gedefinieerd als de elektrische kracht per
hoeveelheid lading:
E=
𝑭𝒆𝒍
𝒒
E = elektrische-veldsterkte in newton per coulomb (N/C)
Fel = de elektrische kracht in Newton (N)
q = de lading in coulomb (C)
De kracht is een vectorgrootheid, de elektrische-veldsterke is dat ook. De richting van het
elektrische veld in een punt is gelijk aan de richting van de elektrische kracht op een positieve
lading die zich in dat punt bevindt.
In het geval van een positieve lading zijn de richtingen van de kracht en van het veld gelijk. In
geval van een negatieve lading op dezelfde plek zijn kracht en elektrisch veld tegengesteld
gericht.
Homogeen elektrische veld: als het elektrisch veld gericht is van de pluspool naar de minpool
en is de elektrische-veldsterkte overal even groot.
Met pijlen, veldlijnen, geef je richting van het veld aan. Hoe sterker het elektrisch veld, hoe
dichter de veldlijnen bij elkaar lopen.
Radiaal veld: een vanuit één punt uiteenlopend elektrisch veld.
De kracht tussen twee ladingen is behalve van de afstand tussen de ladingen ook afhankelijk
van de grootte van beide ladingen:
𝐪𝐱𝐐
Fel = f x 𝐫 𝟐
R = de afstand tussen middelpunten van de ladingen in meter (m)
q & Q = allebei ladingen in coulomb (C)
f = evenredingheids constante, met waarde 8,99 x 109 Nm2/C
1 N/C = 1 Nm/C/m = 1 J/C/m = 1 V/m
Een vonk ontstaat bij 106 V/m. Dit gebeurt bijv. bij bliksem, doordat de spanning tussen de
onweerswolk en de grond heel hoog is.
De elektrische-veldsterkte op een afstand r van een lading Q is gelijk aan:
𝐐
E = f x 𝐫𝟐
§3 Magnetische velden
Magneten kunnen elkaar aantrekken of afstoten. De uiteindes heten noordpool (rood) &
zuidpool (groen). Gelijke polen stoten elkaar af, verschillende polen trekken elkaar aan.
Een magneet heeft een magnetisch veld, dit wordt aangegeven met magnetische-veldlijnen.
Van noord naar zuid lopen veldlijnen buiten de magneet, van zuid naar noord in de magneet.
Veldlijnen zijn altijd gesloten, dit is omdat er geen losse noord- of zuidpolen bestaan. Een
magneet is dipool: hij heef een noord- én een zuidpool.
Magnetisch-veldsterkte wordt aan gegeven met grootheid B en eenheid tesla T.
Aardmagnetisch veld in Nl is ongeveer 50 µT.
Magnetische-veldsterkte als het aantal magnetische-veldlijnen dat (loodrecht) door een
bepaald oppervlakte gaat. Hoe meer veldlijnen, hoe sterker magneetveld.
Homogeen magneetveld: overal even sterk, dus het aantal veldlijnen per oppervlak is overal
gelijk.
Inhomogeen magneetveld: aantal veldlijnen per oppervlak is niet overal gelijk.
§4 Het opwekken van een magnetisch veld
Permanente magneten: sommige materialen die permanent magnetisch zijn.
Deze magnetische grondstoffen danken hun magnetische eigenschappen aan het
aardmagnetisch veld.
De vorm van het magnetisch veld is te vergelijken met het veld van een staafmagneet. De
magnetisch zuidpool bevindt zich in het Noordpoolgebied. De sterkte van het aardmagnetisch
veld in de orde van 10-5 T.
Rond een stroom voerende draad bevindt zich een magnetisch veld. De veldlijnen lopen in
cirkels rond de draad. Verder van de draad wordt de veldsterkte kleiner. De richting van de
veldlijnen kun je bepalen met de rechterhandregel voor een stroom voerende draad.
Een stroom door een spoel wekt een magnetisch veld dat vergelijkbaar is met het
magneetveld van een staafmagneet. De richting van de veldlijnen kun je bepalen met de
rechterhandregel voor een spoel (= een (geïsoleerde) elektriciteitsdraad rond een cilinder
gewikkelt).