Samenvatting van de hele cursus 'Fysica voor farmaceutisch onderzoek en technologie', gebaseerd op de syllabus, powerpointslides en notities tijdens de lessen.
Fysica voor farmaceutisch onderzoek en technologie
Deel 1: elektromagnetisme
Hfdst 1: Magnetische velden en bewegende ladingen
1. Historische inleiding
2. Magnetische inductie en Lorentzkracht
Magneet:
• Bevatten 2 polen:
o Noordpool → richt zich naar het noorden van de Aarde
o Zuidpool → richt zich naar het zuiden van de Aarde
o Dus geografische noordpool is een magnetische zuidpool
• Bij breken van magneet ontstaat er een nieuwe N- en Z-pool → magnetische monopolen
bestaan niet
• Gelijke polen stoten elkaar af, ongelijke polen trekken elkaar aan
Vectorveld:
Definitie:
• De kracht die dat veld uitoefent op een geschikt testobject
Algemeen verband:
• 𝑭𝒎 = 𝒎 . 𝒈
In elektriciteit:
• Het elektrisch veld E oefent een elektrostatische kracht Fq uit op een lading q
• 𝑭𝒒 = 𝒒 . 𝑬
Lorentzkracht:
• Bewegende ladingen, die bewegen in een ruimte, waar een magnetisch veld B heerst,
ondervinden zijdelingse kracht = Lorentzkracht
• 𝑭𝑳 = 𝒒. (𝒗 × 𝑩) → 𝑭𝑳 = 𝒒 . 𝒗 . 𝑩 . 𝒔𝒊𝒏𝜽 met θ de hoek tussen B en v
• Wanneer θ = 90° → FL is maximaal
• Wanneer θ = 0° of 180° → FL is 0
• Wanneer de lading negatief is, verandert de richting van de Lorentzkracht met 180°
• De kracht F staat altijd loodrecht op zowel v als B
• Lorentzkracht kan NOOIT arbeid leveren → 𝑭𝑳 . 𝒗 = 𝑭𝑳 . 𝒅𝒍 = 𝒅𝑾 = 𝟎
→ De Lorentzkracht kan de kinetisch energie van een deeltje niet veranderen!
• Een veranderend magneetveld kan wel arbeid leveren → zie wet van Faraday
1
,Rechterhandregel 1:
• Scalair product tussen v en B → rechterhandregel gebruiken om richting te achterhalen
• F = duim
• v = wijsvinger
• B = middelvinger
Samenwerking E en B:
• Elektrische en magnetische velden werken samen op een bewegende lading
• Resulterende kracht is gelijk aan de vectorsom van de 2 krachten:
𝑭𝑳 = 𝒒. (𝑬 + (𝒗 × 𝑩))
Inductielijnen/magnetische veldlijnen:
• In ieder punt is de magnetische inductie B gericht volgens de raaklijn aan de inductielijn van
dat punt
𝑵
• Eenheid magnetische inductie: Tesla 𝑻 = 𝑨.𝒎
3. Baan van geladen deeltje in magnetisch veld
Cirkelvormige baan:
• De grootte van de centripetale kracht Fcp (gericht naar het middelpunt van de cirkel) is gelijk
de grootte van de Lorentzkracht FL (tegengestelde zin als Fcp)
𝐹𝑐𝑝 = 𝐹𝐿
𝑚 . 𝑣2
𝑅
= 𝑞. 𝑣. 𝐵
𝑚. 𝑣
= 𝑞. 𝐵
𝑅
𝒎.𝒗
𝑹= → straal van de cirkel die de lading volgt
𝒒.𝑩
4. Magnetische kracht op een stroom
Stroom:
• Verzameling van bewegende ladingen met een netto driftsnelheid vd
• Een magnetisch veld zal een kracht uitoefenen op een draad met lengte L
• 𝑭 = 𝒒. 𝒗. 𝑩 = 𝑺𝑳. 𝒏. (−𝒆). (−𝒗𝒅 ). 𝑩 met n = elektronendichtheid
SL = volume draad in magnetisch veld
e = positieve éénheidslading
vd = driftsnelheid
• Stroom: 𝐼 = 𝑆𝐿. 𝑒. 𝑣𝑑
→ 𝑭 = 𝑰. 𝑳. 𝑩
• Als B niet loodrecht staat op de draad en de draad is krom, dan geldt voor elk klein stukje
draad:
𝒅𝑭⃗ = 𝑳(𝒅𝑰 × 𝑩 ⃗⃗ )
• Voor een rechte geleider geldt:
⃗ = ∫𝑳 𝒅𝑭 = 𝑳(𝑰 × 𝑩
𝑭 ⃗⃗ )
𝟎
2
,5. Bewegings-emk, Hall-effect
Hall-effect:
• Blokvormige geleider in magnetisch veld B (loodrecht op stroom I)
• Stroomdragers ondervinden Lorentzkracht → spanningsverschil tussen boven- en onderzijde
van geleider
Stel: ladingsdragers zijn positief:
• Positieve ladingen bewegen in dezelfde zin als elektrische stroom en ondervinden een
opwaartse kracht
• Blokje wordt bovenaan positief geladen
Stel: ladingsdragers zijn negatief:
• Negatieve ladingen bewegen in tegengestelde zin als elektrische stroom en ondervinden dus
ook een opwaartse kracht
• Blokje wordt bovenaan negatief geladen
3
, Experiment:
• Meting van lading bovenaan het blokje
• Experiment toont aan dat blokje bovenaan negatief geladen is → elektrische geleiding in
metalen gebeurt door negatieve ladingsdragers (elektronen) die in tegengestelde zin
bewegen van de stroom
• Door verschil in lading bovenaan en onderaan het blokje, laadt het blokje op → ontstaan
spanningsverschil VH over breedte b
• Na korte tijd stelt zich een evenwicht van krachten in:
elektrische kracht (naar beneden) is even groot maar tegengesteld aan magnetische kracht
(naar boven) → ladingen bewegen rechtdoor
• Bij evenwicht:
𝐹𝐸 = 𝐹𝐿
𝑒. 𝐸𝐻 = 𝑒. 𝑣𝑑 . 𝐵 n = aantal vrije negatieve elektronen per eenheid van volume
𝐸𝐻 . 𝑏 = 𝑣𝑑 . 𝐵. 𝑏 e = lading negatieve elektronen
𝐼
𝑉𝐻 = 𝑛.𝑒.𝑆 . 𝐵. 𝑏
𝑰 1
𝑽𝑯 = 𝒏.𝒆.𝒅
.𝑩 met 𝑛.𝑒 = Hall-constante
• VH kan gebruikt worden om B te meten met een vaste l en d zo dun mogelijk
Toepassing:
• Meten van magnetische veldsterkte:
𝒏.𝒆.𝒅.𝑽𝑯
𝑩= (eenheid T (Tesla))
𝑰
Kringstromen
• Richten zich in extern magnetisch veld tot veldlijnen evenwijdig zijn
• Wordt gebruikt bij een kompas
• Magneten bevatten kringstromen → geen monopolen!
Idee van Ampère:
• Kringstromen zijn elektronen die rond de atoomkern draaien
• Correcter
4
The benefits of buying summaries with Stuvia:
Guaranteed quality through customer reviews
Stuvia customers have reviewed more than 700,000 summaries. This how you know that you are buying the best documents.
Quick and easy check-out
You can quickly pay through credit card or Stuvia-credit for the summaries. There is no membership needed.
Focus on what matters
Your fellow students write the study notes themselves, which is why the documents are always reliable and up-to-date. This ensures you quickly get to the core!
Frequently asked questions
What do I get when I buy this document?
You get a PDF, available immediately after your purchase. The purchased document is accessible anytime, anywhere and indefinitely through your profile.
Satisfaction guarantee: how does it work?
Our satisfaction guarantee ensures that you always find a study document that suits you well. You fill out a form, and our customer service team takes care of the rest.
Who am I buying these notes from?
Stuvia is a marketplace, so you are not buying this document from us, but from seller LepageJ. Stuvia facilitates payment to the seller.
Will I be stuck with a subscription?
No, you only buy these notes for $16.20. You're not tied to anything after your purchase.
