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
Les avantages d'acheter des résumés chez Stuvia:
Qualité garantie par les avis des clients
Les clients de Stuvia ont évalués plus de 700 000 résumés. C'est comme ça que vous savez que vous achetez les meilleurs documents.
L’achat facile et rapide
Vous pouvez payer rapidement avec iDeal, carte de crédit ou Stuvia-crédit pour les résumés. Il n'y a pas d'adhésion nécessaire.
Focus sur l’essentiel
Vos camarades écrivent eux-mêmes les notes d’étude, c’est pourquoi les documents sont toujours fiables et à jour. Cela garantit que vous arrivez rapidement au coeur du matériel.
Foire aux questions
Qu'est-ce que j'obtiens en achetant ce document ?
Vous obtenez un PDF, disponible immédiatement après votre achat. Le document acheté est accessible à tout moment, n'importe où et indéfiniment via votre profil.
Garantie de remboursement : comment ça marche ?
Notre garantie de satisfaction garantit que vous trouverez toujours un document d'étude qui vous convient. Vous remplissez un formulaire et notre équipe du service client s'occupe du reste.
Auprès de qui est-ce que j'achète ce résumé ?
Stuvia est une place de marché. Alors, vous n'achetez donc pas ce document chez nous, mais auprès du vendeur LepageJ. Stuvia facilite les paiements au vendeur.
Est-ce que j'aurai un abonnement?
Non, vous n'achetez ce résumé que pour €14,99. Vous n'êtes lié à rien après votre achat.
