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
Voordelen van het kopen van samenvattingen bij Stuvia op een rij:
√ Verzekerd van kwaliteit door reviews
Stuvia-klanten hebben meer dan 700.000 samenvattingen beoordeeld. Zo weet je zeker dat je de beste documenten koopt!
Snel en makkelijk kopen
Je betaalt supersnel en eenmalig met iDeal, Bancontact of creditcard voor de samenvatting. Zonder lidmaatschap.
Focus op de essentie
Samenvattingen worden geschreven voor en door anderen. Daarom zijn de samenvattingen altijd betrouwbaar en actueel. Zo kom je snel tot de kern!
Veelgestelde vragen
Wat krijg ik als ik dit document koop?
Je krijgt een PDF, die direct beschikbaar is na je aankoop. Het gekochte document is altijd, overal en oneindig toegankelijk via je profiel.
Tevredenheidsgarantie: hoe werkt dat?
Onze tevredenheidsgarantie zorgt ervoor dat je altijd een studiedocument vindt dat goed bij je past. Je vult een formulier in en onze klantenservice regelt de rest.
Van wie koop ik deze samenvatting?
Stuvia is een marktplaats, je koop dit document dus niet van ons, maar van verkoper LepageJ. Stuvia faciliteert de betaling aan de verkoper.
Zit ik meteen vast aan een abonnement?
Nee, je koopt alleen deze samenvatting voor €14,99. Je zit daarna nergens aan vast.
