Samenvatting
Samenvatting Physics for Scientists and Engineers, ISBN: 9781405886093 Fysica: Elektriciteit En Magnetisme (X_430061)
- Instelling
- Vrije Universiteit Amsterdam (VU)
Samenvatting hoofdstuk 21 t/m 28 Fysica
[Meer zien]Voorbeeld 4 van de 39 pagina's
Voorbeeld 4 van de 39 pagina's
In winkelwagengesponsord bericht van onze partner
Gekoppeld boek
Titel boek:
Auteur(s):
- Uitgave:
- ISBN:
- Druk:
Verkoper
Volgen
Voorbeeld van de inhoud
Samenvatting Fysica: Elektriciteit en Magnetisme‘Physics’ door Giancolli 4 e editi e: hoofdstuk 21 t/m hoofdstuk 29
21.1 Statische Elektriciteit; Elektrische Lading en zijn Conservatie
Statische elektriciteit: een object bevat een netto elektrische lading. Hierdoor zullen andere
objecten met dezelfde lading (positief of negatief) af gestoten worden en objecten met een
tegenovergestelde lading aangetrokken worden. Wanneer statische elektriciteit wordt opgewekt
door twee objecten tegen elkaar te wrijven, zal de netto opgewekte lading 0 zijn. Er vindt een
overdracht van elektronen plaats tussen de objecten. Dit is een goed voorbeeld van de wet van
conservatie van elektrische lading: de netto hoeveelheid elektrische lading die wordt
opgewekt is 0 in elk mogelijk proces.
21.2 Elektrische Lading in een Atoom
Een atoom bestaat uit een kleine en zware positief geladen kern (bestaat uit protonen en
neutronen) met daar omheen één of meerdere negatief geladen elektronen. Alle protonen en
elektronen hebben dezelfde hoeveelheid lading, de een negatief en de ander positief. Neutrale
atomen bevatten dus dezelfde hoeveelheid protonen en elektronen. In vaste stoffen kunnen
alleen elektronen bewegen, maar in vloeistoffen en gassen kunnen ook kernen en ionen vrije
bewegen.
Statische elektriciteit blijft meestal niet voor een lange tijd op een object, omdat de extra
elektronen weg kunnen lekken naar de watermoleculen in de lucht. Watermoleculen zijn
namelijk polair (lading is niet uniform verdeeld over het molecuul) waardoor ze elektronen
kunnen aantrekken.
21.3 Isolators en Conductors
Conductors (ofwel geleiders) zijn objecten waar elektrische lading doorheen kan bewegen en
isolators zijn objecten waarbij dit niet mogelijk is. Metalen zijn over het algemeen goede
conductors, omdat de elektronen in metalen niet dicht bij de kern gebonden zijn en makkelijk
kunnen bewegen door het materiaal. Er bestaan ook semiconductors, waar silicone en
germanium in vallen.
21.4 Geïnduceerde Lading; De Elektroscoop
Er zijn verschillende manieren om een lading te induceren:
Laden door contact: het overspringen van elektronen tussen objecten met verschillende
ladingen wanneer ze elkaar aanraken. Dit blijft gebeuren tot de objecten dezelfde lading
hebben.
Gescheiden lading: wanneer een positief geladen metalen object bijna in contact komt
met een ongeladen metalen object, zullen de elektronen in het object naar deze kant
bewegen (aantrekking) waardoor er een scheiding van ladingen ontstaat. De netto lading
van het object is nog steeds neutraal, maar er is een lading geïnduceerd aan beide kanten
van het object.
o Ook mogelijk in niet-geleidende materialen, omdat de elektronen binnen de
atomen een beetje kunnen bewegen.
Samenvatting Fysica Aag de Bruijn mei 2020
1
, Netto lading: een metalen object kan een geïnduceerde netto lading krijgen door het
door middel van een geleidende draad te verbinden met de aarde en er een geladen
metalen object bij in de buurt te houden. De aarde fungeert dan als geleidend reservoir
voor elektronen, waardoor de elektronen uit het object naar de aarde kunnen bewegen.
Afbeelding 1 Links de gescheiden geïnduceerde lading en rechts de geïnduceerde netto lading
Een elektroscoop is een apparaat wat gebruikt kan worden om te detecteren of een object
geladen is. Het bestaat uit twee beweegbare bladeren van metaal (vaak goud) die zich bevinden
in een glazen bak en ze staan verbonden met een metalen knop buiten de bak. Wanneer een
geladen object in de buurt komt van de knop, zal er een scheiding van ladingen binnen de
elektroscoop plaatsvinden. Hierdoor worden de twee bladeren
geladen en zullen ze elkaar afstoten en uit elkaar bewegen. Er is
alleen niet te constateren of het geladen object negatief of positief
geladen is.
Wanneer de elektroscoop eerst geladen wordt door contact, kan
men wel bepalen of het geteste object positief of negatief geladen
is. Wanneer de elektroscoop bijvoorbeeld negatief geladen is, Afbeelding 2 Een geladen elektroscoop
om de soort lading van het object te
zullen de bladeren verder uit elkaar komen te staan als het object bepalen
ook negatief geladen is.
21.5 Coulombs wet
Coulomb vond dat de kracht die de een geladen object uitoefent op een ander geladen object
proportioneel is aan de lading: wanneer de lading van 1 object verdubbelde, verdubbelde de
kracht. Daarnaast was de kracht invers proportioneel aan het kwadraat van de afstand tussen de
objecten: wanneer de afstand verdubbelde, bleef er nog maar ¼ van de kracht over. Dit is te zien
in Coulombs wet:
Q1 Q2
F=k 2
r
Q 1 en Q2 zijn de groottes van de twee ladingen in Coulomb; r is de afstand tussen de ladingen; k
is een evenredigheidsconstante: k =8.99 ∙10 9 N ∙ m2/C2.
Een elektron heeft een lading van 1.602∙ 10−19 C. Omdat dit de kleinste mogelijke en
fundamentele lading is, heeft het de naam elementaire lading met symbool e gekregen. De
Samenvatting Fysica Aag de Bruijn mei 2020
2
, lading van een elektron is dus −e en dat van een proton +e . De constante k kan ook geschreven
−12 1
worden in termen van de constante ϵ 0=8.85∙ 10 C2/N ∙ m2: k = π ϵ 0 .
4
Coulombs wet is alleen te gebruiken bij ladingen in rust, het geeft de elektrostatische kracht.
Wanneer er meerdere ladingen in de ruimte aanwezig zijn, zal de netto kracht de vector som van
alle krachten die worden uitgeoefend door elke lading individueel (superpositie). Coulombs
wet kan ook gebruikt worden in vector vorm, zoals te zien is in de volgende oefenopgave:
Afbeelding 3 Oefenopgave Coulombs wet met vectoren
21.6 Het Elektrische Veld
De aantrekkende en afstotende kracht van een geladen object gebeurt van een afstand. Hierdoor
kan deze kracht ook wel gezien worden als een veld in alle richtingen, namelijk een elektrisch
veld. De kracht van het elektrisch veld kan gemeten worden door middel van een super kleine
test lading die de geen invloed heeft op de krachten binnen het veld. Hierdoor wordt gevonden
dat:
⃗
F
⃗
E=
q
⃗
E is de kracht van het elektrische veld op elke positie in N/C; ⃗F is de kracht die wordt
uitgeoefend op de kleine test lading (gevonden door Coulombs wet) in N; q is de grootte van de
positieve test lading in C. Door deze definitie hangt ⃗
E niet af van de grootte van de test lading:
k ∙ q ∙Q
2
F r Q
E= = =k 2
q q r
De basisformule voor kracht is:
F=m∙ a
F is de kracht in N; m is de massa van het deeltje in g; a is de versnelling van het deeltje in m/s,
vaak is dit de gravitatieversnelling g=9.81 m/s.
Samenvatting Fysica Aag de Bruijn mei 2020
3
, Als het elektrische veld door meerdere ladingen wordt beïnvloed, kan de totale kracht van het
elektrische veld opgeteld worden als vectoren:
⃗
E =⃗
E1 + ⃗
E2 +…
Afbeelding 4 Oefenopgave elektrisch veld met vectoren
Afbeelding 5 Stappenplan voor het oplossen van opgaven met elektrische krachten en elektrische velden
21.7 Berekeningen van elektrische velden voor continue
landingsverdelingen
In veel gevallen kan een lading behandeld worden alsof hij continue verdeeld wordt. Deze
ladingsverdeling kan opgedeeld worden in oneindig kleine ladingen dQ , waarbij elke zich
gedraagt als een test lading (positief). Hierdoor wordt het elektrische veld berekend door:
1 dQ
dE= ∙
4 π ϵ0 r
Het totale elektrische veld (in vector vorm) wordt dan gevonden door de som van alle oneindig
kleine waardes van E :
Samenvatting Fysica Aag de Bruijn mei 2020
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, creditcard of Stuvia-tegoed 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 aagdebruijn. Stuvia faciliteert de betaling aan de verkoper.
Zit ik meteen vast aan een abonnement?
Nee, je koopt alleen deze samenvatting voor €7,69. Je zit daarna nergens aan vast.
Is Stuvia te vertrouwen?
4,6 sterren op Google & Trustpilot (+1000 reviews)
Afgelopen 30 dagen zijn er 67474 samenvattingen verkocht
Opgericht in 2010, al 14 jaar dé plek om samenvattingen te kopen