Elektriciteit 1 Basisteksten Fysische elektriciteit: Natuurkunde Deel 2 – Giancoli Elektrische netwerken: Elektriciteit II (A. Acke)

H 21 Elektrische lading en elektrische velden Hoofdstuk 21 – Elektrische lading en elektrische velden H 21 Elektrische lading en elektrische velden Statische elektriciteit – elektrische lading en het behoud ervan Elektrische lading in het atoom Isolatoren en geleiders Geïnduceerde lading – De elektroscoop De wet van Coulomb 5-4-2017 - Hoofdstuk 21 - Elektrische lading en elektrische velden

21.1 Statische elektriciteit – elektrische lading - ladingsbehoud Hoofdstuk 21 – Elektrische lading en elektrische velden 21.1 Statische elektriciteit – elektrische lading - ladingsbehoud Laden door wrijving Elektrische kracht versus gravitatiekracht 5-4-2017 - Hoofdstuk 21 - Elektrische lading en elektrische velden

21.1 Statische elektriciteit – elektrische lading - ladingsbehoud Hoofdstuk 21 – Elektrische lading en elektrische velden 21.1 Statische elektriciteit – elektrische lading - ladingsbehoud Er zijn twee soorten elektrische lading Twee geladen kunststof staven stoten elkaar af. Twee geladen glazen staven stoten elkaar af. Een geladen kunststof staaf en een geladen glazen staaf trekken elkaar aan. Figuur 21.2 5-4-2017 - Hoofdstuk 21 - Elektrische lading en elektrische velden

21.1 Statische elektriciteit – elektrische lading - ladingsbehoud Besluit: Er bestaan twee soorten ladingen positieve en negatieve Ongelijksoortige ladingen trekken elkaar aan Gelijksoortige ladingen stoten elkaar af Figuur 21.2c Wet van behoud van elektrische lading De netto hoeveelheid elektrische lading die geproduceerd wordt in een willekeurig proces is altijd nul. 5-4-2017 - Hoofdstuk 21 - Elektrische lading en elektrische velden

21.2 Elektrische lading in het atoom Eenvoudig atoommodel elementaire negatieve lading : elektron: -e elementaire positieve lading: proton: +e Een neutraal voorwerp bevat evenveel positieve als negatieve ladingen. Een geladen voorwerp heeft door overdracht van elektronen een ongelijke hoeveelheid positieve en negatieve ladingen. Figuur 21.3 5-4-2017 - Hoofdstuk 21 - Elektrische lading en elektrische velden

21.3 Isolatoren en geleiders In isolatoren zijn elektronen sterk gebonden aan de kernen (covalente binding) In geleiders zijn de elektronen van de buitenste schil erg los gebonden. Deze elektronen kunnen nagenoeg vrij bewegen binnen het materiaal: “vrije elektronen” (metallische binding) Figuur 21.5 5-4-2017 - Hoofdstuk 21 - Elektrische lading en elektrische velden

21.4 Geïnduceerde lading – de elektroscoop Vraag 8 Wanneer een elektroskoop geladen wordt stoten de twee strips elkaar af en blijven ze staan onder een hoek. Wat houdt de elektrische afstotingskracht in evenwicht? Figuur 21.10 5-4-2017 - Hoofdstuk 21 - Elektrische lading en elektrische velden

21.4 Geïnduceerde lading – de elektroscoop Een elektroscoop laad je… door inductie (a) door geleiding (b) Figuur 21.11 5-4-2017 - Hoofdstuk 21 - Elektrische lading en elektrische velden

21.4 Geïnduceerde lading – de elektroscoop Figuur 21.12 Een eerder geladen elektroscoop (a) kan gebruikt worden om het teken van een lading van een geladen voorwerp te bepalen (b)(c). 5-4-2017 - Hoofdstuk 21 - Elektrische lading en elektrische velden

Experimentele basis: proeven met een torsiebalans 21.5 De wet van Coulomb Figuur 21.13 Experimentele basis: proeven met een torsiebalans 5-4-2017 - Hoofdstuk 21 - Elektrische lading en elektrische velden

Wet van Coulomb [grootte] 21.5 De wet van Coulomb De wet van Coulomb beschrijft de grootte van de elektrische kracht F die twee puntladingen op elkaar uitvoeren. Figuur 21.14 Eenheid van lading : C (Coulomb) Wet van Coulomb [grootte] F: grootte van de kracht [N] Q1 en Q2 : grootte van puntladingen [C] r: hun onderlinge afstand [m] k = 8,99 x 109 N.m2/C2 [groottes] ! (21.1) 5-4-2017 - Hoofdstuk 21 - Elektrische lading en elektrische velden

Wet van Coulomb [richting en zin] 21.5 De wet van Coulomb = kracht op 1 vanwege 2 Wet van Coulomb [richting en zin] Richting van de kracht: volgens verbindingslijn tussen de ladingen Zin van de kracht: Gelijksoortige ladingen: afstotend Ongelijksoortige ladingen: aantrekkend Figuur 21.15 5-4-2017 - Hoofdstuk 21 - Elektrische lading en elektrische velden

Wet van Coulomb in termen van e0 [grootte] 21.5 De wet van Coulomb De universele constante e0 : permittiviteit van de vrije ruimte Figuur 21.14 Wet van Coulomb in termen van e0 [grootte] F: grootte van de kracht [N] Q1 en Q2 : grootte van puntladingen [C] r: hun onderlinge afstand [m] e0 = 8,85 x 10-12 C2/ N.m2 [groottes] ! (21.2) 5-4-2017 - Hoofdstuk 21 - Elektrische lading en elektrische velden

Lading elektron -e = -1,6 10-19 C 5-4-2017 - Hoofdstuk 21 - Elektrische lading en elektrische velden

21.5 De wet van Coulomb Antwoord: Conceptvoorbeeld 21.1: Welke lading oefent de grootste kracht uit? Figuur 21.16 Antwoord: De wet van Coulomb is symmetrisch voor de twee ladingen, dus: 5-4-2017 - Hoofdstuk 21 - Elektrische lading en elektrische velden

= superpositieprincipe 21.5 De wet van Coulomb “Als er meerdere ladingen aanwezig zijn is de resulterende elektrische kracht op een willekeurige lading de vectorsom van de krachten die er door alle andere ladingen op uitgeoefend worden.” = superpositieprincipe 5-4-2017 - Hoofdstuk 21 - Elektrische lading en elektrische velden

Aanpak: via superpositie 21.5 De wet van Coulomb Voorbeeld 21.2: Drie ladingen op een rij (ééndimensionaal) Bereken in figuur 21.17 de kracht op Q3. Aanpak: via superpositie Figuur 21.16 Oplossing: teken de krachten in richting en zin eendimensionaal probleem: werk algebraïsch tegenover de x-as Figuur 21.17 5-4-2017 - Hoofdstuk 21 - Elektrische lading en elektrische velden

Aanpak: via superpositie 21.5 De wet van Coulomb Voorbeeld 21.2: Drie ladingen op een rij (ééndimensionaal) Bereken in figuur 21.17 de kracht op Q3. Aanpak: via superpositie Figuur 21.16 Oplossing: Figuur 21.17 5-4-2017 - Hoofdstuk 21 - Elektrische lading en elektrische velden

Aanpak: via superpositie 21.5 De wet van Coulomb Voorbeeld 21.2: Drie ladingen op een rij (eendimensionaal) Bereken in figuur 21.17 de kracht op Q3. Aanpak: via superpositie Figuur 21.16 Oplossing: Figuur 21.17 5-4-2017 - Hoofdstuk 21 - Elektrische lading en elektrische velden

Aanpak: via superpositie 21.5 De wet van Coulomb Voorbeeld 21.2: Drie ladingen op een rij (ééndimensionaal) Bereken in figuur 21.17 de kracht op Q3. Aanpak: via superpositie Figuur 21.16 Oplossing: Figuur 21.17 5-4-2017 - Hoofdstuk 21 - Elektrische lading en elektrische velden

Aanpak: via superpositie 21.5 De wet van Coulomb Voorbeeld 21.3: Elektrische kracht met behulp van vectorcomponenten Bereken in figuur 21.18 de kracht op Q3. Aanpak: via superpositie Oplossing: teken de krachten in richting en zin tweedimensionaal probleem: gebruik vectorcomponenten Figuur 21.18 5-4-2017 - Hoofdstuk 21 - Elektrische lading en elektrische velden

5-4-2017 - Hoofdstuk 21 - Elektrische lading en elektrische velden

Aanpak: via superpositie 21.5 De wet van Coulomb Voorbeeld 21.3: Elektrische kracht met behulp van vectorcomponenten Bereken in figuur 21.18 de kracht op Q3. Aanpak: via superpositie Oplossing: Figuur 21.18 5-4-2017 - Hoofdstuk 21 - Elektrische lading en elektrische velden

21.5 De wet van Coulomb Conceptvoorbeeld 21.4: Stel de kracht op Q3 gelijk aan nul ? Waar zou je in figuur 21.18 een vierde lading Q4 = -50µC moeten plaatsen, zodat de resulterende kracht op Q3 nul zou zijn? Figuur 21.18 5-4-2017 - Hoofdstuk 21 - Elektrische lading en elektrische velden

5-4-2017 - Hoofdstuk 21 - Elektrische lading en elektrische velden

5-4-2017 - Hoofdstuk 21 - Elektrische lading en elektrische velden

Bereken de grootte en de richting van de kracht op elke lading. 21.5 De wet van Coulomb Vraagstuk 21.16 (II) – p.671 Twee negatieve en twee positieve puntladingen (grootte Q=4,15mC) worden tegenover elkaar op de hoeken van een vierkant geplaatst, op de manier zoals is weergegeven in fig. 21.54. Bereken de grootte en de richting van de kracht op elke lading. Figuur 21.52 5-4-2017 - Hoofdstuk 21 - Elektrische lading en elektrische velden

21.5 De wet van Coulomb Vraagstuk 21.12 (II) – p.671 Figuur 21.52 Drie deeltjes met een lading van respectievelijk +75, +48 en -85µC worden op een lijn geplaatst (fig. 21.52). De middelste bevindt zich 0,35m van beide andere. Bereken de resulterende kracht op elke lading als gevolg van de andere twee. 5-4-2017 - Hoofdstuk 21 - Elektrische lading en elektrische velden