Elektriciteit 1 Les 4 Visualisatie van elektrische velden

Presentatie over: "Elektriciteit 1 Les 4 Visualisatie van elektrische velden"— Transcript van de presentatie:

1 Elektriciteit 1 Les 4 Visualisatie van elektrische velden
Enkele effecten van elektrische velden

2 Elektrische lading en elektrische velden
Hoofdstuk 21 – Elektrische lading en elektrische velden Elektrische lading en elektrische velden H o o f d s t u k 21 Het elektrisch veld van continue ladingsverdelingen Veldlijnen Elektrische velden en geleiders Beweging van een geladen deeltje in een elektrisch veld Elektrische dipolen Hoofdstuk 21 - Elektrische lading en elektrische velden

3 Hoe kan men het elektrisch veld visualiseren?
2.8 Veldlijnen Hoe kan men het elektrisch veld visualiseren? Dat kan met veldsterktevectoren of krachtvectoren aangrijpend op een testlading. De relatieve grootte van de veldsterkte vectoren is immers dezelfde als die van de krachtvectoren op de testlading. Onhandig want veel te veel pijlen… Figuur 21.32 Figuur 21.22 Hoofdstuk 21 - Elektrische lading en elektrische velden

4 Met pijllengtes van vectoren
2.8 Veldlijnen Hoe kan men het elektrisch veld visualiseren? alternatief: met veldlijnen die de richting en de zin van het elektrisch veld aangeven in verschillende punten van de ruimte Figuur 21.32 Met pijllengtes van vectoren Met lijnen Figuur 21.33 Hoofdstuk 21 - Elektrische lading en elektrische velden

5 2.8 Veldlijnen - eigenschappen - voorbeelden
1. Geven in elk punt de richting en de zin aan van het elektrisch veld 2. Hoe dichter de veldlijnen bij elkaar, hoe sterker het elektrisch veld 3. Veldlijnen beginnen op positieve ladingen en eindigen op negatieve Figuur 21.34 Hoofdstuk 21 - Elektrische lading en elektrische velden

6 2.8 Veldlijnen - eigenschappen - voorbeelden
1. Geven in elk punt de richting en de zin aan van het elektrisch veld 2. Hoe dichter de veldlijnen bij elkaar, hoe sterker het elektrisch veld 3. Veldlijnen beginnen op positieve ladingen en eindigen op negatieve Elektrische dipool = stelsel van twee gelijke ladingen met tegengesteld teken Figuur 21.34 Hoofdstuk 21 - Elektrische lading en elektrische velden

7 2.8 Veldlijnen - eigenschappen - voorbeelden
1. Geven in elk punt de richting en de zin aan van het elektrisch veld 2. Hoe dichter de veldlijnen bij elkaar, hoe sterker het elektrisch veld 3. Veldlijnen beginnen op positieve ladingen en eindigen op negatieve Figuur 21.34 Hoofdstuk 21 - Elektrische lading en elektrische velden

8 2.8 Veldlijnen - eigenschappen - voorbeelden
1. Geven in elk punt de richting en de zin aan van het elektrisch veld 2. Hoe dichter de veldlijnen bij elkaar, hoe sterker het elektrisch veld 3. Veldlijnen beginnen op positieve ladingen en eindigen op negatieve Figuur 21.34 Hoofdstuk 21 - Elektrische lading en elektrische velden

9 2.8 Veldlijnen - eigenschappen - voorbeelden
Figuur 21.34 Veldsterkte tussen (twee  -grote) vlakke platen [tussen twee tegengesteld geladen platen] (21.8) Hoofdstuk 21 - Elektrische lading en elektrische velden

10 21.9 Elektrische velden en geleiders
bezitten veel vrije elektronen 21.9 Elektrische velden en geleiders Geleiders in elektrostatisch evenwicht vertonen enkele eigenschappen: Het elektrisch veld in een geleider is nul in een statische situatie. Een netto lading op een geleider verdeelt zich in een statische situatie over het buitenoppervlak van de geleider. Figuur 21.36 geïnduceerde lading Hoofdstuk 21 - Elektrische lading en elektrische velden

11 21.9 Elektrische velden en geleiders
Geleiders in elektrostatisch evenwicht vertonen enkele eigenschappen: Het elektrisch veld net buiten een geleider in elektrostatisch evenwicht sluit altijd loodrecht aan op het oppervlak van de geleider. Figuur 21.37 Hoofdstuk 21 - Elektrische lading en elektrische velden

12 21.9 Elektrische velden en geleiders
Conceptvoorbeeld Afscherming en veiligheid in een storm Een ongeladen holle doos wordt tussen twee evenwijdige geladen platen geplaatst (fig a). Hoe groot is het veld in de doos? Figuur 21.38 Hoofdstuk 21 - Elektrische lading en elektrische velden

13 21.9 Elektrische velden en geleiders
Conceptvoorbeeld Afscherming en veiligheid in een storm Een geleidende doos of een “kooi van Faraday” (fig ) kan gebruikt worden als afscherming. Figuur 21.39 Hoofdstuk 21 - Elektrische lading en elektrische velden

14 21.10 Beweging van een geladen deeltje in een elektrisch veld
Voorbeeld Een elektron wordt versneld door een elektrisch veld Een elektron (massa m=9,1 x10-31 kg) wordt in een homogeen -veld (E = 2x104N/C) vanuit rust versneld. Afstand tussen de platen = 1,5 cm. (a) Met welke snelheid verlaat het elektron de opening? (b) Toon aan dat de zwaartekracht genegeerd kan worden. (a) Bereken de toename van de kinetische energie. Aanpak Figuur 21.40 Hoofdstuk 21 - Elektrische lading en elektrische velden

15 21.10 Beweging van een geladen deeltje in een elektrisch veld
Voorbeeld Elektron beweegt loodrecht op Een elektron komt met beginsnelheid v0 binnen in een homogeen elektrisch veld. Bepaal de baan van het elektron. Figuur 21.41 Aanpak via de tweede wet van Newton: waarin de kracht elektrisch is: Hoofdstuk 21 - Elektrische lading en elektrische velden

16 De dipool wordt gekenmerkt door een dipoolmomentvector :
21.11 Elektrische dipolen Een neutraal stelsel van twee ladingen met tegengesteld teken, +Q en -Q, op een afstand van elkaar, noemt men een elektrische dipool. Figuur 21.42 De dipool wordt gekenmerkt door een dipoolmomentvector : vector met grootte gericht van de negatieve naar de positieve lading Hoofdstuk 21 - Elektrische lading en elektrische velden

17 21.11 Elektrische dipolen In de natuur komen veel polaire moleculen voor. Een voorbeeld is het watermolecuul. Figuur 21.43 Hoofdstuk 21 - Elektrische lading en elektrische velden

18 Dipool in een uitwendig veld
21.11 Elektrische dipolen Dipool in een uitwendig veld Figuur 21.44 Een dipool ondervindt in een homogeen veld geen kracht, maar wel een krachtmoment . Een dipool komt tot evenwicht als evenwijdig is met . Hoofdstuk 21 - Elektrische lading en elektrische velden

19 Dipool in een uitwendig veld
21.11 Elektrische dipolen Dipool in een uitwendig veld Een dipool die zich in een elektrisch veld bevindt draagt potentiële energie U. Verrichte arbeid W: Figuur 21.44 Hoofdstuk 21 - Elektrische lading en elektrische velden

20 referentiestand: U=0 als 1 =/2
21.11 Elektrische dipolen Dipool in een uitwendig veld referentiestand: U=0 als 1 =/2 Figuur 21.44 Een dipool draagt in een elektrisch veld potentiële energie. De potentiële energie U is minimaal als evenwijdig is met . De potentiële energie U is maximaal als en een hoek p insluiten. Hoofdstuk 21 - Elektrische lading en elektrische velden

21 Elektrisch veld geproduceerd door een dipool
21.11 Elektrische dipolen Elektrisch veld geproduceerd door een dipool Een dipool bouwt zelf ook een veld op. We berekenen het in een punt P op de loodrechte bissectrice. Figuur 21.45 Hoofdstuk 21 - Elektrische lading en elektrische velden

22 Elektrisch veld geproduceerd door een dipool
21.11 Elektrische dipolen Elektrisch veld geproduceerd door een dipool Figuur 21.45 Het veld van een dipool neemt sneller af met toenemende afstand dan het veld van een puntlading. Hoofdstuk 21 - Elektrische lading en elektrische velden