Natuurkunde samenvatting elektromagnetisme, 5vwo.

Samenvatting‌‌H.‌‌10‌‌-‌‌elektromagnetisme‌ ‌
‌


§1‌‌-‌‌Elektrische‌‌velden‌ ‌

Krachtwerking‌‌op‌‌afstand‌ ‌
Als‌‌je‌‌een‌‌PVC‌‌staaf‌‌wrijft‌‌krijg‌‌hij‌‌lading‌‌en‌‌staven‌‌met‌‌gelijke‌‌lading‌‌stoten‌‌elkaar‌‌af.‌‌
Staven‌‌met‌‌niet‌‌dezelfde‌‌lading‌‌trekken‌‌elkaar‌‌aan‌‌en‌‌die‌‌ladingen‌‌oefenen‌‌kracht‌‌op‌‌elkaar‌‌
uit,‌‌zonder‌‌dat‌‌de‌‌staven‌‌elkaar‌‌raken.‌‌In‌‌een‌e ‌ lektrisch‌‌veld‌‌‌is‌‌de‌‌elektrische‌‌kracht‌‌
merkbaar.‌‌Ladingen‌‌ondervinden‌‌krachtwerking‌‌als‌‌ze‌‌in‌‌een‌‌elektrisch‌‌veld‌‌zijn.‌‌Een‌‌
elektrisch‌‌veld‌‌geef‌‌je‌‌weer‌‌met‌‌veldlijnen‌‌en‌‌die‌e ‌ lektrische‌‌veldlijnen‌‌‌zijn‌‌denkbeeldige‌‌
lijnen‌‌waarlangs‌‌een‌‌positieve‌‌lading‌‌beweegt.‌‌De‌‌richting‌‌van‌‌een‌‌veldlijn‌‌is‌‌altijd‌‌van‌‌de‌‌
positieve‌‌lading‌‌af,‌‌omdat‌‌positieve‌‌ladingen‌‌elkaar‌‌afstoten.‌‌Het‌‌elektrisch‌‌veld‌‌is‌‌het‌‌
sterkst‌‌in‌‌de‌‌buurt‌‌van‌‌de‌‌lading‌‌en‌‌als‌‌de‌‌veldlijnen‌‌dichter‌‌bij‌‌elkaar‌‌liggen,‌‌is‌‌de‌‌
krachtwerking‌‌op‌‌een‌‌lading‌‌groter.‌‌Als‌‌je‌‌een‌‌negatieve‌‌lading‌‌in‌‌het‌‌elektrische‌‌veld‌‌
plaatst,‌‌wijst‌‌de‌‌kracht‌‌tegen‌‌de‌‌veldlijnen,‌‌richting‌‌de‌‌positieve‌‌lading.‌ ‌


Elektrische‌‌veldsterkte‌ ‌
De‌‌elektrische‌‌kracht‌‌op‌‌een‌‌geladen‌‌deeltje‌‌hangt‌‌af‌‌van‌‌de‌‌deeltjes‌‌lading‌‌en‌‌sterkte‌‌van‌‌
het‌‌elektrisch‌‌veld.‌‌Voor‌‌de‌e ‌ lektrische‌‌kracht‌‌‌die‌‌een‌‌geladen‌‌deeltje‌‌in‌‌een‌‌elektrisch‌‌veld‌‌
ondervindt‌‌geldt:‌F ‌ el‌
‌ ‌ ‌=‌‌q‌‌·‌‌E‌(‌ ‌‌Fel‌
‌ ‌ ‌=‌‌elektrische‌‌kracht‌‌in‌‌N,‌‌q‌‌=‌‌lading‌‌deeltje‌‌in‌‌C,‌‌ ‌
E‌‌=‌‌elektrische‌‌veldsterkte‌‌in‌‌N/C).‌‌De‌e ‌ lektrische‌‌veldsterkte‌‌‌in‌‌een‌‌punt‌‌is‌‌gelijk‌‌aan‌‌de‌‌
elektrische‌‌kracht‌‌op‌‌een‌‌lading‌‌van‌‌1‌‌coulomb‌‌in‌‌dat‌‌punt.‌‌De‌e ‌ lektrische‌‌kracht‌‌‌en‌‌
veldsterkte‌‌zijn‌‌vectoren.‌‌Bij‌‌positieve‌‌lading‌‌wijzen‌‌de‌‌elektrische‌‌kracht‌‌en‌‌veldsterkte‌‌in‌‌
dezelfde‌‌richting‌‌en‌‌bij‌‌een‌‌negatieve‌‌lading‌‌tegenovergesteld.‌ ‌


Wet‌‌van‌‌Coulomb‌ ‌
Hoe‌‌dichter‌‌bij‌‌elkaar‌‌en‌‌hoe‌‌groter‌‌de‌‌lading,‌‌hoe‌‌sterker‌‌twee‌‌ladingen‌‌elkaar‌‌afstoten.‌‌De‌‌
grootte‌‌van‌‌de‌e ‌ lektrische‌‌kracht‌‌‌die‌‌ze‌‌uitoefenen‌‌bereken‌‌je‌‌met‌‌de‌w
‌ et‌‌van‌‌Coulomb‌:‌‌ ‌
q·Q
F‌el‌‌ ‌=‌‌f‌‌·‌‌ ‌ ‌ ‌=‌‌elektrische‌‌kracht‌‌in‌‌N,‌‌f‌‌=‌‌constante‌‌in‌‌N‌‌m2‌‌ ‌ ‌C-2‌
‌‌(‌‌Fel‌ ‌ ,‌‌q‌‌=‌‌lading‌‌deeltje‌‌1‌‌in‌‌
r2
C,‌‌Q‌‌=‌‌lading‌‌deeltje‌‌2‌‌in‌‌C,‌‌r‌‌=‌‌afstand‌‌tussen‌‌de‌‌deeltjes).‌‌Als‌‌het‌‌gaat‌‌over‌‌bollen,‌‌is‌‌r‌‌de‌‌
afstand‌‌tussen‌‌de‌‌middelpunten.‌‌De‌‌waarde‌‌van‌‌f‌‌hangt‌‌af‌‌van‌‌het‌‌medium‌‌en‌‌voor‌‌vacuüm‌‌
staat‌‌in‌‌BINAS‌‌tabel‌‌7‌‌(geldt‌‌ook‌‌in‌‌lucht).‌ ‌


Eigenschappen‌‌van‌‌veldlijnen‌ ‌
Je‌‌kan‌‌een‌‌elektrisch‌‌veld‌‌niet‌‌zien‌‌en‌‌bepaalt‌‌de‌‌eigenschappen‌‌door‌‌een‌‌geladen‌‌deeltje‌‌
in‌‌een‌‌veld‌‌te‌‌plaatsen‌‌en‌‌naar‌‌de‌‌grootte‌‌en‌‌richting‌‌van‌‌de‌‌kracht‌‌op‌‌het‌‌deeltje‌‌te‌‌kijken.‌‌
Dit‌‌deeltje‌‌heet‌‌een‌p ‌ roeflading‌.‌‌De‌‌kracht‌‌die‌‌een‌‌deeltje‌‌ondervindt‌‌kan‌‌je‌‌construeren‌‌met‌‌
de‌‌parallellogrammethode.‌‌De‌‌richting‌‌van‌‌het‌‌elektrisch‌‌veld‌‌in‌‌het‌‌punt‌‌heeft‌‌dezelfde‌‌
richting‌‌als‌‌Fres‌
‌ ‌ ‌en‌‌die‌‌is‌‌dus‌‌gelijk‌‌aan‌‌de‌‌raaklijn‌‌van‌‌de‌‌elektrische‌‌veldlijn‌‌in‌‌dat‌‌punt.‌‌Voor‌‌
veldlijnen‌‌geldt:‌ ‌

, - De‌‌richting‌‌van‌‌de‌‌elektrische‌‌kracht‌‌in‌‌een‌‌punt‌‌wordt‌‌gegeven‌‌door‌‌de‌‌raaklijn‌‌van‌‌
de‌‌veldlijn‌‌in‌‌dat‌‌punt.‌ ‌
- De‌‌richting‌‌van‌‌de‌‌veldlijn‌‌=‌‌de‌‌richting‌‌van‌‌de‌‌kracht‌‌op‌‌een‌‌positieve‌‌proeflading.‌ ‌
- Een‌‌veldlijn‌‌loopt‌‌altijd‌‌van‌‌de‌‌positieve‌‌lading‌‌af/naar‌‌negatief‌‌toe.‌ ‌
- Hoe‌‌dichter‌‌veldlijnen‌‌in‌‌een‌‌tekening‌‌bij‌‌elkaar‌‌liggen‌‌hoe‌‌sterker‌‌het‌‌veld‌‌en‌‌dus‌‌
hoe‌‌groter‌‌de‌‌elektrische‌‌kracht‌‌op‌‌de‌‌proeflading.‌ ‌
- Elektrische‌‌veldlijnen‌‌snijden‌‌elkaar‌‌nooit,‌‌omdat‌‌er‌‌altijd‌‌maar‌‌één‌‌resulterende‌‌
kracht‌‌is.‌ ‌
- Veldlijnen‌‌staan‌‌loodrecht‌‌op‌‌geleiders.‌ ‌
‌
Aan‌‌de‌‌binnenkant‌‌van‌‌een‌‌geleider‌‌is‌‌het‌‌elektrisch‌‌veld‌‌altijd‌‌nul.‌ ‌


Radiaal‌‌veld‌‌en‌‌homogeen‌‌veld‌ ‌
Twee‌‌evenwijdige‌‌metalen‌‌platen,‌‌aangesloten‌‌op‌‌een‌‌spanningsbron,‌‌is‌‌een‌c‌ ondensator‌.‌‌
Tussen‌‌die‌‌platen‌‌is‌‌een‌h‌ omogeen‌‌elektrisch‌‌veld‌,‌‌waarin‌‌de‌‌veldlijnen‌‌dezelfde‌‌kant‌‌op‌‌
wijzen‌‌en‌‌evenwijdig‌‌op‌‌gelijke‌‌afstand‌‌zijn.‌‌De‌‌veldsterkte‌‌is‌‌dus‌‌overal‌‌even‌‌groot‌‌en‌‌wijst‌‌
dezelfde‌‌kant‌‌op.‌‌De‌‌elektrische‌‌kracht‌‌op‌‌een‌‌proeflading‌‌is‌‌dus‌‌overal‌‌even‌‌groot‌‌en‌‌heeft‌‌
dezelfde‌‌richting.‌‌Bij‌‌een‌r‌ adiaal‌‌veld‌‌‌bewegen‌‌ladingen‌‌tussen‌‌het‌‌midden‌‌en‌‌de‌‌rand‌‌van‌‌
een‌‌plasmabol.‌‌De‌‌veldlijnen‌‌komen‌‌als‌‌een‌‌waaier‌‌uit‌‌de‌‌bol.‌ ‌


§2‌‌-‌‌Elektrische‌‌energie‌ ‌

Potentiële‌‌energie‌‌en‌‌kinetische‌‌energie‌ ‌
Als‌‌een‌‌proton‌‌(bijvoorbeeld‌‌door‌‌door‌‌een‌‌homogeen‌‌veld‌‌te‌‌gaan‌‌met‌‌Fres‌ ‌ ‌ ‌in‌‌dezelfde‌‌
richting‌‌als‌‌de‌‌elektrische‌‌veldlijnen)‌‌een‌‌hogere‌‌snelheid‌‌heeft‌‌gekregen,‌‌is‌‌zijn‌k‌ inetische‌‌
energie‌‌‌toegenomen.‌‌Volgens‌‌de‌‌wet‌‌van‌‌behoud‌‌van‌‌energie‌‌is‌‌dan‌‌een‌‌vorm‌‌van‌‌
potentiële‌‌energie‌‌‌afgenomen.‌‌Je‌‌kan‌‌zeggen‌‌dat‌‌de‌‌kinetische‌‌energie‌‌van‌‌het‌‌proton‌‌is‌‌
toegenomen,‌‌omdat‌‌de‌‌elektrische‌‌kracht‌‌een‌‌positieve‌‌arbeid‌‌heeft‌‌verricht,‌‌waarbij‌‌de‌‌erbij‌‌
behorende‌‌energie‌‌afneemt.‌‌In‌‌het‌‌geval‌‌van‌‌een‌‌proton‌‌door‌‌van‌‌het‌‌ene‌‌punt‌‌in‌‌een‌‌
homogeen‌‌veld‌‌naar‌‌het‌‌andere,‌‌is‌‌de‌‌toename‌‌in‌‌kinetische‌‌energie‌‌gelijk‌‌aan‌‌de‌‌afname‌‌
van‌e ‌ lektrische‌‌energie‌‌‌en‌‌er‌‌geldt:‌Δ ‌ E‌k‌‌ ‌=‌‌-ΔE‌el‌‌ (‌ ΔE‌k‌‌ ‌=‌‌verandering‌‌kinetische‌‌energie‌‌=‌‌Eeind‌
‌ ‌
-‌‌Ebegin‌
‌ ,‌‌ΔE‌el‌‌ ‌=‌‌verandering‌‌elektrische‌‌energie‌‌=‌‌Eel,eind‌ ‌ ‌ ‌-‌‌Eel,begin‌
‌ ).‌‌Hoe‌‌groter‌‌de‌s‌ panning‌‌‌over‌‌
condensatorplaten,‌‌hoe‌‌sterker‌‌het‌‌elektrisch‌‌veld‌‌en‌‌bij‌‌een‌‌grotere‌‌spanning‌‌neemt‌‌de‌‌
kinetische‌‌energie‌‌meer‌‌toe:‌Δ ‌ E‌el‌‌ ‌=‌‌q‌‌·‌‌U‌‌(ΔE‌el‌‌ ‌=‌‌verandering‌‌elektrische‌‌energie‌‌in‌‌J,‌‌q‌‌=‌‌
lading‌‌in‌‌C,‌‌U‌‌=‌‌spanning‌‌in‌‌V).‌‌Je‌‌mag‌‌zelf‌‌bepalen‌‌waar‌‌de‌‌energie‌‌0‌‌J‌‌is,‌‌dus‌‌welke‌‌plaat‌‌
een‌‌spanning‌‌van‌‌0‌‌V‌‌heeft‌‌ten‌‌opzichte‌‌van‌‌de‌‌aarde‌‌(meestal‌‌die‌‌verbonden‌‌met‌‌de‌‌
negatieve‌‌pool).‌‌Het‌‌deeltje‌‌bij‌‌de‌‌negatieve‌‌plaat‌‌heeft‌‌dan‌‌een‌‌elektrische‌‌energie‌‌van‌‌0‌‌J.‌‌
De‌‌spanning‌‌van‌‌de‌‌positieve‌‌pool‌‌is‌‌altijd‌‌positief‌‌en‌‌of‌‌de‌‌elektrische‌‌energie‌‌van‌‌het‌‌
deeltje‌‌+‌‌of‌‌-‌‌is‌‌hangt‌‌dus‌‌af‌‌van‌‌de‌‌lading‌‌van‌‌het‌‌deeltje.‌‌ ‌


Röntgenbuis‌ ‌
Een‌r‌ öntgenapparaat‌‌‌gebruikt‌r‌ öntgenstraling‌‌‌om‌‌een‌‌afbeelding‌‌van‌‌bijv.‌‌gebroken‌‌botten‌‌
te‌‌maken‌‌en‌‌de‌‌straling‌‌wordt‌‌opgewekt‌‌in‌‌een‌r‌ öntgenbuis‌.‌‌Daarin‌‌worden‌‌elektronen‌‌met‌‌
behulp‌‌van‌‌een‌‌sterk‌‌elektrisch‌‌veld‌‌versneld.‌‌De‌‌negatieve‌‌pool‌‌wordt‌‌verhit,‌‌waardoor‌‌