• Wrong document? Swap it for free
  • Written by students who passed
  • Immediately available after payment
  • Read online or as PDF
Sell
Where do you study
Your language
Document preview thumbnail
Preview 4 out of 37 pages
Other

Opgeloste examenvragen mondeling Fysica: elektromagnetisme

Document preview thumbnail
Preview 4 out of 37 pages

Oplossing van de theorievragen die op voorhand door de prof (Guy van der Sande) worden gegeven. Samengevat in . Werd in dat jaar door meerdere studenten gebruikt en verbeterd. Volledig uitgetypt met afbeeldingen die de leerstof verduidelijken. Voor 2BA Bio-ingenieurs en 2BA/3BA biologen (keuzevak), chemisten en burgerlijk ingenieur architectuur. Voor korting of vragen: contacteer mij rechtstreeks via messenger of de VUB mail (Stuvia claimt een deel van het bedrag)

Content preview

Uitwerking examenvragen elektromagnetisme



Wet van Coulomb
𝑁𝑚2
• ⃗⃗⃗⃗𝐸 = 𝐾 𝑞1 𝑞2 2 ⃗⃗⃗⃗
𝐹 1𝑟 (𝐾 =
1
= 9,0 ⋅ 109 )
𝑟 4𝜋𝜀0 𝐶2
𝐶2
• 𝜀0 = permittiviteit van het vacuüm = 8,85 ⋅ 10−12 𝑁𝑚2
• Geldt enkel als de deeltjes in rust zijn tov elkaar (want bewegende ladingen creëren
magnetische velden)
• Coulombkrachten zijn actie-reactieparen → de krachten zijn altijd even groot, maar het
effect kan anders zijn




E-veld van een dipool op de as van de dipool (= y-as)
• 𝐸⃗ = 𝐸 ⃗⃗⃗⃗+ + ⃗⃗⃗⃗
𝐸−
𝐾𝑞 𝐾(−𝑞)
• 𝐸 ⃗⃗⃗⃗+ =
|𝑟 −𝑟+ |³
(𝑟 − 𝑟+ ) en ⃗⃗⃗⃗
𝐸− = |𝑟 |³ (𝑟 − 𝑟− )
−𝑟−
• Voor wat staan de positievectoren?
𝑠 𝑠
𝑟 = (0, 𝑦) ; 𝑟+ = (0, ) ; 𝑟− = (0, − )
2 2
𝑠 2 𝑠
⇒ |𝑟 − 𝑟+ | = √(𝑦 − ) = 𝑦 −
2 2

𝑠 2 𝑠
⇒ |𝑟 − 𝑟− | = √(𝑦 + ) = 𝑦 +
2 2
• Invullen bij het elektrisch veld (1 macht in de noemer valt weg door de (𝑟 − 𝑟+ ) en (𝑟 − 𝑟− ) in de
teller)
𝑠 2 𝑠 2
(𝑦 + 2) − (𝑦 − 2) 2𝑦𝑠 2𝑦𝑝 2𝑝
𝐸⃗ = 𝐾𝑞 [ ] ⃗1𝑦 = 𝐾𝑞 [ ] ⃗1𝑦 ≈ 𝐾 4
=𝐾 3
𝑠 2 𝑠 2 𝑠 2 𝑠 2 𝑦 𝑦
(𝑦 − 2) ⋅ (𝑦 + 2) (𝑦 − 2) ⋅ (𝑦 + 2)

Met 𝑝 = (0, 𝑞𝑠) = dipoolvector en 𝑦 ≫ 𝑠 (van daar de benadering)




Afbeelding hoort bij volgend
onderdeel (want punt op de x-as),
maar voor dit onderdeel kan je
een punt op de y-as voorstellen
1

,E-veld van een dipool op het middelloodvlak (= x-as)
• 𝐸⃗ = 𝐸 ⃗⃗⃗⃗+ + ⃗⃗⃗⃗
𝐸−
𝐾𝑞 𝐾(−𝑞)
• 𝐸 ⃗⃗⃗⃗+ =
|𝑟 −𝑟+ |³
(𝑟 − 𝑟+ ) en ⃗⃗⃗⃗
𝐸− = |𝑟−𝑟 |³ (𝑟 − 𝑟− )
−
• Voor wat staan de positievectoren?
𝑠 𝑠 𝑠 2
𝑟 = (𝑥, 0) ; 𝑟+ = (0, ) ; 𝑟− = (0, − ) ⇒ |𝑟 − 𝑟+ | = |𝑟 − 𝑟− | = √𝑥 2 + ( )
2 2 2
• Invullen bij het elektrisch veld

𝐾𝑞 𝑠 𝑠 𝐾𝑞 𝑝
𝐸⃗ = [(𝑥, − ) − (𝑥, + )] = (0, −𝑠) ≈ −𝐾
3
2 2 2 2 3
2 2 𝑥3
𝑠 𝑠
(𝑥2 + (2) ) (𝑥2 + (2) )

Met 𝑝 = (0, 𝑞𝑠) en 𝑥 ≫ 𝑠 (van daar de benadering)

Wet van Gauss
• Elektrische flux: de netto flow van een elektrisch veld: Φ𝐸 = 𝐸⃗ ⋅ 𝐴
o Voor een gesloten oppervlak geldt: ΦE = ∯𝑜𝑝𝑝𝐸⃗ ⋅ 𝑑𝐴
𝑞 1 𝑞
• Elektrisch veld van een puntlading in vacuüm: 𝐸⃗ = 𝐾 ⃗
1 = ⃗
1
𝑟2 𝑟 4𝜋𝜀0 𝑟² 𝑟
• Voor een puntlading in een gesloten oppervlak geldt dus:
𝑞
ΦE = ∯ 𝐸⃗ ⋅ 𝑑𝐴 = ΦE = ∯ 𝐾 ⃗ ⋅ 𝑑𝐴 1
1 ⃗𝑟
𝑜𝑝𝑝 𝑜𝑝𝑝 𝑟2 𝑟

1 𝑞 1 𝑞 𝑞
⇒ ΦE = 2
∯ 𝑑𝐴 = 2
(4𝜋𝑟 2 ) =
4𝜋𝜀0 𝑟 4𝜋𝜀0 𝑟 𝜀0

• Voor meerdere puntladingen krijgen we de integrale vorm van de Wet van Gauss:
∑𝑖 𝑞𝑖 𝑄𝑛𝑒𝑡𝑡𝑜,𝑖𝑛
ΦE = =
𝜀0 𝜀0

• De lokale vorm van de Wet van Gauss wordt gegeven door
𝜌(𝑟) 𝜕𝐸 𝜕𝐸 𝜕𝐸
div 𝐸⃗ (𝑟) = 𝜀 met div 𝐸⃗ (𝑟) = 𝜕𝑥𝑥 + 𝜕𝑦𝑦 + 𝜕𝑧𝑧
0


Overgang tussen de 2 vormen van de Wet van Gauss
• Via Stelling van Green:
𝜌 𝑄𝑛𝑒𝑡𝑡𝑜,𝑖𝑛
∭ div 𝐸⃗ 𝑑𝑉 = ∯ 𝐸⃗ 𝑑𝐴 ⇔ ∭ 𝑑𝑉 =
𝜀0 𝜀0




2

,Wet van Gauss + overgang tussen de 2 vormen
Zie vraag 1

Elektrisch veld berekenen buiten een uniform geladen diëlektrische sfeer
𝑄
• Wet van Gauss buiten de sfeer (𝑟 > 𝑅): ∯ 𝐸⃗ ⋅ 𝑑𝐴 = 𝑛𝑒𝑡𝑡𝑜,𝑖𝑛
𝑜𝑝𝑝 𝜀0
• Linkerlid berekenen: ∯𝑜𝑝𝑝𝐸⃗ ⋅ 𝑑𝐴 = ∯𝑜𝑝𝑝𝐸 ⋅ 𝑑𝐴 (want E en dA zijn evenwijdig)

⇔ 𝐸∯ 𝑑𝐴 = 𝐸 ⋅ 4𝜋𝑟 2
𝑄𝑛𝑒𝑡𝑡𝑜,𝑖𝑛 𝑄
• Rechterlid berekenen: 𝜀0
=𝜀 (want alle lading zit in het Gauss-oppervlak)
0
• Stel beide kanten aan elkaar gelijk en vorm om naar 𝐸:
𝑄
𝐸(𝑟) =
4𝜋𝜀0 𝑟 2

• Je kan de sfeer in dit geval dus als een puntlading beschouwen (zelfde formule maar met 𝑞)

Elektrisch veld berekenen binnen een uniform geladen diëlektrische sfeer
𝑄
• Wet van Gauss binnen de sfeer (𝑟 < 𝑅): ∯ 𝐸⃗ ⋅ 𝑑𝐴 = 𝑛𝑒𝑡𝑡𝑜,𝑖𝑛
𝑜𝑝𝑝 𝜀0
• Linkerlid berekenen: ∯𝑜𝑝𝑝𝐸⃗ ⋅ 𝑑𝐴 = 𝐸 ⋅ 4𝜋𝑟 2
(analoog aan vorige puntje)
• Rechterlid berekenen: nu zit niet alle lading in het Gauss-oppervlak → gebruik lokale vorm
𝑄𝑛𝑒𝑡𝑡𝑜,𝑖𝑛 1 1 1 𝑄 𝑄 𝑟3
= ∭ 𝜌𝑑𝑉 = 𝜌𝑉𝑏𝑜𝑙,𝑟 = 𝑉 =
𝜀0 𝜀0 𝜀0 𝜀0 𝑉𝑏𝑜𝑙,𝑅 𝑏𝑜𝑙,𝑟 𝜀0 𝑅 3
• Stel beide kanten aan elkaar gelijk en vorm om naar 𝐸:
𝑄
𝐸(𝑟) = 𝑟
4𝜋𝜀0 𝑅³




3

, Gedrag ladingsverdeling in een geleider in elektrostatisch evenwicht
• Elektrostatisch evenwicht: geen elektrische stroom in de geleider → 𝐸⃗ = 0
• Er is dus ook geen elektrische flux in het Gauss-oppervlak: ΦE = 0
→ 𝑄𝑛𝑒𝑡𝑡𝑜,𝑖𝑛 = 0
• Alle excesladingen zitten dus op het oppervlak, maar ook door het oppervlak gaat geen
stroom → het elektrisch veld moet loodrecht op het oppervlak van de geleider staan
𝑄𝑛𝑒𝑡𝑡𝑜,𝑖𝑛 𝜂𝐴 𝜂
Φ𝐸 = = 𝐸𝐴 ⇔ = 𝐸𝐴 ⇔ 𝐸 =
𝜀0 𝜀0 𝜀0
(Met 𝜂 = oppervlakte ladingsdichtheid)




4

Document information

Study
Uploaded on
October 24, 2022
Number of pages
37
Written in
2021/2022
Type
Other
Person
Unknown
$9.21

Wrong document? Swap it for free Within 14 days of purchase and before downloading, you can choose a different document. You can simply spend the amount again.
Written by students who passed
Immediately available after payment
Read online or as PDF

Seller avatar
Reputation scores are based on the amount of documents a seller has sold for a fee and the reviews they have received for those documents. There are three levels: Bronze, Silver and Gold. The better the reputation, the more your can rely on the quality of the sellers work.
kobetheylaert
4.8
(8)
Sold
75
Followers
34
Items
11
Last sold
5 months ago


Reviews from verified buyers




Why students choose Stuvia

Created by fellow students, verified by reviews

Quality you can trust: written by students who passed their tests and reviewed by others who've used these notes.

Didn't get what you expected? Choose another document

No worries! You can instantly pick a different document that better fits what you're looking for.

Pay as you like, start learning right away

No subscription, no commitments. Pay the way you're used to via credit card and download your PDF document instantly.

Student with book image

“Bought, downloaded, and aced it. It really can be that simple.”

Alisha Student

Working on your references?

Create accurate citations in APA, MLA and Harvard with our free citation generator.

Working on your references?

Frequently asked questions