HOOFDSTUK 1: ELEKTRISCH VELD
1. Elektrische ladingen
● Eenheid van lading: Coulomb, C
● vroeger wist men niet dat elektriciteit en magnetisme twee verschillende fenomenen waren
→ pas in 16de eeuw
Verlichting => vernieuwing
● experiment Benjamin Franklin = vlieger experiment
→ aangetoond dat bliksem ook elektrisch fenomeen is
→ onderscheid + en - ladingen (elektronen en protonen pas eeuw later)
↳ elektronen zijn de ladingdragers, - beweegt en + niet
2. Wet van behoud van lading
De wet van behoud van lading (in het Engels: law of conservation of charge) is een fundamenteel natuurkundig principe
dat stelt:
De totale elektrische lading in een gesloten systeem blijft constant.
Met andere woorden: lading kan niet uit het niets ontstaan of verdwijnen, maar kan alleen worden overgedragen van het
ene deeltje naar het andere.
Wat betekent dit concreet?
● Als twee objecten met elkaar botsen of reageren, blijft de som van hun elektrische lading vóór en na het proces
gelijk.
● Bij chemische reacties of kernreacties wordt de lading altijd behouden.
● Als een elektron (-1 lading) ergens verdwijnt, moet het ergens anders weer verschijnen of vervangen worden
door een ander deeltje met -1 lading (zoals bij positron-elektron annihilatie, waar een elektron en een positron
samen verdwijnen, maar dat zijn dan gelijke en tegengestelde ladingen).
→ Experiment 1: staven die elkaar afstoten of aantrekken
=> tribo-elektriciteit, Wanneer je twee materialen tegen elkaar wrijft en dan weer van elkaar scheidt, kan er een
overdracht van elektronen plaatsvinden, waardoor de ene stof positief en de andere negatief geladen wordt.
3. Geleiders en isolatoren
● Een geleider is een materiaal waarin elektrische lading (meestal elektronen) zich gemakkelijk kan verplaatsen.
● Een isolator is een materiaal waarin elektrische lading zich nauwelijks of niet kan verplaatsen.
De resistiviteit van een materiaal vertelt hoe sterk een materiaal de
elektrische stroom tegenwerkt. Het is een materiaaleigenschap die bepaalt
hoe goed of slecht het materiaal elektriciteit geleidt.
- Symbool: ⍴
- Eenheid: Ωm
→ lage R, goede geleider
→ hoge R, goede isolator
! zuiverheid van het materiaal heeft grote invloed op de R !
,4. Geïnduceerde ladingen
Een geïnduceerde lading ontstaat zonder direct contact, puur door de invloed van een nabijgelegen elektrisch geladen
object. Het is een herverdeling van ladingen in een voorwerp veroorzaakt door een ander geladen voorwerp in de buurt.
Stel, je brengt een negatief geladen staaf in de buurt van een neutraal metalen bol:
● De negatieve lading van de staaf stoot elektronen af in de bol (gelijke ladingen stoten elkaar af).
● De elektronen in de bol verplaatsen zich naar de andere kant.
● Resultaat: de kant dicht bij de staaf wordt positief geladen, de andere kant negatief → inductie.
● De totale lading van de bol blijft nul (neutraal), maar de ladingen zijn herverdeeld.
Als je de bol vervolgens aardt (verbindt met de aarde), kunnen elektronen wegstromen en blijft er een blijvende positieve
lading over.
5. Wet van Coulomb
De Wet van Coulomb is een fundamentele wet in de elektrostatica die beschrijft hoe sterk de elektrische kracht is tussen
twee geladen deeltjes.
De elektrische kracht tussen twee puntladingen is recht evenredig met het product van hun ladingen en
omgekeerd evenredig met het kwadraat van de afstand tussen hen.
|𝑄1 · |
𝑄2
𝐹 = 𝑘⋅
𝑟²
● F = kracht (N)
● 𝑄1 𝑒𝑛 𝑄2 = lading (C)
● r = afstand tussen de ladingen (m)
1 9
● k = = 8. 99 · 10 𝑁𝑚²/𝐶²
4πε
−12
● ε = elektrische constante = 8. 85 · 10
→ De kracht is afstotend als de ladingen gelijk zijn (beide + of beide −).
→ De kracht is aantrekkend als de ladingen tegengesteld zijn (+ en −).
→ De kracht werkt langs de lijn die de twee ladingen verbindt.
→ Hoe verder de ladingen uit elkaar staan, hoe zwakker de kracht
, De torsiebalans was een gevoelig meetinstrument dat Charles-Augustin de
Coulomb gebruikte om zijn beroemde wet (de Wet van Coulomb) experimenteel
te bewijzen rond 1785.
De torsiebalans bestaat uit:
Een dunne draadtorsieveer (bijv. zijde of metaaldraad) die aan het plafond hangt.
Aan de onderkant zit een lichte, horizontale staaf met aan elk uiteinde een kleine
geleidende bol.
Eén van die bollen kan geladen worden.
In de buurt wordt een andere geladen bol geplaatst (op een vaste positie).
Door aantrekking of afstoting draait de horizontale staaf, en die draaiing verdraait de draad.
De hoeveelheid draaiing (de torsiehoek) is recht evenredig met de kracht tussen de ladingen.
Coulomb wist ook dat de terugdraaiende kracht van de draad recht evenredig is met de hoek van verdraaiing.
Door het meten van die draaihoek kon hij dus de elektrische kracht berekenen, en aantonen dat:
1
𝐹 ∼ 𝑟²
en daarmee de Wet van Coulomb bevestigen.
1 C is hele grote eenheid, daarom wordt ze niet gebruikt als eenheid
− +
elementaire lading = lading 𝑒 𝑒𝑛 𝑝
→ kleinste lading in de natuur
=> gekwantificeerde lading, zo vaak in stukjes gebroken dat het niet verder gesplitst kan word
,
1. Elektrische ladingen
● Eenheid van lading: Coulomb, C
● vroeger wist men niet dat elektriciteit en magnetisme twee verschillende fenomenen waren
→ pas in 16de eeuw
Verlichting => vernieuwing
● experiment Benjamin Franklin = vlieger experiment
→ aangetoond dat bliksem ook elektrisch fenomeen is
→ onderscheid + en - ladingen (elektronen en protonen pas eeuw later)
↳ elektronen zijn de ladingdragers, - beweegt en + niet
2. Wet van behoud van lading
De wet van behoud van lading (in het Engels: law of conservation of charge) is een fundamenteel natuurkundig principe
dat stelt:
De totale elektrische lading in een gesloten systeem blijft constant.
Met andere woorden: lading kan niet uit het niets ontstaan of verdwijnen, maar kan alleen worden overgedragen van het
ene deeltje naar het andere.
Wat betekent dit concreet?
● Als twee objecten met elkaar botsen of reageren, blijft de som van hun elektrische lading vóór en na het proces
gelijk.
● Bij chemische reacties of kernreacties wordt de lading altijd behouden.
● Als een elektron (-1 lading) ergens verdwijnt, moet het ergens anders weer verschijnen of vervangen worden
door een ander deeltje met -1 lading (zoals bij positron-elektron annihilatie, waar een elektron en een positron
samen verdwijnen, maar dat zijn dan gelijke en tegengestelde ladingen).
→ Experiment 1: staven die elkaar afstoten of aantrekken
=> tribo-elektriciteit, Wanneer je twee materialen tegen elkaar wrijft en dan weer van elkaar scheidt, kan er een
overdracht van elektronen plaatsvinden, waardoor de ene stof positief en de andere negatief geladen wordt.
3. Geleiders en isolatoren
● Een geleider is een materiaal waarin elektrische lading (meestal elektronen) zich gemakkelijk kan verplaatsen.
● Een isolator is een materiaal waarin elektrische lading zich nauwelijks of niet kan verplaatsen.
De resistiviteit van een materiaal vertelt hoe sterk een materiaal de
elektrische stroom tegenwerkt. Het is een materiaaleigenschap die bepaalt
hoe goed of slecht het materiaal elektriciteit geleidt.
- Symbool: ⍴
- Eenheid: Ωm
→ lage R, goede geleider
→ hoge R, goede isolator
! zuiverheid van het materiaal heeft grote invloed op de R !
,4. Geïnduceerde ladingen
Een geïnduceerde lading ontstaat zonder direct contact, puur door de invloed van een nabijgelegen elektrisch geladen
object. Het is een herverdeling van ladingen in een voorwerp veroorzaakt door een ander geladen voorwerp in de buurt.
Stel, je brengt een negatief geladen staaf in de buurt van een neutraal metalen bol:
● De negatieve lading van de staaf stoot elektronen af in de bol (gelijke ladingen stoten elkaar af).
● De elektronen in de bol verplaatsen zich naar de andere kant.
● Resultaat: de kant dicht bij de staaf wordt positief geladen, de andere kant negatief → inductie.
● De totale lading van de bol blijft nul (neutraal), maar de ladingen zijn herverdeeld.
Als je de bol vervolgens aardt (verbindt met de aarde), kunnen elektronen wegstromen en blijft er een blijvende positieve
lading over.
5. Wet van Coulomb
De Wet van Coulomb is een fundamentele wet in de elektrostatica die beschrijft hoe sterk de elektrische kracht is tussen
twee geladen deeltjes.
De elektrische kracht tussen twee puntladingen is recht evenredig met het product van hun ladingen en
omgekeerd evenredig met het kwadraat van de afstand tussen hen.
|𝑄1 · |
𝑄2
𝐹 = 𝑘⋅
𝑟²
● F = kracht (N)
● 𝑄1 𝑒𝑛 𝑄2 = lading (C)
● r = afstand tussen de ladingen (m)
1 9
● k = = 8. 99 · 10 𝑁𝑚²/𝐶²
4πε
−12
● ε = elektrische constante = 8. 85 · 10
→ De kracht is afstotend als de ladingen gelijk zijn (beide + of beide −).
→ De kracht is aantrekkend als de ladingen tegengesteld zijn (+ en −).
→ De kracht werkt langs de lijn die de twee ladingen verbindt.
→ Hoe verder de ladingen uit elkaar staan, hoe zwakker de kracht
, De torsiebalans was een gevoelig meetinstrument dat Charles-Augustin de
Coulomb gebruikte om zijn beroemde wet (de Wet van Coulomb) experimenteel
te bewijzen rond 1785.
De torsiebalans bestaat uit:
Een dunne draadtorsieveer (bijv. zijde of metaaldraad) die aan het plafond hangt.
Aan de onderkant zit een lichte, horizontale staaf met aan elk uiteinde een kleine
geleidende bol.
Eén van die bollen kan geladen worden.
In de buurt wordt een andere geladen bol geplaatst (op een vaste positie).
Door aantrekking of afstoting draait de horizontale staaf, en die draaiing verdraait de draad.
De hoeveelheid draaiing (de torsiehoek) is recht evenredig met de kracht tussen de ladingen.
Coulomb wist ook dat de terugdraaiende kracht van de draad recht evenredig is met de hoek van verdraaiing.
Door het meten van die draaihoek kon hij dus de elektrische kracht berekenen, en aantonen dat:
1
𝐹 ∼ 𝑟²
en daarmee de Wet van Coulomb bevestigen.
1 C is hele grote eenheid, daarom wordt ze niet gebruikt als eenheid
− +
elementaire lading = lading 𝑒 𝑒𝑛 𝑝
→ kleinste lading in de natuur
=> gekwantificeerde lading, zo vaak in stukjes gebroken dat het niet verder gesplitst kan word
,
