Samenvatting Fysica II

Hoofdstuk 21: Elektrische lading & elektrische velden

21.1 Statische elektriciteit: elektrische lading & het behoud ervan
 Statische elektriciteit: voorwerp wordt elektrisch geladen als gevolg van opwrijving
(vroeger ambereffect)  gevolg van transfer van elektronen
 2 soorten elektrische ladingen:
o Positief (opgewreven glazen staaf)
o Negatief (opgewreven plastic liniaal)
 Ongelijksoortige ladingen trekken elkaar aan, gelijksoortige ladingen stoten af
 Wet van behoud van lading:
o De nettohoeveelheid elektrische lading die geproduceerd wordt in een
willekeurig proces is altijd gelijk aan 0
o Het is onmogelijk om elektrische ladingen te genereren/vernietigen
o Bij opwrijving wordt de lading gescheiden & overgedragen op een voorwerp

21.2 Elektrische lading in het atoom
 Oorsprong van elektrische lading ligt binnen het atoom zelf
 Atoommodel
o Kern: zwaar, positief geladen  protonen (p+) en neutronen (n0)
o Elektronen: negatief geladen
 Neutrale atomen bezitten evenveel protonen als neutronen
 Soms kunnen er ook elektronen bijkomen of weggaan  ion
 O.b.v. aggregatietoestand
o Vaste stoffen: kern stationair, elektronen bewegen
o Vloeistoffen & gassen: kern & elektronen bewegen
 Statische elektriciteit (door opwrijving) is tijdelijk
o Lading verdwijnt  wordt getransporteerd door watermoleculen
o Watermoleculen zijn polair
 Negatieve ladingen op liniaal aangetrokken door partieel positieve
+¿¿
kant δ van het watermolecule & omgekeerd
 Positief geladen voorwerp wordt geneutraliseerd door de overdracht
van losjes gebonden elektronen van watermoleculen uit de lucht
o Vochtige dag  moeilijk voor een voorwerp om lading te behouden

21.3 Isolatoren en geleiders
 Isolatoren (hout & rubber)
o Elektronen sterk gebonden aan de kern
o Geen elektronenverplaatsing in een voorwerp mogelijk
 Geleiders (metalen)
o Sommige elektronen zwak gebonden aan de kern  vrije of
geleidingselektronen
o Elektronenstroom in het materiaal
 Halfgeleiders (silicium & germanium)
o Veel minder vrije elektronen
o Scheidingslijn is niet zo zichtbaar



1
Fysica II BCBT1

,21.4 Geïnduceerde lading: de elektroscoop
 Opladen van voorwerpen
o Oplading door geleiding/contact
 Geladen geleider in contact met ongeladen geleider
 Elektronenoverdracht  ongeladen voorwerp krijgt een nettolading
o Oplading door een geïnduceerd voorwerp
 Geladen geleider in de buurt van ongeladen voorwerp (geen contact)
 Ladingen worden herverdeeld
 Lukt niet bij isolatoren  elektronen kunnen niet bewegen
o Aarding
 Contact tussen 2 geleiders, ene in contact met aarde
 Aarde is reservoir van ladingen  kan makkelijk lading
opnemen/afstaan
 Deel lading loopt naar de aarde & bij onderbreking van de aarding
blijft het ongeladen voorwerp geladen achter
 Elektroscoop
o Apparaat om lading mee te meten
o Werking zie dia 11

21.5 De wet van Coulomb
Q 1 Q2
 Wet vanCoulomb : F=k 2
r
1 N ∙ m2
o k= =9,0 ∙ 109 (evenredigheidsconstante)
4 π ε0 C2
 Ladingen hebben meestal de eenheid van μC=10−6 C
 Elektrische lading is gekwantiseerd
o Elektrische lading bestaat alleen uit discrete hoeveelheden
o Ladingen zijn veelvouden van de elementaire lading e (e = 1;602 10-19 C)
 Als de 2 ladingen bollen zijn, waarvoor de lading gelijkmatig verdeeld is, is r de
afstand tussen de middelpunten
 Wet geldt niet voor:
o Voorwerpen waarvan de grootte veel kleiner is dan hun onderlinge afstand
(dan hebben de ladingen geen effect meer op elkaar)
o Voorwerpen met oneindige grootte (moeilijk om r te bepalen)
 Superpositieprincipe
o Principe als er meer dan 2 ladingen aanwezig zijn
o Resulterende kracht op een willekeurige lading = vectorsom van de krachten
die door alle andere ladingen erop uitgeoefend wordt
 Wet van Coulomb vs Wet van de Universele Zwaartekracht
o Gelijkenissen
1
1. Omgekeerd gekwantiseerde wetten 2
r
2. Evenredigheidsrelatie met eigenschap van een voorwerp (k & G)
3. Werken over afstand (geen contact nodig)
o Verschil: zwaartekracht gaat altijd over een aantrekkingskracht

2
Fysica II BCBT1

, 21.6 Het elektrisch veld
 Testlading q = lading die zo klein is dat de kracht die deze zelf uitoefent geen
significante invloed heeft op de ladingen die het veld veroorzaken
⃗
F
 Elektrisch veld: ⃗ E=
q
N
o Eenheid:
C
o Als q positief is, hebben ⃗E en ⃗F dezelfde richting
 Superpositieprincipe van elektrische velden: E = E1 + E2 + E3 + …
σ
 Elektrisch veld bij oneindigheden: E=
2ε0
o σ : ladingsdichtheid
o Formule geldt voor:
 Elk willekeurig punt boven/onder een oneindig groot plat vlak waarop
de lading gelijkmatig verdeeld is
 Punten vlak bij een eindig vlak

21.7 Berekenigen van elektrisch veld voor continue ladingsverdelingen
 Zie oplossingsstrategieën in boek en powerpoints

21.8 Veldlijnen (eigenschappen)
1. Elektrische veldlijnen geven de richting van het elektrische veld aan
2. De grootte van het elektrische veld is evenredig met het aantal veldlijnen
3. Hoe dichter de lijnen bij elkaar zitten, hoe sterker het veld
4. Elektrische veldlijnen gaan van een positieve naar een negatieve lading
5. Het aantal veldlijnen dat vertrekt/aankomt op een lading is evenredig met de grootte
van de lading
6. Veldlijnen snijden elkaar nooit
o Elektrisch veld kan geen 2 richtingen hebben in hetzelfde punt
o Er kan niet meer dan 1 kracht op een testlading uit geoefend worden

21.9 Elektrische velden en geleiders (eigenschappen geleiders)
1. Het elektrisch veld binnenin een geleider is 0  anders komen de ladingen in
beweging
2. Een willekeurige nettolading op een geleider verdeelt zich op het buitenoppervlak
van een geleider
3. Het elektrisch veld staat altijd loodrecht op het oppervlak buiten een geleider
4. Kooi van Faraday: ongeladen holle metalen doos tussen 2 evenwijdige geladen
platen, in de doos is er geen elektrisch veld

21. 11 Elektrische dipolen
 = Combinatie van 2 gelijke ladingen met tegengesteld teken op een afstand l van
elkaar

3
Fysica II BCBT1