Fysica
1.1 elektrostatica
Elektrische lading
Lading
lading: grootheid (symbool Q) die aangeeft op welke manier een deeltje wordt
beïnvloed door elektrische en magnetische velden. Voorwerpen kunnen positief of
negatief geladen zijn.
coulomb: lading van het elektron gedeeld door 1,602176634×10 -19
wet van Coulomb
ladingen oefenen op elkaar een elektrische kracht/coulombkracht uit
gelijksoortige ladingen stoten elkaar af, ongelijksoortige ladingen trekken elkaar aan
voor 2 puntladingen Q1 en Q2 op een afstand r van elkaar is de grootte van de kracht
¿
F = k ∙∨Q 1∨∙∨Q2∨ 2 ¿
r
! voor vacuüm en lucht: k = 8,99*109 N * m²/C²
(deeltje, lading, massa )
proton: +1.60*10-19C 1.673*10-27kg
elektron: -1.60*10-19C 9.109*10-31kg
neutron 0 1.675*10-27kg
opwekken van lading
neutraal voorwerp: voorwerp dat evenveel positieve ladingen (protonen) als negatieve
ladingen (elektronen) bevat
geladen atoom: atoom dat een lading opneemt of afstaat (=ion)
tribo-elektrisch effect: ladingen die scheiden door wrijving
negatief geladen voorwerp
bv. pvc buis en hand
je wrijft met je hand over een stuk pvc-buis, hierbij onttrekt de pvc-buis elektronen aan
de atomen van je hand, de buis wordt zo negatief geladen en je hand wordt even sterk
positief geladen
positief geladen voorwerp
bv. stuk glas en papier
je wrijft met papier over een stuk glas, hierbij onttrekt het papier elektronen aan de
buitenkant van het glas, papier wordt zo negatief en het glas positief geladen
Geleiders en isolatoren
isolator: bevat geen vrije ladingen, de opgenomen elektronen kunnen niet vrij bewegen
geleider: bevat vrije ladingen, de opgenomen elektronen kunnen vrij bewegen
Metalen geleiden
metalen hebben slechts enkele VE, in metalen is de coulombkracht van de positieve
kern bij kamertemperatuur te zwak om de VE bij de kern te houden, de VE kunnen vrij in
het rooster bewegen (= vrije elektronen)
de atomen zijn positief geladen roosterionen
p. 1/35
plaatje: geleider
staafje: geleider
naald: geleider
, Fysica
Elektroscoop
als je een geladen voorwerp boven de elektroscoop houdt, wijkt de naald uit, hoe meer
het voorwerp geladen is, hoe verder de naald uitwijkt
negatief voorwerp:
breng voorwerp boven elektroscoop
→ vrij elektronen van plaatje naar beneden geduwd en verspreiden zich over de naald en
vaste staafje
→ naald en staafje gelijksoortige lading (negatief) plaatje positieve lading
→naald wordt afgestoten en wijkt uit
Inductie
= natuurkundig verschijnsel dat ontstaat wanneer elektrische spanning over een
geleider wordt opgewekt
Polarisatie
=het ontstaan van een elektrisch veld ten gevolge van een potentiaalverschil
Het elektrisch veld
E
elektrisch veld in een punt is de verhouding van de kracht op een proeflading Qp(in
dat punt) tot die proeflading:
F −→
E
=Qp
uitgedrukt in: N / C
p. 2/35
, Fysica
Radiaal veld
= veld van één bronlading
- van positieve lading weg
- naar negatieve lading toe
Homogeen veld
= veld tussen 2 evenwijdige platen die een even grote
tegengestelde lading Q dragen
de grootte, richting, zin van elektrisch veld in elk punt
hetzelfde
→ de grootte E ~ Q (lading)
elektrische veldsterkte
Bronlading
- positieve bronlading: elektrisch veld wijst weg van de
bronlading
- negatieve bronlading: elektrisch veld wijst naar
bronlading toe
Proeflading
- positieve proeflading: ondervindt een kracht in de zin van het veld
- negatieve proeflading: ondervindt een kracht tegen de zin van het veld
= elektrisch veld van één bronlading
- hoe dichter bij de bronalding, hoe groter het
veld
- op gelijke afstanden van de lading Qb is het
veld even groot
Elektrisch veld met meerdere
bronladingen
1. bepaal het veld voor elke bronlading
p. 3/35
, Fysica
2. tel de veldvectoren als vectoren op (cosinusregel)
Potentiële energie
potentiële elektrische energie van een lading Q in een punt P op een afstand d
van de negatieve plaat in een homogeen veld wordt weergegeven door
Epot = Q * E * d
Elektrisch potentiaal
de potentiaal V in een punt P in een elektrisch veld V:
V = Epot / Q
uitgedrukt : J/C (volt V)
1J/C = 1 V
Elektrisch potentiaal bij een homogeen elektrisch veld
de potentiaal in een punt P in een homogeen elektrisch veld op een afstand d van de
negatieve plaats is V = E * d en hangt dus enkel af van de grootte van het elektrisch
veld (E) en de afstand tot de negatieve plaat
! de verandering v/d potentiaal met de afstand d kun je weergeven met de V(d)-grafiek
→ V = E * d, dus V ~ d en is de grafiek een rechte door de oorsprong
y = m*x
y = E*x
V = E*d
p. 4/35
, Fysica
1.2 elektrodynamica
Elektrodynamica
elektrische spanning
elektrische spanning: U12 tussen twee punten: 1 en 2 in een elektrisch veld is het
potentiaalverschil tussen die 2 punten:
- U12 = V(1) - V(2)
Δ E1 → 2
- U=
Q
- uitgedrukt in volt (V)
- spanning in een geleider
- U=E*l
- grootte homogeen elektrisch veld E
- lengte v/d geleider l
spanningsbronnen
= onderhoudt de spanning/spanningsverloop tussen 2 polen van de bron
gelijkspanning
= (DC) gelijkspanningsbron heeft een plus- en minpool, de pluspool heeft het
hoogste potentiaal
→ gelijkspanning (U,t) diagram
wisselspanning
= (AC) wisselspanningsbron heeft een plus- en minpool die
voortdurend wisselen, fequentie: 50Hz (50 cycli per seconden)
→ wisselspanning (U,t)diagram
p. 5/35
, Fysica
Weerstand
weerstand: fysische eigenschap van een systeem die aangeeft of het systeem
gemakkelijk of moeilijk stroom doorlaat
weerstand R van een draad is de verhouding van de spanning UR over de draad tot de
stroomsterkte I door de draad
U 1
R = R of R =
I G
uitgedrukt in Ω
1Ω =1V/A
Factoren die de weerstand beïnvloeden
- diameter v/d draad
- lengte v/d draad
- temperatuur
Ohmse weerstand
Ohmse weerstand: weerstand waarbij er recht evenredig (lineair) verband is tussen de
spanning over de weerstand en de stroomsterkte door de weerstand
I~U
U
R=
I
Warmteontwikkeling bij een weerstand
warmtehoeveelheid QW: die ontstaat in een geleider met weerstand R waar
gedurende een tijdsduur Δ t een stroom I doorloopt
QW = R * I2 * Δ t
Vermogen ontwikkeld in een weerstand
vermogen P: ontwikkeld in een weerstand R waarover een spanning U staat en waar
een stroom I doorloopt is
P = R * I2
P=U*I
U2
P=
R
Everbr
P=
Δt
kilowattuur
1kWh = 3,6 MJ
Elektrische schakelingen
serieschakeling
- stroom door elke weerstand is dezelfde: I1 = I2 = I3 = …
- spanning over elke tak verdeelt zich over de verschillende weerstanden: U = U 1 +
U2 + U3
- substitutieweerstand: RS = R1 + R2 + R3 + …
p. 6/35
1.1 elektrostatica
Elektrische lading
Lading
lading: grootheid (symbool Q) die aangeeft op welke manier een deeltje wordt
beïnvloed door elektrische en magnetische velden. Voorwerpen kunnen positief of
negatief geladen zijn.
coulomb: lading van het elektron gedeeld door 1,602176634×10 -19
wet van Coulomb
ladingen oefenen op elkaar een elektrische kracht/coulombkracht uit
gelijksoortige ladingen stoten elkaar af, ongelijksoortige ladingen trekken elkaar aan
voor 2 puntladingen Q1 en Q2 op een afstand r van elkaar is de grootte van de kracht
¿
F = k ∙∨Q 1∨∙∨Q2∨ 2 ¿
r
! voor vacuüm en lucht: k = 8,99*109 N * m²/C²
(deeltje, lading, massa )
proton: +1.60*10-19C 1.673*10-27kg
elektron: -1.60*10-19C 9.109*10-31kg
neutron 0 1.675*10-27kg
opwekken van lading
neutraal voorwerp: voorwerp dat evenveel positieve ladingen (protonen) als negatieve
ladingen (elektronen) bevat
geladen atoom: atoom dat een lading opneemt of afstaat (=ion)
tribo-elektrisch effect: ladingen die scheiden door wrijving
negatief geladen voorwerp
bv. pvc buis en hand
je wrijft met je hand over een stuk pvc-buis, hierbij onttrekt de pvc-buis elektronen aan
de atomen van je hand, de buis wordt zo negatief geladen en je hand wordt even sterk
positief geladen
positief geladen voorwerp
bv. stuk glas en papier
je wrijft met papier over een stuk glas, hierbij onttrekt het papier elektronen aan de
buitenkant van het glas, papier wordt zo negatief en het glas positief geladen
Geleiders en isolatoren
isolator: bevat geen vrije ladingen, de opgenomen elektronen kunnen niet vrij bewegen
geleider: bevat vrije ladingen, de opgenomen elektronen kunnen vrij bewegen
Metalen geleiden
metalen hebben slechts enkele VE, in metalen is de coulombkracht van de positieve
kern bij kamertemperatuur te zwak om de VE bij de kern te houden, de VE kunnen vrij in
het rooster bewegen (= vrije elektronen)
de atomen zijn positief geladen roosterionen
p. 1/35
plaatje: geleider
staafje: geleider
naald: geleider
, Fysica
Elektroscoop
als je een geladen voorwerp boven de elektroscoop houdt, wijkt de naald uit, hoe meer
het voorwerp geladen is, hoe verder de naald uitwijkt
negatief voorwerp:
breng voorwerp boven elektroscoop
→ vrij elektronen van plaatje naar beneden geduwd en verspreiden zich over de naald en
vaste staafje
→ naald en staafje gelijksoortige lading (negatief) plaatje positieve lading
→naald wordt afgestoten en wijkt uit
Inductie
= natuurkundig verschijnsel dat ontstaat wanneer elektrische spanning over een
geleider wordt opgewekt
Polarisatie
=het ontstaan van een elektrisch veld ten gevolge van een potentiaalverschil
Het elektrisch veld
E
elektrisch veld in een punt is de verhouding van de kracht op een proeflading Qp(in
dat punt) tot die proeflading:
F −→
E
=Qp
uitgedrukt in: N / C
p. 2/35
, Fysica
Radiaal veld
= veld van één bronlading
- van positieve lading weg
- naar negatieve lading toe
Homogeen veld
= veld tussen 2 evenwijdige platen die een even grote
tegengestelde lading Q dragen
de grootte, richting, zin van elektrisch veld in elk punt
hetzelfde
→ de grootte E ~ Q (lading)
elektrische veldsterkte
Bronlading
- positieve bronlading: elektrisch veld wijst weg van de
bronlading
- negatieve bronlading: elektrisch veld wijst naar
bronlading toe
Proeflading
- positieve proeflading: ondervindt een kracht in de zin van het veld
- negatieve proeflading: ondervindt een kracht tegen de zin van het veld
= elektrisch veld van één bronlading
- hoe dichter bij de bronalding, hoe groter het
veld
- op gelijke afstanden van de lading Qb is het
veld even groot
Elektrisch veld met meerdere
bronladingen
1. bepaal het veld voor elke bronlading
p. 3/35
, Fysica
2. tel de veldvectoren als vectoren op (cosinusregel)
Potentiële energie
potentiële elektrische energie van een lading Q in een punt P op een afstand d
van de negatieve plaat in een homogeen veld wordt weergegeven door
Epot = Q * E * d
Elektrisch potentiaal
de potentiaal V in een punt P in een elektrisch veld V:
V = Epot / Q
uitgedrukt : J/C (volt V)
1J/C = 1 V
Elektrisch potentiaal bij een homogeen elektrisch veld
de potentiaal in een punt P in een homogeen elektrisch veld op een afstand d van de
negatieve plaats is V = E * d en hangt dus enkel af van de grootte van het elektrisch
veld (E) en de afstand tot de negatieve plaat
! de verandering v/d potentiaal met de afstand d kun je weergeven met de V(d)-grafiek
→ V = E * d, dus V ~ d en is de grafiek een rechte door de oorsprong
y = m*x
y = E*x
V = E*d
p. 4/35
, Fysica
1.2 elektrodynamica
Elektrodynamica
elektrische spanning
elektrische spanning: U12 tussen twee punten: 1 en 2 in een elektrisch veld is het
potentiaalverschil tussen die 2 punten:
- U12 = V(1) - V(2)
Δ E1 → 2
- U=
Q
- uitgedrukt in volt (V)
- spanning in een geleider
- U=E*l
- grootte homogeen elektrisch veld E
- lengte v/d geleider l
spanningsbronnen
= onderhoudt de spanning/spanningsverloop tussen 2 polen van de bron
gelijkspanning
= (DC) gelijkspanningsbron heeft een plus- en minpool, de pluspool heeft het
hoogste potentiaal
→ gelijkspanning (U,t) diagram
wisselspanning
= (AC) wisselspanningsbron heeft een plus- en minpool die
voortdurend wisselen, fequentie: 50Hz (50 cycli per seconden)
→ wisselspanning (U,t)diagram
p. 5/35
, Fysica
Weerstand
weerstand: fysische eigenschap van een systeem die aangeeft of het systeem
gemakkelijk of moeilijk stroom doorlaat
weerstand R van een draad is de verhouding van de spanning UR over de draad tot de
stroomsterkte I door de draad
U 1
R = R of R =
I G
uitgedrukt in Ω
1Ω =1V/A
Factoren die de weerstand beïnvloeden
- diameter v/d draad
- lengte v/d draad
- temperatuur
Ohmse weerstand
Ohmse weerstand: weerstand waarbij er recht evenredig (lineair) verband is tussen de
spanning over de weerstand en de stroomsterkte door de weerstand
I~U
U
R=
I
Warmteontwikkeling bij een weerstand
warmtehoeveelheid QW: die ontstaat in een geleider met weerstand R waar
gedurende een tijdsduur Δ t een stroom I doorloopt
QW = R * I2 * Δ t
Vermogen ontwikkeld in een weerstand
vermogen P: ontwikkeld in een weerstand R waarover een spanning U staat en waar
een stroom I doorloopt is
P = R * I2
P=U*I
U2
P=
R
Everbr
P=
Δt
kilowattuur
1kWh = 3,6 MJ
Elektrische schakelingen
serieschakeling
- stroom door elke weerstand is dezelfde: I1 = I2 = I3 = …
- spanning over elke tak verdeelt zich over de verschillende weerstanden: U = U 1 +
U2 + U3
- substitutieweerstand: RS = R1 + R2 + R3 + …
p. 6/35
