Samenvatting fysica voor biomedische onderzoek

FYSICA VOOR BIOMEDISCH ONDERZOEK

HOOFDSTUKKEN

1.​ Magnetisch veld en bewegende ladingen
2.​ Ontstaan van magnetische velden
3.​ Geïnduceerde elektromagnetische krachten
4.​ Wisselstroom en impedantie
5.​ Hydrodynamice
6.​ Golven
7.​ Akoestiek
8.​ Geometrische optica
9.​ Fysische optica
10.​Polarisatie
11.​Golfmechanica
12.​Radioactiviteit
13.​Interactie van straling

, 1.Magnetisch veld en bewegende ladingen

1. 1 Magnetisch veld
Permanente magneet
●​ bevat een noordpool en een zuidpool
○​ noordpool → wijst naar geografisch noorden van de aarde
○​ zuidpool → wijst naar geografisch zuiden van de aarde

●​ de magnetische en de geografische polen liggen zeer dicht bij elkaar, maar niet perfect op
elkaar

●​ gelijke polen stoten elkaar af
●​ tegengestelde polen trekken elkaar aan


Magnetisch veld
●​ elke magneet creëert een magnetisch veld
●​ Ḃ = magnetisch veld


Magnetische veldlijnen
●​ een magneet heeft altijd een noord en een zuidpool
●​ bijgevolg heb je altijd gesloten veldlijnen
●​ buiten magneet gaan polen van N→ Z
●​ binnen magneet gaan polen van Z→ N
●​ magnetische veldlijnen zullen nooit kruisen
●​ hoe groter magnetisch veld hoe dichter de veldlijnen bij elkaar liggen


Eenheid van magnetische inductie


Tesla : T
: eenheid van Ḃ
: 1 Tesla = 10.000 Gauss

𝑊𝑏 𝑁 𝑁
T= = 𝐶(𝑚/𝑠) = 𝐴𝑚
𝑚2



Tesla is een zeer grote eenheid
Daarom zal men vaak gebruik maken van Gauss

,1.2 De Lorentzkracht

Experiment
Door verschillende experimenten uit te voeren met het magnetisch veld ontdekte men de
Lorentzkracht.

blauwe bollen geven magnetisch veld weer
de vectoren wijzen uit het bord




Er werd een lading q in het magneetveld afgeschoten
Men nam waar dat de lading zijn originele baan niet ging
uitvoeren. De lading ging afwijken van zijn baan. Er wordt
een kromme baan uitgevoerd.
Dit wil zeggen dat er een kracht wordt uitgeoefend op de
lading.


Het magnetisch veld oefent een kracht uit op de lading.
Lorenz onderzocht de relatie tussen de snelheidsvector van de lading en die van het magnetisch veld.
Men nam volgende zaken waar
●​ vectoren loodrecht : dan heb je afwijking
●​ vectoren parallel : geen afbuiging
●​ hoe sneller lading beweegt, hoe sterker de kromming

Al deze waarnemingen te samen vormen de Lorentzkracht
De Lorentzkracht geeft de kracht op lading q in magnetisch veld B weer.



Ḟ=q(ṼxḂ) Lorentzkracht



→ Ṽ : snelheid van de lading in het magnetisch veld
→ Ḃ : het magnetisch veld
→ q : lading

, Ḟ=q(ṼxḂ) Lorentzkracht


Deze formule geeft de kracht op de lading weer.
F is het vectorieel product van V en B
Het gevolg hiervan is dat als V en B loodrecht op elkaar staan, het vectorieel
product = 0 = F → geen afwijking




De grootte van een kracht wordt bepaald door vermenigvuldiging met
sin. Anders wordt er geen sin gebruikt.
F is maximaal als B⫠V
want F = qvBsin𝛳

sin het grootst bij 𝛳 = 90° : loodrecht
sin kleinst bij 𝛳 = 0° : parallel


lading van q zal de richting van de kracht bepalen
●​ q negatief → tegengestelde richting F
●​ q positief → dezelfde richting als F


Bijgevolg zal de Lorentzkracht altijd loodrecht staan op V en B
Kan je bepalen met rechterhandregel
→ B : wijsvinger
→ V : duim
→ F : middelvinger


De lorentzkracht zal nooit arbeid kunnen leveren.
De arbeid is het scalair product van kracht x verplaatsing.
We hebben gezien dat de kracht F altijd loodrecht staat op V, want F is het resultaat van
een vectorieel product dus zal altijd loodrecht op V en B staan.

Bijgevolg staat de verplaatsing S ook loodrecht op F met als gevolg dat scalair product = 0



F = q(E + V x B) Algemene vorm Lorentzkracht
Wordt gebruikt wanneer er zowel magnetisch als diëlektrisch veld is