Resume
samenvatting fysica 2
- Cours
- Fysica 2
- Établissement
- Universiteit Gent (UGent)
Uitgebreide samenvatting van de volledige lessenreeks fysica 2
[Montrer plus]
Aperçu du contenu
FYSICADEEL 1: ELEKTRICITEIT EN MAGNETISME
HOOFDSTUK 1: LADING EN ELEKTRISCHE POTENTIAAL
Lading en materie
• Atomen ➔ kern: protonen p (Z) + neutronen n (N) omgeven door elektronenwolk (e- in orbitalen)
• # e- = # p ➔ elektrisch geladen
• De grootte van de elementaire lading = lading van een proton of elektron
• Lading is gekwantiseerd. Alle voorkomende ladingen zijn veelvouden van deze elementaire lading
• Krachten werkzaam
o Centripetale kracht op de elektronen: elektrische aantrekkingskracht tss ladingen van tegengesteld
teken: protonen en orbitale elektronen
o De kern wordt samengehouden door de sterke wisselwerking tss de nucleonen onderling:
kernkrachten
• Door fysische processen (wrijving, straling) knn de elektronen verst van de kern uit het atoom worden
weggetrokken
➔positief geladen ionen (kationen, elektronentekort) en negatief geladen ionen (anionen,
elektronenoverschot) ➔ materie wordt positief of negatief geladen
• Ionen en elektrische krachten zijn van zeer groot belang in vele biologische processen
BV signaaltransport in het zenuwstelsel gebeurt door transport van ladingen en elektrische krachten
De wet van Coulomb
• Tegengestelde ladingen trekken elkaar aan met een kracht:
• Gelijknamige ladingen stoten elkaar af met een kracht:
• De aantrekkende en afstotende krachten werken langs de lijn die beide ladingen verbindt
• Wet van Coulomb:
o De grootte van de kracht:
(epsilon 0: formularium)
• De kracht inwerkend op een lading q1 veroorzaakt door meerdere ladingen q2, q3 … is de
vectorsom van de krachten tussen q1 en q2, tussen q1 en q3 …
• Natuurverschijnsel: een bliksem ontstaat door de enorme stroom elektronen die uit de
aarde naar een positief geladen wolk worden aangetrokken
De elektrische veldvector en krachtlijnen
• De elektrische veldvector
o Nabij de aarde heerst in ieder punt vd ruimte een gravitatieveld
= gravitatiekracht op de eenheidsmassa
▪ Analoog in de ruimte nabij een elektrisch geladen voorwerp:
1
, ▪ Elektrisch veld: kracht die de eenheidslading onderbindt in het beschouwd punt
o De krachtwerking tss 2 geladen deeltjes:
GEEN rechtstreekse ogenblikkelijke werking: verloopt in 2 stappen:
▪ 1. Een lading q1 verwekt in de omgevende ruimte een elektrische veld
▪ 2. Dit veld invloed op een lading q2: q2 ondervindt de kracht F oiv aanwezige veld
o Omgekeerd veroorzaakt het elektrische veld afkomstig van lading 2 een kracht op lading 1:
symmetrische toestand
o Definitie van het elektrisch veldvector E
▪ E is de kracht die de positieve puntvormige eenheidslading (q0)
in het beschouwde punt van de ruimte ondervindt:
▪ E is een vectoriële grootheid uitgedrukt in N/C (Newton/Coulomb)
• De krachtlijnenvoorstelling van het elektrische veld
o in het geval van stationaire ladingen: het elektrisch veld verloop in de ruimte voorgesteld mbv
krachtlijnen (Faraday)
o krachtlijnen = elektrische veldlijnen = reeks lijnen die de richting van het elektrische veld
weergeven in verschillende punten in de ruimte
o de voorstelling van E berust op de volgende afspraken:
▪ de richting vd krachtlijn geeft de richting vd kracht op een positieve testlading
▪ het # krachtlijnen per eenheid van oppervlakte is evenredig met de grootte vh elektrische
veld
o de lijnen dichter bij elkaar ➔ het elektrische veld sterker
o krachtlijnen bij verschillende ladingsverdelingen:
o 1. Krachtlijnen nabij een positieve en een negatieve puntlading
▪ De kwadraatwet: de grootte vh veld neemt af met het
kwadraat vd afstand
▪ De lijnen liggen dichterbij elkaar naarmate de afstand tot
de lading kleiner is, dus hoe sterker het elektrisch veld is
o 2. Krachtlijnen nabij 2 gelijke ladingen en nabij 2 tegengestelde ladingen (elektrische dipool)
▪ Elektrische dipool: gelijke grootte maar tegengestelde lading
o 3. Krachtlijnen bij een bolvormige negatief of positief geladen geleider
▪ De lading bevindt zich aan de buitenzijde vd geleider
2
, ▪ Binnenin de sfeer heerst er geen elektrisch veld E = 0 (kooi van Faraday)
▪ Buiten de sfeer is de elektrische veldsterkte dezelfde alsof alle lading in het middelpunt
geconcentreerd is
o 4. Krachtlijnen nabij een vlakke, oneindig uitgestrekte, uniforme positieve ladingsverdeling
▪ De veldlijnen staan loodrecht op de plaat
▪ Stel = oppervlakteladingsdichtheid: hvlheid lading per oppervlakte
eenheid
▪ De grootte van E is:
• Onafhankelijk van afstand tot de plaat
• Constant in alle punten langs weerszijden vh oppervlak
▪ Formule ook bruikbaar bij eindige vlakke ladingsverdelingen voor punten op loodrechte
afstanden r die klein zijn vergeleken met de afstand vd beschouwde punten tot de randen
vd eindige ladingsverdeling
o 5. Krachtlijnen bij een bipolaire laag die uniform geladen is
BV condensor
▪ Het veldlijnenpatroon in de omgeving ve # macromoleculen
(proteïnen of nucleïnezuren) laat toe op afstand hun interacties
te selecteren
De elektrische dipool
• Het elektrisch veld op een afstand r langs de middelloodlijn op de verbindingsrechte tss beide ladingen
o Beschouw een elektrische dipool bestaande uit een
positieve lading +q en een gelijke tegengestelde lading -q
op een afstand 2a
o Beschouw punt P op de middelloodlijn vd dipool
o In het punt P wordt het resulterend elektrisch veld
gegeven door de vectorvgl:
o De grootte van E1 en E2:
o De vectorsom is verticaal opwaarts gericht
o
o ➔ het elektrische veld vd elektrische dipool daalt met toenemende afstand r volgens een 1/r3
wetmatigheid
3
, o ➔ het elektrische veld daalt dus sneller dan het elektrische veld ve afgezonderde puntlading
waarvoor E evenredig is met 1/r2
• Een dipool in een homogeen uitwendig elektrisch veld
o Beschouw een dipool bestaande uit 2 gelijke ladingen met tegengesteld teken op een afstand 2a
van elkaar en verbonden met elkaar
o
o ➔ de dipool gaat een rotatiebeweging uitvoeren
Elektrisch potentiaal
• Beschouw een sferische lading q die een elektrisch veld opwekt
o Een positieve testlading q0 ondervindt in het punt A een
kracht F = q0 E
o Om q0 van A naar B langs het pad 1 te brengen tegen het
elektrisch veld in, moet er een uitwendige
arbeid WAB geleverd worden
• Def: het elektrisch potentiaalverschil tss A en B, VB – VA:
• Het elektrisch potentiaalverschil tss 2 punten B en A is de arbeid die een uitwendige kracht moet uitoefen
om positieve eenheidslading van A naar B te brengen
• SI-eenheid van potentiaalverschil: de Volt
➔ 1 volt = 1 J/C
• Het potentiaalverschil VB – VA is onafh vd gevolgde weg:
o Beschouw een verplaatsing vd testlading q0 langs pad 2
o De uitwendige krachtvector Fuitw is op ieder ogenblik in grootte gelijk en tegengesteld aan
elektrische krachtvector q0E
o Pad 2 is te benaderen door een gebroken baan, afwisselend samengesteld uit een boogsegment en
een radiaal element
o
o Bij gebroken baan enkel arbeid verricht langs de radiale elementen
o Som van radiale elementen = radiale weglengte AB
o WAB langs gebroken baan = WAB langst pad 1
o Door het # boogsegmenten en radiale elementen willekeurig groot te kiezen, kan de gebroken
baan willekeurig dicht benaderen tot pad 2:
➔ VB – VA langs pad 1 = VB – VA langs pad 2
• De elektrische potentiaal in een punt op ∞ afstand ve puntvormige lading, ve eindige discontinue of
continue ladingsverdeling, wordt op arbitraire wijze gelijk gesteld aan 0: V∞ =0
• Def: de elektrische potentiaal in een willekeurig punt:
o met W de arbeid verricht door een uitwendige kracht om een positieve
testlading q0 bij het doorlopen van opeenvolgende evenwichtstoestanden vanuit ∞ te brengen naar
het beschouwde punt
➔ V>0 nabij een positieve lading
➔ V<0 nabij een negatieve lading
• alle punten met dezelfde elektrische potentiaal vormen een equipotentiaaloppervlak
o bij de verplaatsing ve testlading tss 2 punten op een equipotentiaaloppervlak is de arbeid = 0
o veldvectoren E staan loodrecht op de equipotentiaaloppervlakken
• uit het verloop vh elektrisch veld kan de potentiaal berekend worden
o beschouw een willekeurig punt B in een elektrisch veld
4
Les avantages d'acheter des résumés chez Stuvia:
Qualité garantie par les avis des clients
Les clients de Stuvia ont évalués plus de 700 000 résumés. C'est comme ça que vous savez que vous achetez les meilleurs documents.
L’achat facile et rapide
Vous pouvez payer rapidement avec iDeal, carte de crédit ou Stuvia-crédit pour les résumés. Il n'y a pas d'adhésion nécessaire.
Focus sur l’essentiel
Vos camarades écrivent eux-mêmes les notes d’étude, c’est pourquoi les documents sont toujours fiables et à jour. Cela garantit que vous arrivez rapidement au coeur du matériel.
Foire aux questions
Qu'est-ce que j'obtiens en achetant ce document ?
Vous obtenez un PDF, disponible immédiatement après votre achat. Le document acheté est accessible à tout moment, n'importe où et indéfiniment via votre profil.
Garantie de remboursement : comment ça marche ?
Notre garantie de satisfaction garantit que vous trouverez toujours un document d'étude qui vous convient. Vous remplissez un formulaire et notre équipe du service client s'occupe du reste.
Auprès de qui est-ce que j'achète ce résumé ?
Stuvia est une place de marché. Alors, vous n'achetez donc pas ce document chez nous, mais auprès du vendeur camilledecoster. Stuvia facilite les paiements au vendeur.
Est-ce que j'aurai un abonnement?
Non, vous n'achetez ce résumé que pour €7,99. Vous n'êtes lié à rien après votre achat.
Peut-on faire confiance à Stuvia ?
4.6 étoiles sur Google & Trustpilot (+1000 avis)
81113 résumés ont été vendus ces 30 derniers jours
Fondée en 2010, la référence pour acheter des résumés depuis déjà 14 ans