Elektrisch veld en elektrische kracht

Thijs stelde deze vraag op 12 november 2021 om 19:46.

Hoi,

ik snap deze opgave niet. Ik snap het verschil niet tussen het elektrisch veld en de elektrische kracht. Hoe weet ik bijvoorbeeld welke richting deze gaan? Enige wat ik weet bij deze opgave is dan beeldlijnen van + naar - gaan en de elektronen van - naar +. Verder weer ik niet zoveel.

Thijs 

Reacties

Theo de Klerk op 12 november 2021 om 21:00

Elektrische kracht is de kracht tussen twee geladen voorwerpen. De Wet van Coulomb geldt:
F = f q1q2/r2
Beide ladingen trekken elkaar aan/stoten elkaar af met dezelfde kracht. 
Het elektrisch veld van een geladen voorwerp is niet anders dan de kracht per ladingseenheid (1 coulomb, dus N/C):  E1 = F/q2 Merk op dat een ladingsveld (en ook de kracht) alleen op een andere lading werkt: vandaar E1 voor het veld van lading q1 . Deze werkt op elke andere lading q2 in het veld. De kracht die q2 daardoor voelt is  F = q2 E1

De richting van de veldlijnen is per afspraak: ze lopen van + naar - . De kracht door het veld is afhankelijk van de lading: gelijknamige ladingen stoten elkaar af, ongelijknamige trekken elkaar aan.
Aangezien de richting van het veld E van + naar - loopt, kun je voor de krachtvector stellen dat die wijst in dezelfde richting als E als het een positieve lading betreft (dan stoten ze elkaar af) en in tegengestelde richting als het een negatieve lading betreft (dan trekken ze elkaar aan). 



En dat leidt dan tot de vragen die aan je gesteld worden. Daarvoor heb ik je tekening nog eens overgedaan met wat getallen erbij.


Voor het gemak heb ik de min-pool van de spanningsbron aan aarde gelegd. Dan is de spanning op de condensatorplaten aan de binnenkant gelijk aan de plus-pool van de spanningsbron: 240 V.  Zonder aarding zal het spanningsverschil tussen de polen 240 V blijven, maar dan zijn de respectievelijke spanningen bijv. 100 V bij de min kant en 340 V aan de pluskant. 

De platen van de condensator nemen de spanning aan van de batterijpool waarmee ze verbonden zijn. De binnenkanten zullen dus 240 V zijn, de buitenkanten 0 V.  
Het elektrische veld loopt bij afspraak van + naar -  en zal tussen de platen van elke condensator dus tegengesteld gericht zijn, zoals getekend.

Vaak laat je de velden tussen afzonderlijke condensators weg omdat ze geen netto effect hebben. De velden zijn er wel. Ik heb twee veldlijnen getekend. Ze gaan van de positief geladen platen naar een negatieve lading (met grote bocht naar de andere plaat van de condensator). De velden van beide condensators is tussen de condensator dus tegengesteld gericht en stoten elkaar af: ze laten elkaar uitwijken naar boven (of beneden). 

Wat gebeurt er nu met een elektron?  Het komt bij p1 aan en wordt door de positieve lading op p2 aangetrokken. De elektrische energie die het heeft (lading -e  x spanningsverschil (spanning daalt in richting veld van 240 naar 0, dus U = -240 V) ) wordt omgezet in kinetische energie. De snelheid van het elektron neemt dus toe.
Als het bij p2 uit de condensator schiet heeft het een hogere snelheid dan waarmee het begon.

In de eerste helft van het stuk tussen p2 en p3 staat het elektrisch veld in dezelfde richting als waarin het elektron beweegt: de kinetische energie zet om in elektrische energie.  In de tweede helft is het weer als tussen de eerste condensatorplaten en neemt de elektrische energie weer af en de snelheid toe. Gezien de symmetrische situatie tussen de platen neemt de snelheid eerst weer af tot de beginsnelheid en daarna weer toe tot de waarde die het bij p2 had. Bij p3 heeft het elektron dus dezelfde snelheid als bij p2. Er is "netto" niks veranderd. Vandaar dat vaak alleen gekeken wordt naar veranderingen tussen de condensatorplaten en niet tussen de condensators (zolang op p2 en p3 dezelfde spanning staat - het spanningsverschil is 0 V en daarmee de elektrische energieverandering tussen p2 en p3 ook want Eelek = -e.U = -e.0 = 0 J).

Aangekomen bij p3 is er ineens een spanningsverschil met p4.  Maar precies hetzelfde spanningsverschil als tussen p1 en p2, alleen anderom gericht. Daarmee zal het elektron weer elektrische energie opbouwen ten koste van zijn kinetische energie. En omdat het spanningsverschil even groot is, zal de eindsnelheid bij p4 weer precies dezelfde zijn als bij p1. 
Het is alsof het elektron tussen p1 en p2 van een elektrische heuvel is afgerold, en tussen p3 en p4 weer een elektrische heuvel oprolt. Even hoog, maar 2x zo stijl. Het krijgt er dus energie bij en verliest die ook weer (2x zo snel).

De snelheid varieert dan ook in het traject:
- tot p1  vaste snelheid  v0
- tussen p1 en p2 toenemende snelheid tot v1
- tussen p2 en halverwege p3 afnemende snelheid tot weer v0
- in de tweede helft tussen p2 en p3 toenemende snelheid tot v1
- tussen p3 en p4 afremming terug naar v0
- na p4 vaste snelheid v0

Plaats een reactie

+ Bijlage

Bevestig dat je geen robot bent door de volgende vraag te beantwoorden.

Noortje heeft vierentwintig appels. Ze eet er eentje op. Hoeveel appels heeft Noortje nu over?

Antwoord: (vul een getal in)