snelheid in een magnetisch veld

Emma stelde deze vraag op 29 februari 2024 om 22:49.

Goedenavond, 

Bijgevoegd vindt u een oefenvraag, mijn uitwerking en vervolgens de cursusuitwerking.

Ik heb gebruik gemaakt van de formule FL = Fmpz en dus van r = (m *v)/(B*q)

Ik heb hier alle gegevens kloppend ingevoerd en ben uitgekomen op een negatieve snelheid (ik weet dat een snelheid niet echt negatief kan zijn, maar in dit geval betekent het een snelheid tegengesteld aan de richting van het magnetische veld, toch? Immers: ik kan nergens een minteken weglaten of een minteken toevoegen, dan kloppen de gegevens niet meer.

Wat ik bij de cursusuitwerking terugzie, is dat het elektron, wat per definitie negatief geladen is, een positieve lading krijgt in de formule. Dit klopt helemaal niet lijkt mij. Op die manier komen ze (wel foutief) op een positieve snelheid uit. De snelheid bedraagt dan misschien wel 5,3 * 10^6 m/s, maar het antwoord is niet goed verkregen en uit jullie antwoord blijkt niet de richting van het elektron... Kan iemand dit verklaren? Doe ik iets fout? Kan de snelheid in de natuurkunde wel negatief zijn of had ik er iets bij moeten vermelden?

Bij voorbaat dank. 

Bijlagen:

Reacties

Theo de Klerk op 29 februari 2024 om 23:09
Een negatieve snelheid kan heel goed. Afhankelijk van wat je in je coordinatenstelsel als positief ziet, is de tegenovergestelde richting negatief.
Een negatieve snelheid betekent niet automatisch tegengesteld aan een magneetveld. Dat hangt af of het magneetveld in je coordinatenstelsel positief gericht is.

De lorentzkrachten worden in formules berekend voor POSITIEF geladen deeltjes die in een bepaalde richting bewegen. Elektronen zijn negatief geladen deeltjes. Daarvoor geldt dat de effecten hetzelfde zouden zijn als waren er positief geladen deeltjes die de andere kant op gaan.
(Immers als elektronen naar rechts bewegen ontstaat daar een ophoping van negatieve lading en links dan een tekort ofwel positief overschot.  Als positief geladen deeltjes naar links bewegen ontstaat daar ook een positief overschot ofwel een negatief overschot rechts).

Daarom neem je voor berekeningen van elektronen in een magnetisch veld aan dat een elektron naar links hetzelfde is als een positief elektron naar rechts. Dus een deeltje met een tegengestelde maar even grote lading ( en gelijke massa)  als een elektron maar met een snelheid de andere kant op.
Jaap op 01 maart 2024 om 22:14
Dag Emma,

Als inleiding…
De formule Fres=m·a geeft alleen de grootte van de resulterende kracht, niet de richting van de kracht.
Het is een beperkte vorm van de bekende vector-formule die de grootte én richting geeft:


Net zo geeft FL=B·q·v alleen de grootte van de lorentzkracht op een bewegend geladen deeltje, niet de richting ervan.
Het is een beperkte vorm van de vector-formule (geen leerstof voor het vwo):

Het teken $\times$ staat voor vermenigvuldigen van de vectoren $\vec{v}$ en $\vec{B}$.
De uitkomst van de vector-vermenigvuldiging is een nieuwe vector met
• de grootte v·B als $\vec{v}$ loodrecht staat op $\vec{B}$ en
• de richting die je vindt met de rechterhandregel of een andere richtingregel.

Een aardig kenmerk van de vector-formule: je kunt hem op precies dezelfde manier toepassen op een negatieve lading (elektron) als op een positieve lading (positron, dat is 'een elektron met positieve lading'). Bij het elektron vul je een negatieve $q$ in, bij het positron een positieve $q$. In beide gevallen vul je precies dezelfde positieve $v$ en $B$ in.
Gevolg: de lorentzkracht op het elektron is 'min de lorentzkracht op het positron'.
Zoals je weet, geeft 'min' aan dat de lorentzkracht werkt in de richting tegengesteld aan de lorentzkracht op het positron. Het elektron gaat de andere kant op draaien als het positron.

Zo gezien kun je het negatieve elektron precies eender behandelen als het positron en komt er geen negatieve snelheid aan te pas.

Je hebt gebruik gemaakt van

Dat is goed, als je beseft dat hier de richtingloze grootte-formules zijn gebruikt, niet de richting-hebbende vector-formules. Daarom is het zinloos om voor het elektron een negatieve $q$ in te vullen. De 'min' van de lading geeft de richting van de lorentzkracht, maar je $r$-formule gaat niet over richtingen.

Voor het elektron mag je dus gerust een positieve $q$ invullen en vind je een positieve $v$. Over de richting van $\vec{v}$ geen zorgen: die heb je voor de opgave niet nodig.
Groet, Jaap

Plaats een reactie

+ Bijlage

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

Roos heeft vier appels. Ze eet er eentje op. Hoeveel appels heeft Roos nu over?

Antwoord: (vul een getal in)