Elektrisch veld

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie

Ga naar: navigatie, zoeken

Elektrische ladingen kunnen op 2 manieren krachten op elkaar uitoefenen: elektrisch en magnetisch. Het elektrisch veld ligt aan de basis van de elektrische krachten.

De veldlijnen van het elektrisch veld geproduceerd door twee puntladingen.

Een elektrische lading oefent altijd een kracht op elke andere lading uit. Deze kracht wordt echter snel kleiner wanneer de afstand toeneemt. Elektrische ladingen oefenen krachten op elkaar uit langs de elektrische veldlijnen, die de richting en de grootte van de werking van de kracht bepalen.

De kracht waarmee 2 ladingen elkaar aantrekken, kan als volgt worden berekend.

\vec{F}=-\frac{q_1 \cdot q_2}{4 \pi \epsilon_0 \cdot \vec{r}^2}
waarbij:
F: de grootte van de kracht (N)
q: resp. lading in coulomb (C)
ε0: de elektrische veldconstante (C/(Nm2))
r: afstand tot de lading (m)

De richting van de kracht is in een rechte lijn van de ene lading naar de andere toe wanneer de ladingen een verschillende lading hebben (+ en - trekken elkaar aan). De kracht is van de andere lading af als de ladingen gelijk zijn (+ en + en ook - en - stoten elkaar af).

Het elektrische veld dat ontstaat door één (punt)lading wordt gedefinieerd als de kracht die ontstaat per hoeveelheid lading die de kracht veroorzaakt. Dat leidt tot de volgende formule:

\vec{E}=\frac{\vec{F}}{q}=\frac{|q|}{4 \pi \epsilon_0 \cdot \vec{r}^2}
waarbij:
E: elektrische veldsterkte (N/C)
q: de lading in coulomb die het elektrische veld veroorzaakt (C)

Een elektrisch veld kan ook worden uitgedrukt als een spanning over een bepaalde afstand. Daarbij leidt een afname van de potentiaal tot de richting van de veldlijn.

E=-\frac{\Delta U}{\Delta s}
waarbij:
ΔU: elektrisch spanningsverschil (V)
Δs: afstand (m)

In de elektrostatica, die zich bezighoudt met stationaire ladingsverdelingen en bijbehorende velden, is de rotatie van het elektrische veld gelijk aan nul. Dit volgt uit de Maxwell-vergelijkingen als daar alle afgeleiden naar de tijd nul gesteld worden. Dit houdt in dat het veld geschreven kan worden als de gradiënt van een scalair veld, dat de elektrische potentiaal genoemd wordt. Het is de gewoonte om deze gradiënt een minteken te geven, zodat het elektrische veld wijst in de richting van de afnemende potentiaal;

\mathbf{E}=-\nabla U

In de elektrodynamica is het nog steeds mogelijk om een potentiaal te definiëren, maar dan wordt de situatie ingewikkelder doordat elektrische en magnetische velden elkaar beïnvloeden. We kunnen dan niet meer toe met een scalaire potentiaal, maar met een magnetische vectoriële potentiaal.

Elektrische en magnetische velden wisselwerken op een zodanige manier met elkaar dat ze elektromagnetische straling voortbrengen. Het bekendste voorbeeld van deze straling is licht. Het bestaan van elektromagnetische straling, evenals het precieze gedrag van elektromagnetische velden in de aanwezigheid van materie, kunnen worden afgeleid uit de wetten van Maxwell.

In de speciale relativiteitstheorie vormen het elektrische en magnetische veld samen één grootheid, de zogenaamde elektromagnetische veldtensor. Deze tensor heeft zes onafhankelijke componenten: drie voor het elektrische en drie voor het magnetische veld. Bij overgangen tussen verschillende inertiaalstelsels (Lorentztransformaties) worden de componenten van het elektrische en het magnetische veld met elkaar vermengd.

[bewerken] Bibliografie

David J. Griffiths, Introduction to Electrodynamics, derde editie, ISBN 0-13-805326-X.

 
Persoonlijke instellingen
Boek maken