04 ladingsverdeling op geleider

04/13/23 Ladingsverdeling op geleider 1

Ladingsverdeling op geleider


Proef I

• Met een elektriseermachine

• (van de Graaff generator)

• laden we een metalen band die voorzien is aan beide zijden van papierstrookjes opgeladen.

• Wat gebeurt er met de papierstrookjes ?

• De papierstrookjes wijken uit


Proef II

• We buigen de metaal band • en laden hem opnieuw op met de

elektriseermachine.• Waarneming : • Papierstrookjes wijken enkel uit aan de

bolle kant (niet aan de holle kant)• Besluit• Bij een gebogen geladen geleider

verspreidt de lading zich steeds


Proef III• We buigen de metalen band in een S-vorm • en laden hem opnieuw op met de

elektriseermachine.• Waarneming : • De uitwijking van de strookjes is het grootst

waar het oppervlak het sterkst gekromd is• Aan de holle kant is er nog steeds geen

uitwijking.• Besluit• De ladingsdichtheid is het grootst op die

plaatsen waar de kromming van het geladen oppervlak het grootst is.


Definitie oppervlakteladingsdichtheid

• De oppervlakteladingsdichtheid in een punt a • is de verhouding van de lading (ΔQ)• die zich in een klein gebied ΔA rond het punt A

bevindt,• tot de grootte van dit kleine oppervlak . ΔA

• In symbolen =. ΔQ/. ΔA


• De SI-eenheid van oppervlakteladingsdichtheid• = [] = C/m²• Gevolg• Bij een bolvormige geleider is de kromming

overal gelijk, • en is dus de oppervlakteladingsdichtheid

hetzelfde voor alle punten van het boloppervlak, dus

= Q/A=• Q/4πr²• met Q = de totale lading van de bol


elektrische schermwerking

• Proef• we laden een metalen kooi uit metaalgaas• (= kooi van Faraday) • op met een elektriseermachine. • Papiersnippers aan de binnenkant • wijken niet uit• papiersnippers aan de buitenkant • wijken wel uit• Besluit• Binnen een holle geleider doen zich geen elektrische

invloeden voor. • Dit verschijnsel noemen we de elektrische

schermwerking.• Dit wordt toegepast bij bliksemafleiders


Bliksemafleider


Wat is een bliksemafleider?• Om gebouwen te beschermen tegen de gevolgen van een

blikseminslag, wordt vaak een bliksemafleider geplaatst. Als je goed kijkt kun je ze op hoge gebouwen zoals kerken en flats zien staan. Het zijn meestal metalen staven van ongeveer 1 meter lang en ongeveer 5 centimeter doorsnede. De bliksemafleider wordt via een dikke koperen of aluminium draad verbonden met een metalen raster dat vlakbij in de grond is ingegraven.

• Veel mensen denken dat een bliksemafleider bedoeld is om de bliksem aan te trekken. Dat is niet waar. De bliksemafleider is juist bedoeld om, als de bliksem dan toch in een gebouw dreigt in te slaan, een geleider met een zo laag mogelijke weerstand te vormen. Wanneer de bliksem in het gebouw zelf zou inslaan, zou er door de weerstand van bijvoorbeeld het hout en beton van de constructie een enorme hitte ontstaan. Door er voor te zorgen dat er een geleider met een lage weerstand voorhanden is, namelijk de bliksemafleider, kan de stroom naar de aarde afvloeien zonder schade aan te richten.

• De bliksemafleider trekt de bliksem dus niet aan, maar zorgt er voor dat de bliksem die toch al zou inslaan, een voorspelbare en dus veilige route naar de aarde kan nemen.


Wat is de beste schuilplaats bij bliksem?

• Als je buiten bent terwijl er een onweer ontstaat, zoek dan onmiddellijk een goede schuilplaats. Voorbeelden hiervan zijn gebouwen en auto's.

• Als er geen schuilplaats is, ga dan in ieder geval niet onder een boom schuilen. Alhoewel je onder een boom niet (of in ieder geval minder) nat wordt, kan de bliksem in de boom inslaan en daarbij ook de mensen onder de boom verwonden. Hurk met je voeten zo dicht mogelijk bij elkaar en houdt je hoofd zo laag mogelijk.

• Ga niet op de grond liggen. Als de bliksem de grond raakt in de buurt waar je ligt, gaat er een elektrische stroom door de bodem die zich vanaf het inslagpunt vandaan in jouw richting beweegt. Als je op de grond ligt kan die stroom ook op je lichaam overspringen.


Waarom is een auto een goede schuilplaats?• Veel mensen denken dat het veilig is om in een auto te

schuilen voor bliksem, omdat de auto op rubber banden staat, en omdat rubber geen elektriciteit geleidt. Dat is niet waar.

• In sterke elektrische velden (zoals bij blikseminslag) zijn rubber banden zelfs prima geleiders voor elektriciteit.

• Een auto is veilig in geval van blikseminslag, omdat het metalen frame van een auto werkt als een omhulsel, en omdat de bliksem via het oppervlakte van de buitenkant van de auto naar de grond zal stromen.

• Een metalen constructie zoals een auto of een ijzeren kooi wordt ook wel een Kooi van Faraday genoemd. Faraday was een wetenschapper die ontdekte dat een metalen omhulsel zoals een kooi (of in moderne tijden een auto) van binnen veilig is bij bijvoorbeeld een blikseminslag.


elektrische spitswerking• Proef

• we verbinden een scherpe, geïsoleerde horizontaal geplaatste metalen punt (naald) met de elektriseermachine.

• We brengen een kaarsvlam in de buurt van de naald.

• Waarneming

• De vlam wordt van de punt weggeblazen


Verklaring• Op de meest gekromde delen van een geleider

is de ladingsdichtheid het grootste. • In dit geval is dit dus de punt van de naald. • De ladingsdichtheid neemt zulke grote waarden

aan bij de punt dat ze de omringende gasmoleculen ioniseren (neutrale moleculen splitsen in + en – ionen).

• De ene soort ionen wordt dan aangetrokken door de naald, de andere afgestoten.

• Dit gaat gepaard met een stroom van bewegende luchtdeeltjes, die luchtstroom doet de vlam uitwijken.


4 Krachtwerking tussen ladingen. Wet van Coulomb

• Coulomb bepaalde als eerste de grootte van de aantrekkingskracht of afstotingskracht tussen puntladingen.

• Hij berekende deze kracht voor verschillende waarden van de afstand tussen de puntladingen,

• en voor verschillende waarden van de grootte van de puntladingen.


Uit zijn metingen kon Coulomb afleiden dat • de grootte van de kracht die een eerste puntlading Q1

uitoefent op een tweede puntlading Q2 bij een bepaalde afstand r tussen de twee ladingen Q1 en Q2

• rechtevenredig is met • de (absolute waarde van de ) grootte van de eerste lading

• In symbolen

1 2 1F Q



uitoefent op een tweede puntlading Q2 bij een bepaalde afstand r tussen de twee ladingen Q1 en Q2

• rechtevenredig is met • de (absolute waarde van de ) grootte van de tweede lading

• In symbolen

1 2 2F Q



uitoefent op een tweede puntlading Q2 bij een gegeven waarde van Q1en Q2

• omgekeerd evenredig is met het kwadraat van de onderlinge afstand r².

• In symbolen

1 2

1F

r²


Samengevat

1 2 1F Q

1 2

1F

r²

1 2 2F Q

1 21 2

Q . QF

r²


1 2

1 2

Fcte k

Q . Q

r²

met k = constante van Coulomb = 8,99 . 10 +9 Nm²/C²

De grootte van de Coulombkracht die een lading Q1 uitoefent op een lading Q2 is bijgevolg

1 21 2

Q . QF cte k

r²

04 ladingsverdeling op geleider

Travel

Transcript of 04 ladingsverdeling op geleider