Springen naar inhoud

Elektrisch veld in een draad


  • Log in om te kunnen reageren

#1

GigaWatt

    GigaWatt


  • 0 - 25 berichten
  • 2 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 13 juni 2011 - 11:11

Hallo,

Hierover is al meermaals geschreven, maar nooit heb ik een bevredigend antwoord kunnen vinden.

Is er iemand die eens precies kan uitleggen op welke manier het elektrisch veld in een stroomvoerende draad tot stand komt?

Stel, je hebt een batterij van 9 Volt en je sluit de polen kort met een koperen draad. Er gaat stroom beginnen lopen en de draad begint op te warmen ten gevolge van Jouleverlies.
Op het moment dat je de draaduiteinden tegen de polen aandrukt plant zich een constant elektrisch veld met de lichtsnelheid doorheen de draad. Het is dit elektrisch veld dat op de vrije elektronen in de draad een coulombkracht gaat uitoefenen waardoor de electronen beginnen te versnellen in eenzelfde richting. Ze gaan vervolgens botsen met de positieve ionen en onzuiverheden wat voor wrijving zorgt en dus verklaart waarom er Jouleverlies is. Op die manier bewegen de electronen dus met een nettosnelheid, de driftsnelheid, voort en hebben we dus onze elektrische stroom doorheen de draad.

Het enige wat ik in dit plaatje dus nog steeds niet begrijp is hoe je je de totstandkoming van dat elektrisch veld in de draad moet voorstellen.

Komt het misschien omdat bij contact van het draaduiteinde met de positieve batterijpool er enkele elektronen uit de draad geabsorbeerd worden, waardoor er daar een overschot aan positieve ladingen ontstaat die dan weer elektronen aantrekt uit het stuk draad daar net op volgend enzovoort? Hoe kan je dat dan beschrijven met elektrische velden?

Alvast bedankt.

Vriendelije groeten,

GigaWatt

Dit forum kan gratis blijven vanwege banners als deze. Door te registeren zal de onderstaande banner overigens verdwijnen.

#2

sirius

    sirius


  • >250 berichten
  • 336 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 13 juni 2011 - 14:49

Er is altijd al een veld tussen de twee polen van de batterij.
Op het moment dat je de draad er tussen houd, maar niet aansluit valt een deel van het veld over de draad.
Omdat de draad vrije ladingsdragers heeft bewegen die zich met het veld binnen in de draad en hopen zich op aan de uiteinden van de draad; electronen bij de plus pool, en gaten(een gebrek aan electronen) aan de min pool.
Dit zorgt ervoor dat het electrische veld binnen de draad opgeheven wordt. Dit is niets anders dan een condensator.

Op het moment dat je hem daadwerkelijk aansluit kunnen inderdaad de ladingsdragers aan het uiteinde wegvloeien waardoor het veld van de batterij dus niet meer wordt opgeheven.

Om dit te beschrijven heb je de maxwell vergelijkingen nodig (en misschien een textbook zoals "Introduction to electrodynamics"van Griffiths).
Verder heb je een beschrijving nodig van hoe electronen bewegen door het materiaal onder een aangelegde potentiaal. Het drude model wat je aanhaalt( electronen die botsen op impurities) is doorgaans een erg goed model. staat vast vermeld in griffiths.

Succes!

Veranderd door sirius, 13 juni 2011 - 14:50

Duct tape is like the force: it has a dark side, a light side and it holds the universe together.

#3

*_gast_Bartjes_*

  • Gast

Geplaatst op 14 juni 2011 - 23:38

http://electretscien...30n1pp19-21.pdf

#4

Immerspher

    Immerspher


  • >25 berichten
  • 49 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 15 juni 2011 - 09:45

Het enige wat ik in dit plaatje dus nog steeds niet begrijp is hoe je je de totstandkoming van dat elektrisch veld in de draad moet voorstellen.


Het veld is een reactie. Deze heeft een aanleiding. Het veld is het gevolg van de impuls van elektronen. De elektrische capaciteit vanuit de batterij veroorzaakt een beweging van elektronen in de geleider.

#5

aadkr

    aadkr


  • >5k berichten
  • 5441 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 15 juni 2011 - 19:59

Voor vele materialen heeft men gevonden dat in de stationaire toestand geldt dat de stroomdichtheidsvector LaTeX rechtevenredig is met de elektrische veldsterkte LaTeX .
Voor zulke materialen geldt de volgende formule
LaTeX waarbij sigma is een constante bij een gegeven temperatuur ,en wordt de elektrische geleidbaarheid genoemd.
Materialen die voldoen aan deze wet worden Ohmse materialen genoemd. DE wet wordt de wet van Ohm genoemd.
Beschouw nu eens een rechte geleider met constante dwarsdoorsnede waar een gelijkstroom I doorheen vloeid.
Voor elke dwarsdoorsnede van de draad geldt dat:
LaTeX
LaTeX
Als we een potentiaalverschil van V volt aanleggen tussen begin en eindpunt van de geleider , dan ontstaat er een homogeen elektrisch veld LaTeX in de geleider, en geldt dat
LaTeX met L is de lengte van de geleider.
LaTeX
LaTeX

#6

GigaWatt

    GigaWatt


  • 0 - 25 berichten
  • 2 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 15 juni 2011 - 21:34

Het veld is het gevolg van de impuls van elektronen. De elektrische capaciteit vanuit de batterij veroorzaakt een beweging van elektronen in de geleider.


Betekent dit dan dat het extern elektrisch veld dat de elektronen in de draad in beweging brengt, veroorzaakt wordt door de beweging van de elektronen zelf?
Kan je dit misschien verder verduidelijken in volgende stappen:
1) Er bestaat een extern elektrisch veld, gegenereerd door het potentiaalverschil van de batterij
2) Je brengt de draaduiteinden tegen de polen
3) Aan de minpool is er een overschot aan negatieve ladingen, dus het elektrisch veld 'duwt' de elektronen daar in de draad
4) Die eerste groep elektronen in beweging duwen die daaropvolgend weer voort doordat hun ladingen elkaar afstoten
--> Betekent dit dat een groep elektronen in beweging een elektrisch veld genereren, of zie ik dit verkeerd?

#7

*_gast_Bartjes_*

  • Gast

Geplaatst op 15 juni 2011 - 22:30

Rond de polen van een batterij staat een elektrisch veld omdat er een spanning over staat. Zou je een draad in de buurt houden (zonder deze met de batterij te verbinden) dan zou het elektrische veld van de batterij even goed in de draad doordringen. Er hoeven daarvoor niet eerst elektronen in de draad geduwd of eruit getrokken te worden.

Wat er wel gebeurt is dat het elektrische veld in de draad de vrije ladingen in beweging brengt totdat er in de draad een dusdanige ladingsverdeling is opgebouwd dat het externe veld (in de draad) exact door het eigen veld van de opgebouwde ladingsverdeling gecompenseerd wordt. Er ontstaat dan een evenwichtssituatie met een netto elektrisch veld in de draad van nul en de ladingverplaatsing komt tot rust.

Zodra je de draad daadwerkelijk met de batterij verbindt lukt het de vrije elektronen in de draad niet langer om het externe veld op te heffen omdat de opgebouwde lading aan de uiteinden van de draad voortdurend door de batterij teniet wordt gedaan. De elektronen bewegen vervolgens onder invloed van het externe veld en de nog resterende ladingsopbouw in de draad van de min- naar de pluspool van de batterij.

#8

aadkr

    aadkr


  • >5k berichten
  • 5441 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 15 juni 2011 - 22:53

Als je een rechte elektrische geleider aansluit op een elektr. potentiaalverschil, dan ontstaat er in de homogene geleider een homogeen elektrisch veld . Stel dat de elektr. geleider van koper is. Van koper is bekend dat 1 atoom koper gemiddeld 1 vrij elektron afstaat, wat onder invloed van de coulombkracht die er op werkt gaat bewegen. Doordat op die vrije elektronen een elektrische kracht gaat werken , ontstaat een gelijkstroom in de geleider.
Dit volgt uit de wet LaTeX
Die stroomdichtheidsvector j heeft in elk punt van de geleider de zelfde grootte en dezelfde richting. Dit geldt ook voor de vector van de elektrische veldsterkte E. Het is dus dank zij het homogene elektrische veld wat in de geleider ontstaat , dat er een gelijkstroom doorheen vloeid.





0 gebruiker(s) lezen dit onderwerp

0 leden, 0 bezoekers, 0 anonieme gebruikers

Ook adverteren op onze website? Lees hier meer!

Gesponsorde vacatures

Vacatures