Magnetostatica. Elektromagnetisme

Vergelijkbare documenten
voorgesteld ). Loopt er een magnetisatiestroom binnen de materie, dan stellen we de ruimtestroomdichtheid voor door J r m

Studiewijzer. de colleges in vogelvlucht

TENTAMEN ELEKTROMAGNETISME (8N010)

Tentamen Electromagnetisme I, 30 juni 2008, uur

Tentamen Natuurkunde I uur uur woensdag 12 januari 2005 Docent Drs.J.B. Vrijdaghs

1. Langere vraag over de theorie

Tentamen Fysica: Elektriciteit en Magnetisme (MNW en SBI)

Elektromagnetisme 4.5 EC. Electrodynamica & Licht 3.0 EC

Eindexamen vwo natuurkunde pilot 2013-I

Tentamen Fysica: Elektriciteit en Magnetisme (MNW)

Vraag Antwoord Scores. methode 1 Omdat de luchtweerstand verwaarloosd wordt, geldt: v( t) = gt. ( ) ( ) 2

Examen VWO. wiskunde B (pilot) tijdvak 1 maandag 15 mei uur

1 Proef van Oersted. Elektriciteit deel 2

Stevin vwo deel 2 Uitwerkingen hoofdstuk 9 Versnellen en afbuigen (augustus 2009) Pagina 1 van 11

Wiskundige Technieken 2 Uitwerkingen Tentamen 26 januari 2015

5 Algemene oplossing baanvergelijking, r = ξ/(1 + e cos f)

Een eenparige cirkelbeweging is een cirkelbeweging, waarbij de grootte van de snelheid niet verandert.

Hoofdstuk 13 Magnetische velden. Gemaakt als toevoeging op methode Natuurkunde Overal

Beantwoord de vragen bij Verkennen. Denk aan de goniometrische verhoudingen sinus en cosinus!

Ter info. a m/s² a = Δv/Δt Toetsvraag 1. v m/s v = 2πr/T Toetsvraag 4

formules vwo natuurkunde

Tentamen wi2140tnw Differentiaalvergelijkingen september 2004 (1)

8 College 08/12: Magnetische velden, Wet van Ampere

wiskunde B pilot vwo 2017-I

WERKOPDRACHT OVER COMPLEXE GETALLEN Dr. Luc Gheysens. z = r(cos θ + isin θ) r = de modulus van z = mod. z θ = het argument van z = arg. z.

Voor de warmteoverdracht Q van punt A naar punt B geldt de formule:

} is rechtsdraaiend en orthonormaal. Een tweede basis { r ε 1. r r r

9. Matrices en vectoren

Hoofdstuk 27 Magnetisme. Copyright 2009 Pearson Education, Inc.

Chapter 28 Bronnen van Magnetische Velden. Copyright 2009 Pearson Education, Inc.

FYSICA-BIOFYSICA : FORMULARIUM (oktober 2004)

Stevin vwo deel 3 Uitwerkingen hoofdstuk 1 Newton en Coulomb ( ) Pagina 1 van 14

De lading van een proton is in absolute waarde gelijk aan de lading van een elektron: e = C

1. Langere vraag over de theorie

Deeltoets II E&M & juni 2016 Velden en elektromagnetisme

Tentamen Elektromagnetisme (NS-103B)

Stevin vwo Antwoorden hoofdstuk 13 Newton en Coulomb ( ) Pagina 1 van 12

Uitwerkingen oefenopgaven hoofdstuk 2

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN. Faculteit der Technische Natuurkunde

Hoofdstuk 22 De Wet van Gauss

1 ELECTROSTATICA: Recht toe, recht aan

Mkv Magnetisme. Vraag 1 Twee lange, rechte stroomvoerende geleiders zijn opgehangen in hetzelfde verticale vlak, op een afstand d van elkaar.

7.1 Eenparige cirkelbeweging

Eenparige cirkelbeweging

Afleiding Kepler s eerste wet, op basis van Newton s wetten

Inclusie en Exclusie groep 2

Eerste ronde - 20ste Vlaamse Fysica Olympiade 1. 20ste Vlaamse Fysica Olympiade. R R R p 1 2 = + = FA. l = ρ water = 1, kg/m 3 ( ϑ = 4 C )

Drie wetten die sterstructuur bepalen. Sterren: structuur en evolutie. Ideale gaswet. Hydrostatisch evenwicht. Stralingstransport

Hertentamen Elektromagnetisme: Theorie (NS-107B)

Hoofdstuk 12 Elektrische velden. Gemaakt als toevoeging op methode Natuurkunde Overal

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Technische Natuurkunde Examen Elektromagnetisme 3 (3NC30) donderdag 5 juli 2012 van 14u00-17u00

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Technische Natuurkunde Examen Elektromagnetisme 3 (3NC30) donderdag 14 april 2011 van 9u00-12u00

De ontwikkeling van het atoommodel

Tentamen: Gravitatie en kosmologie

Q l = 22ste Vlaamse Fysica Olympiade. R s. ρ water = 1, kg/m 3 ( ϑ = 4 C ) Eerste ronde - 22ste Vlaamse Fysica Olympiade 1

TENTAMEN ELEKTROMAGNETISME (3D020)

TENTAMEN ELEKTROMAGNETISME (3D020)

7 College 01/12: Electrische velden, Wet van Gauss

natuurkunde vwo 2016-II

NATUURKUNDE KLAS 5. PROEFWERK H8 JUNI 2010 Gebruik eigen rekenmachine en BINAS toegestaan. Totaal 29 p

B da =0, Q vrijomsloten, E = ρ vrij. , B =0, E =0, B = µ 0 J vrij. D = ρ vrij, B =0, E =0, H = J vrij. qq r 2 =( N m 2 /C 2 ) (1.

Vectoranalyse voor TG

3 De wetten van Newton

Begripsvragen: Elektrisch veld

Schriftelijk examen: theorie en oefeningen Fysica: elektromagnetisme

Opgave 1: De oppervlakte van de figuur is precies de oppervlakte van een rechthoek van 7 bij 3, dus

Stevin vwo deel 2 Uitwerkingen hoofdstuk 4 Kromme banen ( ) Pagina 1 van 13

TENTAMEN ELEKTROMAGNETISME

Extra College; Technieken, Instrumenten en Concepten

Faculteit Biomedische Technologie. 28 januari 2016, 18:00-21:00 uur

Eindexamen vwo natuurkunde I

TENTAMEN ELEKTROMAGNETISME (3D020)

Tentamen Elektromagnetisme 1 (NS-103B)

HOEKCONTACT KOGELLAGERS

We willen dat de magnetische inductie in het punt K gelijk aan rul zou worden. Daartoe moet men door de draad AB een stroom sturen die gelijk is aan

Oefenopgaven Elektriciteit

Technische Universiteit Eindhoven Tentamen Inleiding Natuurkunde 3NA20 17 januari 2011, 14:00-17:00 uur

Tentamen Quantum Mechanica 2

Hoofdstuk 6: Elektromagnetisme

Uitwerkingen toets emv

Antwoord: a) Voor de gravitatiekracht geldt: F, waarbij r de afstand tussen het

Inleiding tot Elektrotechniek

Tentamen. Elektriciteit en Magnetisme 1. Woensdag 22 juni :00-12:00. Schrijf op elk vel uw naam en studentnummer. Schrijf leesbaar.

NATUURKUNDE 8 29/04/2011 KLAS 5 INHAALPROEFWERK HOOFDSTUK

, met ω de hoekfrequentie en

1 1 (4052THECHT) 1) (4052THECHT)

Eindronde Natuurkunde Olympiade 2014 theorietoets deel 1

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN FACULTEIT TECHNISCHE NATUURKUNDE GROEP TRANSPORTFYSICA

Schriftelijk examen 2e Ba Biologie Fysica: elektromagnetisme

Vectoranalyse voor TG

Tentamen DYNAMICA (4A240) 23 juni uur

Magnetisme - magnetostatica

3.3.2 Moment op een rechthoekige winding in een magnetisch. veld... 10

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN FACULTEIT BIOMEDISCHE TECHNOLOGIE GROEP CARDIOVASCULAIRE BIOMECHANICA

Formularium Formule voor de constante versnelling

Quantum Chemie II 2e/3e jaar

Rotatie in 2D. Modeltransformaties. Translatie in 2D. Rotatie van een punt tov rotatiepunt (pivot) over een rotatiehoek:

Magnetostatica. Elektromagnetisme

Antwoorden Eindtoets 8NC00 12 april 2017

Transcriptie:

Elektostatica Magnetostatica Elektomagnetisme Licht 1

Elektostatica Magnetostatica Slides magnetostatica college t/m (de est wodt late uitgedeeld)

nhoud Magnetostatica Magnetostatica (5 colleges). Loent kacht en magnetisch veld (iot-savat). Wet van Ampee. Veldvegelijkingen nade bekeken: V. Magnetische velden in mateie: magnetisatie dl V. Toepassingen/Pactikum: Hall effect, Tooide met spleet. & Giffiths: UP: Loent Foce Law: 5.1 t/m 5. (Niet stoomdichtheden K, J) Magnetic field and foces 7.1, 7., 7.4 t/m 7.7 iot-savat 8. t/m 8.5 3

4

Magneet: epeiment N N nood/uid Z Z F N N nieuwe kacht: F magnetisch >> F gavitatie nood: N & uid: Z NN & ZZ: afstotend NZ & ZN: aantekkend Eenheden: - Stoom []: Ampèe AC/s - Magneetveld []: Z Z Tesla TN/AmNs/Cmkg/Cs geen monopolen! N Z N Z N Z N Z N Z N Z N Z N Z N Z N Z N Z N Z N Z N Z N Z geen monopolen! dipolen: kleinste Andes dan elektostatica: 1. beweging lading q in -veld. -veld als gevolg van stoom 5

Een stilstaande positieve lading bevindt ich in de getekende positie boven de noodpool van een magneet. Op de lading al: A Een afstotende kacht weken + Een aantekkende kacht weken N C Geen kacht weken Z D Een kacht naa achteen weken 6

n twee daden lopen stomen, in deelfde ichting. E geldt: A De daden stoten elkaa af De daden tekken elkaa aan C E ijn geen kachten tussen de daden 7

Constant -veld Loentkacht bewegingsvegelijking voo q Loentkacht De Loentkacht Voobeelden Het Hall effect Kacht op stoomdaad Moment op stoomlus 8

q F F q> v ϑ 9 o 18 o q< v ϑ F v F sinϑ Loentkacht Epeiment F veld F lading q F snelheid v F sinus ( v, ) F v en F F qv http://lectueonline.cl.msu.edu/~mmp/kap1/cd533capp.htm http://www.ph.ntnu.edu.tw/java/emfield/emfield.html 9

1

V.b. kacht op een stoomdaad F ( q) v L Samenvattend: F Situatie: unifom -veld daadstuk L stoom Gevaagd: kacht F op daadstuk kˆ, λ: met: v: ˆ j en λ v lijnlading snelheid lijnstuk DF Dl en F [ C/m] [ m/s] ˆ ˆ ˆ ˆ ( λ l) v ( λ l) vi F i λvdl iλvl il L 11

1

V.b. daaimoment stoomlus Situatie: Daaimoment: Kacht: unifom -veld daadlus L L stoom Gevaagd: Kacht op daadlus moment τ op daadlus F + Lˆ L F + L F F Lˆ τ F ( L/cos ϑ) L cosϑ ϑ F L ϑ ovenaanicht F F Magnetisch moment: m * Fomeel: 1 τ L cosϑ L sin( π ϑ) m op L /cos( ϑ) F L ϑ m 13

Toepassing τ m Galvano (stoom) mete F F L m Spoeltje wil loodecht op veld staan 14

15

Y (begin snelheid) Afbuiging voo Ontdekking elekton (1897 J.J. Thomson) X v E l Geen afbuiging voo t tl/v t(l +L)/v L v d E Zelf doen: beeken uitwijking d t l/ v, t E F t ee eel v dt dt m m mv, Fmdv/dt eel L e vd v v,, t, v() t v d v t l + l L mv m ElL, v, v? E E ee + ev v Geen Ho afbuiging voo tijd Combinatie levet e/m voo het elekton! 16

Voobeeld: deeltje in unifom -veld Zie de animatie van een deeltje in een unifom magnetic field, D http://www.ph.ntnu.edu.tw/ntnujava/ http://www.ph.ntnu.edu.tw/ntnujava/ Nadenken: Loentkacht ogt voo centipetale kacht: Fqvmv / Dus deeltje beschijft cikelbaan met (v ): staal mv/ q peiode T πm/ q Leidt dit nu elf fomeel (t) en (t) af, uitgaande van Fmamdv/dt 17

OPGAVE: deeltje in unifom -veld Deeltje met: lading q, massa m en snelheid v. epaal (t) en (t) t : F qv q (t) b.v.: v viˆ d dt v v iˆ v ˆj kˆ v q v m Newton: qv v F iˆ qv ma kˆ dv m dt ˆ dv j m dt qt ( t) vcos m dv iˆ + m dt X() ˆj t mv ( t) v t dt ( ) sin q mv ( t) cos q dv dt dv dt qt m (t) q + v m q v m v t mv q qt m viˆ 18

Voobeeld: deeltje in E,-veld Zie de animatie van een deeltje in een E/ veld http://www.ph.ntnu.edu.tw/ntnujava/ http://www.ph.ntnu.edu.tw/ntnujava/ espeek/begijp de baan van het deeltje t.g.v. het electische en magnetische veld 19

constant gegeven -veld Wet van iot-savat De elektische stoom Het veband tussen stoom en veld Voobeelden

1

V.b. kacht tussen stoomdaden Epeiment A Epeiment F F F Obsevatie: afstoting Uitleg: elektisch? Obsevatie: aantekking! Uitleg: niet elektisch! Magnetisch? Ja!

Wet van iot-savat Savat: : epeiment Elektische stoom magnetisch veld! dl P dl ˆ ˆ dl 4 π lijn 4π lijn P pemeabiliteit: Samenhang: 7 N 4π 1 elektostatica: ladingen A magnetostatica: stomen pemittiviteit: 1 C ε 1/ε c [m /s 7 ] 4 π 1 c Nm 3

V.b. -veld lange daad O α P ϕ ϕˆ π ( ) sin α sin π α + P http://home.a-cit.de/walte.fendt/phe/mfwie.htm P eekening -veld: Nadenken: Cilindesmmetie: (j) in aimuthale (j) ichting ekenen: lijn 4π 4π d + ϕ [ ] 4π d + + + + [ ] + 4π d + sinα π 4

5

O 1 V.b. kacht tussen stoomdaden 1 1 Situatie: stoomdaden met 1 en afstand 1, daadlengten L>> 1 Gevaagd: kacht op daad F 1 F Slim/snel antwood: -veld daad 1 op daad : 1 1 /π 1 1 Elegante: F dl kacht op daad doo 1 F 1 L 1 L/π 1 m1 m dl ˆ 1 m dl ˆ 1 j j- p p p 1 daad daad 1 1 daad 1 L ˆ 1 6

O P cos α α dϕ V.b. -veld 1 stoomking 3/ [ ] + dϕ + + 9 o -α ˆ 9 o P a cosa P d king 4π 4π eekening -veld: Nadenken: π [ + ] [ + ] 3/ [ + ] [ + ] Cilindesmmetie // as stoomking ekenen: dϕ dl dϕ ϕ 4π π π dϕ + cosα cosα 3 / 7

8

Wat heb ik geleed? Magneet N of Z N Loentkacht F qv Z stoomdaad ϕˆ π -as F dl stoom Kacht, -veld dl stoom dl ˆ ˆ dl 4π stoom 4π stoom stoomking as 3/ [ + ] ˆ 9

Ontdekking positon (193 C.D. Spooeconstuctie: n deeltjes fsica wodt enegie bepaald uit komming van spoo! (193 C.D. Andeson) + e + ν eν 1cm e + loodplaat p (ndien m e.1 [ ] [ ] 19 [ ] m 1 9.1 v e c1 31 dan : T N/mA Ns/mC kg/cs 1.6 1 1T 1.6 1 ellenvat 3cm 1.6 1 (6 lichtsnelheid; s dus.7 1 [ ] 1 8 [ ] 1 kg 3 1 m/s.7 kg m 1 Dus: γ 6) 31 p 9.1 1.6 [ kg ] v1 1.8 1 31 [ m/s] 9.1 1 C kg m s iedeeen liefhebbes foutje! ) 3

nhoud Magnetostatica Magnetostatica (5 colleges). Loent kacht en magnetisch veld (iot-savat). Wet van Ampee. Veldvegelijkingen nade bekeken: V. Magnetische velden in mateie: magnetisatie dl V. Toepassingen: Hall effect, Tooide met spleet. & Giffiths: Cuents: 5.1.3 (stoomdichtheden K, J) Divegence of : 5.3.1, 5.3.3 UP: Pas op: Stoomdichtheden woden niet in UP behandeld! Ampee s law 8.6 t/m 8.7 31

Lijn: λ v Stoomelementen:,K en J λ []C/s A (Ampèe) F v λdl dl dl lijn lijn lijn Oppevlak: K d dl σ v σ dl [K]A/m F v σdo K oppevlak oppevlak do J Volume: d do ρ v ρ do [J]A/m F v ρdv J volume volume dv 3

Wet van Ampèe De wet van Ampèe Voobeelden 33

Wet van Ampèe Vegelijk E-veld: wet van Gauss +Q E stoomdaad -veld: wet van Ampèe ϕ ˆ π E doˆ oppevlako puntlading 1 Q E ˆ 4π ε 1 ε omsloten Q i king dl π π 1 dϕ J do schijf 34

V.b. Ampèe dunne daad (flauw) Dunne daad: stoom: [A C/s] smmetie: // j Ampèe lus : cikeltje Ι ϕ king dl π dϕ π π ϕˆ π 35

36 V.b. Amp V.b. Ampèe e dikke dikke daad daad Dikke daad, stoomdichtheid: J/p [A/m C/sm ] smmetie: // j Ampèe lus : cikeltjes > < dl king π π π : : ϕ Ι

We beschouwen een holle metalen buis met staal. n de wand loopt een stoom. Welke figuu geeft het magnetisch veld als functie van de afstand tot de as van de buis? A C D 37

V.b. Ampèe vlakke plaat Vlakke plaat: stoomdichtheid: K [A/mC/sm] king smmetie: // vlak, ^ K Ampèe lus : echthoekje dl a + a K a K < : ˆ K > : + ˆ Ka K X X a 38

Oveicht toepassingen wet van Ampèe and dl omsloten J do oppevlak Essentie: Smmetie! Daad K Plaat Solenoïde Komen nog! Tooïde 39

Wat heb ik geleed? J Volume: d do ρ v ρ do [J]A/m F v ρdv J volume volume dv and dl omsloten J do oppevlak 4

nhoud Magnetostatica Magnetostatica (5 colleges). Loent kacht en magnetisch veld (iot-savat). Wet van Ampee. Veldvegelijkingen nade bekeken: V. Magnetische velden in mateie: magnetisatie dl V. Toepassingen: Hall effect, Tooide met spleet. & Giffiths: UP: Vekto: 1..5 en 1.3.5 Divegence of : 5.3. tot vegelijking 5.48 dooleen Compaison E, : 5.3.4 Pas op: otatie en divegentie van woden niet in UP behandeld 7.3 (Gauss law fo Magnetism) 41

Stelling van Stokes (wiskunde) De otatie De stelling van Stokes Voobeeld 4

43 otatie: otatie: k E E j E E i E E E ˆ ˆ ˆ + + + + + E E dd E E dd E E dd E dd E dd de de de de d d ), ( ), ( ), ( ), ( YZ en XZ: otatie : E E E k j i E E k E E j E E i E + + ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ E E dl king Dus: XY d d E(+d,,) E(,,) king dl E eschouw lokaal de uitdukking:

otatie van vectovelden voobeelden/discussievagen Je fietst naa het café en via een andee weg wee teug bij gelijke windstekte en ichting. Heeft het windsnelheidsvectoveld otatie? Je fietst een ondje jselmee, waa een lagedukgebied ich bevindt. Heeft het windsnelheids-vectoveld otatie? Wel of geen ot? A(,,) Wel of geen div? 44

Stelling van Stokes (wiskunde) E volgt mee! d A(,,) do d A(+d,,) and A dl Opmeking: consistentie keue oiëntaties veeist! Willekeuige komme: and A dd A ( A)...... A dl A dl A do do i 1 i i 1 i oppevlak and A dl A do A do oppevlak A do and i globaal lokaal n n+1 n+ Stelling van Stokes : A dl A do and oppevlak Let op :willekeuige A 45

46 V.b. otatie en V.b. otatie en Stokes Stokes epliciet voobeeld: dd A do dl A dl schijf cikel cikel π ϕ π π 1 k k k k j i A A A k j i A ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ + + + + + + ekenen: A,), ( ),, ( + A(,,) oppevlak and A do A dl Stokes: A(,,)

otatie van vectovelden voobeelden/discussievagen E dijven kukjes (met oientatiepijltje) in wild stomend wate. Hoe kun je ien of het (snelheids)vectoveld otatie ongelijk nul heeft? Heeft het snelheids vectoveld op een gammofoonplaat otatie? Heeft het snelheids vectoveld van een leeglopende wasbak (v adieel) otatie? Heeft het snelheids vectoveld van een daaikolk otatie? Heeft dit veld divegentie? 47

Veldvegelijkingen voo De otatie van De divegentie van Voobeeld: solenoïde 48

J via: stelling van Stokes & wet van Ampee Wet van Ampèe and dl J do oppevlak Stelling van Stokes: and dl oppevlak do Dus: Natuukunde: Ampèe J do oppevlak and J dl Wiskunde: Stokes do oppevlak 49

5 J als als: voobeeld voobeeld bij bij een een dikke dikke stoomdaad stoomdaad + < ˆ : π ϕ π J k k j i π π ϕ π ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ + k J ˆ π 1 ˆϕ 1 ˆϕ

51.. als als: voobeeld voobeeld bij bij een een dikke dikke stoomdaad stoomdaad Vaag: Waaom dikke stoomdaad? ( ) ˆ + π ϕ π Antwood: Omdat -veld voo dunne stoomdaad in singulie is! ϕ π ˆ + < ˆ : π ϕ π + > ˆ : π ϕ π ˆ + π ϕ π Maa: ook in geldt.

. via: stelling van Gauss & magnetische flu Φ Magnetische flu: Φ oppevlak do Gebuik nu: stelling van Gauss: do oppevlak volume dv do oppevlak 5

Figuu is mogelijk patoon van magnetische veldlijnen Figuu is mogelijk patoon van elektische veldlijnen A en ijn juist alleen is juist C alleen is juist D en ijn onjuist 53

-veld solenoïde l Solenoïde - diamete: - lengte: L>> - stoom: - windingen/m: N 1. do pillendoosje. < : dl cikel > : ϕ ϕ 3. dl echthoek 3. 1.. buiten: binnen: l L Nl N 54

55

Wat heb ik geleed? otatie do oppevlak A Stelling dl king A A iˆ van Stokes : + A A A dl J do king A A ˆj + A do oppevlak oppevlak kˆ J Wiskunde: Stokes Natuukunde: Ampèe do oppevlak 56

Detecto voo deeltjesfsica 57

Modene spoodetectie 58

nhoud Magnetostatica Magnetostatica (5 colleges). Loent kacht en magnetisch veld (iot-savat). Wet van Ampee. Veldvegelijkingen nade bekeken: V. Magnetische velden in mateie: magnetisatie dl V. Toepassingen: Hall effect, Tooide met spleet. Giffiths: Magnetiation: 6.1 ound cuents: 6.., 6..3 Auilia Field H: 6.3 Linea and NonLinea Media: 6.4 UP: & Magnetic Mateials: 8.8 Het Auilia Field H uit Giffiths en de tanspaanten is in UP: H/ 59

Magnetisatie Magnetisatie micoscopisch bekeken Magnetisatie en gebonden stoom Het veld H Lineaie mateialen Voobeelden 6

Elekton toltspint om ijn as! e - m Elekton: - lading q e -1.6 1-19 C - spint om ijn as magnetisch dipoolmoment: m q ħ e 3 m e 1 Dit lee je late! A m Voo : oiëntatie m willekeuig Voo : oiëntatie m // ( m) + 61

e - v e Elekton daait ond ken () m ken Elekton: - lading q e -1.6 1-19 C - daait ond ken; 1-1 m - snelheid v e 1 7 m/s magnetisch dipoolmoment: q ve m π π 1 A m π e Voo : oiëntatie m andom Voo : oiëntatie m // ( m) + 6

Elekton daait ond ken () Maa, e gebeut mee! F L e - v e F C m : F C houdt elekton in baan : F C +F L houdt elekton in baan m F L F C e - v e Elekton snelheid neemt af magnetisch moment kleine (kwalitatieve edeneing; beekening ee lastig) m t.g.v. v e > m t.g.v. m Elekton snelheid neemt toe magnetisch moment gote ( m) 63

Dia- & paa-magnetisme Elekton baan beweging: ( m) Elekton spin beweging: ( m) + Wie wint: baan of spin? Afhankelijk van # elektonen! m spin e - m baan Watestof Paa-magnetisch: # elektonen oneven spin component wint m // + m baan m spin e - e - m spin Helium Dia-magnetisch: # elektonen even baan component wint m // - 64

Dia- & paa-magnetisme Hoef je niet numeiek te weten; slechts als illustatie dat e twee sooten magnetisme bestaan 65

Macoscopisch: magnetisatie ok mateie (paa-magnetisch) eten Kaakteistieken in -veld: - magnetiseet d.w.. atomaie dipooltjes m - magnetisatie op te vatten als: oppevlakte stoom - dee stoom geneeet -veld: tegengesteld etene -veld m K Oiginele -veld veandet! magnetisatie 66

Micoscopisch Macoscopisch Macoscopisch (analoog elektische polaisatie) dipoolmoment/volume Magnetisatie M m [m] Ampèe mete M [M] Ampèe/mete De gebonden stoom t.g.v. magnetisatie is gegeven doo: K M nˆ mag Eenvoudige lineaie elatie tussen: magnetisatie M en esulteend veld M χ m ( 1+ ) χ m 67

Magnetisatie en Gebonden stoom Contole elatie: K M nˆ mag We gaan uit van (constant) gemagnetiseede cilinde met oppevlakte stoom K Oppevlak A -Magnetisatiedipoolmoment/Volume M m/( LA) -Voo het dipoolmoment schijven we ma M A/( LA) / L K Dus gemagnetiseede mateie in cilinde L m K Magnetisch equivalent aan oppevlakte stoom K in lege uimte K 68

M K mag Spoel met ken van lineai mateiaal mag K vij Een gemagnetiseede cilinde van lineai mateiaal Veld in lege spoel: Stoom, lengte L, N windingen Ampee s law: Gevolgen(en) ken: K vij N / m Ken wodt gemagnetiseed en e gaat dus een gebonden stoom lopen, dus: + mag + K ( Kvij Kmag ) ˆ vij Volgende stap: Wat is K mag? L 69

We hebben We weten Spoel met ken (vevolg) + K mag mag + ( Kvij Kmag ) ˆ M nˆ en M m Wat is K mag? c m ( 1+ c ) m Doo (in feite eenvoudig) invullen en combineen vinden we veld in spoel: mag K mag c m m mag ( 1+ c m ) mag + met ken» 1leeg Ga na! 7

Het veld H Eta stof -veld wodt bepaald doo totale stoomvedeling. Gebuik daaom i.p.v. magnetisatie equivalente oppevlakte K mag en volume J mag dichtheden! Voo -veld (via otatie): J J + J vij Voo H-veld: H J H dl and vij oppevlak 1 ( ) ( ) J J + M vij mag ( M ) H vij Veld H/ - M Stelling van Ampee J do vij omsloten vij H vij H K mag (J mag ) Paa dia H/p 71

7 Lineaie mateialen Lineaie mateialen < > H M M m m : : π χ χ < > H H : : π π J/p H/p < > H H H H : : π π π π π π H/p Lineaie elatie tussen M en H: H M H M m χ paa χ m M Nu volgt oveal uit H: ( ) ( ) χ χ χ m m m H H H H M H + + + + 1 1 met Eta stof

Paa- en diamagnetische mateialen PAA-MAGNETSCH χ m > DA-MAGNETSCH χ m < Element Z χ m ------------------------- Helium? Zuustof 8 +1-6 Neon 1? Aluminium 13 +11-6 Agon 18? Element Z χ m ------------------------- Watestof 1 Kope 9-11 -6 Zilve 47-51 -6 Goud 79-31 -6? Teminologie: ( 1+? ) ( 1+? ) m m m K m? m < dia susceptibiliteit? m > paa elatieve pemeabiliteit pemeabiliteit 73

n de (oneindig( doolopende) echteplaat loopt een oppevlaktestoom in de aangegeven ichting.. De (oneindig( doolopende) linkeplaat is van paamagnetisch mateiaal.. n punt P geldt voo het magnetisch veld: A dat is gote dan in Q dat is kleine dan in Q C dat is even goot als in Q D dat is gelijk aan nul P Q 74

Feomagnetisme Pincipe & hsteese 75

Pemanente magneet? Paa-magnetisme dia-magnetisme Weiss gebiedjes Feo-magnetisme (tempeatuu afhankelijk!) T<T Cuie : ode T>T Cuie : chaos Voo feo-magneet: spontane aligneing atomaie dipool momenten! Hsteese: ije m M -m H» 1 T maimaal gealigneed N Z 1-3 T m H m N 76

Spontane aligneing 77

Spoel met ijeen ken 78

Cuie punt Nikkel 79

Hsteese 8

V Wat heb ik geleed? Mateialen Magnetisatie Mogelijkheden: Dia-magnetisme M Paa-magnetisme Feo-magnetisme Voo gemagnetiseed mateiaal t.g.v. een een eten veld K mag m M nˆ c m ( 1+ c ) m M // - M // + m M pemanent (hsteese) mag m Kmag mag c m mag + ( 1+ c m ) 81

() Magnetisatie M gebonden stoom stoom Dipoolmoment/ plakje : Md opp plak opp Voo liefhebbes and M K and plak Md and d M plak M n d plak K mag Mn Md M equivalent K M nˆ algemeen : J M mag mag M mag n d 8

() Magnetisatie M(,,) Voo liefhebbes! O (,,+d) (,,) gebonden stoom M (,+d,) d M d d Mvegelijk dus equivalent : M P : KKσ M P n ˆ nˆ en enρ J J MP mag mag pol ( M M ) (,, ) (,, d + ) M dd J mag pol mag t.g.v. M d M ( M M ) (, d, ) (,, M dd J t.g.v. M d + ) J M M ( M ) M 83

nhoud Magnetostatica Magnetostatica (5 colleges). Loent kacht en magnetisch veld (iot-savat). Wet van Ampee. Veldvegelijkingen nade bekeken: dl V. Magnetische velden in mateie: magnetisatie V. V. Toepassingen: Hall effect, Tooide met spleet. & 84

Hall effect (te voobeeiding pactikum) + - d dˆ - pool V Hall F + v + q v a Voo q+/-: - dichtheid: N - lading: q - snelheid: v Nq adv [C/s] afbuiging q+/- E-veld: E Hall v - F + pool q v F elec E + F Hall magn qv q qe Hall Nadq dˆ -qvdˆ V Hall de Hall Nqa 85

Waaom beweegt stoomdaad? Niet F Loent : elektonen wemmen vijelijk doo daad! Hall effect: Elektonen naa ondekant daad! e - F L E-veld: E-veld tekt ooste ionen (+) en daamee de daad naa beneden! E F E 86

Voo labjounaal: Tooïde met spleet * stoom * N windingen * staal H s s H Zelf doen (kan onde H veld) onde mateiaal: "binnen": Ampee: (cikel) "buiten": p N N p p met mateiaal: ( 1+χ m ) & spleet s "binnen": (p s) H + sh s N Ampee : "buiten": ph H Voo : s H s en H do oppevlak cilindetje s }( ( p s) s s + s N s + p s s N s+ N p s) 87

nhoud Magnetostatica Magnetostatica (5 colleges). Loent kacht en magnetisch veld (iot-savat). Wet van Ampee. Veldvegelijkingen nade bekeken: dl V. Magnetische velden in mateie: magnetisatie V. V. Toepassingen: Hall effect, Tooide met spleet. & Einde 88

Electo- & magnetostatica in vacuüm Electostatica: Coulomb Magnetostatica: iot-savat ( ) J( ) - P - P O O Gevaagd: E() Gevaagd: () 89

9 Electo Electo- & magnetostatica magnetostatica in vacu in vacuüm Electostatica: Coulomb ( ) ( ) volume N i i i i P dv q E E ' ' ' ') ( 4 1 4 1 ) ( 3 1 3 ρ π ε π ε Φ (Gauss) ε Q E do E dl omsloten oppevlak E king ε ρ & E E Magnetostatica: iot-savat ( ) ( ) ' ' ' ') ( 4 ' ' ' 4 ) ( 3 3 dv J dl volume lijn P π π Φ oppevlak omsloten king do dl (Ampee) & J

Electo- & magnetostatica met mateie ntoducee "hulpveld": D ε E + P D E + P Polaisatie: P P equivalent met: σ pol P nˆ ρ pol P ( ) + ρ vij ε ρ pol ρ D do Q oppevlak Lineaimedium: omsloten vij P pol ρ vij χ eε E ntoducee "hulpveld": H / M H / M ( ) J + J J mag J vij mag vij omsloten H dl lijn Lineai Magnetisatie: M M equivalent met: K M nˆ mag J M mag vij medium : M χ m H 91

nhoud Elektostatica. Elektische kacht, - veld en - potentiaal. Veldvegelijkingen nade bekeken:. Elektische velden in mateie: polaisatie E dl & E ρ / ε Magnetostatica V. Loent kacht en magnetisch veld V. Veldvegelijkingen nade bekeken: V. Magnetische velden in mateie: magnetisatie J & Elektomagnetisme V. Paallel Elektostatica & Magnetostatica V. nductie X. Mawell vegelijkingen X. Elektomagnetische golven 9

Gafisch: otatie en divegentie Elektisch veld Magnetisch veld Q Qˆ E 4πε ϕ ˆ π E do oppevlak 1 1 ρdv E ρ ε volume ε E dl E king dl king oppevlak do J do oppevlak E: otatie vij : divegentie vij J 93

Gensvlakken De velden & H De velden E & D 94

- and H-fields at inteface 1 α 1 1 Given: 1 ; 1 ; Question: Calculate α Needed: nteface-cossing elations : H dl and fee da elation H and : H Gauss bo : 1.Acos α 1 -.Acos α 1 Cicuit: : no : H 1.Lsin α 1 - H.Lsin α H 1// H // H 1 1 1 tanα 1 A L H 1 tanα A L 1 tan tan α α 1 95

E-field at inteface E 1 α 1 1 Given: E 1 ; ε 1 ; ε εε Question: Calculate E Needed: nteface-cossing elations : E α E dl da elation D and E: and D Q fee, encl. D ε ε E Gauss bo (empt!): D 1.Acos α 1 - D.Acos α D 1 D Cicuit: E 1.Lsin α 1 - E.Lsin α E 1// E // D E 1 1 1 tanα 1 A L D E 1 tanα A L ε ε 1 tan α tan α 1 96

Electet and Magnet Electet E (D-P)/ ε D ε E + P E dl D ds Q f P +++ - - - E D Magnet H / -M H + M M H H dl ds f 97

De otatie van E De otatie van E Voobeeld: unifom geladen bol Voobeeld: puntlading 98

E via stelling van Stokes 99

1 E Q E ˆ 4 1 π ε Q P Puntlading: ˆ ˆ ˆ 4 ˆ ˆ ˆ 4 4 ˆ 4 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 + k j i Q k j i Q Q Q E πε πε πε πε

11 E Q E ˆ 4 1 π ε Q P Unifom geladen bol: ˆ ˆ ˆ 4 ˆ ˆ ˆ 4 4 ˆ 4 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 + k j i Q k j i Q Q Q E πε πε πε πε