Practicum P2: elektrische velden
Omschrijving
Leerlingen kunnen met behulp van deze simulatie het elektrische veld rond geladen deeltjes zichtbaar maken. Ze kunnen ervaren dat je elektrische velden (als vectoren) kunt optellen. Daarnaast kunnen zij met behulp van een aantal geladen deeltjes een homogeen elektrisch veld maken. Je kunt het practicum in combinatie uitvoeren met P1 en P3. Een andere simulatie die mooi de veldlijnen laat zien is deze. Deze simulatie laat de invloed van het elektrische veld op testladingen mooi zien.
Leerdoelen
De volgende leerdoelen kunnen worden bereikt met deze simulatie:
- Inzicht in de vorm van een radiaal veld
- Inzicht in de richting van een radiaal veld bij positief/negatief geladen deeltjes
- Het elektrisch veld van twee geladen deeltjes (positief, negatief en gemengd).
- De relatie tussen de sterkte van het elektrisch veld, de lading en de afstand in een radiaal veld.
Voorkennis
- P1, statische elektriciteit
- Begrip lading en veld
- Coördinatentransformatie
Benodigdheden
Klassikale introductie van het practicum
- Als je P1 hebt uitgevoerd kun je refereren naar deze simulatie
- Herhaal dat elektrische krachten op een afstand werken
- Maak de connectie met de zwaartekracht en het zwaartekrachtsveld. Die zie je ook niet, maar is er wel. Wat gebeurt er met de zwaartekracht als de afstand tot de aarde toeneemt?
- Maak afspraken over de weergave van een veld
Uitvoering
- Laat leerlingen eerst kennismaken met de simulatie door negatieve en positieve puntladingen te plaatsen. Je kunt ook ladingen over elkaar heen plaatsen om de waarde te vergroten.
- Bespreek de vorm van het E-veld en het verschil bij een positieve of negatieve lading.
- Inventariseer klassikaal welke variabelen er allemaal zijn (lading Q, spanning (U), elektrische veldsterkte E, afstand tot lading r). Welke variabelen kun je veranderen (onafhankelijke variabele) en welke volgen dan mee (afhankelijke variabelen)
- Laat leerlingen hypotheses formuleren in hun groepje
- Laat vervolgens leerlingen het verband bepalen tussen E en r, E en q (voor positieve en negatieve puntladingen)
- Laat leerlingen grafieken maken en analyseren (verband opstellen, coördinatentransformatie)
- Voor snelle leerlingen: Laat het verband bepalen tussen U en r en U en E. Wat is de relatie tussen E en U?
Extra:
- Laat leerlingen via een eenhedenanalyse bewijzen dat V/m = N/C
- Laat leerlingen een aantal positieve ladingen naast elkaar zetten en een aantal negatieve er tegen over. Wat voor een vorm van veld ontstaat er dan?
- Laat twee positieve ladingen tegenover elkaar zetten. Hoe ziet het E-veld eruit?
- Laat een positieve en negatieve lading tegenover elkaar zetten. Hoe ziet het E-veld eruit?
- Laat twee negatieve ladingen tegenover elkaar zetten. Hoe ziet het E-veld eruit?
Organisatie (optioneel)
Tijdsplanning (45 minuten, groepjes van 3):
- Introductie en voorkennis (5 minuten)
- Kennismaken met simulatie, inventarisatie grootheden en hypothese formuleren (10 minuten)
- Onderzoek uitvoeren + verwerken op het whiteboard (20 minuten)
Kringgesprek (10 minuten)- Logboek (huiswerk of gedurende kringgesprek)
Klassenorganisatie
- Beperk de introductie en verdeel de experimenten P1, P2 en P3 over de groepjes. Hecht veel belang aan duidelijke tekeningen.
- Het verband tussen E en q kan ook klassikaal worden laten zien door de sensor op een vaste plek te zetten en er steeds meer puntladingen op elkaar te stapelen (recht evenredig)
- Het verband tussen E en r kan ook klassikaal worden laten zien door de sensor op verschillende afstanden te zetten en dan de waarde van E te tonen (omgekeerd kwadratisch)
- Deze simulatie kan ook alleen kwalitatief gebruikt worden (E neemt af als je verder weg gaat, en E neemt toe als je meer ladingen hebt).
Inhoud kringgesprek
- Vorm van een radiaal veld
- Richting van het E-veld bij negatieve en positieve ladingen
- E-velden mag je optellen als vectoren
Optioneel
Inhoud logboek (optioneel)
- Tekeningen van radiaal veld voor positieve en negatieve ladingen
- Formule
- Velden mag je optellen als vectoren optellen
Resultaten
Het verband tussen de elektrische veldsterkte en de afstand (rechtsboven E(r), rechtsonder E(1/r) en linksonder E(1/r^2). Dit geeft een omgekeerd evenredig verband tussen E en r. De richtingscoëfficiënt is 8.9. Dit komt omdat de lading in nC is gebruikt.
Verband tussen elektrische veldsterkte of spanning en lading. Afstand lading tot meetpunt is 2,0 m. E ∝q
en U∝q
Het verband tussen spanning en afstand (positieve lading). U is omgekeerd evenredig met afstand.
. Dit geeft voor verband tussen E en U: 
. In BiNaS staat 
voor condensatorplaten.
