Natuurkunde 2: Elektriciteit en magnetisme: oefenopgaven en tentamenvragen

Elektrische ladingen, krachten en velden, gelijkstroomschakelingen, condensatoren en RC-schakelingen, en wisselstroom: het tweede semester natuurkunde aan de universiteit.

Oefen dit vak gratisDit vak oefenenMaak een proeftentamenElke dag 5 gratis opgaven. Geen creditcard nodig.

Samenvattingspakket (pdf)Formuleoverzichten, methodestappen en oefenopgaven met volledige oplossingen, klaar om af te drukken.

Onderwerpen in dit vak

  1. Wet van Coulomb en elektrische veldenkracht tussen twee ladingen · veld tussen twee ladingen · krachten onder een rechte hoekrekenopgaven
  2. Serie- en parallelweerstanden3 weerstanden · 4 weerstanden · ladder van 6 weerstandenrekenopgaven
  3. RC- en RL-schakelverschijnselenRC opladen · RL-schakeling · condensator met beginladingrekenopgaven
  4. Magnetische velden & inductievelden van stromen en magnetische krachten · geladen deeltjes, Faraday en Lenz · generatoren, inductie en deeltjesbundelsrekenopgaven
  5. Wisselstroomimpedantie en fasorenserie-RL · serie-RLC · condensatorspanning en resonantierekenopgaven

Tentamentips voor Natuurkunde 2: Elektriciteit en magnetisme

  • Krachten en velden van meerdere ladingen tel je op als vectoren: teken ze eerst allemaal voordat je optelt.
  • Reken µC om naar C en cm naar m voordat je de wet van Coulomb gebruikt.
  • Een geladen condensator laat geen gelijkstroom meer door; de tijdconstante τ = RC bepaalt hoe snel dat gaat.
  • Schets bij magnetische krachten en geïnduceerde stromen ⊗ en ⊙ en gebruik elke keer de rechterhandregel: de meeste verloren punten komen door verkeerde richtingen.

Uitgewerkte voorbeelden

Wet van Coulomb en elektrische veldenMakkelijk
++4 µC++1 µCr = ?

Puntladingen van +4 µC en +1 µC oefenen een kracht van 20 N op elkaar uit. Hoe ver r liggen ze uit elkaar? Geef het antwoord in cm. Use k = 8,99 × 10⁹ N·m²/C².

q1 = +4 µCq2 = +1 µCF = 20 N

Gevraagd: r (cm)

Hints tonen
  1. Herschrijf de wet van Coulomb naar r.
  2. r = √(k·|q₁·q₂|/F).
  3. r² = 0,001798 m².
Toon het antwoord en de stapsgewijze oplossing

Coulomb’s law: two point charges attract or repel with F = k·|q₁·q₂|/r², with k = 8,99 × 10⁹ N·m²/C². The field of a point charge is E = k·|q|/r², pointing away from a positive charge and towards a negative one. Forces and fields from several charges add as vectors.

Los de afstand op

r = √(8,99 × 10⁹·4 × 10⁻⁶·1 × 10⁻⁶/20) = 0,0424 m
r = 4,24 cm

Antwoord

r = 4,24 cm
Serie- en parallelweerstandenGemiddeld
R1​ = 6 ΩIR1​R3​ = 3 Ω+−V1​18 VR2​3 ΩAR4​6 ΩB

Vind de stroom IR1 die de bron levert, en die door R1 loopt.

V1 = 18 VR1 = 6 ΩR2 = 3 ΩR3 = 3 ΩR4 = 6 Ω

Gevraagd: IR1 (A)

Hints tonen
  1. Vereenvoudig het netwerk stap voor stap. In serie tellen weerstanden op. Twee weerstanden parallel geven R₁R₂/(R₁ + R₂).
  2. R₃ en R₄ voeren dezelfde stroom, dus ze staan in serie. Die tak staat parallel aan R₂, en het resultaat staat in serie met R₁.
  3. Req = 8,25 Ω.
Toon het antwoord en de stapsgewijze oplossing

Serie- en parallelschakeling: in serie loopt dezelfde stroom door elke weerstand en R = R₁ + R₂ + …. Parallel staat over elke weerstand dezelfde spanning en 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …. Een laddernetwerk wordt paar voor paar vereenvoudigd tot er één vervangingsweerstand overblijft.

R1​ = 6 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​18 VR2​3 ΩAR4​6 ΩB

Combineer weerstanden vanaf het verste uiteinde

Begin bij het uiteinde dat het verst van de bron ligt en werk terug naar de bron. Weerstanden met dezelfde stroom staan in serie; weerstanden tussen dezelfde twee knooppunten staan parallel.

R3 + R4 = 3 + 6 = 9 Ω
R2 ∥ 9 = 3·9/(3+9) = 2,25 Ω
Req = R1 + 2,25 = 6 + 2,25 = 8,25 Ω

Stroom uit de bron

De bron ziet alleen Req, dus de wet van Ohm geeft de stroom die hij levert. Die stroom loopt door R₁.

IR1 = V1/Req = 18/8,25 = 2,182 A

Antwoord

IR1 = 2,182 A

Zo werkt het oefenen

  • “Dit vak oefenen” mengt opgaven uit al zijn onderwerpen, net als een echt tentamen.
  • Elke opgave heeft nieuwe waarden, zodat je de methode leert in plaats van een antwoord.
  • Kom je vast te zitten? Open eerst een kleine hint en de volledige uitleg pas als je die nodig hebt.
  • Proeftentamens zijn getimed en hebben geen hints, en aan het eind krijg je je score en een volledige bespreking.

Calculators voor dit vak

Calculator voor serie- en parallelweerstandenSpanningsdelercalculatorCalculator voor de RC-tijdconstanteCalculator voor RLC-impedantieCalculator voor de wet van CoulombWet-van-Ohmcalculator (spanning, stroom, weerstand en vermogen)Calculator voor de kleurcode van weerstanden (4, 5 en 6 banden)Condensatorcalculator (serie, parallel, lading en energie)Calculator voor magnetische velden (draad, lus, solenoïde en toroïde)

Gerelateerde vakken

Inleiding elektrotechniekOefenen voor het FE Electrical and Computer-examenNetwerkanalyse 1Netwerkanalyse 2: wisselstroomschakelingenElektronica 1Energiesystemen en elektrische machinesMeet- en regeltechniek voor metingenNatuurkunde 1: Mechanica
Oefen dit vak gratisDit vak oefenenMaak een proeftentamenElke dag 5 gratis opgaven. Geen creditcard nodig.