De elektromagnetische kracht
- Gegevens
- Gemaakt op woensdag 09 juli 2025 16:40
- Laatst bijgewerkt op woensdag 16 juli 2025 17:38
- Gepubliceerd op woensdag 09 juli 2025 16:40
- Hits: 124
- Voor subatomaire deeltjes is elektromagnetisme veel sterker dan de zwaartekracht. De elektromagnetische kracht tussen twee protonen overtreft bijvoorbeeld hun zwaartekracht met een factor van ongeveer 1036
- Belangrijk: De elektromagnetische kracht kan zowel aantrekkend als afstotend zijn. Gelijksoortige ladingen stoten elkaar af, tegengestelde ladingen trekken elkaar aan en heffen elkaar op. Hoewel zwaartekracht veel zwakker is dan elektromagnetische kracht, kan zwaartekracht niet afgeschermd worden en is altijd en overal werkzaam. Elektromagnetische kracht kan wel afgeschermd worden
- Er van uitgaande dat de elektromagnetische kracht op subatomair niveau een belangrijke rol speelt bij het bij elkaar houden van elementaire deeltjes, kun je concluderen, dat de elektromagnetische kracht de dingen in de wereld om ons heen, bij elkaar houdt.
- de elektromagnetische kracht tussen twee elektrische ladingen is omgekeerd evenredig met het kwadraat van hun afstand.
Dus als de afstand tussen 2 ladingen verdubbelt, neemt de kracht van de lading af tot een kwart. Verdriedubbelen? Dan daalt de lading naar een negende! Het betekent: er is geen absolute grens aan de afstand waarop de elektromagnetische kracht nog merkbaar is. Zelfs op kosmische afstanden (tussen sterren of sterrenstelsels) bestaat die kracht nog steeds, zij het extreem zwak. - De drager van de elektromagnetische kracht die deze kracht over miljarden lichtjaren afstand overbrengt, is het foton
Hoe ontstaat de elektromagnetische kracht?
Een atoom bestaat uit positief geladen protonen, neutrale neutronen (in de kern), en negatief geladen elektronen (in de elektronenwolk).In een neutraal atoom heffen de positieve en negatieve ladingen elkaar op.
Zodra dit evenwicht verstoord raakt, ontstaat een elektrische lading.
Dit uit evenwicht raken kan gebeuren door:
- wrijving (elektrostatische lading)
- Geleiding
- inductie (nabijheid van een elektrisch veld)
- chemische reacties (zoals in batterijen)
- subatomaire processen (zoals bij straling)
Elektrisch veld:
Rondom een stilstaande elektrische lading ontstaat een elektrisch veld.
Dit veld oefent een kracht uit op andere elektrische ladingen in de buurt.
Magnetisch veld:
Beweegt de lading (bijvoorbeeld in een stroomdraad), dan ontstaat een magnetisch veld.
Dit magnetisch veld staat altijd loodrecht op de bewegingsrichting van de lading.
Elektromagnetische kracht:
Het elektrische en magnetische veld vormen samen de elektromagnetische kracht.
Deze kracht wordt overgedragen door fotonen (lichtdeeltjes).
Ze werkt op alle deeltjes met een elektrische lading.
De elektromagnetische kracht is verantwoordelijk voor:
- aantrekking en afstoting tussen geladen deeltjes
- het transport van elektrische stroom
- de werking van magneten
- het vasthouden van elektronen in atomen
- het uitzenden en ontvangen van elektromagnetische straling (zoals licht, radiogolven en röntgenstraling)
De de drager enboodschapper van elektromagnetische kracht: het foton
In de zon ontstaat elektromagnetische kracht doordat helium protonen, door de immense hitte en druk in de kern van de zon, fuseren. Hierbij komen gigantische warmte energie en fotonen vrij. Deze energie en fotonen reizen in dertig jaar tijd naar de oppervlakte van de zon en stralen alle kanten de ruimte in, in de vorm van fotonen: massaloze deeltje die de energie meennemen en overbrengen.Een klein deel van de fotonen,die in de luchtledige ruimte met de snelheid van het licht(300000 km/s) reizen, bereiken de aarde in de vorm van voor mensen waarneembaar licht,
Alle andere fotonen soorten zijn voor het menselijk oog onzichtbaar maar sommige kunnen wel via de huid waargenomen worden in de vorm van warmte bij infraroodstralen en verbranding via ultraviolette stralen.
Radiogolven bereiken ook het aardoppervlak.
Ultravioletstralen en infraroodstralen bereiken gedeeltelijk het aardoppervlakte en worden deels door de atmosfeer geabsorbeerd.
De hoogenergetische microgolven, gamma- en röntgenstralen die gevaarlijk zijn voor leven worden voor het allergrootste deel door de aardatmosfeer geabsorbeerd.
"Het electromagnetische spectrum van lange golflengten en laagfrequente radio golven tot korte golflengtes, hoog frequente gammastralen."
Wat fotonen “overbrengen” naar de aarde
Fotonen – de deeltjes waaruit elektromagnetische straling bestaat – dragen energie en impuls (bewegingshoeveelheid) met zich mee. Ze oefenen daarmee invloed uit via de elektromagnetische kracht. Wanneer deze fotonen de aarde bereiken (bijv. afkomstig van de zon), brengen ze:1. Energie (via elektromagnetische interactie)
De fotonen uit zonlicht kunnen elektronen in atomen of moleculen op aarde laten trillen of losmaken. Dit is de kern van elektromagnetische interactie: In planten: fotosynthese (foton → chlorofyl → chemische energie) In zonnepanelen:(Licht,infrarood) foton → elektron vrij → elektriciteit In onze huid: foton → warmte (infrarood) of vitamine D-productie (UV)
2. Stralingsdruk (impuls-overdracht)
Fotonen hebben geen massa, maar wél impuls. Wanneer ze door een oppervlak worden geabsorbeerd of weerkaatst, oefenen ze een heel kleine kracht uit (zogenoemde stralingsdruk), een direct effect van elektromagnetische kracht.
3. Elektrische en magnetische velden
Een foton is een trilling in het elektromagnetisch veld: het bestaat uit een wisselend elektrisch én magnetisch veld. Deze velden kunnen op afstand krachten uitoefenen op geladen deeltjes zoals elektronen. Op aarde betekent dit concreet:
Zichtbaar licht: prikkelt het netvlies (elektronen reageren → zien)
Infraroodstraling: brengt warmte over (moleculen gaan sneller trillen)
UV-straling: kan chemische reacties starten (bijv. in huid of DNA)
Röntgenstraling: dringt diep in weefsel en ioniseert atomen (medisch gebruik)
Radiogolven: veroorzaken elektrische spanningen in antennes (radio/telecom) Samenvattend:
De elektromagnetische kracht die fotonen naar de aarde brengen, is de kracht waarmee ze invloed uitoefenen op elektrische ladingen (zoals elektronen).
Ze doen dit door hun energie, elektrisch/magnetisch veld, en soms impuls over te dragen.
Alles wat we zien, voelen als warmte, of elektrisch kunnen opwekken met zonlicht, is het gevolg van deze fundamentele kracht.
Elektriciteit uit elektromagnetische kracht
De elektromagnetische kracht wordt ook benut om elektriciteit op te wekken voor huishoudens en industrie.
Dat gebeurt in elektriciteitscentrales, waar turbines worden aangedreven door stoom.
Die stoom ontstaat uit warmte die wordt opgewekt door het verbranden van aardgas of steenkool, door kernsplijting, of via waterkracht. met de in stroomkracht omgezette energie worden enorme turbines draaiende gehouden die generatoren in beweging brengen en voldoende stroom opwekken voor de huishoudens en industrie in de buurt van de centrale.
De draaiende turbines zetten grote dynamo’s (generatoren) in beweging. In deze generatoren bewegen een magneetveld langs spoelen van koperdraad.
Daardoor worden de elektronen in de koperdraden in beweging gebracht: dit is elektrische stroom.
De elektromagnetische kracht is hier dus de fundamentele natuurkracht die elektrische stroom opwekt uit mechanische energie.
Voorbeelden in het dagelijks leven
- Elektrische apparaten
- Magneten en elektromotoren
- Licht en kleur
- Radiogolven, wifi, röntgenstraling
- Alle chemische bindingen tussen atomen
Eigenschappen van de elektromagnetische kracht
| Eigenschap | Waarde |
|---|---|
| Werkt op | Elektrische ladingen |
| Reikwijdte | Oneindig (maar verzwakt met afstand) |
| Krachtdrager | Foton |
| Relatieve sterkte | Veel sterker dan zwaartekracht |
| Effect | Elektrische en magnetische verschijnselen |
Bijdragen aan het begrip en de toepassing van elektromagnetisme (oudheid – 21e eeuw)
Oudheid: waarneming zonder begrip (±600 v.Chr.)De Griekse filosoof Thales van Milete ontdekte dat barnsteen (Grieks: ēlektron) kleine voorwerpen aantrekt als je het wrijft met een doek — een vroege vorm van statische elektriciteit.
De magnetische eigenschap van bepaalde ijzerertsen (magnetiet) was eveneens bekend in het oude Griekenland, China en India. Men beschouwde deze krachten als mysterieuze natuurverschijnselen, zonder verdere verklaring of samenhang. Middeleeuwen en vroege Renaissance (9e–16e eeuw)
In de islamitische wereld en in Europa werden magnetische eigenschappen van mineralen verder onderzocht, onder meer in het kader van navigatie (kompas). In de 13e eeuw beschreef de Engelse monnik Petrus Peregrinus de werking van magneten en formuleerde vroege wetten over aantrekking en afstoting van polen. Toch bleven elektriciteit en magnetisme tot in de 17e eeuw grotendeels gescheiden fenomenen. Begin van systematisch onderzoek (17e eeuw)
William Gilbert (1600):
Grondlegger van de studie van elektriciteit en magnetisme. Hij noemde wrijvingskrachten “electricus”, afgeleid van ēlektron.Hij onderscheidde elektrische aantrekkingskracht van magnetisme, maar begreep nog niet dat ze verwant waren. Elektrische lading en stroom (18e – vroege 19e eeuw) Benjamin Franklin:
introduceerde het idee van positieve en negatieve elektrische lading. Luigi Galvani (1780):
toonde aan dat elektriciteit spiersamentrekkingen kan veroorzaken (dierlijke elektriciteit). Alessandro Volta (1800):
Vond de eerste batterij uit — een bron van continue elektrische stroom. In deze tijd sprak men nog over "elektrische vloeistof", omdat het elektron nog niet ontdekt was.
Ontdekte dat een stroomdraad een kompasnaald beïnvloedt — eerste directe bewijs dat stroom een magnetisch veld opwekt. André-Marie Ampère(1820):
Beschreef hoe elektrische stromen elkaar beïnvloeden via magnetisme. Deze ontdekkingen leidden tot het concept van één gecombineerde kracht: elektromagnetisme. De wetten van Maxwell (1860–1873)
James Clerk Maxwell: bracht alle bekende wetten van elektriciteit en magnetisme samen in vier elegante vergelijkingen. Toonde aan dat licht een elektromagnetische golf is — een revolutionaire koppeling van optica en elektromagnetisme. Ontdekking van het elektron en de rol van kwantummechanica (1897–20e eeuw) J.J. Thomson(1897)
Ontdekte het elektron — het eerste subatomaire deeltje — als drager van elektrische stroom. Paul Drude(1900):
Beschreef elektronen in metalen als een gas dat vrij kan bewegen (Drude-model). Arnold Sommerfeld(1927):
Voegde kwantummechanica toe, waardoor het gedrag van elektronen in geleiders nauwkeuriger verklaard kon worden (Drude-Sommerfeld-model). Paul Dirac (1928)
Ontwierp de Dirac-vergelijking die kwantummechanica en relativiteit combineert.
Voorspelde het bestaan van het positron (antideeltje van het elektron). Richard Feynman (1940–1965)
Grondlegger van de kwantumelektrodynamica (QED), de meest precieze theorie van elektromagnetisme.
Ontwierp Feynmandiagrammen om de interactie tussen deeltjes visueel weer te geven. Julian Schwinger, Sin-Itiro Tomonaga en Richard Feynman (Nobelprijs 1965)
Bekroond voor hun werk aan QED — het standaardmodel voor elektromagnetische interacties. Toepassingen en technologie
Claude Shannon (1948)
Grondlegger van de informatietheorie; maakte digitale communicatie via elektromagnetische signalen mogelijk. James Van Allen (1958)
Ontdekte de Van Allen-gordels — elektromagnetisch gevangen straling rond de aarde (met Explorer 1). John Bardeen, Walter Brattain en William Shockley (1947)
Ontwikkelden de transistor, gebaseerd op stroomgeleiding in halfgeleiders.
Legden de basis voor moderne elektronica en computers.
Fotonen en standaardmodel
Sheldon Glashow (1961), Steven Weinberg en Abdus Salam (1967)
Toonden aan dat elektromagnetisme en de zwakke kernkracht onderdeel zijn van één electron 21e eeuw: observatie en toepassing
Ruimteonderzoek (2000–heden)
Satellieten zoals Planck (2009), Fermi (2008) en James Webb (2021) gebruiken elektromagnetische straling om het heelal te onderzoeken. Medische technologie (1950–heden)
MRI (vanaf 1977): gebruikt magnetische velden en radiogolven — puur gebaseerd op elektromagnetisme.
Ook röntgendiagnostiek, lasertherapie en radiotherapie gebruiken EM-straling. Samenvatting
De 20e eeuw bracht een diep begrip van elektromagnetisme via kwantumtheorie (QED).
De 21e eeuw gebruikt die kennis wereldwijd in ruimtevaart, geneeskunde, communicatie en elektronica. Samenvattend
- Elektriciteit en magnetisme werden al in de oudheid waargenomen, maar pas vanaf de 17e eeuw systematisch onderzocht.
- In de 19e eeuw werden ze samengevoegd tot één natuurkracht: het elektromagnetisme.
- De ontdekking van het elektron en de toepassing van kwantummechanica maakten het model van elektrische geleiding compleet.
Websites en literatuur
Boeken
- De schoonheid van de fysica – Leonard Susskind
- Deeltjes en Velden – Gerard 't Hooft
- The Feynman Lectures on Physics – Volume II – Richard Feynman
- Introduction to Electrodynamics – David J. Griffiths
