cursus Fysica 25-26 Deel3H1 (1).pdf

# Lading en elektrische potentiaal Dit deel behandelt de fundamentele concepten van elektrische lading, de wet van Coulomb, elektrische velden en potentiaal, en hoe deze concepten worden toegepast op verschillende situaties, van puntladingen tot geleiders en dipolen. ### 1.1. Lading en materie Materie is opgebouwd uit atomen, die bestaan uit een kern (met protonen en neutronen) en een elektronenwolk. Protonen en elektronen bezitten elektrische lading, waarbij een proton een positieve lading ($+e$) heeft en een elektron een negatieve lading ($-e$). De massa's van deze deeltjes zijn [1](#page=1): - Proton: $m_p \approx 1,67 \times 10^{-27}$ kg [1](#page=1). - Neutron: $m_n \approx 1,67 \times 10^{-27}$ kg [1](#page=1). - Elektron: $m_e \approx 9,11 \times 10^{-31}$ kg [1](#page=1). De grootte van de elementaire lading ($e$) is $1,6022 \times 10^{-19}$ C. Dit betekent dat lading gekwantiseerd is en alle voorkomende ladingen veelvouden zijn van deze elementaire lading. Elektronen worden door de aantrekkingskracht van de positief geladen kern in hun baan gehouden. Ladingen met hetzelfde teken stoten elkaar af, terwijl ladingen met tegengesteld teken elkaar aantrekken. Deze elektrische krachten zijn fundamenteel, naast de gravitatiekracht en de sterke kernkracht. Fysische processen kunnen leiden tot het wegtrekken van elektronen, wat resulteert in positief geladen ionen (kathionen) of negatief geladen ionen (anionen) [1](#page=1). ### 1.2. De wet van Coulomb De wet van Coulomb beschrijft de grootte van de elektrische kracht tussen twee puntladingen. De kracht is evenredig met het product van de ladingen en omgekeerd evenredig met het kwadraat van de afstand tussen hen [2](#page=2). De formule luidt: $$F = \frac{1}{4\pi\varepsilon_0} \frac{|q_1 q_2|}{r^2}$$ waarbij: - $F$ de grootte van de kracht is in Newton (N) [2](#page=2). - $q_1$ en $q_2$ de grootte van de ladingen zijn in Coulomb (C) [2](#page=2). - $r$ de afstand tussen de ladingen is in meter (m) [2](#page=2). - $\varepsilon_0$ de permittiviteit van het vacuüm is, met een waarde van ongeveer $8,854 \times 10^{-12}$ C²/(N·m²) [2](#page=2). - $\frac{1}{4\pi\varepsilon_0} \approx 9,0 \times 10^9$ N·m²/C² [2](#page=2). Ladingen met tegengesteld teken trekken elkaar aan, en ladingen met gelijkaardig teken stoten elkaar af. De kracht werkt langs de lijn die de twee ladingen verbindt [2](#page=2). De totale kracht op een lading veroorzaakt door meerdere andere ladingen is de vectorsom van de individuele krachten (superpositieprincipe) [3](#page=3): $$ \vec{F}_1 = \vec{F}_{21} + \vec{F}_{31} + \dots $$ ### 1.3. De elektrische veldvector en krachtlijnen #### 1.3.1. De elektrische veldvector Net zoals de zwaartekracht een gravitatieveld in de ruimte veroorzaakt, creëert een elektrische lading een elektrisch veld. Het elektrische veld in een bepaald punt wordt gedefinieerd als de kracht die een positieve eenheidslading in dat punt ondervindt [4](#page=4). $$ \vec{E} = \frac{\vec{F}}{q_0} $$ waarbij $\vec{E}$ de elektrische veldvector is, $\vec{F}$ de kracht op de testlading $q_0$ is, en $q_0$ een positieve eenheidslading is. De eenheid van het elektrische veld is Newton per Coulomb (N/C) [4](#page=4). De krachtwerking tussen geladen deeltjes wordt beschouwd als een tweestapsproces: 1. Een lading ($q_1$) verwekt een elektrisch veld in de omringende ruimte [4](#page=4). 2. Dit veld oefent een kracht uit op een andere lading ($q_2$) die zich in het veld bevindt [4](#page=4). Dit concept van velden is cruciaal, vooral bij bewegende ladingen, omdat informatie over toestandsveranderingen zich met de lichtsnelheid verspreidt [4](#page=4). #### 1.3.2. De krachtlijnenvoorstelling van het elektrisch veld Elektrische velden kunnen visueel worden voorgesteld met behulp van krachtlijnen (ook wel veldlijnen genoemd). De afspraken hiervoor zijn [5](#page=5): 1. De raaklijn aan een krachtlijn in een punt geeft de richting van de elektrische veldvector $\vec{E}$ in dat punt aan [5](#page=5). 2. Het aantal krachtlijnen per eenheid van oppervlakte is evenredig met de grootte van $\vec{E}$ [5](#page=5). Voorbeelden van krachtlijnenpatronen zijn te zien bij: - Een positieve en een negatieve puntlading: de lijnen gaan van positief naar negatief [5](#page=5). - Twee gelijke positieve of negatieve ladingen: de lijnen stoten elkaar af [6](#page=6). - Een elektrische dipool (positieve en negatieve lading dicht bij elkaar): complexe patronen die van de positieve naar de negatieve lading lopen [6](#page=6). - Een bolvormige geleider: de lading bevindt zich aan de buitenzijde, en binnenin de geleider is $\vec{E} = 0$ (kooi van Faraday). Buiten de bol is het veld alsof alle lading in het centrum is geconcentreerd [6](#page=6). - Een vlakke, oneindig uitgestrekte, uniforme ladingsverdeling: de veldlijnen staan loodrecht op het oppervlak en de veldsterkte is constant en onafhankelijk van de afstand tot het oppervlak (geldig voor eindige platen op kleine afstand) . Voor een vlakke ladingsverdeling met oppervlakteladingsdichtheid $\sigma$, geldt $E = \frac{\sigma}{2\varepsilon_0}$ [7](#page=7). - Een bipolaire laag (condensator): een uniform veld tussen de platen [7](#page=7). ### 1.4. De elektrische dipool Een elektrische dipool bestaat uit twee gelijke, tegengestelde ladingen ($+q$ en $-q$) gescheiden door een kleine afstand $2a$. Het elektrisch dipoolmoment ($\vec{p}$) is een vector met grootte $p = 2aq$ en richting van $-q$ naar $+q$ [8](#page=8). #### 1.4.1. Het elektrisch veld op een afstand $r$ langs de middelloodlijn Op grote afstand ($r >> a$) langs de middelloodlijn van een dipool is de grootte van het elektrische veld evenredig met $1/r^3$: $$ E \approx \frac{1}{4\pi\varepsilon_0} \frac{2aq}{r^3} = \frac{1}{4\pi\varepsilon_0} \frac{p}{r^3} $$ Dit betekent dat het elektrische veld van een dipool sneller afneemt met de afstand dan dat van een puntlading ($1/r^2$). Veel moleculen, zoals water, zijn polaire moleculen en vormen elektrische dipolen [9](#page=9). #### 1.4.2. Een dipool in een homogeen elektrisch veld Wanneer een dipool zich in een homogeen elektrisch veld ($\vec{E}$) bevindt, werken er twee gelijke, tegengesteld gerichte krachten op de ladingen, waardoor er geen translatiebeweging optreedt. Wel is er een krachtmoment ($\vec{\tau}$) dat de dipool probeert te oriënteren in de richting van het veld [9](#page=9): $$ \vec{\tau} = \vec{p} \times \vec{E} $$ De grootte van het krachtmoment is $\tau = pE \sin \theta$, waarbij $\theta$ de hoek is tussen $\vec{p}$ en $\vec{E}$ [10](#page=10). De potentiële energie ($U$) van een dipool in een elektrisch veld is afhankelijk van de oriëntatie: $$ U = - \vec{p} \cdot \vec{E} = -pE \cos \theta $$ Hierbij is $U=0$ gekozen als de dipool loodrecht op het veld staat ($\theta = 90^\circ$). De arbeid die geleverd moet worden om de dipool van de ene oriëntatie naar de andere te brengen, is gelijk aan de verandering in potentiële energie [10](#page=10). ### 1.5. Elektrisch potentiaal #### 1.5.1. Het begrip elektrisch potentiaal Elektrisch potentiaal is een maat voor de potentiële energie per eenheidslading. Het potentiaalverschil tussen twee punten A en B wordt gedefinieerd als de arbeid die een externe kracht moet verrichten om een positieve eenheidslading van A naar B te brengen, tegen de elektrische kracht in [11](#page=11): $$ V_B - V_A = \frac{W_{AB}}{q_0} $$ waarbij $W_{AB}$ de arbeid is die door de uitwendige kracht wordt geleverd, en $q_0$ de positieve eenheidslading is. De eenheid van potentiaalverschil is de Volt (V), wat overeenkomt met Joule per Coulomb (J/C) [11](#page=11). Het potentiaalverschil is onafhankelijk van de gevolgde weg; dit volgt uit de conservatieve aard van het elektrische veld. Alle punten met dezelfde elektrische potentiaal vormen een equipotentiaaloppervlak. De elektrische veldsterkte staat altijd loodrecht op deze equipotentiaaloppervlakken [11](#page=11) [12](#page=12). De elektrische potentiaal in een willekeurig punt wordt gedefinieerd door arbeid te verrichten vanaf een referentiepunt op oneindige afstand, waar de potentiaal nul wordt gesteld ($V(\infty)=0$) [12](#page=12): $$ V = \frac{W}{q_0} $$ Nabij een positieve lading is de potentiaal positief, en nabij een negatieve lading is deze negatief [12](#page=12). #### Verband tussen elektrisch veld en potentiaal Het elektrische veld en het potentiaalverschil zijn nauw met elkaar verbonden. Het elektrische veld is de negatieve gradiënt van het potentiaal: $$ \vec{E} = - \nabla V $$ Voor een één-dimensionale component ($E_l$) geldt: $$ E_l = - \frac{dV}{dl} $$ Dit impliceert dat $\vec{E}$ wijst in de richting van afnemende potentiaal, en dat de eenheid Volt per meter (V/m) een geschikte eenheid is voor de veldsterkte [13](#page=13) [14](#page=14). #### 1.5.2. Potentiaalverschil tussen twee punten in een homogeen elektrisch veld In een homogeen elektrisch veld ($\vec{E}$) is het potentiaalverschil tussen twee punten A en B, gescheiden door een afstand $d$ langs een veldlijn, eenvoudigweg: $$ V_B - V_A = E d $$ Deze formule is direct toepasbaar op de situatie tussen de platen van een vlakke condensator [14](#page=14). #### 1.5.3. Potentiaal bij een puntlading Voor een puntlading $q$ op afstand $r$ is de elektrische potentiaal: $$ V = \frac{1}{4\pi\varepsilon_0} \frac{q}{r} $$ De potentiële energie van een testlading $q_0$ in het veld van $q$ is dan $U = q_0 V = \frac{1}{4\pi\varepsilon_0} \frac{q q_0}{r}$ [15](#page=15). Voor een systeem van meerdere puntladingen is de totale potentiaal in een punt P de som van de potentialen van de individuele ladingen: $$ V = \sum_{i=1}^{n} V_i = \sum_{i=1}^{n} \frac{1}{4\pi\varepsilon_0} \frac{q_i}{r_i} $$ waarbij $r_i$ de afstand is van de lading $q_i$ tot punt P [15](#page=15). #### 1.5.4. Potentiaal bij een geïsoleerde geleider Voor een sferische geïsoleerde geleider met lading $q$ en straal $R$: - Buiten en op de sfeer ($r \ge R$): $V = \frac{1}{4\pi\varepsilon_0} \frac{q}{r}$ en $E = \frac{1}{4\pi\varepsilon_0} \frac{q}{r^2}$ [16](#page=16). - Binnen de sfeer ($r < R$): $V = \frac{1}{4\pi\varepsilon_0} \frac{q}{R}$ en $E = 0$ [16](#page=16). Bij twee sferische geleiders met stralen $R_1$ en $R_2$, verbonden door een geleidende draad, zal de lading zich zodanig verdelen dat hun potentialen gelijk zijn ($V_1 = V_2$). Dit leidt tot de relatie $\frac{q_1}{R_1} = \frac{q_2}{R_2}$. De ladingsdichtheid ($\sigma$) is omgekeerd evenredig met de straal van de geleider ($\sigma \propto 1/R$). De veldsterkte op het oppervlak van een geleider is $\sigma/\varepsilon_0$ en is het grootst waar de kromtestraal het kleinst is, zoals op scherpe punten, wat kan leiden tot corona-ontladingen [16](#page=16) [17](#page=17). --- # Elektrische potentiële energie en toepassingen in de biologie Dit deel onderzoekt het concept van elektrische potentiële energie en de toepassingen ervan in biologische systemen, met specifieke aandacht voor de rustmembraanpotentiaal, de actiepotentiaal, de elektrische hartactiviteit en het elektrocardiogram. ### 2.1 Elektrische potentiële energie Elektrische potentiële energie is analoog aan gravitatie potentiële energie. Wanneer een uitwendige kracht arbeid verricht om twee ladingen van hetzelfde teken dichter bij elkaar te brengen, wordt deze arbeid omgezet in een toename van de elektrische potentiële energie van het systeem. Bij het loslaten van de ladingen wordt deze potentiële energie omgezet in kinetische energie [18](#page=18). #### 2.1.1 Definitie van elektrische potentiële energie De elektrische potentiële energie van een systeem van puntladingen is per definitie de uitwendige arbeid die nodig is om het systeem samen te stellen door de in rust zijnde ladingen van oneindig ver naar hun specifieke posities in het systeem te brengen [18](#page=18). #### 2.1.2 Elektrische potentiële energie van twee ladingen Voor een systeem met twee ladingen $q_1$ en $q_2$ op een afstand $r_{12}$ van elkaar, wordt de elektrische potentiële energie $U$ gegeven door: $$U = \frac{1}{4\pi\varepsilon_0} \frac{q_1 q_2}{r_{12}}$$ Hierin is $\varepsilon_0$ de permittiviteit van het vacuüm [19](#page=19). #### 2.1.3 Elektrische potentiële energie van meerdere ladingen De elektrische potentiële energie van een systeem met meerdere ladingen is de algebraïsche som van de potentiële energie voor elk paar ladingen afzonderlijk. Voor drie ladingen $q_1$, $q_2$, en $q_3$ op afstanden $r_{12}$, $r_{13}$, en $r_{23}$ is de totale potentiële energie: $$U = \frac{1}{4\pi\varepsilon_0} \left( \frac{q_1 q_2}{r_{12}} + \frac{q_1 q_3}{r_{13}} + \frac{q_2 q_3}{r_{23}} \right)$$ [19](#page=19). #### 2.1.4 Totale energie van een geladen deeltje in een elektrisch veld De totale energie $E$ van een geladen deeltje met massa $m$ en lading $q$ dat beweegt in een conservatief elektrisch veld is de som van de potentiële energie $U$ en de kinetische energie $K$: $$E = U + K = qV + \frac{1}{2}mv^2$$ Volgens de wet van behoud van energie, wanneer een deeltje met lading $q$ beweegt van punt A naar punt B met een potentiaalverschil $V_A - V_B$, verandert de potentiële energie met $\Delta U = q(V_A - V_B)$ en de kinetische energie met $\Delta K = \frac{1}{2}mv_B^2 - \frac{1}{2}mv_A^2$. Het elektrisch veld levert arbeid $W = -\Delta U = q(V_A - V_B)$, ten koste van de potentiële energie, omgezet in kinetische energie $\Delta K = W$ [19](#page=19) [20](#page=20). #### 2.1.5 Elektronvolt (eV) Een elektronvolt (eV) is de energie die een deeltje met een lading gelijk aan de elementaire lading $e$ (de grootte van de lading op een elektron) verkrijgt door een beweging over een potentiaalverschil van 1 volt (V) [20](#page=20). $$1 \text{ eV} = (1,6022 \times 10^{-19} \text{ C}) \times (1 \text{ V}) = 1,6022 \times 10^{-19} \text{ J}$$ Het elektronvolt is een handige eenheid voor de energie van elementaire deeltjes, maar is geen SI-eenheid [20](#page=20). ### 2.2 Toepassingen in de biologie #### 2.2.1 De rustmembraanpotentiaal van een cel Het celmembraan scheidt de intracellulaire vloeistof van de extracellulaire vloeistof. Dit membraan, ongeveer 6-10 nm dik, bestaat uit een bimoleculaire lipidelaag met ingebedde proteïnen. Door de semipermeabiliteit van het membraan en actief transportmechanismen is er een ongelijke verdeling van ionen tussen de binnen- en buitenkant van de cel. Dit resulteert in een potentiaalverschil over het membraan, de rustmembraanpotentiaal, die typisch varieert van -60 tot -100 mV, waarbij de binnenkant negatief is ten opzichte van de buitenkant [20](#page=20) [21](#page=21). **Factoren die de rustmembraanpotentiaal beïnvloeden:** * **Chemische gradiënt:** Verschillen in ionenconcentraties binnen en buiten de cel (bijvoorbeeld $K^+$ is hoger binnen, $Na^+$ is hoger buiten) [21](#page=21). * **Elektrische gradiënt:** Positief geladen ionen worden aangetrokken tot negatieve gebieden en omgekeerd [21](#page=21). * **Selectieve permeabiliteit:** De mate waarin ionenkanalen in het membraan open zijn voor specifieke ionen. In rust is het membraan minder permeabel voor $Na^+$ dan voor $K^+$ [21](#page=21). * **Na-K-pomp:** Dit actieve transportmechanisme pompt continu $Na^+$ uit de cel en $K^+$ in de cel, wat helpt de concentratieverschillen te handhaven [21](#page=21). * **Niet-doorlaatbare negatief geladen ionen (P-):** Ionen zoals proteïnen en bicarbonaat die niet door het membraan kunnen, dragen bij aan de negatieve lading binnenin de cel [21](#page=21). **Berekening van de rustmembraanpotentiaal:** De rustmembraanpotentiaalverschil ($V_i - V_e$) kan bij 37°C worden benaderd met de formule van Nernst voor het dominante ion, meestal $K^+$: $$V_i - V_e = -61,5 \log_{10} \left( \frac{[K^+]_i}{[K^+]_e} \right) \quad (\text{mV})$$ waarbij $[K^+]_i$ de intracellulaire concentratie van $K^+$ en $[K^+]_e$ de extracellulaire concentratie van $K^+$ is. Zonder influx van $Na^+$ zou dit potentiaalverschil rond de -95 mV liggen. De geringe influx van $Na^+$ in rust zorgt ervoor dat de werkelijke rustmembraanpotentiaal iets lager is. Voor $Cl^-$ ionen is de evenwichtspotentiaal dicht bij de rustpotentiaal, waardoor deze ionen in rust in evenwicht zijn [22](#page=22). > **Tip:** De formule van Nernst beschrijft het evenwichtspotentiaal voor een enkel ion, gebaseerd op zijn concentratieverschil en de membraanpotentiaal. De rustmembraanpotentiaal wordt bepaald door de gecombineerde effecten van de evenwichtspotentialen van meerdere ionen en hun relatieve permeabiliteiten. #### 2.2.2 De actiepotentiaal over het celmembraan Prikkelbare cellen, zoals zenuw- en spiercellen, kunnen hun membraanpermeabiliteit veranderen als reactie op een stimulus, wat leidt tot potentiaalveranderingen over het membraan [23](#page=23). * **Depolarisatiefase:** Een stimulus die de membraanpotentiaal verhoogt tot een kritische waarde (drempelpotentiaal, ca. -50 mV) veroorzaakt een plotselinge toename van de permeabiliteit voor $Na^+$ ionen. Dit leidt tot een snelle influx van $Na^+$ ionen, waardoor het membraan snel minder negatief wordt en zelfs positieve waarden bereikt (overshoot) [23](#page=23). * **Repolarisatiefase:** Bij het bereiken van de drempelpotentiaal neemt ook de permeabiliteit voor $K^+$ ionen toe (zij het minder sterk dan voor $Na^+$). Bij $V_i - V_e = 0$ daalt de permeabiliteit voor $Na^+$ weer snel. De permeabiliteit voor $K^+$ daalt langzaam, maar door de grote concentratiegradiënt vindt er een sterke $K^+$ efflux plaats. Deze efflux brengt de membraanpotentiaal terug naar de rustwaarde (ca. -95 mV) [23](#page=23) [24](#page=24). > **Voorbeeld:** De actiepotentiaal in zenuwvezels plant zich voort met snelheden tot wel 100 m/s, wat cruciaal is voor snelle communicatie in het zenuwstelsel [24](#page=24). #### 2.2.3 Elektrische hartactiviteit en het elektrocardiogram (ECG) Wanneer hartspiercellen synchroon depolariseren en repolariseren, genereren de gecombineerde actiepotentialen meetbare potentiaalverschillen aan het lichaamsoppervlak [25](#page=25). * **Hartspiercel actiepotentiaal:** Hartspiercellen hebben een meer complexe actiepotentiaal met verschillende fasen, gekenmerkt door specifieke ionenstromen: * **Fase 0 (Depolarisatie):** Snelle $Na^+$ influx. * **Fase 1 (Snelle repolarisatie):** Vroege $K^+$ efflux. * **Fase 2 (Plateau):** Gelijktijdige $K^+$ efflux en $Ca^{2+}$ influx. * **Fase 3 (Snelle repolarisatie):** Dominante $K^+$ efflux. * **Fase 4 (Rustpotentiaal):** Herstel van de rustmembraanpotentiaal (ca. -90 mV) [25](#page=25). * **Geleidingssysteem van het hart:** De hartslag wordt gestuurd door het elektrische geleidingssysteem, beginnend bij de sinusknoop (pacemaker) in het rechteratrium. Deze genereert elektrische stimuli die de depolarisatie en contractie van de atria veroorzaken. Het signaal wordt via de atrioventriculaire knoop (AV-knoop), de bundel van His en de bundeltakken naar de ventrikels geleid, wat leidt tot hun contractie [25](#page=25). * **Elektrocardiogram (ECG):** De potentiaalverschillen die ontstaan door de depolarisatie- en repolarisatiegolven over het hart zijn detecteerbaar op de huid via elektroden. Het ECG registreert deze elektrische activiteit van het hart [25](#page=25). * **P-top:** Vertegenwoordigt de depolarisatie en contractie van de atria [26](#page=26). * **QRS-golf:** Vertegenwoordigt de depolarisatie en contractie van de ventrikels [26](#page=26). * **T-golf:** Vertegenwoordigt de repolarisatie en relaxatie van de ventrikels [26](#page=26). De veranderende ladingsverdeling over het hart gedurende de hartslag kan worden voorgesteld als een dipool, de hartvector, die verandert in richting en grootte. Deze vector veroorzaakt equipotentiaalvlakken in het lichaam, die leiden tot meetbare potentiaalverschillen aan de huid. De vorm van het ECG is afhankelijk van de plaatsing van de elektroden op het lichaam. Er worden verschillende opstellingen van elektroden gebruikt om de hartvector in het frontale en transversale vlak te observeren. Analyse van het ECG kan helpen bij de diagnose van hartritmestoornissen, hartinfarcten en geleidingsstoornissen [26](#page=26) [27](#page=27) [28](#page=28) [29](#page=29) [30](#page=30). --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Atoom | Een fundamentele bouwsteen van materie, bestaande uit een kern (protonen en neutronen) omgeven door een elektronenwolk. | | Kern | Het centrale deel van een atoom, bestaande uit protonen en neutronen, dat de positieve lading bevat. | | Proton | Een subatomair deeltje met een positieve elementaire lading (+e) en een massa van ongeveer 1,67 x 10^-27 kg. | | Neutron | Een subatomair deeltje zonder elektrische lading (neutraal) en met een massa vergelijkbaar met die van een proton. | | Elektron | Een subatomair deeltje met een negatieve elementaire lading (-e) en een zeer kleine massa van ongeveer 9,11 x 10^-31 kg. | | Elektrische lading | Een fundamentele eigenschap van materie die elektrische krachten veroorzaakt; kan positief of negatief zijn. | | Elementaire lading | De kleinste voorkomende eenheid van elektrische lading, aangeduid met 'e', gelijk aan 1,6022 x 10^-19 Coulomb. | | Gekwantiseerd | Het principe dat elektrische lading alleen voorkomt in discrete veelvouden van de elementaire lading. | | Ion | Een atoom of molecuul dat een elektrische lading heeft verkregen door het winnen of verliezen van een of meer elektronen. Een positief geladen ion heet een kation, een negatief geladen ion een anion. | | Wet van Coulomb | Een natuurwet die de grootte van de elektrostatische kracht beschrijft tussen twee puntladingen; deze kracht is evenredig met het product van de ladingen en omgekeerd evenredig met het kwadraat van de afstand ertussen. De formule is $F = k \frac{|q_1 q_2|}{r^2}$. | | Coulomb (C) | De SI-eenheid van elektrische lading. | | Elektrisch veld | Een gebied in de ruimte rondom een geladen voorwerp waar een elektrische kracht kan worden uitgeoefend op andere geladen voorwerpen. | | Elektrisch veldvector (E) | Een vector die in elk punt van de ruimte de sterkte en richting van het elektrische veld aangeeft. Het is gedefinieerd als de kracht die een positieve eenheidslading ondervindt in dat punt, uitgedrukt in Newton per Coulomb (N/C). $|E| = \frac{|F|}{q_0}$. | | Krachtlijnen | Visuele voorstellingen van een elektrisch veld, waarbij de raaklijn aan een krachtlijn de richting van het veld aangeeft en de dichtheid van de lijnen de sterkte van het veld. | | Elektrische dipool | Een systeem van twee gelijke, tegengesteld geladen puntladingen die op een kleine afstand van elkaar zijn gescheiden. | | Dipoolmoment (p) | Een vectorgrootheid die de sterkte en oriëntatie van een elektrische dipool beschrijft. Het product van de lading en de afstand tussen de ladingen. $|p| = 2aq$. | | Potentiële energie (U) | De energie die een object bezit vanwege zijn positie in een krachtveld of zijn configuratie. In de elektrostatica is dit de arbeid die nodig is om een lading te verplaatsen tegen een elektrisch veld in. | | Elektrisch potentiaal (V) | De hoeveelheid potentiële energie per eenheid lading op een bepaald punt in een elektrisch veld. Het wordt gemeten in Volt (V). $|V| = \frac{U}{q_0}$. | | Potentiaalverschil | Het verschil in elektrisch potentiaal tussen twee punten. Dit is de arbeid die een uitwendige kracht moet leveren om een eenheidslading van het ene punt naar het andere te brengen. Uitgedrukt in Volt (V). $|V_B - V_A| = \frac{W_{AB}}{q_0}$. | | Equipotentiaaloppervlak | Een oppervlak waarop alle punten hetzelfde elektrische potentiaal hebben. Het elektrische veld staat loodrecht op deze oppervlakken. | | Elektrisch potentiaalverschil over het membraan | Het verschil in elektrisch potentiaal tussen de binnen- en buitenkant van een celmembraan, dat een cruciale rol speelt in biologische processen zoals zenuwimpulsen en spiercontractie. | | Rustmembraanpotentiaal | Het stabiele potentiaalverschil over het celmembraan van een rustende (niet-geactiveerde) cel, typisch rond de -70 mV. | | Actiepotentiaal | Een snelle, tijdelijke verandering in het membraanpotentiaal van prikkelbare cellen, veroorzaakt door de influx en efflux van ionen, die dient voor signaaloverdracht. | | Depolarisatie | Een verandering in het membraanpotentiaal waarbij het inwendige van de cel minder negatief wordt, vaak door een instroom van positieve ionen zoals natrium. | | Repolarisatie | Een verandering in het membraanpotentiaal waarbij het inwendige van de cel weer negatiever wordt na depolarisatie, vaak door een uitstroom van positieve ionen zoals kalium. | | Elektrocardiogram (ECG) | Een grafische weergave van de elektrische activiteit van het hart, gemeten aan het lichaamsoppervlak, die informatie geeft over de hartslag en mogelijke hartafwijkingen. | | Hartvector | Een vector die de totale elektrische activiteit van het hart op een bepaald moment weergeeft, gerelateerd aan de richting en grootte van de depolarisatie- en repolarisatiegolven. |