Pensum. Fagoversyn: TFY4155/FY1003 Elektrisitet og magnetisme. kap21.ppt<file> Elektrostatikk, inkl. elektrisk strøm Magnetostatikk Elektrodynamikk

Transkript

1 kap1.ppt<file> TFY4155/FY1003 Elektisitet og magnetisme Fagovesyn: Elektostatikk, inkl. elektisk støm Magnetostatikk Elektodynamikk El.mag. e gunnlag fo: Ketselemente (motstand, kond., spole, diode, tansisto) Ketsteknikk Elkaftfosyning: Geneatoe og oveføing Motoe Elek. appaate / elektonikk / datamaskine El.magn. ståling, eks. lys-, adio- og μbølge Telekommunikasjon Magnetisk mateiale Atomet. Kjemiske bindinge. Atmosfæiske fohold m.m.m. Fie fundamentale kefte i natuen: (sotet ut lenge ette Newton): 1. Gavitasjonskaft tiltekning mellom masse. Elektomagnetisk kaft fastøtning/ tiltekning mellom like/ulike elektiske ladninge 3. Stek kjenekaft kaft mellom subatomæe patikle 4. Svak kjenekaft kaft mellom subatomæe patikle unde spesielle adioaktive posesse. Pensum Pensumliste på emnets nettside: (lenke fa It s leaning) 1. Foelesninge (95% dekka i Young & Feedman). Fem eksta notatak (utove læeboka). 3. Øvinge. 4. Laboatoieoppgave. 1

2 kap1.ppt<file> 13 egneøvinge (minst 8 må godkjennes) Veiledning i guppeom i Realfagbygget. Innleveing i bokse utenfo Aud-R1. Løsningsfoslag (ingen gjennomgåing). Godkjenningsliste på nettet. Nettside: home.phys.ntnu.no/bukdef/undevisning/tfy4155/ovinge Laboatoiekus (obligatoisk): Følg med på labens nettside Føste guppe state uke 5 (31.jan), siste uke 7 Påmelding på nettsidene man 17.jan fe 1.jan Lab.hefte i salg om ca ei uke. OBS: Øvingstimene ligge i kollisjon med labtidspunkt fo noen studiepogam, slik at du må velge annet labtidspunkt enn du e satt opp på øvinge. Buk av matematikk: Kap. 1 Vektoegning Elektisk ladning og felt Integasjon Vi skal se på: Elektisk ladning Q Diffeensiallikninge Coulombs lov Nabla-opeato Supeposisjonspinsippet Elektisk felt og feltlinje E Kot epetisjon fa matematikken Elektisk dipol. desom behov.

3 kap1.ppt<file> Elektisk ladning Obsevasjone: 1. Gnidning skape elektisitet: 700 f.k. av = ηλεκτρον = elekton. Elektisk ladning = skala (+ / -) Benjamin Fanklin 1700-tallet 3. Totalladning i isolet system konstant 4. Ladning oveføes ved kontakt : Coulombs lov qq F = k 1 Kaftvikning k = = 8,99 10 Nm C 4πε ε 0 = 8,85 10 C N m 6. Elektiske ladninge e kvantisete. Millikan Supeposisjonspinsippet. 8. Maxwells likninge. James Clek Maxwell samlet elektomagnetismen i 1873 Elektisk ladning Obsevasjone: 1. Gnidning skape elektisitet: 700 f.k. av = ηλεκτρον = elekton islandsk: elektisitet = afmagn Gavitasjon Newtons gavitasjon ha samme likningsfom som Coulombs lov: qq F = k Coulomb: 1 (fastøtende elle tiltekkende) mm Newton: (minus: F = G 1 alltid tiltekkende) Coulumbs lov i ulike enhetssysteme SI: cgs (Gauss): HL (Heaviside-Loenz): 1 qq 1 qq F = = k 1 4πε qq F = 1 1 qq 1 F = 4π 0 3

4 kap1.ppt<file> Oppgave: Hvo sto e 1 coulomb? Du og din kameat/vennine holde hve ei kule med ladning +1,0 C. Dee bevege dee mot hveande fa uendelig i et elles elektisk nøytalt om. Hvo næme kan dee komme hveande? Anta dee geie å tykke med kaft F max = 500 N hve. qq F = k 1 Støelse fo fie ladninge Laboatoie støelse: μc og nc van de Waal-kula: Q = 1,0 μc ved 100 kv Stoe ladninge: Todenskye: 0,1 kc Jodkloden: -0,6 MC Batteie: ~ 1 Ah = 1 C/s 3600 s = 3,6 kc (kjemisk laga!) 1,0C 1,0C 500N qq 1 9 min = k = 9,0 10 Nm /C F max = 4,4 km = 4, km Måltall og enhete s = 3,0 m s = fysisk støelse 3,0 = måltall: {s} = 3,0 m = enhet (dimensjon): [s] = m OBS: Fysisk støelse i kusiv (italic), enhet oppettet (oman) (I skikkelig teknisk litteatu, vanskeligee i håndskift.) Eksemple fa elmagen: q = 3,4 C I =,5 A V = 30 V (V = symbol fo spenning, V = volt) C = 30 nf = 30 nc/v (C=symbol fo kapasitans, C = coulomb) Kjenediam.: Kjene og elekton: m Støelsesfohold: Elektonbaneadius: m Tennisball og tennisbane : 5 cm 5 km!! 4

5 kap1.ppt<file> Kjene: Kjene og elekton: m Elektisk kaft mellom kjene og elekton: qq e e = = = 0 nn 1 F k k Dette e 10 0 gange elektonets vekt! Supeposisjonspinsippet Kaft fa flee ladninge kan summees til totalkaft: F 0 = F 01 + F 0 Elektonbaneadius: m q 1 q0 F 0 F 0 q F 01 Et ladet legeme lage et elektisk felt i alle punkte i ommet! Rundt punktladning: q E = k Def: E(x,y,z) = F/q 0 Vektofelt: E(x,y,z) = [E x (x,y,z), E y (x,y,z), E z (x,y,z)] Hvo stot felt undt 1 coulombs kule? q 0 (1.7) = (Coul) Oppgave: Hvo sto e 1 coulomb? Du og din kameat/vennine holde hve ei kule med ladning +1,0 C. Dee bevege dee mot hveande fa uendelig i et elles elektisk nøytalt om a) Hvo næme kan dee komme hveande? Anta dee kan tykke med F max = 500 N hve. b) Hvo stot e det elektiske feltet i avstand 4, km? Enklest fa definisjon: E = F / q = 500 N / 1 C = 500 N/C Fa fomel (1.7): E = k q / = 9, Nm /C 1,0 C / (4,4 km) = 500 N/C Oveslag ved E = 3,0 MN/C = 30 kv/cm 5

6 kap1.ppt<file> Kap. 1. Elektisk ladning og felt Elektisk ladning, q, Q. + elle - Enhet coulomb, C. q Coulombs lov: E = k Supeposisjonspinsippet: E = k (1.7) Gensetilfelle: n q n 0n 0n (1.7B) Eks. 3 Linjeladning. = Y&F, Ex ( me i Øving ) de y Løsning: E Lλ Q y L Ey = k k = y y y λ = k y L L + y (staven som et punkt) uendelig mange små ladninge dq: E = k Eksemple: 1) +q +q ) -q +q (dipol) 3) Linjeladning 4) Tynn ing 5) Flateladninge tot. ladn. Integasjon dq (1.7C) de x y λ y L E = k y (næme) y OBS: Y&F motsatt aksesystem x-y -L dx L Eks. 4: Ladet ing. = Y&F: Ex (fig. 1.) Løsning: E x = k Q x / 3 (1.8) Gensetilfelle: x>>a => x => E x = k Q / (ingen punkt) Integasjonsmetode i fysikken: 1. Infinitesimale støelse (dq) bukes i fomle som gjelde punkte. - Utnytt symmeti. Sette sammen med sup.pos.pinsippet, de 3. Vanlige integasjonsegle og deivasjonsegle, f.eks. substitusjon. 6

7 kap1.ppt<file> Eks. 5: Ladet sikulæ plate. = Y&F: Ex. 1.1 (fig. 1.3) = sum av mange tynne inge = de x, med de x fa foige eksempel σ 1 Løsning: Ex = 1- (1.11) ε ( R / x) med σ = Q/πR Gensetilfelle: x>>r => skiva punkt x<<r => E x = σ/ε 0 +σ Eks 6: Næme en flateladning E = σ/ε 0 Eks 7: To paallelle plate Eks 7: To paallelle plate næme (elle: uendelig stoe) +σ E = σ/ε 0 +σ -σ E = σ/ε 0 -σ E = σ/ε 0 Resultat: E-felt kun mellom platene 7

8 kap1.ppt<file> Randeffekte fo ikke næme plate Visualiseing elektisk felt: Fig..1 a (me detaljet) idealiset med feltlinje Velg et høvelig antall feltlinje! Fo få Fo mange E-feltet kan finnes ved hjelp av feltlinje: + =? 8

9 kap1.ppt<file> E-feltet kan finnes ved hjelp av feltlinje: OBS: E E p Enda et eksempel på E-feltet ved hjelp av feltlinje: E fa + til ladning. Dipolmoment p fa til + ladning. Kap. 1. Elektisk ladning og felt Elektisk ladning, q, Q. + elle - Enhet coulomb, C. Kap. 1. Elektisk ladning og felt Divese eksemple, bl.a.: Elektisk dipol med dipolmoment p = q a. E visualisees ved elektiske feltlinje, de E e tangent til feltlinjene. Bukes kap Bukt kap 1 9