TFY4104 Fysikk. Institutt for fysikk, NTNU. ving 11.

Transkript

1 TFY0 Fysikk. Institutt for fysikk, NTNU. ving. Opplysninger: Noe av dette kan du fa bruk for: =" 0 = Nm /, e = :6 0 9, m e = 9: 0 kg, m p = : kg, g = 9:8 m/s Symboler angis i kursiv (f.eks V for potensial) mens enheter angis uten kursiv (f.eks V for volt). ) Hva blir strmstyrken I angitt i kretsen til hyre? = = = = I ) Hva blir strmstyrken I angitt i kretsen til hyre? = = = = I ) Hva blir ladningen angitt i kretsen til hyre? = = ) Hva blir ladningen angitt i kretsen til hyre?

2 (Felles tekst og gur til oppgavene 5-9) 5 Hver av de fem lysprene kan betraktes som en ideell ohmsk motstand. kt spenning over en lyspre (og dermed kt strmstyrke) gir kt lysstyrke i lyspra. I hver av oppgavene 6 { 8 sprres det etter en eventuell endring nar vi starter med kretsen slik den er vist i guren. 5) I kretsen vist i guren, hvilke(n) lyspre(r) lyser sterkest? og 5 6) Hva skjer med lysstyrken i pre dersom punktene og forbindes med en (motstandsls) ledertrad? Uendret. Lyser svakere. Lyser sterkere. Slokker. 7) Hva skjer med lysstyrken i pre 5 dersom pre skrus ut? Uendret. Lyser svakere. Lyser sterkere. Slokker. 8) Hva skjer med lysstyrken i pre dersom pre skrus ut? Uendret. Lyser svakere. Lyser sterkere. Slokker. 9) Med prene, og 5 pa plass, og med = 9 V og =, hva blir totalt eekttap i kretsen?.5 W 67.0 W.5 W 6.0 W

3 0) En spenningskilde = V kobles ved tidspunktet t = 0 til en seriekobling av en motstand = 0 og en kondensator med kapasitans = mf. (Fr t = 0 har kondensatorplatene null ladning.) Ved hvilket tidspunkt har kondensatorladningen nadd 95% av sin maksimale verdi max =? t = :7 s t = 0 ms t = :5 s t = 9 s t=0 ) Hvor stor strm I gar i kretsen i oppgave 0 umiddelbart etter at spenningskilden er koblet til? (vs ved et tidspunkt t, der er kretsens tidskonstant.) I = 0 I = 0:0 I = : I! ) Figuren viser re elektriske dipoler (symbolisert ved vektoren p, dvs dipolmomentet) som er plassert i et uniformt elektrisk felt E 0. Vi antar at dipolene ikke vekselvirker med hverandre. Hvilken dipol har strst potensiell energi? E 0 ) Hvilken av de flgende pastandene er feil? En parallellplatekondensators kapasitans blir strre dersom avstanden mellom platene reduseres. En parallellplatekondensators kapasitans blir strre dersom platenes areal kes. En parallellplatekondensators kapasitans blir strre dersom ladningen pa platene kes. En parallellplatekondensators kapasitans blir strre dersom rommet mellom platene fylles med et dielektrikum.

4 ) Figuren viser tre elektriske ledere og feltlinjer for det elektriske feltet i omradet omkring disse. anger potensialene V j i de re angitte posisjonene j = ; ; ;. V > V > V > V V > V > V > V V > V > V > V V > V > V > V 5) Figuren viser en kvadratisk kvadrupol med to punktladninger og to punktladninger plassert i hvert sitt hjrne av et kvadrat med sidekanter a. Hva er systemets potensielle energi U? a U = ( p ) =" 0 a U = ( p ) =8" 0 a U = ( p ) =" 0 a U = =" 0 a a 6) u utfrer Millikans eksperiment og observerer at en kuleformet drape "babyolje" med radius. m star i ro i det uniforme elektriske feltet mellom to store parallelle metallplater med motsatt ladning, positiv nederst og negativ verst. vstanden mellom platene er 5 cm, potensialforskjellen mellom platene er 6 kv, og oljens massetetthet er 05 kg/m. u kan da fastsla at oljedrapen har en netto ladning tilsvarende et underskudd pa 5 elektroner et underskudd pa elektroner et overskudd pa elektroner et overskudd pa elektroner g oljedråpe E 0 V 6 kv 5 cm 7) La oss betrakte protonet som ei kule med radius og ladning e jevnt fordelt pa kulas overate. Protonet har dermed en potensiell energi U. Samtidig har protonet masse m p, og dermed en energi m p c, iflge Einstein. (c = lyshastigheten) Vi kan na ansla protonets radius ved a sette U = m p c. ette gir ' 5: 0 m ' 7:7 0 9 m ' : 0 5 m ' :5 0 m

5 8) Ei nytral metallkule har et kuleformet hulrom i sentrum. Kula er plassert i det elektriske feltet mellom to tilnrmet uendelig store metallplater med ladning henholdsvis og pr ateenhet. Hvilken gur angir korrekt feltlinjene for det resulterende (totale) feltet i omradet omkring kula? 9) To parallelle metallplater har stor liner utstrekning i forhold til avstanden d mellom platene. verste plate har positiv ladning og potensial, nederste plate har negativ ladning og potensial 0. vre halvdel av rommet mellom platene er fylt med et dielektrikum med relativ permittivitet 6. Nedre halvdel av rommet mellom platene er fylt med et dielektrikum med relativ permittivitet. I guren er det angitt re posisjoner j = ; ; ;. Hva er riktig rangering av potensialene V j i disse re posisjonene?, V = V > V = V V > V > V > V V > V > V > V V = V = V = V d ε r = 6 ε r =, 0 0) Figuren viser to tilnrmet uendelig store metallplater med ladning og pr ateenhet. Halvparten av volumet mellom platene er fylt med et dielektrikum med relativ permittivitet " r >, som vist i guren. vstanden mellom metallplatene er d. Et elektron (masse m e ) starter i posisjon med null hastighet. Hva er elektronets hastighet nar det kommer fram til posisjon? d/ d/ p p ed=m e " 0 p ed=m e " 0 " r p ed=m e " 0 " r ed=m e " 0 σ ε r σ

6 ) En parallellplatekondensator har metallplater med stor liner utstrekning i forhold til avstanden d mellom platene. Hver plate har areal. en venstre tredjedelen av volumet mellom platene er fylt med et dielektrikum med relativ permittivitet, som vist i guren. esten av volumet er luft. Hva blir kapasitansen til denne kondensatoren? (Tips: ette kan betraktes som en parallellkobling av to kondensatorer.) " 0 =d " 0 =d " 0 =d " 0 =d d ε r = / / ) En hul sylinder har lengde L, indre radius a og ytre radius b. Materialet som fyller omradet mellom r = a og r = b har elektrisk ledningsevne (konduktivitet). Hva blir konduktansen G mellom sylinderens indre og ytre overate? (Konduktans er den inverse resistansen, G = =. Her tenker vi oss at strmmen I gar radielt utover fra indre mot ytre overate av sylinderen.) L G = L G = (b a )=L G = abl=(a b ) G = L= ln(b=a) b σ a I ) En parallellplatekondensator bestar av to (store) parallelle metallplater med areal i (liten) innbyrdes avstand d. Volumet mellom platene er fylt med et materiale med permittivitet " og konduktivitet. Hva blir tidskonstanten for kondensatoren? (Kommentar: En ideell kondensator har en perfekt isolator mellom metallplatene, dvs = 0. ette er altsa ikke en ideell kondensator, men derimot bade kondensator (med kapasitans ) og motstand pa samme tid. Kondensatoren vil lades ut pa grunn av lekkasjestrm gjennom materialet mellom platene.) = "= = =" = " = "d = d ε σ

7 ) Hva blir strmstyrken I angitt i kretsen til hyre? =7 =9 = = I 5) Hva blir ladningen angitt i kretsen til hyre? = = =8

8 ving TFY0 Fysikk. Oppgave