EKSAMEN I EMNE TFY4120 FYSIKK. Fredag 3. desember 2004 Tid: kl

Like dokumenter
NORGES TEKNISK NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET INSTITUTT FOR FYSIKK EKSAMEN I EMNE TFY4120 FYSIKK

NORGES TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET INSTITUTT FOR FYSIKK EKSAMEN I EMNE TFY4120 FYSIKK. Fredag 3. desember 2004 Tid: kl

NORGES TEKNISK NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET INSTITUTT FOR FYSIKK EKSAMEN I EMNE TFY4120 FYSIKK

NORGES TEKNISKNATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET INSTITUTT FOR FYSIKK EKSAMEN I EMNE TFY4120 FYSIKK. Fredag 9. desember 2005 Tid: kl

Kontinuasjonseksamensoppgave i TFY4120 Fysikk

EKSAMEN I EMNE TFY4125 FYSIKK

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Onsdag 3. juni 2009 kl

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Tirsdag 27. mai 2008 kl

EKSAMEN I FAG SIF 4012 ELEKTROMAGNETISME (SIF 4012 FYSIKK 2) Onsdag 11. desember kl Bokmål

NORGES TEKNISKNATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET INSTITUTT FOR FYSIKK EKSAMEN I EMNE TFY4120 FYSIKK. Fredag 9. desember 2005 Tid: kl

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Fredag 11. august 2006 kl

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I TFY4155 ELEKTROMAGNETISME FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME Tirsdag 30. mai 2006 kl

Øving 2. a) I forelesningene har vi sett at det mekaniske svingesystemet i figur A ovenfor, med F(t) = F 0 cosωt, oppfyller bevegelsesligningen

EKSAMEN FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Tirsdag 27. mai 2008 kl

a) Bruk en passende Gaussflate og bestem feltstyrken E i rommet mellom de 2 kuleskallene.

LØSNINGSFORSLAG TIL KONTINUASJONSEKSAMEN I TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Onsdag 17. august 2005 kl

Kontinuasjonseksamensoppgave i TFY4120 Fysikk

EKSAMEN FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME I Mandag 17. desember 2007 kl K. Rottmann: Matematisk formelsamling (eller tilsvarende).

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I TFY4155 ELEKTROMAGNETISME FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME Tirsdag 31. mai 2005 kl

EKSAMEN TFY4155 ELEKTROMAGNETISME FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME Tirsdag 31. mai 2005 kl

Punktladningen Q ligger i punktet (3, 0) [mm] og punktladningen Q ligger i punktet ( 3, 0) [mm].

Mandag 7. mai. Elektromagnetisk induksjon (fortsatt) [FGT ; YF ; TM ; AF ; LHL 24.1; DJG 7.

Mandag F d = b v. 0 x (likevekt)

Oppsummering om kretser med R, L og C FYS1120

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME Mandag 4. desember 2006 kl

EKSAMEN FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Onsdag 3. juni 2009 kl

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME I TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Fredag 8. juni 2007 kl

Løsningsforslag EKSAMEN TFY4102 FYSIKK Fredag 10. juni 2011

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME I Mandag 17. desember 2007 kl

KONTINUASJONSEKSAMEN TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Onsdag 17. august 2005 kl

LØSNINGSFORSLAG TIL KONTINUASJONSEKSAMEN I FAG SIF 4012 ELEKTROMAGNETISME (SIF 4012 FYSIKK 2) Mandag 29. juli kl

EKSAMEN FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME I TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Fredag 8. juni 2007 kl

Onsdag isolator => I=0

TFY4106 Fysikk. Institutt for fysikk, NTNU. Test 7.

OPPGAVESETT 1. PS: Spørsmål 1a) og 1b) har ingenting med hverandre å gjøre. 1b) refererer til to nøytrale kuler, ikke kulene i 1a)

b) Vi legger en uendelig lang, rett stav langs y-aksen. Staven har linjeladningen λ = [C/m].

NORGES TEKNISK- NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET INSTITUTT FOR FYSIKK

Norges teknisk-naturvitenskapelig universitet Institutt for fysikk, NTNU

Kondensator. Symbol. Lindem 22. jan. 2012

UNIVERSITETET I OSLO

EKSAMEN I EMNE TFY4125 FYSIKK

Mandag Institutt for fysikk, NTNU TFY4155/FY1003: Elektrisitet og magnetisme Vår 2007, uke12

TFY4104 Fysikk Eksamen 28. november 2016 Side 13 av 22

NORGES LANDBRUKSHØGSKOLE Institutt for matematiske realfag og teknologi LØSNING TIL PRØVE 2 I FYS135 - ELEKTRO- MAGNETISME, 2004.

KONTINUASJONSEKSAMEN TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Fredag 11. august 2006 kl

Onsdag og fredag

TFY4104 Fysikk Eksamen 28. november 2016 Side 13 av 22

Fysikkk. Støvneng Tlf.: 45. Andreas Eksamensdato: Rottmann, boksen 1 12) Dato. Sign

UNIVERSITETET I OSLO

NORGES LANDBRUKSHØGSKOLE Institutt for matematiske realfag og teknologi

Løsningsforslag til øving 1

Norges teknisk-naturvitenskapelig universitet Institutt for fysikk, NTNU

EKSAMEN FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME I Mandag 5. desember 2005 kl

EKSAMENSOPPGAVE. Eksamen i: FYS Elektromagnetisme Fredag 31. august 2012 Kl 09:00 13:00 adm. Bygget, rom B154

EKSAMEN FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME Mandag 4. desember 2006 kl

UNIVERSITETET I OSLO Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

EKSAMEN TFY4155 ELEKTROMAGNETISME FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME Tirsdag 30. mai 2006 kl

Frivillig test 5. april Flervalgsoppgaver.

Sammendrag, uke 13 (30. mars)

NORGES LANDBRUKSHØGSKOLE Institutt for matematiske realfag og teknologi EKSAMEN I FYS135 - ELEKTROMAGNETISME

Midtsemesterprøve fredag 10. mars kl

Eksamensoppgave i TFY4104 Fysikk

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME I Mandag 5. desember 2005 kl

Institutt for fysikk. Eksamen i TFY4106 FYSIKK Torsdag 6. august :00 13:00

Løsningsforslag til øving 5

NORGES TEKNISK- NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET INSTITUTT FOR FYSIKK Faglig kontakt under eksamen: Ola Hunderi, tlf (mobil: )

FYS1120 Elektromagnetisme, vekesoppgåvesett 9 Løsningsforslag

Løysingsframlegg kontinuasjonseksamen TFY 4104 Fysikk august 2011

Fysikkolympiaden Norsk finale 2017

UKE 5. Kondensatorer, kap. 12, s RC kretser, kap. 13, s Frekvensfilter, kap. 15, s kap. 16, s

EKSAMENSOPPGAVE. Fys-1002 Elektromagnetisme. Adm.bygget B154 Kalkulator med tomt dataminne, Rottmann: Matematisk formelsamling

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I FY1002 BØLGEFYSIKK Mandag 10. desember 2007 kl

EKSAMENSOPPGAVE. ü Kalkulator med tomt dataminne ü Rottmann: Matematisk Formelsamling. rute

1. En tynn stav med lengde L har uniform ladning λ per lengdeenhet. Hvor mye ladning dq er det på en liten lengde dx av staven?

Løsningsskisse EKSAMEN i FYSIKK, 30. mai 2006

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN FY1013 ELEKTRISITET OG MAGNETISME II Fredag 9. desember 2005 kl

UNIVERSITETET I OSLO

UKE 5. Kondensatorer, kap. 12, s RC kretser, kap. 13, s Frekvensfilter, kap. 15, s og kap. 16, s.

Øving 13. Induksjon. Forskyvningsstrøm. Vekselstrømskretser.

EKSAMENSOPPGAVE I FYS-1002

Onsdag og fredag

UNIVERSITETET I TROMSØ. EKSAMENSOPPGAVE i FYS-1002

Fjæra i a) kobles sammen med massen m = 100 [kg] og et dempeledd med dempningskoeffisient b til en harmonisk oscillator.

Løsningsforslag til øving 4

KONTINUASJONSEKSAMEN I EMNE TFY 4102 FYSIKK

Kondensator - Capacitor. Kondensator - en komponent som kan lagre elektrisk ladning. Symbol. Kapasitet, C. 1volt

Øving 15. H j B j M j

TFY4104 Fysikk. Institutt for fysikk, NTNU. Høsten Løsningsforslag til øving 10.

EKSAMEN FAG TFY4160 BØLGEFYSIKK OG FAG FY1002 GENERELL FYSIKK II Onsdag 8. desember 2004 kl Bokmål. K. Rottmann: Matematisk formelsamling

Løysingsframlegg TFY 4104 Fysikk Hausten 2009

Kondensator - Capacitor. Kondensator - en komponent som kan lagre elektrisk ladning. Symbol. Kapasitet, C = 1volt

KONTINUASJONSEKSAMEN I EMNE SIE 4010 ELEKTROMAGNETISME

EKSAMEN FY1013 ELEKTRISITET OG MAGNETISME II Fredag 9. desember 2005 kl

EKSAMEN I FAG TFY 4102 FYSIKK Fakultet for Naturvitenskap og teknologi August 2008 Tid:

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I TFY4160 BØLGEFYSIKK Mandag 3. desember 2007 kl

Forelesning, TMA4110 Torsdag 11/9

Midtsemesterprøve fredag 11. mars kl

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN FY1013 ELEKTRISITET OG MAGNETISME II Fredag 8. desember 2006 kl 09:00 13:00

KONTINUASJONSEKSAMEN I EMNE SIF4005 FYSIKK Mandag 7. august 2000 kl. kl

Transkript:

Studentnummer: Studieretning: Bokmål Side 1 av 1 NORGES TEKNISK- NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET INSTITUTT FOR FYSIKK Faglig kontakt under eksamen: Institutt for fysikk, Gløshaugen Professor Jon Otto Fossum, 73593482, mob, 91139194 EKSAMEN I EMNE TFY4120 FYSIKK Fredag 3. desember 2004 Tid: kl 09.00-13.00 Hjelpemidler: Alternativ C Godkjent lommekalkulator Rottman: Matematisk formelsamlong (alle språkutgaver) Barnett og Cronin: Mathematical Formulae Eksamen består av: 1. Førstesiden (denne siden) som skal leveres inn som svar på flervalgsspørmålene. 2. 2 normale oppgaver 1 og 2 (Vedlegg A) 3. Et sett med flervalgsspørmål, Oppgave 3 (Vedlegg B) De to normale oppgavene samlet teller 50%, og flervalgspørsmålene samlet teller 50%,. Ved besvarelsene av flervalgsspørmålene skal bare ETT av svaralternativene A-E angis for hvert av de 24 spørsmålene. Riktig svar gir ett poeng mens feil svar gir null poeng. Svar på flervalgsspørmål i vedlegg B: Spørsmål 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Svar D D D C B C E A C B E E Spørsmål 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Svar E D A C D A D C E A C C

Fasit Eksamen TFY4120 Høst 2004 Vedlegg A Side 1 av 13 Oppgave 1: Svingebevegelse Figuren viser en kloss med masse m som beveger seg friksjonsfritt på et horisontalt underlag. Klossen er festet til en vegg med en horisontal fjær med fjærkonstant k, og i tillegg festet med et dempeledd med lineær dempingskonstant b. Kommentar (ikke del av fasiten) : Denne oppgaven er hentet fra læreboka Tipler&Mosca Delkapittel 14-4 om Dempede Svigninger, sidene 445-447. a) Vis ved hjelp av kraftbalanse mot Newton s andre lov, F = ma (a er akselerasjonen), at differensialligningen som beskriver klossens utsving x fra likevektsposisjonen x = 0, kan skrives som: (1) Identifiser hvert av leddene i denne ligningen, og forklar fortegnene foran hvert ledd. Svar på a): Leddet på høyre side av ligningen er masse ganger akselerasjon ma = m(d 2 x/dt 2 ). På venstre side av ligningen er de to kreftene som virker motsatt av bevegelsen, dvs begge disse kreftene gir negativ akselerasjon, -kx er fjærkraften som til enhver tid vil dra klossen mot likevektsposisjonen, mens kraften bdx/dt er dempingskraften som stopper bevegelsen etter en tid. b) Ved innsetting kan vises at en løsning som tilfredsstiller ligning (1), er: x(t) = x 0 e -t/2 τ cos (ω`t + δ) (2) hvor τ = m/b, ω` = ω 0 [1-(2ω 0 τ) -2 ] 1/2 og ω 0 = (k/m) 1/2 Hva er enhetene til henholdsvis x, k, b, τ, ω` og ω 0? Svar på b): Høyresiden av ligning (1) har dimensnjon masse ganger akselerasjon, dvs. [m(d 2 x/dt 2 )] = kgm/s 2. Dimensjonsanalyse av ligning (1) gir da: [x] = meter, [k] = kg/sek. 2, [b] = kg/sek., [t] = sek., [w`] = sek. -1, [w 0 ] = sek. -1.

Fasit Eksamen TFY4120 Høst 2004 Vedlegg A Side 2 av 13 c) Diskuter løsningen ligning (2) for tilfellet at svingebevegelsen ikke er dempet: dvs b = 0. Hvor stor er ω` for dette tillfellet? Svar på c): Dette tilfellet er et spesialtilfelle av ligning (1), som er beskrevet i Tipler&Mosca delkapittel 14-1: Enkel svingebevegelse, og w` = w 0. I dette tilfellet er bevegelsen udempet, og beskrevet en enkel udempet sinus (eller cosinus) på formen x(t) = x 0 cos (w 0 t + d ). d) Diskuter løsningen ligning (2) for tilfellet at svingebevegelsen kun er svakt dempet: Kriteriet for svak demping er at b << 2mω 0. Hvor stor er ω` nå? Hva kalles dette grensetilfellet med svak demping? Svar på d): Dette tilfellet kalles underdempet, dvs vi har en svingebevegelse som dempes ut, og klossen svinger med frekvens w`» w 0. e) Hva skjer når b = b c = 2mω 0. Hva kalles dette tilfellet? Svar på e): Dette tilfellet kalles kritisk dempet bevegelse og nå er w` = 0, dvs vi har ingen svigninger omkring likevekt, men klossen når likevekt iløpet av EN periode. f) Diskuter tilfellet at svingebegelsen er sterkt dempet, dvs b >> b c. Hva kalles dette tilfellet med sterkt demping? Svar på f): Dette tilfellet kalles overdempet, og systemet svinger ikke, men klossen beveger seg sakte mot likevekt. g) Lag en skisse av x(t) som viser alle tilfellene c), d), e) og f) i samme graf. Svar på g): For udempet svingebevegelse:

Fasit Eksamen TFY4120 Høst 2004 Vedlegg A Side 3 av 13 For underdempet svingebevegelse: For kritisk dempet og overdempet svingebevegelse: h) Vis at ligning (2) tilfredsstiller ligning (1). Svar på h): Skriv ligning (1) på formen: hvor Q = x, L = m, 1/C = k, og R = b. Vi har da at: hvor t = L/R, og Q 0 = x 0, og vi får:

Fasit Eksamen TFY4120 Høst 2004 Vedlegg A Side 4 av 13 som ved innsetting i differensialligningen gir: dvs Ved å sortere i sinus og cosinus, innser vi at sinus bidragene kansellerer, dvs: som skal gjelde for alle t, dvs: Ved innsetting for henholdsvis L,C og R, slik som definert ovenfor, får vi at: w` = [(k/m (b/2m) 2 ] 1/2 = [(w 0 2 (1/2t) 2 ] 1/2 = w 0 [1-(2w 0 t) -2 ] 1/2.

Fasit Eksamen TFY4120 Høst 2004 Vedlegg A Side 5 av 13 Oppgave 2: Elektromagnetisme og vekselstrømskretser. a) Gauss lov er: hvor Φ net er netto elektrisk fluks ut av en valgt lukket Gaussflate S, og Q inside er totalladingen innenfor S. E n er komponenten av det elektriske feltet E som er normal til flatelementet da, og ε 0 = 1/(4πk) er permitiviteten. Anta nå at vi har et uendelig stort yz-plan med uniformt fordelt positiv elektrostatisk ladning overalt i yz-planet, og at vi velger en sylinderformet Gaussflate som vist i den følgende figuren, dvs den valgte Gaussflaten omslutter et diskosformet utsnitt av den uendelig store ladete yz-flaten. Anta at ladningstettheten, dvs ladning per arealenhet i yz-planer er σ. Bruk Gauss lov til å vise at det elektrisket feltet i x-retning fra en slik uniformt ladet flate er E x = σ/2ε 0. Hvorfor har feltet ingen y- eller z- komponent? Svar på a): Av symmetrigrunner er det ingen y- eller z- komponentet av E-feltet, dvs feltet fra en ladning i et vilkårlig punkt i yz-planet kanselleres av feltet fra en annen ladning symmetrisk plassert i forhold til flate normalen fra det puktet vi vil beregne feltet i. Det gjenstår da kun å beregen E x -komponenten av feltet. Siden planet er uendelig stort og har uniformt fordelt ladning, må E x være den samme overalt. Gauss lov gir da: 2E x A = s/e 0, hvor A er arealet av sylindertverrsnittet, og 2 tallet kommer fra at vi har 2 slike sylindertverrsnitt for den valgte Gaussflaten., dvs E x = s/2e 0. b) Elektrisk potensialforskjell mellom to punkter a og b, med elektrisk potensial henholdsvis V a og V b, er definert som:.

Fasit Eksamen TFY4120 Høst 2004 Vedlegg A Side 6 av 13 Bruk denne definisjonen til å beregne potensialforskjellen V C mellom to like og endelige plan hver med areal A, og i avstand d (<< A 1/2 ) fra hverandre. Anta at begge planene har uniform ladningsfordeling, og at totalladningen er henholdsvis +Q og Q på hver at de to planene. Vis at V C = Q(d/Aε 0 ) = Q/C og at kapasitansen C kun avhenger av geometriske størrelser. Svar på b): Feltet i området mellom planene, er gitt av svaret i a), med henholdsvis s plan1 = Q/A og s plan2 = -Q/A for hvert de to planene. Feltet fra det ene planet er motsatt rettet av feltet fra det andre planet. Totalfeltet mellom planene blir da: E xtotal = E xplan1 + E xplan2 = s plan1 /2e 0 - s plan2 /2e 0 = Q/Ae 0. Vi ser da at siden E xtotal er uniform, så er V C = E xtotal d = Qd/Ae 0 = Q/C, hvor C = Ae 0 /d kun avhenger av geometriske størrelser og e 0. c) Magnetisk fluks Φ m gjennom en flate S, er definert som: hvor B n er komponenten av det magnetiske feltet B som er normal til flatelementet da. Bruk denne definisjonen til å vise at den magnetiske fluksen gjennom en spole slik som vist i den følgende figuren er lik Φ m = B x NA hvor N er antall vindinger i spolen, og A er tverssnittsarealet av spolen. Svar på c): Feltet i området midt mellom spolene er uniformt og rettet i x-retning av symmetrigrunner, dvs y- og z- komponenter kanselleres av motfelt fra strømelementer diagonalt i spolen. Fluksen fra EN strømsløyfe i spolen blir da : F msløyfe = B x A, hvor B x er feltet fra EN sløyfe og A er tverrsnittsarealet av spolen. Vi har N sløyfer i spolen, dvs totalfluksen er F m = NF msløyfe = B x NA. d) Biot-Savart s lov som er:

Fasit Eksamen TFY4120 Høst 2004 Vedlegg A Side 7 av 13 kan benyttes til å finne det magnetfeltet som en strøm I genererer inne i en slik spole som vist i c), og svaret er at (vi spør ikke om denne utledningen her): B x = µ 0 IN/l hvor µ 0 er permeabiliteten, og l er den totale lengden av spolen. Vis at fluksen gjennom spolen Φ m = (µ 0 AN 2 /l)i = LI og at induktansen L kun avhenger av geometriske størrelser. Svar på d): Direkte innsetting for B x i svaret i c) gir: F m = (m 0 AN 2 /l)i = LI, hvor L = m 0 AN 2 /l er gitt av geometriske størrelser og m 0. e) Faraday s lov sier at indusert elektromotorisk spenning i en krets Bruk Faraday s lov til å vise at potensialforskjellen V L over en induktans L kan skrives som V L = - L di/dt. Svar på e): Faraday s lov gir V L = -df m /dt = -LdI/dt fordi L er en kontant kun avhengig av geometri og m 0. f) Kretsen under er en enkel RLC-krets: Anvend Kirchoff s sløyferegel på denne kretsen, dvs V L + V C + V R = 0 når bryteren S er lukket, til å vise at differensialligningen for ladningen Q kan skrives (3) hvor vi har brukt at spenningsforskjellen over motstanden R, er gitt av Ohm s lov, mens V C og V L er slik som beregnet i henholdsvis b) og e). Svar på f): Kirchoff s sløyferegel: V L + V C + V R = 0. Vi setter inn V L = -LdI/dt, V C = - Q/C, V R = - RI og I = dq/dt, som gir ligning (3). g) Ligning (3) er på nøyaktig samme form som ligning (1) for svingebevegelsen i Oppgave 1, dvs Q(t) = Q 0 e -t/2τ cos (ω`t + δ) (4)

Fasit Eksamen TFY4120 Høst 2004 Vedlegg A Side 8 av 13 er en løsning av ligning (3), hvor Q 0 = Q(t=0) er ladningen i det øyeblikket vi lukker bryteren S. Bruk analogien med Oppgave 1 til å skrive opp uttrykk for τ og ω` for RLCkretsen, dvs τ og ω` uttrykt ved størrelsene R,L og C. Hvilken kretskomponent er årsak til demping? Skisser Q(t) når R 0 og liten. Svar på g): Se svaret på Oppgave 1 h): t = L/R I svingesystemet er b årsak til demping, mens i kretsen er det R som demper strømmen. Skisse av Q(t) for liten R: Systemet er underdempet, dvs: h) Anta nå at induktansen L = 0, dvs kretsen er nå en ren RC-krets. Regn ut og skisser strømmen I(t) for dette tilfellet når vi lukker bryteren ved tiden t = 0. Svar på h): Denne oppgaven er begynnelsen av delkapittel 25-6 RC-kretser i læreboka Tipler&Mosca, sidene 811-812:

Fasit Eksamen TFY4120 Høst 2004 Vedlegg A Side 9 av 13

Fasit Eksamen TFY4120 Høst 2004 Vedlegg A Side 10 av 13

Fasit Eksamen TFY4120 Høst 2004 Vedlegg A Side 11 av 13 i) Erstatt nå spolen i kretsen i f) med en vekselstrømsgenerator som genererer en periodisk spenning gitt ved ε = ε 0 cosωt, dvs kretsen ser nå slik ut: Vis at spenningsfallet over kondensatoren V C (t) = V ut cos(ωt δ), hvor amplituden V ut = V inn [1+(ωRC) 2 ] -1/2, og V inn = ε 0. Skisser V ut som funksjon av ω. Hva kalles en slik krets når vi er interessert i å bruke spenningen V C (t) over kapasitansen C? Svar på i): Vi tegner kretsen slik, og vi er interessert i å beregne V out, med V in = e = e 0 coswt

Fasit Eksamen TFY4120 Høst 2004 Vedlegg A Side 12 av 13 a) Kirchoff s sløyferegel gir: Ved direkte innsetting får vi at: hvor V peak = e 0 og V = V out = V C. som gir: Vi ser etter en løsning av form V C (t)=v out (t)=v ut cos(wt-d ) =V ut cosd cos(wt)+v ut sind sin(wt), dvs vi kan anta følgende: Ved innsetting, får vi to ligninger for koeffisientene for henholdvis cosinus (V c ) og sinus (V s ) komponentene. og sammenligner sinus og cosinus komponenter hver for seg: som gir oss de to ligningene: siden V out (t)=v ut cosdcos(wt)+v ut sindsin(wt) = V out (t) = V c cos(wt)+v s sin(wt), ser vi lett at fordi V c =V ut cosd og V s =V ut sind som ved innsetting gir at hvor V L = V ut som gir at: Dette kan forenkles til:

Fasit Eksamen TFY4120 Høst 2004 Vedlegg A Side 13 av 13 Vi ser at V ut = V L avtar når frekvensen øker og at alt blokkeres ved høye frekvenser, mens V L = V peak, dvs alt slipper gjennom når frekvensen går mot null, mao vi har et lavpassfilter.