EKSAMENSOPPGAVE. Tillatte hjelpemidler: Kalkulator med tomt dataminne, Rottmann: Matematisk formelsamling.

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

EKSAMENSOPPGAVE. Adm.bygget, Aud.max. ü Kalkulator med tomt dataminne ü Rottmann: Matematisk Formelsamling. rute

EKSAMENSOPPGAVE. 7 (6 sider med oppgaver + 1 side med formler)

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

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

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

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

UNIVERSITETET I OSLO

KONTINUASJONSEKSAMEN TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Onsdag 17. august 2005 kl

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

EKSAMENSOPPGAVE. Tillatte hjelpemidler: Kalkulator med tomt dataminne Rottmann: Matematisk Formelsamling A.T. Surenovna: Norsk russisk ordbok

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

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

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

EKSAMENSOPPGAVE I FYS-1002

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

KONTINUASJONSEKSAMEN TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Fredag 11. august 2006 kl

EKSAMEN FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME Mandag 4. desember 2006 kl

Frivillig test 5. april Flervalgsoppgaver.

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

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

UNIVERSITETET I OSLO Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

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

UNIVERSITETET I TROMSØ. EKSAMENSOPPGAVE i FYS-1002

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

EKSAMEN i TFY4155/FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME

OBLIGATORISK MIDTSEMESTERØVING I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

Kontinuasjonseksamensoppgave i TFY4120 Fysikk

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

UNIVERSITETET I OSLO

Kontinuasjonseksamensoppgave i TFY4120 Fysikk

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

Onsdag og fredag

UNIVERSITETET I OSLO

Tirsdag r r

KONTINUASJONSEKSAMEN I EMNE SIE 4010 ELEKTROMAGNETISME

EKSAMEN I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

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

FYS1120 Elektromagnetisme

EKSAMEN I TFY4155 ELEKTROMAGNETISME OG FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME

To sider med formler blir delt ut i eksamenslokalet. Denne formelsamlingen finnes også på første side i oppgavesettet.

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

Øving 15. H j B j M j

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

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

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

Mandag qq 4πε 0 r 2 ˆr F = Elektrisk felt fra punktladning q (følger av definisjonen kraft pr ladningsenhet ): F dl

EKSAMEN I EMNE SIE 4010 ELEKTROMAGNETISME

Kap. 22. Gauss lov. Vi skal se på: Fluksen til elektrisk felt E Gauss lov. Elektrisk ledere. Integralform og differensialform

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

EKSAMEN I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

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

EKSAMEN i TFY4155/FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME

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

Øving 3. Oppgave 1 (oppvarming med noen enkle oppgaver fra tidligere midtsemesterprøver)

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

Elektrisk potensial/potensiell energi

Onsdag isolator => I=0

Gauss lov. Kap. 22. Gauss lov. Gauss lov skjematisk. Vi skal se på: Fluksen til elektrisk felt E Gauss lov Integralform og differensialform

UNIVERSITETET I OSLO

Onsdag og fredag

Kondensator. Symbol. Lindem 22. jan. 2012

FYS1120 Elektromagnetisme H10 Midtveiseksamen

KONTINUASJONSEKSAMEN I EMNE SIF4005 FYSIKK For kjemi og materialteknologi Mandag 6. august 2001 kl. kl

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

Avdelingfor ingeniørfag. Deleksameni elektrofysikk. Emne: IRE Kl. 0900: desember Antalloppgavesider 4 Antallsider med formler 1

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?

EKSAMEN I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

FYS1120 Elektromagnetisme ukesoppgavesett 7

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

EKSAMEN I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

Midtsemesterprøve fredag 10. mars kl

KONTIUNASJONSEKSAMEN I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

TFY4104 Fysikk. Institutt for fysikk, NTNU. Høsten Øving 11. Veiledning: november.

Tirsdag E = F q. q 4πε 0 r 2 ˆr E = E j = 1 4πε 0. 2 j. r 1. r n

Maxwell s ligninger og elektromagnetiske bølger

Oppgave 4 : FYS linjespesifikk del

Formelsamling. ξ(r, t) = ξ 0 sin(k r ωt + φ) 2 ξ(x, t) = 1 2 ξ(x, t) t 2. 2 ξ. x ξ. z 2. y ξ. v = ω k. v g = dω dk

EKSAMEN. EMNE: FYS 120 FAGLÆRER: Margrethe Wold. Klasser: FYS 120 Dato: 09. mai 2017 Eksamenstid: Antall sider (ink.

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

Formelsamling Bølgefysikk Desember 2006

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

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

Kap. 24 Kapasitans og dielektrika

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

FYS1120 Elektromagnetisme, Oppgavesett 4

UNIVERSITETET I OSLO

OBLIGATORISK MIDTSEMESTERØVING I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

UNIVERSITETET I OSLO

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

EKSAMEN I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

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

EKSAMEN I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

Mandag Institutt for fysikk, NTNU TFY4155/FY1003: Elektrisitet og magnetisme Vår 2007, uke 4

Eksamensoppgave i TFY4155 ELEKTRISITET OG MAGNETISME FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME

Eksamensoppgåve i TFY4155 ELEKTRISITET OG MAGNETISME FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME

EKSAMEN I FY2045 KVANTEFYSIKK Mandag 2. juni 2008 kl

Løysingsframlegg kontinuasjonseksamen TFY 4104 Fysikk august 2011

OBLIGATORISK MIDTSEMESTERØVING I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

Transkript:

EKSAMENSOPPGAE Eksamen i: FYS-1002 Dato: Mandag 4. juni, 2018 Klokkeslett: 9:00 13:00 Sted: ADM B154 Tillatte hjelpemidler: Kalkulator med tomt dataminne, Rottmann: Matematisk formelsamling. Eksamenoppgaven inneholder 8 sider inklusiv denne første side samt formelsamling på side 8. Kontaktperson: Rune Graversen Mobil: 4140 3687 Der vil bli gått oppklaringsrunde i eksamenslokalet ca. kl. 10 og kl. 12. NB! Det er ikke tillatt å leverer inn kladdepapir som del av eksamensbesvarelsen. Side 1

ed sensurering vil alle delspørsmål (1a, 1b,...) telle likt. Oppgave 1 En uendelig lang sylinder har en indre kjerne med ladningstettheten ρ 0 og et ytre skall med ladningstettheten ρ 0 se Figur 1. Figur 1: To kosentriske uendelig lange sylindre. Dimensjonene og ladningstetthet er som angitt på figuren. La origo være i sentrum av sylinderstrukturen. Den indre kjernen har en radius a og det ytre skallet har en radius b på innsiden og radius c på utsiden. Radiene er relatert slik at c = a 2 + b 2 1a) Argumenter for at den elektriske forskyvningsvektoren, D, kan gis på formen: D = D(r)â r, 1b) hvor r og â r er avstand og enhetsvektor i radiell retning fra symetriaksen på sylinderen. Argumenter for at andelen av D-feltet som det ytre skallet gir opphav til i området 0 r b er lik 0. Utled at D-feltet imellom de to sylinderene er: D = ρ 0a 2 2r âr, Side 2

1c) Finn uttrykket for D-feltet i hele rommet (0 < r < ). Skisser D(r). idere i oppgaven antar vi at rommet mellom den indre og ytre del av sylinderen er fylt med et lineær og isotropisk dielektrisk materiale. 1d) Beskriv hva et dielektrisk materiale er, og forklar hvordan det påvirker det elektriske feltet. Finn et uttrykk for den elektriske potensialforskjellen over det dielektriske materialet, altså mellom a < r < b Finn et uttrykk for den elektriske energien i det dielektriske materialet per lengdeenhet i sylinderens retning. Side 3

Oppgave 2 ρ s + d ε â d ρ s Figur 2: Kondensator med dielektrisk materiale utsatt for en spenning denne oppgaven skal vi se på en platekondensator som består av to elektroder. Disse lades opp ved hjelp av en likespenningskilde, slik at de får flateladningstettheter ρ s, og ρ s, henholdvis. Elektrodene er separert av et lineært, isotropt og homogent dielektrikum med tykkelse d, og permitivitet ε. Se Figur 2. Dersom det antas at arealet til elektrodene er mye større enn d 2, så kan det elektriske feltet i dielektrikumet mellom platene tilnærmes ved E = ρ s ε âd 2a) Gi en fysisk tolkning av kapasitans, og vis at kapasitansen til kondensatoren er gitt som der A er arealet til elektrodene. C = εa d Anta videre at materialet mellom elektrodene er ohmsk, og har en konduktivitet σ, slik at det vil gå en strøm gjennom materialet. 2b) Bruk Ohms lov til å vise at motstanden til materialet er gitt ved R = d σa Side 4

+ R C Figur 3: RC-Krets med likestrøm 2c) Argumenter for at kretsen i Figur 3 er analog til systemet i Figur 2 når vi tar hensyn til strømmen igjennom materialet. Anta nå at likespenningskilden fjernes, slik at kondensatoren utlades gjennom materialet mellom elektrodene. 2d) is at den førsteordens inhomogene separable differensialligningen for potensialforskjellen, c, mellom elektrodene på kondensatoren er d c dt + σ ε c = 0 (1) Finn et uttrykk for utladningstiden til systemet, altså finn tiden τ slik at c (τ) = 0 e 1, der 0 er den opprinnelige ladningen som kondensatoren hadde før frakobling av likestrømkilden. Side 5

Oppgave 3 To jernskinner er koblet sammen ved hjelp av en ledning og en jernstav. Jernstaven beveger seg i kontakt med skinnene mot venstre med en hastighet v. Du kan annta at skinnene, jernstaven og ledningen er perfekte ledere. Et konstant magnetfelt er påtrykt ortogonalt innover i planet som skinnene ligger i, se Figur 4. Figur 4: To parallelle jernskinner sammenkoblet med en ledning (til venstre). En jernstav kan kjøre friksjonsfritt på skinnene. Et konstant magnetfelt er påtrykt ortogonalt på skinneplanet. 3a) Ta utgangspunkt i oppsettet i Figur 4 og bruk Lenz lov til å argumentere for at en strøm vil gå i kretsen som skinnene, staven og ledningen utgjør. Angi strømretningen. Det kan vises at for at sammenhengen mellom magnetisk og elektrisk kraft på en ladning gjelder følgende emf = E m dl = (v B) dl, (2) L hvor emf er spenningsfall indusert av en elektromotorisk kraft, E m er elektriske felt assosiert med ladningsbevegelse, v er hastigheten på ladningene og B er et magnetfelt. L 3b) Argumenter for riktigheten av siste likhetstegnet i likning (2). Hint: Du kan, for eksempel, ta utgangspunkt i krefter fra en ladning i et B og E-felt. Bruk likning (2) til å finne strømretningen i kretsen som oppsettet i Figur 4 utgjør. Kommenter om resultatet stemmer overens med Lenz lov. Side 6

Oppgave 4 4a) Ta utgangspunkt i Maxwells likninger på differensialform i vakuum, og utled bølgeligningen for det elektriske feltet: 2 E 2 c 2 2 E = 0 (3) Hint: du vil sikkert bruke laplace operatoren på vektorform: 2 A = ( A) ( A) Noter også at i vacuum er der hverken ladningstetthet eller strøm. En løsning til bølgeligninga (3) kan for eksempel gis på formen: Ẽ = E 0 e i(ωt kz) â x (4) Denne løsningen er en propagerende bølge i â z retningen, hvor ω er angulær svingefrekvens, k er bølgetallet, og E 0 er bølgeamplituden til E-feltet. 4b) Bestem en relasjon mellom c, svingningsfrekvensen og bølgetallet slik at likning (4) er løsning til likning (3). Argumenter også for at c må være fasefarten. Hint: kan f.eks. gjøres ved å se på relasjonen mellom z og t i løsningen når fasen holdes konstant. Betrakt videre i oppgaven en bølgeløsning på formen: Ẽ = E 0 sin(ωt kz + π)â x + E 0 sin(ωt kz + π/2)â y (5) 4c) is at Ẽ alltid er konstant og argumenter for at løsningen i likning (5) beskriver en sirkulært polarisert bølge. 4d) Det tidsvarierende elektriske feltet i likning (5) induserer et magnetfelt. Finn det tilhørende B-feltet til Ẽ i (5). Hint: her kan du bruke f.eks Maxwell-Faradays likning. SLUTT Side 7

Formelark FYS-1002 opppdatert 25. mai 2018 F 12 = 1 q 1 q 2 r 2 r 1 3 (r 2 r 1 ) (1) E(r) = 1 E(r) = 1 q r r 3 (r r ) (2) ρ(r )(r r ) r r 3 dv (3) E = ρ ν ε 0 (4) D = ρ f (5) (r) = 1 (r) = 1 q r r (6) ρ ν (r ) r r dv (7) E = 0, ( = 0) (8) E =, ( = 0) (9) ˆ = E dl (10) l W E = 1 ρ ν (r) (r)dv (11) 2 W E = 1 2 C 2 (12) w E = 1 2 D E (13) C = Q (14) = dq dt (15) = J ds (16) S Z C = 1 iωc (17) Z L = iωl (18) J = σe (19) J = ρ (20) R = (21) P = (22) B = µ ˆ 0 dl (r r ) 4π r r 3 (23) l B = µ 0 J, ( = 0) (24) B = 0 (25) w m = 1 2 B H (26) B = A (27) A(r) = µ 0 J(r ) 4π r r dv (28) F = q(e + v B) (29) L = NΨ B (30) M 21 = N 2Ψ 21 1 (31) E = B (33) E = N dψ B (34) dt E = E dl (35) E B = µ 0 J + µ 0 ε 0 (36) E = A (37) D = ε 0 E + P (38) H = 1 µ 0 B M (39) E 1t E 2t = 0 (40) H 1t H 2t = K (41) D 1n D 2n = ρ s (42) B 1n B 2n = 0 (43) ρ ps = P ˆn (44) ρ pv = P (45) K b = M ˆn (46) J b = M (47) P = ε 0 χ e E (48) M = χ m H (49) D = ε 0 ε r E (50) B = µ 0 µ r H (51) ε r = 1 + χ e (52) µ r = 1 + χ m (53) ε 0 = 8.854 10 12 C 2 s 2 /kg m 3 (54) µ 0 = 1.257 10 6 Nm 2 /C 2 (55) e = 1.602 10 19 C (56) F ds = F dl (57) S S ( F)d = F ds (58) E = ρ ν ε 0 (4) B = 0 (25) E = B E B = µ 0 J + µ 0 ε 0 Op. Sylindriske Sfæriske Kartesiske dρ a ρ dr a r dx a x dl +ρ dϕ a ϕ +r dθ a θ +dy a y +dz a z +r sin θ dϕ a ϕ r 2 sin θ dθ dϕ a r +r sin θ dr dϕ a θ +r dr dθ a ϕ +dz a z ds ρ dϕ dz a ρ +dρ dz a ϕ +ρ dρ dϕ a z dydz a x +dxdx a y +dxdy a z d ρ dρ dϕ dz r 2 sin θ dr dθ dϕ dx dy dz (33) (36) W m = 1 2 L2 (32)