Sammendrag, uke 13 (30. mars)



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

Onsdag isolator => I=0

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

Onsdag og fredag

Onsdag og fredag

Onsdag og fredag

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

KONTINUASJONSEKSAMEN TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Onsdag 17. august 2005 kl

Mandag dq dt. I = Q t + + x (tverrsnitt av leder) Med n = N/ V ladningsbærere pr volumenhet, med midlere driftshastighet v og ladning q:

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

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

Løsningsforslag til øving 4

og P (P) 60 = V 2 R 60

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

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

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

Forelesning nr.2 INF 1411 Elektroniske systemer. Effekt, serielle kretser og Kirchhoffs spenningslov

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

Frivillig test 5. april Flervalgsoppgaver.

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

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

Forelesning nr.2 INF 1411 Elektroniske systemer. Effekt, serielle kretser og Kirchhoffs spenningslov

Løsningsforslag til ukeoppgave 10

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

EKSAMENSOPPGAVE I FYS-1002

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

Innhold. Innledning 13

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

FYS1120 Elektromagnetisme H10 Midtveiseksamen

I C Q R. Øving 11. Institutt for fysikk, NTNU TFY4155/FY1003: Elektromagnetisme

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

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

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

Forelesning nr.7 INF Kondensatorer og spoler

Elektrisitetslære TELE1002-A 13H HiST-AFT-EDT

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

Løsningsforslag til øving 14

EKSAMEN FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME Mandag 4. desember 2006 kl

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

TFE4101 Vår Løsningsforslag Øving 3. 1 Teorispørsmål. (20 poeng)

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

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

Oppsummering om kretser med R, L og C FYS1120

UNIVERSITETET I OSLO

Oppgave 3 -Motstand, kondensator og spole

Løsningsforslag EKSAMEN TFY4102 FYSIKK Fredag 10. juni 2011

Løsningsforslag til øving 5

Kontinuasjonseksamensoppgave i TFY4120 Fysikk

Fasit eksamen Fys1000 vår 2009

Onsdag og fredag

Tirsdag r r

Mandag Ledere: Metaller. Atomenes ytterste elektron(er) er fri til å bevege seg gjennom lederen. Eksempler: Cu, Al, Ag etc.

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

Forelesning nr.7 IN 1080 Elektroniske systemer. Spoler og induksjon Praktiske anvendelser Nøyaktigere modeller for R, C og L

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

Den indre spenning som genereres i en spenningskilde kalles elektromotorisk spenning.

Forelesning nr.2 INF 1411 Elektroniske systemer

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

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

Kap. 4 Trigger 9 SPENNING I LUFTA

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

Løsningsforslag for obligatorisk øving 1

Elektriske kretser. Innledning

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

Løsningsforslag til prøve i fysikk

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

Øving 13. Induksjon. Forskyvningsstrøm. Vekselstrømskretser.

D i e l e ktri ku m (i s o l a s j o n s s to ff) L a d n i n g i e t e l e ktri s k fe l t. E l e ktri s ke fe l tl i n j e r

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

FYS1120 Elektromagnetisme, vekesoppgåvesett 9 Løsningsforslag

KONTINUASJONSEKSAMEN TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Fredag 11. august 2006 kl

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

Oppgave 3: Motstand, Kondensator og Spole

TFE4100 Kretsteknikk Kompendium. Eirik Refsdal

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

Fysikkolympiaden Norsk finale 2019 Løsningsforslag

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

Fysikkolympiaden Norsk finale 2017

Fysikkolympiaden Norsk finale 2018 Løsningsforslag

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

LABORATORIERAPPORT. RL- og RC-kretser. Kristian Garberg Skjerve

LF - anbefalte oppgaver fra kapittel 2

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

Kondensator. Symbol. Lindem 22. jan. 2012

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

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

Nøkler til Naturfag: Velkommen til kursdag 3!

Oppgave 4 : FYS linjespesifikk del

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

MAGNETFELT OG MAGNETISME SOM RELATIVISTISK FENOMEN

Kontinuasjonseksamensoppgave i TFY4120 Fysikk

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

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

WORKSHOP BRUK AV SENSORTEKNOLOGI

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

Théveninmotstanden finnes ved å måle kortslutningsstrømmen (se figuren under).

Elektrisk og Magnetisk felt

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

BINGO - Kapittel 11. Enheten for elektrisk strøm (ampere) Kretssymbolet for en lyspære (bilde side 211) Enheten for elektrisk ladning (coulomb)

Kretsanalyse basert på elektromagnetisme

Transkript:

nstitutt for fysikk, NTNU TFY4155/FY1003: Elektrisitet og magnetisme Vår 2005 Sammendrag, uke 13 (30. mars) Likestrømkretser [FGT 27; YF 26; TM 25; AF 24.7; LHL 22] Eksempel: lommelykt + a d b c + m Spenningskilde (f.eks. kjemisk batteri, solcelle etc.): Leverer elektromotorisk spenning (ems) E, dvs: sørger for å holde konstant potensialforskjell E mellom de to polene + og -. Spenningsforhold i kretsen over ( V er endring i elektrisk potensial): spenning (potensial) d a b c d posisjon a b : V 0 (metall-ledning, god leder, m 0, E 0) b c : V = (motstand, dårlig leder, m, potensiell energi går tapt som varme pga kollisjoner, E 0) c d : V 0 (som a b) d a : V = E = (mottar ladningsbærere med lav potensiell energi, leverer ladningsbærere med høy potensiell energi.) 1

En reell kilde har alltid en (som regel liten) indre motstand i : i Når en reell spenningskilde kobles til en elektrisk krets, kommer den indre motstanden i som et tillegg til kretsens resistans. Vi får da f.eks. effekttap både i kilden (P i = i 2 ) og i resten av kretsen (P = 2 ). En ideell kilde har i = 0. Kirchhoffs regler [FGT 27.2, 27.3; YF 26.2; TM 25.5; AF 24.8; LHL 22.3] Beregninger på elektriske kretser gjøres ved hjelp av Kirchhoffs regler. egel 1 (Knutepunktsregelen): På grunn av ladningsbevarelse er j = 0 i alle knutepunkt i en krets. motsatt fall ville vi få opphopning av ladning i knutepunktet. Fortegnskonvensjon: Positiv når den går ut av knutepunktet. egel 2 (Sløyferegelen): På grunn av energibevarelse er (spenningsendringer) = 0 j for alle lukkede sløyfer i en krets. motsatt fall ville vi ikke ha en entydig potensiell energi for ladningsbærere på et gitt sted i kretsen. Fortegnskonvensjon: Positivt bidrag betyr spenningsøkning. + + valgt retning 2

Kirchhoffs regler gir et tilstrekkelig antall uavhengige ligninger til å bestemme de ukjente størrelsene, f.eks. strømstyrkene j i kretsens ulike grener. -kretser [FGT 27.5; YF 26.4; TM 25.6; AF Note 25.1; LHL 22.4] ommet mellom de to lederne i en kondensator er fylt med en isolator, og gjennom en (ideell) isolator går det null elektrisk strøm. (t) Q(t) Q(t) isolator => =0 Vi kan imidlertid ha en tidsavhengig strøm (t) inn og ut av kondensatorens ledere (platene, hvis det er snakk om en parallellplatekondensator). Dermed får vi en tidsavhengig ladning Q(t) på kondensatorplatene. Kan vi bruke Kirchhoffs regler til å analysere kretser med tidsavhengige (t), V (t), Q(t)? Ja: For langsomt varierende strømstyrker, der langsomt er i forhold til hvor raskt en endring et sted i kretsen merkes i resten av kretsen. Siden elektromagnetiske signaler (bølger) forplanter seg med lyshastigheten c, er dette i praksis som regel ikke noe problem. Eksempel 1: Opplading av kondensator i -krets. Q (kobles inn ved t=0) Spenningskilden E kobles inn ved tidspunktet t = 0. Da har vi null ladning på kondensatoren, Q(0) = 0. 3

Kirchhoffs spenningsregel Spenningsfall over : E V V = 0 V = Q/ Spenningsfall over : V = = dq dt Gir 1. ordens differensialligning for ladningen Q: som har løsning dq dt + 1 Q = E Q(t) = E ( 1 e t/) Her har vi brukt initialbetingelsen Q(0) = 0. Strømstyrken blir (t) = dq dt = E e t/ Tidskonstant for oppladningsprosessen: τ = Verdien av τ gir en størrelsesorden for hvor lang tid det tar å lade opp kondensatoren til sin maksimale ladning Q(t ) = E Eksempel 2: Utlading av kondensator i -krets. Q Vi antar at kondensatoren i utgangspunktet er ladet opp med en spenningskilde E og at den er full-ladet slik at initialbetingelsen her er Q(t = 0) = E. Kirchhoffs spenningsregel V V = 0 4

Gir igjen 1. ordens differensialligning for ladningen Q: som har løsning dq dt 1 Q = 0 Q(t) = Ee t/ Her har vi brukt initialbetingelsen Q(0) = E. Strømstyrken blir (t) = dq dt = E e t/ Vi ser av figuren at vi her valgte feil retning på strømmen : Positiv ladning vil måtte strømme fra den positivt ladete platen, og derfor gi positiv strøm i retning mot klokka. Dette er imidlertid ivaretatt, i og med at den beregnede strømmen kom ut med et negativt fortegn. Merk at dersom vi hadde valgt motsatt retning på i figuren, kunne vi ikke lenger ha skrevet = dq/dt, men derimot = dq/dt, ettersom en positiv strøm da ville tilsvare en reduksjon i ladningen på kondensatoren. Med andre ord: dq/dt vil da være negativ for positiv, og vi må skrive = dq/dt for å få samme fortegn på begge sider av likhetstegnet. Min anbefaling er å velge retning på strømmen i forhold til ladningen Q på kondensatoren slik som det er gjort i figuren over. Da kan vi holde oss til sammenhengen = dq/dt, dvs positiv tilsvarer en positiv endring i ladningen Q. nitialbetingelsen(e) for hvert enkelt problem sørger for at fortegnet på blir riktig til slutt! Neste uke: Magnetisk vekselvirkning! Vi innleder (i ekstratimen på tirsdag) med å vise, eller i hvert fall sannsynliggjøre, at magnetfeltet og magnetiske krefter er en direkte konsekvens av elektrostatikken (dvs at ladninger i ro påvirker hverandre med oulombkrefter) og Einsteins spesielle relativitetsteori. Vi kan med andre ord slå fast at magnetisme er en relativistisk effekt. Deretter skal vi se på bevegelse av ladet partikkel i magnetfelt, og vi skal introdusere Biot Savarts lov, som gir oppskriften på hvordan magnetfeltet B beregnes med utgangspunkt i hva som måtte være til stede av elektriske strømmer. Biot Savarts lov er magnetostatikkens svar på oulombs lov i elektrostatikken, som gir oppskriften på hvordan det elektriske feltet E beregnes med utgangspunkt i hva som måtte være til stede av elektriske ladninger. Og kjenner vi feltene E og B i et område, kan vi også bestemme kraften på en ladning q med hastighet v: F = qe + qv B som er den berømte Lorentzkraften. Følg med, følg med! 5