Onsdag og fredag

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

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

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

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

Løsningsforslag til øving 4

Onsdag og fredag

Løsningsforslag til øving 3

Tirsdag r r

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

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

Midtsemesterprøve fredag 10. mars kl

Elektrisk potensial/potensiell energi

EKSAMEN FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME Mandag 4. desember 2006 kl

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?

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

Onsdag og fredag

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

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

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

KONTINUASJONSEKSAMEN TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Onsdag 17. august 2005 kl

FYS1120 Elektromagnetisme

FYS1120 Elektromagnetisme, Ukesoppgavesett 1

EKSAMEN i TFY4155/FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME

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

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

LØSNINGSFORSLAG TIL ØVING 11, TMA4105, V2008. x = r cos θ, y = r sin θ, z = 2r for 0 θ 2π, 2 2r 6. i j k. 5 r dr dθ = 8

Mandag E = V. y ŷ + V ẑ (kartesiske koordinater) r sin θ φ ˆφ (kulekoordinater)

EKSAMEN I TFY4155 ELEKTROMAGNETISME OG FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME

KONTINUASJONSEKSAMEN TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Fredag 11. august 2006 kl

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

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

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

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

Overflateladningstetthet på metalloverflate

Øving 1. Institutt for fysikk, NTNU TFY4155/FY1003: Elektromagnetisme. Veiledning: Mandag 19. januar Innleveringsfrist: Fredag 23. januar kl 12.

Løsningsforslag, eksamen MA1103 Flerdimensjonal analyse, 8.juni 2010

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

TFY4104 Fysikk. Institutt for fysikk, NTNU. Høsten Øving 12.

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

EKSAMEN i TFY4155/FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME

FYS1120 Elektromagnetisme

Midtsemesterprøve torsdag 7. mai 2009 kl

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

TFY4104 Fysikk. Institutt for fysikk, NTNU. Høsten Løsningsforslag til øving 9. E dl = 0. q i q j 4πε 0 r ij. U = i<j

Vektorkalkulus Introduksjonsforelesninger

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

Eksamensoppgave i TFY4155 ELEKTRISITET OG MAGNETISME FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME

Oppgavene er hentet fra fagets lærebok, Hass, Weir og Thomas, samt gamle eksamener.

Løsningsforslag til øving

Kap. 22. Gauss lov. Gauss lov skjematisk. Eks.1: Homogent ladd kule =Y&F Ex = LHL Vi skal se på: Fluksen til elektrisk felt E Gauss lov

Formelsamling Bølgefysikk Desember 2006

SIF5005 Matematikk 2, 13. mai 2002 Løsningsforslag

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

UNIVERSITETET I OSLO

Løsningsforslag, eksamen MA1103 Flerdimensjonal analyse, vår 2009

Oppgavesettet har 10 punkter 1, 2ab, 3ab, 4ab, 5abc som teller likt ved bedømmelsen.

Flervalgsoppgaver. Gruppeøving 1 Elektrisitet og magnetisme

Kap. 24 Kapasitans og dielektrika

Tirsdag 15. april. et stykke materie er bygd opp av atomer, dvs av atomære magnetiske dipoler med magnetisk dipolmoment j = 1...n. m j. m

Midtsemesterprøve fredag 11. mars kl

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

Elektrisk og Magnetisk felt

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

a 2 x 2 dy dx = e r r dr dθ =

Eksamensoppgave i TFY4155 ELEKTRISITET OG MAGNETISME FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME

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

Eksamensoppgave i FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME TFY4155 ELEKTRISITET OG MAGNETISME

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN TMA4105 MATEMATIKK 2 Lørdag 14. aug 2004

E, B. q m. TFY4104 Fysikk. Institutt for fysikk, NTNU. ving 12.

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

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

Flervalgsoppgaver. Gruppeøving 5 Elektrisitet og magnetisme

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

Anbefalte oppgaver - Løsningsforslag

Matematikk 4, ALM304V Løsningsforslag eksamen mars da 1 er arealet av en sirkel med radius 2. F = y x = t t r = t t v = r = t t

Løsningsforslag til øving 4: Coulombs lov. Elektrisk felt. Magnetfelt.

5 z ds = x 2 +4y 2 4

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

NTNU. MA1103 Flerdimensjonal Analyse våren Maple-øving 2. Viktig informasjon. Institutt for matematiske fag. maple02 28.

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

SIF5005 MATEMATIKK 2 VÅR r5 drdθ = 1 m. zrdzdrdθ = 1 m. zrdzdrdθ =

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

Nabla, elektromagnetisme, vektorpotensial og superledning for FYS1120

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

Løsningsforslag til øving 13

A. positiv x-retning B. negativ z-retning C. positiv y-retning D. negativ y-retning E. krafta er null

Eksamensoppgave i MA1103 Flerdimensjonal analyse

Anbefalte oppgaver - Løsningsforslag

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

Midtsemesterprøve onsdag 7. mars 2007 kl

Maxwell s ligninger og elektromagnetiske bølger

Øving 15. H j B j M j

UNIVERSITETET I OSLO Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

FYS1120 Elektromagnetisme - Ukesoppgavesett 2

Transkript:

Institutt for fysikk, NTNU TFY4155/FY1003: Elektrisitet og magnetisme Vår 2009, uke 4 Onsdag 21.01.09 og fredag 23.01.09 Elektrisk felt fra punktladning [FGT 22.1; YF 21.4; TM 21.4; AF 21.6; LHL 19.5; DJG 2.1.3] Superposisjonsprinsipp for elektrisk felt: E = n j=1 E = q 4πε 0 r 2 ˆr E j = 1 4πε 0 n q j ˆr j=1 rj 2 j r 1 E q 1 q 2 r n q n Kontinuerlige ladningsfordelinger [FGT 21.4, 22.3; YF 21.5; TM 22.1; AF eks. 21.6; LHL 19.5; DJG 2.1.4] På en lengdeskala som er stor i forhold til avstanden mellom enkeltladninger ser man en tilnærmet kontinuerlig ladningsfordeling. (På samme måte som at makroskopiske objekter har en tilnærmet kontinuerlig massefordeling, selv om de egentlig består av enkeltmasser (atomer).) Sum over enkeltladninger erstattes da av integral over en ladningsfordeling: q q i 0 i dq 3D (= 3 dimensjoner): romladning Volumelement : dv dq = ρ dv i ρ = ρ(x, y, z) = ladning pr volumenhet = romladningstetthet [ρ] = [q/v ] = C/m 3 = dx dy dz (kartesiske koordinater) = r 2 sin θ dθ dφ dr (kulekoordinater) = s ds dφ dz (sylinderkoordinater) 1

Volumelement dv i kulekoordinater: z dr θ dθ r θ r^ ϕ^ θ^ r dθ r^ r cos θ y r sin θ dϕ θ^ dv ϕ^ da r da ϕ ϕ dϕ da θ x s = r sin θ s dϕ= dv = (dr) (r dθ) (r sin θ dϕ) r sin θ dϕ 2D: flateladning dq = σ da σ = σ(x, y) = ladning pr flateenhet = flateladningstetthet [σ] = [q/a] = C/m 2 Flateelement : da = dx dy (kartesiske koordinater) = r dφ dr (polarkoordinater) 1D: linjeladning dq = λ dl λ = λ(x) = ladning pr lengdeenhet = linjeladningstetthet [λ] = [q/l] = C/m Linjeelement : dl = dx (rett linje) = R dφ (for sirkel med radius R) 2

Elektrisk felt i avstand r fra infinitesimal ladning dq: de = 1 4πε 0 dq r 2 ˆr Elektrisk felt fra kontinuerlig ladningsfordeling: E = 1 ˆr dq 3D = 1 ˆrρ dv 4πε 0 r 2 4πε 0 r 2 Mer presist: Det elektriske feltet E(r) i et punkt r = (x, y, z) på grunn av en fordeling av elektrisk ladning beskrevet ved ladningstettheten ρ(r ) = ρ(x, y, z ) er gitt ved E(r) = 1 (r r )ρ(r ) dv 4πε 0 r r 3 der dv = dx dy dz (i kartesiske koordinater) er et volumelement i posisjon r. Legg merke til at r ikke har samme betydning i de to siste ligningene. I den første angir r vektoren fra dq til punktet der E skal bestemmes. Dermed vil r være forskjellig for de ulike ladningselementene dq i systemet vi ser på. I den andre ligningen angir r posisjonen der E skal bestemmes, mens r er posisjonsvariabelen til ladningstettheten ρ. Her hadde vi valget mellom å innføre en ny vektor R r r og skrive ˆR/R 2, eller (som vi valgte) å skrive om enhetsvektoren. På sin plass med en figur, kanskje: z dv ladningsfordeling ρ( r ) r r r r y E(r) =? x Vi ser at den aktuelle enhetsvektoren skal peke fra volumelementet dv i posisjon r til posisjonen r. Vi kan dermed skrive (r r )/ r r 3 i uttrykket for E(r). 3

Elektriske feltlinjer [FGT 22.2; YF 21.6; TM 21.5; AF 21.6; LHL 19.6; DJG 2.2.1] gir en visuell framstilling av E i et område E ligger tangentielt til feltlinjene overalt styrken på E (dvs E ) er proporsjonal med tettheten av feltlinjer, dvs antall feltlinjer pr flateenhet Konsekvenser av dette er bl.a. at feltlinjene går radielt ut fra positive (punkt-)ladninger og radielt inn mot negative ladninger like mange feltlinjer går ut fra ladning +Q som inn mot Q Eksempler: positiv punktladning: negativ punktladning: + _ elektrisk dipol: + _ 4

Elektrisk dipol og elektrisk dipolmoment [FGT 22.1; YF 21.7; TM 21.4; AF 21.11; LHL 19.10; DJG 2.2.1, 3.4.2] Dersom vi har to ladninger q og q i en viss innbyrdes avstand, har vi en elektrisk dipol. Avstandsvektoren d fra den negative ladningen q til den positive ladningen q beskriver hvordan de to er lokalisert i forhold til hverandre. Dipolens elektriske dipolmoment p er da: p = qd Dipolmomentet er altså en vektor som peker fra den negative mot den positive ladningen, med størrelse lik produktet av ladningen q og avstanden d. SI-enhet for elektrisk dipolmoment: [p] = [qd] = Cm. Mye brukt alternativ enhet for elektrisk dipolmoment: 1 D (debye) 3.336 10 30 Cm. Mer generelt kan vi definere det elektriske dipolmomentet for en vilkårlig (kontinuerlig) ladningsfordeling innenfor et romlig område Ω: p = r dq Her kan Ω være et område i 1, 2 eller 3 dimensjoner. z Ω r dq Ω y x I 1D ( linjeladning ): dq = λ(x) dx r = x ˆx I 2D ( flateladning ): dq = σ da = σ(x, y) dx dy (kartesisk) σ(r, φ) r dr dφ (polarkoord) r = x ˆx + y ŷ (kartesisk) r ˆr (polarkoord) 5

I 3D ( romladning ): dq = ρ dv = ρ(x, y, z) dxdy dz (kartesisk) ρ(r, θ, φ) r 2 dr sin θ dθ dφ (kulekoord) r = x ˆx + y ŷ + z ẑ (kartesisk) r ˆr (kulekoord) Dersom systemet består av n punktladninger q 1, q 2,..., q n i posisjoner r 1, r 2,...,r n, blir systemets elektriske dipolmoment n p = r i q i i=1 Det elektriske dipolmomentet p er bare entydig definert dersom systemet har null netto ladning, dvs Q = dq = 0 Da spiller det for eksempel ingen rolle hvor vi velger origo. Ω Dersom systemets nettoladning Q er forskjellig fra null, vil p avhenge av hvor vi plasserer origo (dvs r = 0). Vi vil kun snakke om elektrisk dipol og dipolmoment i forbindelse med systemer med null nettoladning. 6