Øving 13, løsningsskisse.



Like dokumenter
Øving 13, løsningsskisse.

A. forbli konstant B. øke med tida C. avta med tida D. øke først for så å avta E. ikke nok informasjon til å avgjøre

Løsningsforslag SIE4010 Elektromagnetisme 5. mai 2003

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

Løsningsforslag, Midtsemesterprøve torsdag 6. mars 2008 kl Oppgavene med kort løsningsskisse

Inst. for fysikk 2015 TFY4155/FY1003 Elektr. & magnetisme. Øving 13. Induksjon. Forskyvningsstrøm. Vekselstrømskretser.

TFY4104 Fysikk. Institutt for fysikk, NTNU. Lsningsforslag til ving 8. a =

Løsningsforslag TFE4120 Elektromagnetisme 24. mai = 2πrlɛE(r) = Q innenfor S =

Løsningsforslag, Midtsemesterprøve fredag 13. mars 2009 kl Oppgavene med kort løsningsforslag (Versjon A)

Øving 4: Coulombs lov. Elektrisk felt. Magnetfelt.

Vår 2004 Ordinær eksamen

Øving 9. Dersom ikke annet er oppgitt, antas det at systemet er i elektrostatisk likevekt.

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

TFY4104 Fysikk. Institutt for fysikk, NTNU. Høsten Løsningsforslag til øving 8. a = e m E

Løsningsskisse til eksamen i TFY112 Elektromagnetisme,

UNIVERSITETET I OSLO

Integrasjon Skoleprosjekt MAT4010

Midtsemesterprøve torsdag 6. mars 2008 kl

MAT 100A: Mappeeksamen 4

dx = 1 2y dy = dx/ x 3 y3/2 = 2x 1/2 + C 1

R2 - Heldagsprøve våren 2013

KONTIUNASJONSEKSAMEN I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

Midtsemesterprøve fredag 13. mars 2009 kl (Versjon B)

KONTIUNASJONSEKSAMEN I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

Kontinuasjonseksamensoppgave i TFY4120 Fysikk

Løsningsforslag til eksamen i TFY4170 Fysikk 2 Fysikk 2 Torsdag 2. desember 2004

M2, vår 2008 Funksjonslære Integrasjon

1b) Beregn den elektriske ladningstettheten inni kjernen og finn hvor stor den totale ladningen er.

Øving 13. Induksjon. Forskyvningsstrøm. Vekselstrømskretser.

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

Midtsemesterprøve fredag 23. mars 2007 kl

1 Geometri KATEGORI Vinkelsummen i mangekanter. 1.2 Vinkler i formlike figurer

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

Integrasjon av trigonometriske funksjoner

TFY4104 Fysikk. Institutt for fysikk, NTNU. Lsningsforslag til ving 9.

1 Mandag 1. mars 2010

2x 3 4/x dx. 2 5 x 3 + LF: Vi utfører polynomdivisjon. 2x + 1 dx = + C = 5x8/ ln 2x C 4. πx 2 e 3x3 dx = π

1 k 2 + 1, k= 5. i=1. i = k + 6 eller k = i 6. m+6. (i 6) i=1

E K S A M E N. Matematikk 3MX. Elevar/Elever Privatistar/Privatister. AA6524/AA desember 2004 UTDANNINGSDIREKTORATET

TFE4120 Elektromagnetisme

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

Matematikk Øvingsoppgaver i numerikk leksjon 9 Numerisk integrasjon

Integralregning. Mål. for opplæringen er at eleven skal kunne

MAT 1110: Løsningsforslag til obligatorisk oppgave 2, V-06

EKSAMEN. ANTALL SIDER UTLEVERT: 7 (innkl. forside og 2 sider formelark)

Onsdag og fredag

Løsningsforslag EKSAMEN TFY4102 FYSIKK Fredag 10. juni 2011

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

1 Mandag 25. januar 2010

Kap. 3 Krumningsflatemetoden

S1 kapittel 6 Derivasjon Løsninger til oppgavene i boka

Løsningsforslag til Eksamen i fag MA1103 Flerdimensjonal analyse

a 2πf(x) 1 + (f (x)) 2 dx.

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

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

Onsdag isolator => I=0

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

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

Repetisjon i Matematikk 1, 4. desember 2013: Komplekse tall og Derivasjon 1

og P (P) 60 = V 2 R 60

dy ycos 2 y = dx. Ved å integrere på begge sider av likhetstegnet får man ved å substituere u = y,du = dy dy ycos 2 y = 2du cos 2 u = x.

Oppgave 3: Motstand, Kondensator og Spole

9 Potenser. Logaritmer

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

Matematikk Øvingsoppgaver i numerikk leksjon 8 Numerisk integrasjon

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

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

Eksamensoppgave i TFY4155 ELEKTRISITET OG MAGNETISME FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME

Kapittel 4 Tall og algebra Mer øving

Midtsemesterprøve Bølgefysikk Fredag 12. oktober 2007 kl

KONTINUASJONSEKSAMEN TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Onsdag 17. august 2005 kl

UNIVERSITETET I OSLO

Eksamen R2, Va ren 2014, løsning

Løsningsforslag til øving 5

Fasit. Grunnbok. Kapittel 2. Bokmål

Dok.nr.: JD 551 Utgitt av: Teknikk Godkjent av: Teknologi

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

Onsdag og fredag

1 Mandag 18. januar 2010

DEL 1 Uten hjelpemidler

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

Dok.nr.: JD 551 Utgitt av: Teknikk Godkjent av: Teknologi

DEL 1 Uten hjelpemidler

Løsningsforslag til øving 14

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

Løsningsforslag Eksamen 30. mai 2007 FY2045 Kvantefysikk

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

Bioberegninger - notat 3: Anvendelser av Newton s metode

2 Symboler i matematikken

FY2045/TFY4250 Kvantemekanikk I, løsning øving 10 1 LØSNING ØVING 10

TMA4100 Matematikk1 Høst 2008

Eksamen våren 2018 Løsninger

6. Beregning av treghetsmoment.

Løsningsforslag Kollokvium 1

Konstanter og formelsamling for kurset finner du bakerst Merk: Figurene til oppgavene er ofte på en annen side enn selve oppgaven

Sammendrag, uke 13 (30. mars)

Kondensator. Symbol. Lindem 22. jan. 2012

Oppgave 1 (30%) SVAR: R_ekv = 14*R/15 0,93 R L_ekv = 28*L/15 1,87 L

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

Transkript:

TFY455/FY3 Elektr & mgnetisme Øving 3, løsningsskisse nduksjon Forskyvningsstrøm Vekselstrømskretser nst for fysikk 5 Oppgve nduktns for koksilkbel ) Med strømmen jmt fordelt over tverrsnittet på lederne blir B(r) kvlittivt som H(r) i tidligere øving (B = μ H) Vist i figuren til venstre Med bre overfltestrømmer blir skiss forenklet ved t B bre mellom lederne (r [, b]), vist i figuren til høyre B = μ for r [, b], B = ellers r b B n er l e d B er dr b l b) Ønsker å finne simutl fluks i området mellom lederne Ser på et kbelstykke v (vlgt) lengde l Figuren helt til venstre viser et tverrsnitt normlt på strømretningen relet som er ktuelt for å beregne simutl fluks blir et rektngel med sideknter lngs henholdsvis rdius (kortstiplet linje) og i kbelretningen (lngstiplet linje) Dette rektngelet med bredde b og høyde l er vist i høyre figur Rektngelet deles i tynne skiver med bredde dr og rel d = ldr Fltenormlend vil være prllell med B, d kn den simutle B-fluks mellom gjennom det gitte rektngelet uttrykkes Φ B = B d = b B(r) ldr = μ l b dr r = μ l ln b Selvinduktnsen L er definert ved likningen Φ B = L (bruker prikk for tidsderivert) uttrykket for Φ B er kun strømmen vhengig v tid slik t vi får L = Φ Ḃ = μ l ln b Selvinduktnsen per lengdeenhet er mer interessnt for en kbel: som skulle vises L = L l = μ ln b, c) Numerisk for den gitte kbelen: L = 4π 7 H/m ln 3, 5 =, 36 μh/m L = L m = 3, 6 μh d) Energittettheten (per volumenhet) er gitt ved u = H B = μ H = μ ( ) r TFY455/FY3, Løsning-Øv3 s

Energiinnhold på enlengdel v kbelen blir d b U = u dv = u l rdr = μ ( ) b l Energi per lengdeenhet blir U = U/l, og fr oppgitt formel U = L ser vi d t r rdr = μ l ln b som ltså er det smme som over L = μ l ln b, e) Numerisk verdi for oppgitte : u = ( ) μ = r 4π 7 H/m ( ), 3 H =7, 3, mm m 3 =7, mj/m3 =7, mp Enhetsregning: H m = (Vs/) 3 m = VC 3 m = J 3 m = N 3 m = pscl Energitettheten i ethvert punkt er ltså et (mgnetisk) trykk på det punktet (Til smmenlikning: tm = kp) Trykket skyldes den mgnetiske krft per flteenhet Oppgve nduksjon ved rotsjon B d φ = ωt c + / der mgnetisk fluks er gitt ved Φ B = Figuren viser ledersløyf sett ovenfr Mgnetfeltet er B = B φ ˆφ og dnner vinkel φ = ωtmed normlen til ledersløyf under rotsjonen Beste estimt for mgnetfelt i sløyf er B φ (c+ )= μ c+ =9, 5 6 T ndusert ems er gitt ved Frdys lov: E = dφ B B d = B φ ( c+ ) cos φ, Dette gir oss der frekvensen er og mplituden E = μ ( ) E = B φ c+ d (cos ωt) = μ c+ c+ ω =f = s =6, 8 3 s, ω = 7 H/m 5 ω sin ωt = E sin ωt, (, m), 5 m 6, 8 3 s =, 6 mv Oppgve 3 Forskyvningsstrøm ) (i) Kondenstorens kpsitns og ldning ved V er C = ɛ r ɛ d =4, 7 8, 85 F/m 3, 4 m, 5 3 =4, 99 pf, Q = CV =4, 99 pf V = 599 pc m (ii) dq/ = c =6, m (iii) Forskyvningsstrømmen er d = dφ der Φ er elektrisk fluks mellom kondenstorpltene Fr Guss lov (eller velkjent fr før) får vi Φ = D = Q = ldning på kondenstoren og dermed d = dφ = dq = c =6, m TFY455/FY3, Løsning-Øv3 s

b) Vi bruker i det følgende ɛ = ɛ r ɛ Ohmslovpå punktform gir J c (t) =σe(t) = ρ E(t) = D(t) = Q(t) ρ ɛ der σ er konduktivitet (ikke relldningstetthet!) og vi hr brukt D = ɛe og D = Q/ Positiv J c ltså smme retning som E, dvs fr positiv til negtiv plte Men strømtettheten er også lik der vi må hminustegnforåfå rett fortegn, idet dq dq = Q(t) og endelig J c (t) = dq J c (t) = dq < Dette gir difflikningen dq Q = Q(t) =Q exp = Q ρ ɛ exp t } t } (ii) Bruker definisjon v forskyvningsstrøm smt end en gng D = ɛe og E(t) =ρj c og får J d (t) = dd = ɛde = dj c(t) = Q ρ ɛ exp t } = Q ρ ɛ exp t (iii) Vi ser direkte fr uttrykkene t J d (t) = J c (t) Hvis vi sender en (frildnings)strøm inn på en kondenstoren fortsetter den mellom pltene som en forskyvningsstrøm, dvs strømmen er kontinuerlig dette tilfellet vi ntr kondenstoren ikke er under opp- eller utldning er det ingen strøm i tilførselsledning For å bevre kontinuitet skl det d heller ikke være strøm mellom pltene, og slik blir det fordi forskyvningsstrøm og frildningsstrøm er motstt like store: J d (t) = J c (t) og d (t) = c (t) } Oppgve 4 Kompleks impedns ) Spenningen over en motstnd er (t) R, over en induktns L d(t) og over en kpsitns Q Dette brukt i C Kirchhoffs spenningsregel gir for hver v de tre kretsene: V (t) =R(t) Z R = V/ = R, V e iωt = L d = iωl e iωt Z L = V (t) (t) = V e iωt = iωl, eiωt V e iωt = Q C e iωt = dq = iωcv e iωt Z C = iωc =/iωc (siste vnlig skrivemåte) b) Fr (t) =V (t)/z(iω), kn vi finne følgende skisser v V (t) og de tre ulike strømmer R, L og C Vintr Z =/ under plotting og ser t fsevinkelen for de tre strømmer blir henholdsvis α =, π/ og+π/: 4 3 v(x) ir(x) il(x) ic(x) - - 3 4 5 6 wt TFY455/FY3, Løsning-Øv3 s3

c) det følgende leses + serie og // prllell, og vi bruker følgende regler: Seriekopling v impednser: Z tot = Z + Z Prllelkopling v impednser: Z tot = Z //Z = ZZ Z +Z mpednser for de ulike kretselementer fr oppgven over Første krets: R + L//C + R, som gir Z =R + iωl/(iωc) iωl +/(iωc) =R + i ωl ω LC ndre krets: L//(L + R + C): iωl(r + iωl +/iωc) Z = iωl + iωl + R +/iωc = iωrl ω L + L/C R + i(ωl /ωc) (Kn nok skrives om, men ikke lett åfå skrevet enklere) Tredje krets består v R +(R+L)//C + L Dette gir Z = R + (R + iωl)/iωc R + iωl + iωl = R + iωl + R + iωl +/iωc iωrc ω LC + Fjerde krets er en prllellkobling v tre stk C Kpsitnsen blir 3C og induktnsen blir Z = iω3c Oppgve 5 Resonnskrets ) Seriekoblingens impedns: med bsoluttverdi og fsevinkel: b) Strømmplituden: Z = Z = R + iωl +/iωc = R + i (ωl /ωc) R +(ωl /ωc) α =rctn (ω) = V Z = V R +(ωl /ωc) ωl /ωc R er mksiml når ωl /ωc =,ltså er resonnsfrekvensen ω = /LC = π F π H = πs, ltså f =5Hz c) Med oppgitte tllverdier, og med R i enheten Ω, hr vi, i enheten : (ω) = 33 R +(ω/π π/ω) Med R =/ Ω: 3 R= ohm Med R =/ Ω: 35 R= ohm Med R =Ω: 35 R= ohm 5 3 3 5 5 () 5 () 5 () 5 5 5 5 3 4 5 6 w (/s) 3 4 5 6 w (/s) 3 4 5 6 w (/s) d) Nettfrekvensen 5 Hz er nettopp lik kretsens resonnsfrekvens Vi ser t for lle vlgte motstndsverdier blir strømmplituden for stor for en norml sikring i et hus Med -mperes sikring kn vi tillte =4, som betyr t vi må bruke en motstnd som er minst 33 V/4 = 3, 57 Ω = 4 Ω TFY455/FY3, Løsning-Øv3 s4

Oppgve 6 Frivillige flervlgsoppgver ) E B-feltet fr venstre spole hr retning x, mens feltet fr høyre spole er like sterkt (symmetri) men hr retning x, feltene nulles ut b) Når mgneten nærmer seg strømsløyf øker mgnetfluksen nedover inni sløyf følge Lenz lov settes opp en strøm som motvirker økningen, og ifølge høyrehåndsregelen må strømmen gå i positiv retning gitt i figuren Når mgneten er mi i øker ikke fluksen lenger, for deretter å vt D blir strømretningen motstt ltså figur rett c) D Mgnetfeltet B hr inni strømsløyf retning ned i ppirplnet (høyrehåndsregel) Under bevegelsen reduseres sløyfs mgnetiske fluks Φ B nedover, og ifølge Lenz lov induseres en sløyfestrøm som opprettholder fluks nedover, ergo må strømretningen være med klokk vstnd r fr rett leder er B = μ /(r) og Frdys lov gir (integrl over sløyf) E = Φ B t = t B d = μ t bdr r,ltsåpropmed d) C Med strtstrøm i vil strømmen i kretsen vt med tidskonstnt τ = L/R slik: i(t) =i exp t/τ} Tidsrten di(t)/ =( /τ) i exp t/τ} vtr med tid e) B Strømmpl = V / Z der impednsen Z = R +iωl+/(iωc) Pg leddet iωl (og ltså induktnsen) får Z svært stor verdi og strømmplituden veldig liten verdi når ω f) C f = c/λ = 3 6 m/s/(3 m) =, 6 Hz g) B Bølgeretningen er i retning v E BSiden v ˆk og E î,må B = ĵ,d î ĵ = ˆk h) C Pg leddet cos(ky + ωt) propgerer bølgen i negtiv y-retning D skl E B mågib i-z-retning ĵ,sommede i x-retning Mi 3 mrs 5 TFY455/FY3, Løsning-Øv3 s5