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

Like dokumenter
KONTINUASJONSEKSAMEN TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Onsdag 17. august 2005 kl

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

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

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

KONTINUASJONSEKSAMEN TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Fredag 11. august 2006 kl

EKSAMEN FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME Mandag 4. desember 2006 kl

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

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

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

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

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

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

Midtsemesterprøve torsdag 7. mai 2009 kl

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

EKSAMEN I TFY4155 ELEKTROMAGNETISME OG FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME

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

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

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

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

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

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

EKSAMEN I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

Frivillig test 5. april Flervalgsoppgaver.

Øving 15. H j B j M j

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

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

UNIVERSITETET I OSLO

TFY4104 Fysikk Eksamen 28. november 2016 Side 13 av 22

Eksamensoppgave i TFY4104 Fysikk

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

TFY4104 Fysikk Eksamen 28. november 2016 Side 13 av 22

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

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

EKSAMEN i TFY4155/FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME

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

OBLIGATORISK MIDTSEMESTERØVING I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

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

Øving 13. Induksjon. Forskyvningsstrøm. Vekselstrømskretser.

KONTIUNASJONSEKSAMEN I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

EKSAMEN I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

OBLIGATORISK MIDTSEMESTERØVING I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

UNIVERSITETET I OSLO

EKSAMEN i TFY4155/FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME

EKSAMEN I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

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

UNIVERSITETET I OSLO

Onsdag og fredag

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

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

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

KONTINUASJONSEKSAMEN I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

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

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

OBLIGATORISK MIDTSEMESTERØVING I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

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

Onsdag isolator => I=0

Kontinuasjonseksamensoppgave i TFY4120 Fysikk

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

TFY4104 Fysikk Eksamen 16. desember 2017 Formelside 1 av 6

KONTINUASJONSEKSAMEN I EMNE SIE 4010 ELEKTROMAGNETISME

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

Stivt legeme, reeksjonssymmetri mhp rotasjonsaksen: L = L b + L s = R CM MV + I 0!

Midtsemesterprøve fredag 10. mars kl

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

NORGES TEKNISK- NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET INSTITUTT FOR FYSIKK

UNIVERSITETET I OSLO Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

Onsdag og fredag

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

Midtsemesterprøve fredag 11. mars kl

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

KONTIUNASJONSEKSAMEN I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

TFY4104 Fysikk Eksamen 6. desember 2018 { 6 sider

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?

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

EKSAMEN I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

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

KONTIUNASJONSEKSAMEN I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

Onsdag og fredag

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

Sammendrag, uke 13 (30. mars)

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

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

Tirsdag r r

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

UNIVERSITETET I TROMSØ. EKSAMENSOPPGAVE i FYS-1002

EKSAMEN I EMNE SIE 4010 ELEKTROMAGNETISME

Formelsamling Bølgefysikk Desember 2006

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

Midtsemesterprøve torsdag 6. mars 2008 kl

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

Løsningsforslag til øving

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

Fysikkolympiaden Norsk finale 2017

Onsdag og fredag

UNIVERSITETET I OSLO

EKSAMEN I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

Oppgave 4 : FYS linjespesifikk del

Felttur 2016 Elektromagnetisme

Transkript:

NORGES TEKNISK- NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET INSTITUTT FOR FYSIKK Side 1 av 6 Kontakt under eksamen: Jon Andreas Støvneng Telefon: 73 59 36 63 / 41 43 39 30 EKSAMEN FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME I Mandag 5. desember 2005 kl. 0900-1300 Hjelpemidler: C K. Rottmann: Matematisk formelsamling (eller tilsvarende). O. Øgrim og B. E. Lian eller C. Angell og B. E. Lian: Fysiske størrelser og enheter. Typegodkjent kalkulator, med tomt minne, i henhold til liste utarbeidet av NTNU. (HP30S eller lignende.) Side 2-6: Oppgave 1-4. Vedlegg 1-3: Formelsamling. Prøven består av i alt 10 deloppgaver (1a, 1b, 1c, 1d, 2a, 2b, 2c, 3a, 3b, 4). Hver av disse 10 deloppgavene vil bli gitt like stor vekt under bedømmelsen. Vektorstørrelser er angitt med fete typer. Enhetsvektorer er angitt med hatt over symbolet. Dersom intet annet er oppgitt, kan det antas at det omgivende mediet er luft (vakuum), med permittivitet ε 0 = 8.85 10 12 F/m og permeabilitet µ 0 = 4π 10 7 H/m. I oppgaver hvor tallverdier er oppgitt for alle nødvendige størrelser, skal tallsvar bestemmes. Sensuren kan ventes før jul.

Side 2 av 6 OPPGAVE 1 a) Utled sammenhengene R = R 1 + R 2 og C 1 = C 1 1 + C 1 2 for seriekobling av henholdsvis to motstander R 1 og R 2 og to kapasitanser C 1 og C 2. R 1 C 1 R 2 C 2 b) Bestem kapasitansen til en parallellplatekondensator der volumet mellom platene er 1/2 fylt med plastmaterialet polystyren og 1/2 fylt med plastmaterialet polypropen (begge dielektrika), som vist i figuren: d polystyren polypropen d/ d/ 2 2 Platene har areal A = 25 cm 2 og innbyrdes avstand d = 2 mm. Polystyren har relativ permittivitet ε r1 = 2.5, polypropen har relativ permittivitet ε r2 = 3.0. Oppgi gjerne svaret i enheten pf. (1 pf = 10 12 F) c) I en ideell kondensator har mediet mellom metallplatene null elektrisk ledningsevne, slik at kondensatorens indre motstand blir uendelig stor. Kondensatoren i b er ikke ideell, i og med at polystyren har elektrisk ledningsevne σ 1 = 10 15 Ω 1 m 1 og polypropen har elektrisk ledningsevne σ 2 = 10 14 Ω 1 m 1. Bestem den indre motstanden i kondensatoren.

Side 3 av 6 d) En slik reell kondensator kan betraktes som en ideell kapasitans C koblet i parallell med en motstand R: I(t) V(t) C Q(t) R I (t) C I (t) R En tidsavhengig spenningskilde V (t) = V 0 σt 1 + σt skrus på ved tiden t = 0. Her er σ en konstant med dimensjon s 1. Bruk Kirchhoffs regler for strøm og spenning til å bestemme et uttrykk for total strøm I(t) (se figuren). Hva blir I umiddelbart etter at spenningskilden er skrudd på? Og hva blir I lenge etter at spenningskilden er skrudd på? Vurder om resultatene virker rimelige. Noe av dette kan du få bruk for i oppgave 1: j = σe C = Q/ V I = j da I = dq/dt V = RI D da = Q fri D = ε r ε 0 E

Side 4 av 6 OPPGAVE 2 λ () L L En tynn stav med lengde 2L ligger på -aksen mellom = L og = L. Stavens ladning pr lengdeenhet er ( 2 λ() = λ 0 L 1 ) 2 3 der λ 0 er en konstant. a) Bestem stavens totale ladning Q. Bestem også stavens elektriske dipolmoment p. Hint: Ladning på en lengde d er dq = λ() d. Bidraget til elektrisk dipolmoment fra en ladning dq i posisjon er dp = dq ˆ. b) Vis at det elektriske potensialet på -aksen (utenfor selve staven, og vi antar > L) kan uttrykkes på formen ( 3 α 2 V (α) = β ln 1 + α 3α 2 1 α 2 ) α der α = L/. Hva er konstanten β? (Vi setter V = 0 uendelig langt borte.) c) Langt unna staven, dvs for L (evt. α 1), kan vi med god tilnærmelse (dvs til ledende orden ) uttrykke potensialet på -aksen slik: V () γ 3 Vis dette og fastlegg derved konstanten γ. [Uttrykk gjerne γ ved hjelp av β dersom du ikke har greid å bestemme β i oppgave b.] Oppgitt: V = q 4πε 0 r (Coulombpotensialet) ln 1 + α 1 α = 2α + 2 3 α3 + 2 5 α5... u 2 du a u = a2 ln a u 1 2 u2 au du = ln a u a u

Side 5 av 6 OPPGAVE 3 a) En (tynn) rett leder fører strøm I og har lengde 2L. Et punkt P ligger i avstand R fra lederen. Det er like stor avstand fra P til lederens to endepunkter. Magnetfeltet i P fra den rette lederen er bestemt av Biot Savarts lov, B = µ 0 4π I dl ˆr = µ 0 r 2 4π I dl r r 3 Tegn en figur, som inneholder lederen og punktet P, der du tydelig angir størrelsene I dl, r og B, samt R og 2L. Husk å angi retning på de tre vektorene. Det oppgis at feltstyrken B = B i punktet P er B = µ 0 I 2πR 1 + R 2 /L 2 Vis hvordan du kommer fram til dette resultatet, med utgangspunkt i Biot Savarts lov. b) Bestem magnetfeltet B n i sentrum av en strømførende regulær n-kant (n = 3, 4,...) der avstanden fra sentrum til hver av de n sidekantene er R. n-kanten ligger i y-planet, med sentrum i origo. Et eksempel, med n = 6, er vist i figuren nedenfor: y I π /6 R (Hint: Ta utgangspunkt i uttrykket for B oppgitt i oppgave a.) Vis at n B n µ 0I 2R som er magnetisk feltstyrke i sentrum av en sirkulær strømførende leder med radius R. Oppgitt: d (a 2 + b + c) 3/2 = a + b (ac b 2 ) a 2 + b + c tan når 1

Side 6 av 6 OPPGAVE 4 Ei kvadratisk ledersløyfe med sidekanter a roterer med vinkelfrekvens ω inne i en lang, luftfylt, tettviklet spole med n viklinger pr lengdeenhet. Spoletråden fører en konstant strøm I. Ledersløyfa roterer omkring en akse som står vinkelrett på spolens lengderetning: a B ω I I figuren ser vi et snitt gjennom sentrum av spolen, der angir strøm inn i planet og angir strøm ut av planet. Inne i spolen ser vi den ene sidekanten av den roterende ledersløyfa. Bestem amplituden til den elektromotoriske spenningen E(t) som induseres i den kvadratiske ledersløyfa. Tips: Magnetfeltet inne i spolen kan bestemmes ved hjelp av Amperes lov. Hvis du husker uttrykket for magnetfeltet inne i spolen, trenger du ikke å utlede det. Hvis du ikke klarer å bestemme B, kan du uttrykke amplituden til E(t) ved hjelp av B.

Vedlegg 1 av 3 Formelsamling da angir flateintegral og dl angir linjeintegral. angir integral over lukket flate eller rundt lukket kurve. Formlenes gyldighetsområde og de ulike symbolenes betydning antas forøvrig å være kjent. Elektrostatikk Coulombs lov: Elektrisk felt og potensial: F = qq 4πε 0 r 2 ˆr E = V V = V B V A = B A E dl Elektrisk potensial fra punktladning: V = q 4πε 0 r Elektrisk fluks: φ E = E da Gauss lov for elektrisk felt: ε 0 E da = q D da = q fri Elektrostatisk felt er konservativt: E dl = 0 Elektrisk forskyvning: Elektrisk dipolmoment: D = ε 0 E + P = ε r ε 0 E = εe p = qd

Vedlegg 2 av 3 Elektrisk polarisering = elektrisk dipolmoment pr volumenhet: Kapasitans: P = p V C = q V Energitetthet i elektrisk felt: u E = 1 2 ε 0E 2 Magnetostatikk Magnetisk fluks: φ m = B da Gauss lov for magnetfeltet: Ampères lov: B da = 0 B dl = µ 0 I H dl = I fri Magnetfelt fra strømførende leder (Biot Savarts lov): B = µ 0 4π I dl ˆr r 2 H-feltet: Magnetisk dipolmoment: H = 1 µ 0 B M = 1 µ r µ 0 B = 1 µ B m = IA Magnetisering = magnetisk dipolmoment pr volumenhet: M = m V

Vedlegg 3 av 3 Magnetisk kraft på rett strømførende leder: F = IL B Energitetthet i magnetfelt: u B = 1 2µ 0 B 2 Elektrodynamikk og elektromagnetisk induksjon Faraday ( Henry)s lov: Ampère Mawells lov: Selvinduktans: Gjensidig induktans: E = E dl = dφ m dt B dl = µ 0 I + µ 0 ε 0 dφ E dt L = φ m I M 12 = φ 1 I 2, M 21 = φ 2 I 1, M 12 = M 21 = M Energitetthet i elektromagnetisk felt: u = 1 2 ε 0E 2 + 1 2µ 0 B 2