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

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

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

KONTINUASJONSEKSAMEN TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Onsdag 17. august 2005 kl

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

EKSAMEN FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME Mandag 4. desember 2006 kl

KONTINUASJONSEKSAMEN TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Fredag 11. august 2006 kl

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

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

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

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

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

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

Midtsemesterprøve torsdag 7. mai 2009 kl

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

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

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

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

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

Øving 15. H j B j M j

EKSAMEN I TFY4155 ELEKTROMAGNETISME OG FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME

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

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

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

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

TFY4104 Fysikk Eksamen 28. november 2016 Side 13 av 22

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

Eksamensoppgave i TFY4104 Fysikk

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

TFY4104 Fysikk Eksamen 28. november 2016 Side 13 av 22

Frivillig test 5. april Flervalgsoppgaver.

EKSAMEN I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

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

Øving 13. Induksjon. Forskyvningsstrøm. Vekselstrømskretser.

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

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

Onsdag isolator => I=0

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

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

Onsdag og fredag

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

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

Onsdag og fredag

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

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

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

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

TFY4104 Fysikk Eksamen 16. desember 2017 Formelside 1 av 6

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

OBLIGATORISK MIDTSEMESTERØVING I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

UNIVERSITETET I OSLO

EKSAMEN i TFY4155/FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME

TFY4104 Fysikk Eksamen 6. desember 2018 { 6 sider

NORGES TEKNISK- NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET INSTITUTT FOR FYSIKK

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

KONTIUNASJONSEKSAMEN I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

KONTINUASJONSEKSAMEN I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

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

EKSAMEN I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

OBLIGATORISK MIDTSEMESTERØVING I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

EKSAMEN i TFY4155/FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME

Løsningsforslag til øving

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

EKSAMEN I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

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

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

Onsdag og fredag

UNIVERSITETET I TROMSØ. EKSAMENSOPPGAVE i FYS-1002

KONTIUNASJONSEKSAMEN I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

Midtsemesterprøve fredag 10. mars kl

EKSAMEN I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

UNIVERSITETET I OSLO Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

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

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

Kontinuasjonseksamensoppgave i TFY4120 Fysikk

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

OBLIGATORISK MIDTSEMESTERØVING I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

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

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

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

KONTIUNASJONSEKSAMEN I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

Formelsamling Bølgefysikk Desember 2006

Onsdag og fredag

Eksamensoppgave i TFY4155 ELEKTRISITET OG MAGNETISME FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME

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

KONTINUASJONSEKSAMEN I EMNE TFY 4102 FYSIKK

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

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

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

Tirsdag r r

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

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

Løsningsforslag til øving 9

UNIVERSITETET I OSLO Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

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

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

KONTINUASJONSEKSAMEN I EMNE SIE 4010 ELEKTROMAGNETISME

Magnetostatikk Elektrodynamikk:

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 øving 13

Transkript:

NORGES TEKNISK- NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET INSTITUTT FOR FYSIKK Side 1 av 5 Kontakt under eksamen: Jon Andreas Støvneng Telefon: 73 59 36 63 / 45 45 55 33 EKSAMEN FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Tirsdag 27. mai 2008 kl. 0900-1300 Bokmål Hjelpemidler: C K. Rottmann: Matematisk formelsamling (eller tilsvarende). O. Øgrim og B. E. Lian: Størrelser og enheter i fysikk og teknikk, eller B. E. Lian og C. Angell: Fysiske størrelser og enheter. Typegodkjent kalkulator, med tomt minne, i henhold til liste utarbeidet av NTNU. (HP30S eller lignende.) Side 2-5: Oppgave 1-4. Vedlegg 1-3: Formelsamling. Prøven består av i alt 10 deloppgaver (1a, 1b, 1c, 2a, 2b, 3a, 3b, 4a, 4b, 4c). Hver av disse vil normalt bli tillagt 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. I oppgaver der det ikke er bedt uttrykkelig om utledninger eller bevis, kan formler og resultater som er utledet i læreboka, forelesningene eller regneøvingene benyttes uten utledning, dersom du husker dem. Dette gjelder f.eks. oppgave 3. Sensuren er klar senest 17. juni.

Side 2 av 5 OPPGAVE 1 a) To punktladninger Q og Q er plassert i z-planet, i posisjonene (a, a) og (a, a) som vist i figuren: z a Q a a Q Hva er systemets elektriske dipolmoment p? (Angi både størrelse og retning.) Tegn en figur som illustrerer bidragene E + og E fra henholdsvis Q og Q til det totale elektriske feltet E() i et punkt på (den positive) -aksen. I hvilken retning peker E()? Den elektriske feltstyrken E() = E() kan skrives på formen E() = β ( 2 2a + 2a 2) 3/2 Vis dette ved å regne ut E(), og fastlegg på den måten β. b) Systemet i oppgave a) modifiseres ved at to nye punktladninger Q og Q plasseres i posisjonene ( a, a) og ( a, a): z 2a Q a Q 2a a a 2a Q a Q 2a

Tegn en figur som viser retningen på det elektriske feltet i de fire punktene Side 3 av 5 (, z) = (2a, 0), ( 2a, 0), (0, 2a), (0, 2a), dvs på positiv og negativ - og z akse. Hva blir E på y-aksen? Bestem feltstyrken E() = E() på positiv -akse. [Tips: Benytt resultatet i oppgave a).] c) For systemet i oppgave a), finn et tilnærmet uttrykk for den elektriske feltstyrken i et punkt langt ute på den positive -aksen, dvs a. Gjør det samme for systemet i oppgave b). [Kommentar: Med et tilnærmet uttrykk menes til ledende orden i den lille dimensjonsløse størrelsen a/, dvs første ledd i en polynomutvikling i a/. Merk at denne deloppgaven, i hvert fall til en viss grad, kan gjøres uavhengig av om størrelsen β i oppgave a) har blitt fastlagt eller ei.] Oppgitt: (1 + α) n 1 + nα når α 1. OPPGAVE 2 a) En tilnærmet uendelig lang, tynn stav er plassert på z-aksen. Staven har (positiv) ladning λ pr lengdeenhet, og den beveger seg med hastighet u = u ẑ: λ u z Bruk Gauss lov og Amperes lov til å bestemme henholdsvis elektrisk felt E og magnetfelt B rundt staven. Tegn feltlinjer for E og B i y-planet. b) En partikkel med ladning q og masse m starter, ved tidspunktet t = 0, med starthastighet v(0) = v 0 ˆ i posisjonen (, y, z) = ( 0, 0, 0) (se figur neste side). Partikkelen påvirkes dermed av en elektrisk kraft F e og en magnetisk kraft F m.

Side 4 av 5 v 0 λ 0 q,m u z I hvilken retning virker kreftene F e og F m ved t = 0? Hva blir forholdet F m / F e ved t = 0? [Tips: Hvis du ikke helt greide å bestemme E og B i oppgave a), kan du her anta at E() = α/ n og B() = β/ n, med samme heltallige eksponent n i E og B.] Newtons 2. lov, F = ma, representerer to (koblede differensial-) ligninger for partikkelens bevegelse, som forblir i z-planet. Finn disse to ligningene. (NB: Du skal ikke løse bevegelsesligningene.) OPPGAVE 3 a) En motstand er formet som en sylinder med lengde l = 2.00 cm og sirkulært tverrsnitt med areal A = 1.00 mm 2. Materialet som benyttes har konduktivitet σ = 21.7 Ω 1 m 1. Bestem motstandens resistans R. Oppgitt: j = σe En parallellplatekondensator har plater med areal A = 5.00 cm 2 og innbyrdes avstand d = 0.10 mm. Volumet mellom platene er fylt med et dielektrikum med relativ permittivitet ε r = 8.00. Bestem kondensatorens kapasitans C. b) En spole med lengde l = 100 cm og sirkulært tverrsnitt med areal A = 0.50 cm 2 har N = 632 viklinger av spoletråden. Volumet inne i spolen er fylt med et ferromagnetisk materiale med relativ permeabilitet µ r = 1200. Bestem spolens induktans L. (Tips: Spolen er tilstrekkelig lang til at magnetfeltet med god tilnærmelse kan antas å være uniformt inne i spolen, mens B = 0 utenfor spolen.)

Side 5 av 5 OPPGAVE 4 En vekselspenningskilde V (t) = V 0 cos ωt er koblet til en parallellkobling av en motstand R, en kapasitans C og en induktans L. I C I L I R I Q V ~ C L R Q a) Bestem de ulike bidragene I R (t), I C (t) = dq/dt og I L (t) til den totale strømmen I(t). Du kan anta at alle strømmer svinger med samme vinkelfrekvens ω som den påtrykte spenningen. b) Skriv total strøm på formen I(t) = I 0 cos(ωt α) og bestem på den måten amplituden I 0 og fasevinkelen α. Hva blir kretsens impedans Z(ω) = V 0 /I 0? Impedansen kan skrives på formen Hva er ω 0 og ω 1 uttrykt ved R, C og L? Z(ω) = R/ 1 + (ω/ω 1 ) 2 (1 ω0/ω 2 2 ) 2 (Tips: Hvis du benytter de tre komponentene fra oppgave 3, blir tallverdiene til de karakteristiske vinkelfrekvensene ω 0 og ω 1 begge ca 3 10 6 s 1.) [NBNBNB: Riktig tallverdi for ω 0 er ca 3 10 5 s 1. Dette ble det gjort oppmerksom på under eksamen.] c) Anta at ω 1 = ω 0 i tallverdi, innfør den dimensjonsløse størrelsen = ω/ω 0, og skisser den dimensjonsløse funksjonen Z()/R for mellom 0 og 10. Diskuter kort og kvalitativt verdien av impedansen Z i grensen ω 0, i lys av at induktansen i virkeligheten består av en lang og tynn metalltråd av f.eks. kobber. Oppgitt: cos(a b) = cos b cosa + sin b sin a

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

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

Vedlegg 3 av 3 Magnetisk kraft på strømførende leder; generelt: F = L df = I L dl B Magnetisk kraft på rett strømførende leder: F = IL B Energitetthet i magnetfelt: u B = 1 2µ 0 B 2 Elektrodynamikk og elektromagnetisk induksjon Faraday Henrys lov: E = E dl = dφ m dt Ampère Mawells lov: Selvinduktans: Gjensidig induktans: 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