Kap. 27 Magnetisk felt og magnetiske krefter. Magnetiske monopoler fins ikke: Kap. 27 Kjapp historie. Kap. 27 Magnetisme. Kortfatta målsetning:

Like dokumenter
Kap. 27 Magnetisk felt og magnetiske krefter. Magnetiske monopoler fins ikke: Kortfatta målsetning:

Kap. 27 Magnetisk felt og magnetiske krefter. Magnetiske monopoler fins ikke: Kap. 27 Kjapp historie. Kap. 27 Magnetisme. Kap 27

Kap. 27 Kjapp historie. Kap. 27 Magnetisk felt og magnetiske krefter. Kap. 27 Magnetisme. Kraft på ledningsbit. Kap 27

Kap. 27 Kjapp historie. Kap. 27 Magnetisk felt og magnetiske krefter. Kap. 27 Magnetisme. Kraft på ledningsbit. Kap 27

Kap. 27 Magnetisk felt og magnetiske krefter. Magnetiske monopoler fins ikke: Kap. 27 Kjapp historie. Kap. 27 Magnetisme. Kortfatta målsetning:

Kap. 27 Magnetisk felt og magnetiske krefter. Magnetiske monopoler fins ikke: Kap. 27 Kjapp historie. Kap. 27 Magnetisme. Kortfatta målsetning:

Kap. 27 Magnetisk felt og magnetiske krefter

Kap. 27 Magnetisk felt og magnetiske krefter

Magnetostatikk Elektrodynamikk:

Magnetostatikk Elektrodynamikk:

Flervalgsoppgaver. Gruppeøving 8 Elektrisitet og magnetisme. 1. SI-enheten til magnetisk flukstetthet er tesla, som er ekvivalent med A. E.

Onsdag og fredag

EKSAMEN FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME Mandag 4. desember 2006 kl

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

Magnetisme. Magnetostatikk (ingen tidsvariasjon): Kap 27. Magnetiske krefter Kap 28: Magnetiske kilder

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

Faradays lov: Flere muligheter for induksjon: Magnetisme. Kap29

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME I TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Fredag 8. juni 2007 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 I Mandag 5. desember 2005 kl

FYS1120 Elektromagnetisme ukesoppgavesett 7

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

Magnetisme. Magnetostatikk (ingen tidsvariasjon): Kap 27. Magnetiske krefter Kap 28: Magnetiske kilder

Faradays lov: Flere muligheter for induksjon: Magnetisme. E = - dφ B /dt, der Φ B = B da. Kap29

Faradays lov: Flere muligheter for induksjon: Magnetisme. Kap29

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

KONTINUASJONSEKSAMEN TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Fredag 11. august 2006 kl

TFY4104 Fysikk Eksamen 28. november 2016 Side 13 av 22

TFY4104 Fysikk Eksamen 28. november 2016 Side 13 av 22

Faradays lov: Flere muligheter for induksjon: Magnetisme. Kap

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

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

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

Faradays lov: Flere muligheter for induksjon: Magnetisme. Kap29

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

Løsningsforslag til øving 13

Flervalgsoppgaver. Gruppeøving 10 Elektrisitet og magnetisme

Faradays lov: Flere muligheter for induksjon: Magnetisme. Kap

Frivillig test 5. april Flervalgsoppgaver.

Løsningsskisse EKSAMEN i FYSIKK, 30. mai 2006

Onsdag isolator => I=0

3. Hvilken av Maxwells ligninger beskriver hvordan en leder som fører en jevn strøm genererer et magnetisk felt?

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

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

Eksamensoppgave i TFY4104 Fysikk

Løsningsforslag EKSAMEN TFY4102 FYSIKK Fredag 10. juni 2011

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

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

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

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

FYS1120 Elektromagnetisme H10 Midtveiseksamen

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

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

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

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

EKSAMENSOPPGAVE I FYS-1002

Løsningsforslag til ukeoppgave 10

Arbeid og energi. Energibevaring.

Flervalgsoppgaver. Gruppeøving 1 Elektrisitet og magnetisme

Sammendrag, uke 13 (30. mars)

Løysingsframlegg TFY 4104 Fysikk Hausten 2009

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

EKSAMEN i TFY4155/FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME

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

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

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

og P (P) 60 = V 2 R 60

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

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

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

Fasit eksamen Fys1000 vår 2009

EKSAMEN I TFY4155 ELEKTROMAGNETISME OG FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME

Løsningsforslag til eksamen i FYS1000, 14/8 2015

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

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

Løysingsframlegg kontinuasjonseksamen TFY 4104 Fysikk august 2011

EKSAMEN I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

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

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

Løysingsframlegg TFY 4104 Fysikk Kontinuasjonseksamen august 2010

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

EKSAMEN. Oppgavesettet består av 3 oppgaver. Alle spørsmål på oppgavene skal besvares, og alle spørsmål teller likt til eksamen.

UNIVERSITETET I OSLO

Løsningsforslag til øving

Aristoteles (300 f.kr): Kraft påkrevd for å opprettholde bevegelse. Dvs. selv UTEN friksjon må oksen trekke med kraft R O =S k

INF L4: Utfordringer ved RF kretsdesign

EKSAMEN i TFY4155/FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME

FYS1120 Elektromagnetisme, vekesoppgåvesett 9 Løsningsforslag

Løsningsforslag til eksamen i FYS1000, 17/8 2017

Onsdag og fredag

Innhold. Innledning 13

OBLIGATORISK MIDTSEMESTERØVING I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

Rotasjon: Translasjon: F = m dv/dt = m a. τ = I dω/dt = I α. τ = 0 => L = konstant (N1-rot) stivt legeme om sym.akse: ω = konst

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

TFY4104 Fysikk Eksamen 6. desember 2018 { 6 sider

Kap. 4 Trigger 9 SPENNING I LUFTA

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN FYS120 VÅR 2017

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

Transkript:

Kap. 27 Magnetisk felt og magnetiske krefter Magnetiske monopoler fins ikke: Kortfatta målsetning: Lære at permanente magneter og elektromagneter har samme årsak: -- ladninger i bevegelse / strømsløyfer Formelapparatet i magnetostatikk analogt til det i elektrostatikk Forstå at magnetiske monopoler ikke fins, kun dipoler. (mens elektriske monopoler fins, dvs. +q, -q)? N S Magnet kan bedre representeres med en vektor Kap. 27 Kjapp historie 1000 f.kr.: Kompass brukt i Kina og i Mexico 800 f.kr: Magnetisk materiale i Magnesia i Hellas Magnetitt: Fe 3 O 4 1270: Nord- og sydpol 1600: Jordmagnetisme beskrives 1750: Magnetisk kraft prop. med 1/r 2 1819-25: Vitenskapelig arbeid: Hans Christian Ørsted, André Ampere, Jean Baptist Biot, Felix Savart, Michael Faraday, Joseph Henry 1864: Systematisering av teorien v/james Clerk Maxwell. Kap. 27 Magnetisme Magnetostatikk (ingen tidsvariasjon): Kap 27. Magnetiske krefter Kap 28: Magnetiske kilder Elektrodynamikk: Kap 29-32: Tidsvariasjon: Induksjon mm. 1

Kraft på ledningsbit Kap. 27: Magnetisk felt og magnetiske krefter df = I ds X B Forrige forelesning: Lorentzkrafta = elektrisk kraft + magnetisk kraft: F = q E + q v x B (magnetisk flukstetthet B defineres fra denne kraftvirkningen) Kraft på lederbit med lengde ds: df = I ds x B ds bit = infinitesimalt strømelement I ds Videre: Magnetiske feltlinjer Magnetisk fluks: Φ B = B da Gauss lov for B-feltet Bevegelser av ladninger i B og E-felt, ved eksempler/anvendelser: Hastighetsfilter Thomsons e/m-eksperiment Massespektrometer Kraftmoment på strømsløyfe Magnetisk moment μ = I A bit = infinitesimalt strømelement I ds (Fig 27.25) Gauss lov for magnetfelt: Nettofluks lukka flate = Φ B = B da = 0 Alle magnetiske feltlinjer er lukka kurver: Feltlinjer er lukka kurver Magnetiske monopoler fins ikke: 2

Heliksformet bane pga. Lorentzkrafta F = (q E + ) q v x B Sett langs x-akse: Heliksformet bane. Typiske tallstørrelser (Ex. 27.4) Oppgitte data: Proton: q = +e = 1,6 10-19 C m = 1,67 10-27 kg B x = 0,50 T v 0x = 1,5 10 5 m/s v 0z = 2,0 10 5 m/s Finn: a) Syklotronradius R b) Syklotronfrekvens ω c) Heliksens stigning ( x per omdreining) (Fig 27.18) (Fig 27.17b) (Fig 27.17) Syklotronradius: R = mv 0z /qb (27.11) Syklotronfrekvens: ω = qb x /m (27.12) Syklotronperiode: T = 2π / ω Elektronstråle (blå) i magnetisk felt Laboppgave 3 a) Syklotronradius (27.11): R = mv 0z /qb x = 4,2 mm b) Frekvens (27.12): ω = v 0z /R ( = qb x /m ) = 4,8 10 7 s -1, dvs. periode T = 2π/ ω = 1,3 10-7 s c) x = v 0x T = 20 mm per periode T Kraft og aks.: F = F = qv 0z B x = 1,6 10-14 N Aksel = a = F/m = 9,6 10 12 m/s 2 ESRF (European Synchrotron Radiation Facility) Grenoble, Frankrike. LHC = Large Hadron Collider, Cern, Geneve. 2008. Frankrike 50-175 m under bakken R = 134 m Sveits CERN R=4,24 km v = 0,999999991 c Geneve sentrum 5 km public.web.cern.ch/public/en/lhc/lhc-en.html Foto: www.physics.ohio-state.edu/~ling/group/cms.html 3

Magnetfeltlinjer rundt jorda Nordlys i van Allen strålingsbelter wikipedia Tilsvarer Magnetisk flaske : Ladde partikler kan fanges i et inhomogent magnetfelt. Kan oppnå plasmagass med temperaturer opp i ~ million K. http://stargazers.gsfc.nasa.gov (Fig 27.19) γ-stråle + H-atom elektron(rask)+elektron(langsom)+positron(langsom) + proton γ-stråle H-atom +e (langsom) liten R=mv/eB B Thomsons e/m-eksperiment Resultat («fasit»): e/m = 1,758820174 10 11 C/kg Elektron aksel.: ev = ½ m v 2 liten R=mv/eB -e (langsom) Fig fra britannica.com e (rask) stor R=mv/eB (Fig 27.23) Elektron som går rett fram: v = E/B (27.13) Katodestrålerør (TV-rør) er svært likt: Erstatt B-feltet med et horisontalt E-felt 4

Massespektrometer = hastighetsfilter + sirkelbaner for IONER (Øving 9, opg. 3) Akselerasjon v 27.2 Kraft og moment på strømsløyfe Kraft på lederbit med lengde ds: df = I ds x B (27.20) Kraft på ledning i homogent felt: F = I l x B (27.19) v v (Fig 27.24) (Fig 27.31) Kraft og kraftmoment på rektangulær ledersløyfe Nettokraft: ΣF = 0 Kraftmoment: τ = I a b B sin Φ = μ B sin Φ der magnetisk moment: μ = I (areal) = I ab Med vektorer: τ = μ X B der μ = I A Analogi mellom elektrisk dipol p og magnetisk dipol μ Kraft F = q E Kraftmoment τ = p x E Pot.energi U = - p E p søker seg paral. med E (lavest energi) (Fig 21.32) Kraft F = I l x B Kraftmoment τ = μ x B Pot.energi U = - μ B μ søker seg paral. med B (lavest energi) Ser dere at en magnetisk MONOPOL er utenkelig? 5

Kap. 27: Magnetisk felt og magnetiske krefter Lorentzkrafta = elektrisk kraft + magnetisk kraft: F = q E + q v x B (magnetisk flukstetthet B defineres fra denne kraftvirkningen) Kraft på lederbit med lengde ds: df = I ds x B Magnetiske feltlinjer Magnetisk fluks: Φ B = B da Gauss lov for B-feltet Bevegelser av ladninger i B og E-felt, ved eksempler/anvendelser: Hastighetsfilter Thomsons e/m-eksperiment Massespektrometer Kraftmoment på strømsløyfe Magnetisk moment μ = I A 2 eksempler Kraft i inhomogene B-felt (Fig 27.37) DC-motorer I dag Hall-effekt Eks. 2 Halvsirkel. Y&F Ex. 27.8: B normalt papirplan her: B i y-retning Figure 27.30 By df = I ds x B => df z = - I ds B sin θ X ds = R dθ Eks. 2 Halvsirkel. Y&F Ex. 27.8: B normalt papirplan df = I ds x B ds B df x = I ds B cos θ df y = I ds B sin θ ds = R dθ Strømsløyfe innrettes i et magnetisk felt, slik vil også magnet (f.eks. kompassnål) innrettes i et magnetisk felt Magnetisk moment μ innrettes langs B (Fig 27.37) Figure 27.30 6

Homogent magnetfelt: Dreiemoment τ, men ingen nettokraft (translasjonskraft) Inhomogent magnetfelt: Nettokraft på strømsløyfe 0 : μ Jern tiltrekkes både S-pol og N-pol. Feltet må være inhomogent. μ F P.g.a. indusert μ parallellt med B μ μ F (Fig 27.2) (Fig 27.36) (Fig 27.38) Opg. 26.49 i Young & Freedman. Kondensatorer initielt uladd. Finn strøm I i amperemeter A a) umiddelbart etter bryter slått på: I(t=0 + ), b) etter svært lang tid: I( ). Fra kap. 26: RC-kretser + - V C = Q/C V V R = RI V C = Q/C t = 0 + : V C =Q/C = 0 ingen spenningsfall over kondensator, dvs. kondensator er som KORTSLUTNING I Figure 26.60 7

Opg. 26.49 i Young & Freedman. Kondensatorer initielt uladd. Finn strøm I i amperemeter A a) umiddelbart etter bryter slått på: I(t=0 + ), kondensatorer som kortslutning Fra kap. 26: RC-kretser + - V C = Q/C V V C = Q/C = E I t = : V C = E Hele spenningsfall over kondensator, ingen strøm, dvs. kondensator er som ÅPEN KRETS Figure 26.60 Opg. 26.49 i Young & Freedman. Kondensatorer initielt uladd. Finn strøm I i amperemeter A b) etter svært lang tid: I( ). kondensatorer som åpen krets Øving 8, opg. 6. Alltid er V a = E t=0 + (kond. som kortsluttet): I = E /R 1 og I C = I I t alle t (kond. som åpen grein): I = E(R 1 +R) og I C = 0 Enklest å løse likning for I C, som ifølge ovenfor må ha form: I C (t)= I C (0) exp(-t/τ) Figure 26.60 8

Øving 9, flervalg: Elek. fluks = fluks til D-feltet Φ = D A Young & Freedman, kap. 22.2: alle t Enklest å løse likning for I C, som ifølge ovenfor må ha form: I C (t)= I C (0) exp(-t/τ) I C = dq C /dt, Q C = C V C, V C = V R = I R R, I = I C + I R, E = R 1 I+ V C, V C = Q C /C, I C = dq C /dt Elek. fluks = fluks til E-feltet Φ E = E A osv gir 3 ukjente: I, I C, I R, V C Eksamen juni 2007, oppg. 3 a) Lang tid: Kondensatorer oppladd og kan tas bort. Lang tid: Eksamen juni 2007, oppg. 3 a) Finn I, samt Q 1, Q 2, Q 3, Q 4 Finn I, samt Q 1, Q 2, Q 3, Q 4 A B A B D C D C E = D E = D Q 1 = C V 1 = C (V A -V D ) etc. 9

Fra Eksamen juni 2009: Fra Eksamen juni 2009: Maks. dreiemoment τ DC-motor Null dreiemoment τ (flyter på tregheten). Strømretn. endres med kommutatorer Simulering: http://www.walter-fendt.de/ph14e/electricmotor.htm Maks. dreiemoment τ (Fig 27.39) Kap. 27: Oppsummering: Magnetisk felt og magnetiske krefter Lorentzkrafta = elektrisk kraft + magnetisk kraft: F = q E + q v x B (magnetflukstetthet B defineres fra denne) Kraft på lederbit med lengde ds: df = I ds x B Magnetisk fluks: Φ B = B da Magnetisk kilde ( magnet ) angis ved alternativt: 1) N/S-pol Monopol (separat S eller N) fins ikke. 2) Feltlinjer: Lukka kurver, fra N S ytre og S N indre. 3) Magnetisk moment μ. Høyrehåndsregel, eller: i retning S N. μ = I A, N strømsløyfer med areal A: μ = N I A Kraftmoment på magnetisk moment i B-felt, τ = μ x B, innretter momentet langs B-feltet og momentet har potensiell energi: U = - μ B Jern tiltrekkes både S-pol og N-pol. B-feltet må være inhomogent. Anvendelser: Hastighetsfilter, Thomsons e/m-eksperiment, katodestrålerør, massespektrometer, syklotron, DC-motor, Hall-effekt. 10