Løsningsforslag til øving 5

Like dokumenter
Onsdag og fredag

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

Onsdag isolator => I=0

Løsningsforslag til øving 4

Øving 2. a) I forelesningene har vi sett at det mekaniske svingesystemet i figur A ovenfor, med F(t) = F 0 cosωt, oppfyller bevegelsesligningen

Løsningsforslag til øving 2

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

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

Oppsummering om kretser med R, L og C FYS1120

Mandag F d = b v. 0 x (likevekt)

Øving 13. Induksjon. Forskyvningsstrøm. Vekselstrømskretser.

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

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME I Mandag 17. desember 2007 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 TFY4155 ELEKTROMAGNETISME FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME Tirsdag 30. mai 2006 kl

NORGES LANDBRUKSHØGSKOLE Institutt for matematiske realfag og teknologi

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

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

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

Løsningsforslag EKSAMEN TFY4102 FYSIKK Fredag 10. juni 2011

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

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

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

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

Enkle kretser med kapasitans og spole- bruk av datalogging.

TMA 4110 Matematikk 3 Høsten 2004 Svingeligningen med kompleks regnemåte

UNIVERSITETET I TROMSØ. EKSAMENSOPPGAVE i FYS-1002

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

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

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

Kretsanalyse basert på elektromagnetisme

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

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

UNIVERSITETET I OSLO

Forelesning nr.12 INF 1410

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

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

Elektrisitetslære TELE1002-A 13H HiST-AFT-EDT

Forelesning nr.7 IN 1080 Elektroniske systemer. Spoler og induksjon Praktiske anvendelser Nøyaktigere modeller for R, C og L

For å finne amplituden kan vi f.eks. ta utgangspunkt i AB=-30 og siden vi nå kjenner B finner vi A :

LF - anbefalte oppgaver fra kapittel 2

Løsningsforslag for obligatorisk øving 1

Kondensator. Symbol. Lindem 22. jan. 2012

KONTINUASJONSEKSAMEN TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Onsdag 17. august 2005 kl

FYS1120 Elektromagnetisme, Oppgavesett 11

En del utregninger/betraktninger fra lab 8:

Sammendrag, uke 13 (30. mars)

TFE4101 Vår Løsningsforslag Øving 2. 1 Strøm- og spenningsdeling. (5 poeng)

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

Forelesning nr.7 INF Kondensatorer og spoler

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

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

TFE4101 Vår Løsningsforslag Øving 1. 1 Ohms lov. Serie- og parallellkobling. (35 poeng)

EKSAMEN FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME Mandag 4. desember 2006 kl

Fasit og sensorveiledning eksamen INF1411 våren Oppgave 1 Strøm, spenning, kapasitans og resistans (Vekt 20 %) A) B) Figur 1

og P (P) 60 = V 2 R 60

Fasit og sensorveiledning eksamen INF1411 våren Oppgave 1 Strøm, spenning, kapasitans og resistans (Vekt 20 %) A) B) Figur 1

Forelesning nr.5 IN 1080 Mekatronikk. RC-kretser

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN FY1013 ELEKTRISITET OG MAGNETISME II Fredag 8. desember 2006 kl 09:00 13:00

Løsningsforslag til øving 1

LABORATORIERAPPORT. RL- og RC-kretser. Kristian Garberg Skjerve

TFY4160 Bølgefysikk/FY1002 Generell Fysikk II 1. Løsning Øving 2. m d2 x. k = mω0 2 = m. k = dt 2 + bdx + kx = 0 (7)

TFY4104 Fysikk Eksamen 17. august Løsningsforslag. M k = ρv = ρ 4πR 3 /3 = π /3 = 2.10kg. E) 2.10 kg

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

EKSAMEN I EMNE TFY4120 FYSIKK. Fredag 3. desember 2004 Tid: kl

NORGES TEKNISK NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET INSTITUTT FOR FYSIKK EKSAMEN I EMNE TFY4120 FYSIKK

Théveninmotstanden finnes ved å måle kortslutningsstrømmen (se figuren under).

INF L4: Utfordringer ved RF kretsdesign

Elektriske svingekretser - FYS2130

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

Elektrisitetslære TELE1002-A 13H HiST-AFT-EDT

Forelesning nr.4 IN 1080 Mekatronikk. Vekselstrøm Kondensatorer

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

Kandidaten må selv kontrollerer at oppgavesettet er fullstendig. Innføring skal være med blå eller sort penn

Øving 13, løsningsskisse.

Elektrisitetslære TELE1002-A 13H HiST-AFT-EDT

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

Elektrisitetslære TELE1002-A 13H HiST-AFT-EDT

Forelesning nr.5 INF 1411 Elektroniske systemer. RC-kretser

Løsningsforslag eksamen inf 1410 våren 2009

Forelesning, TMA4110 Torsdag 11/9

TFY4106 Fysikk. Institutt for fysikk, NTNU. Test 7.

Forelesning nr.4 INF 1411 Elektroniske systemer. Vekselstrøm Kondensatorer

Eksamen i emne TFE4110 DIGITALTEKNIKK MED KRETSTEKNIKK. Lørdag 5. juni Tid. Kl LØSNINGSFORSLAG

Forelesning nr.4 INF 1411 Elektroniske systemer. Vekselstrøm Kondensatorer

UKE 5. Kondensatorer, kap. 12, s RC kretser, kap. 13, s Frekvensfilter, kap. 15, s og kap. 16, s.

Elektrisk immittans. Ørjan G. Martinsen

Forelesning nr.6 INF 1411 Elektroniske systemer. Anvendelser av RC-krester Spoler og RL-kretser

Forelesning nr.7 INF 1411 Elektroniske systemer. Tidsrespons til reaktive kretser Integrasjon og derivasjon med RC-krester

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG INGRID KVAKLAND AVD. FOR TEKNOLOGI INSTITUTT FOR ELEKTRO OG DATATEKNIKK 7005 TRONDHEIM

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

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

Forelesning nr.4 INF 1411 Elektroniske systemer. Vekselstrøm Kondensatorer

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

7.1 RESISTANS - SPOLE - KONDENSATOR TILKOPLET ENKELTVIS 7.1 RESISTANS - SPOLE - KONDENSATOR TILKOPLET VEKSELSTRØM ENKELTVIS

Forelesning nr.5 INF 1411 Elektroniske systemer. RC-kretser

NORGES TEKNISK NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET INSTITUTT FOR FYSIKK EKSAMEN I EMNE TFY4120 FYSIKK

TFY4104 Fysikk Eksamen 4. desember Løsningsforslag. 1) m = ρv = ρ 4πr 2 t = π g 24g. C

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I FY1002 BØLGEFYSIKK Mandag 10. desember 2007 kl

Transkript:

Institutt for fysikk, NTNU FY1013 Elektrisitet og magnetisme II Høst 2005 Løsningsforslag til øving 5 Veiledning mandag 26. og onsdag 28. september a) Med motstand og kapasitans C i serie: cos ωt = I + Q C (Kirchhoffs spenningsregel) La oss først benytte anledningen til å reklamere for å bruke kompleks notasjon, ved å løse oppgaven uten kompleks notasjon! En partikulærløsning av differensialligningen vil generelt være på formen eller, ekvivalent, på formen Med den siste formen innsatt i ligningen fås For å bestemme Q 0 og β bruker vi og Q + Q C = cos ωt Q(t) = a cos ωt + b sin ωt Q(t) = Q 0 cos(ωt + β) ωq 0 sin(ωt + β) + Q 0 C cos(ωt + β) = cos ωt cos(ωt + β) = cos ωt cos β sin ωt sin β sin(ωt + β) = sin ωt cos β + cos ωt sin β Sammenligning av koeffisienter foran cos ωt og sin ωt gir da Den siste av disse to fastlegger fasevinkelen β: ωq 0 sin β + Q 0 C cos β = ωq 0 cos β Q 0 C sin β = 0 tan β = ωc Da følger det at sin 2 β cos 2 β = (ωc)2 1

dvs eller 1 cos 2 β cos 2 β = (ωc) 2 1 cos β = 1 + (ωc) 2 Da kan vi bestemme Q 0 fra den første av de to ligningene ovenfor: ωq 0 sin β + Q 0 C cos β = Q 0 C (1 ωc tan β) = cos β Q 0 = C 1 + (ωc) 2 Med andre ord: Q(t) = C cos (ωt arctan ωc) 2 1 + (ωc) Strømmen I(t) blir den tidsderiverte av Q: ω C I(t) = sin (ωt arctan ωc) 2 1 + (ωc) Vi har generelt at så vi kan skrive I(t) på formen med og sin x = cos(x + π/2) I(t) = I 0 cos (ωt α) ω C I 0 = 1 + (ωc) 2 α = arctan ωc π 2 Litt kronglete, men overkommelig for en så enkel krets. Likefullt kan en vel se for seg at dette kan bli bortimot uhåndterbart for litt mer kompliserte kretser. La oss bruke kompleks notasjon og overbevise oss om at vi får samme svar, bare på en enklere måte. Vi setter V (t) = e iωt og tilsvarende for Q og I. Kirchhoffs spenningsregel gir da Q 0 iωe iωt + Q 0 C eiωt = e iωt 2

dvs med absoluttverdi og fasevinkel Strømmen blir dvs med absoluttverdi Q 0 = Q 0 = C 1 + iωc C 1 + (ωc) 2 β = arctan ωc I(t) = Q = iωq 0 e iωt = I 0 = og fasevinkel (idet vi setter I 0 = I 0 exp( iα)) iωc 1 + iωc eiωt iωc 1 + iωc = ωc ωc i ω C I 0 = 1 + (ωc) 2 α = arctan 1 ωc Altså samme svar, men mye mindre arbeid... (Du kan jo sjekke selv at fasevinkelen virkelig ble den samme, dvs du må sjekke at arctan x π/2 = arctan 1/x.) Til slutt: Er resultatet rimelig? La oss sjekke grensene små og store frekvenser: ω 0 : I 0 0 og α arctan = π 2 Dette virker fornuftig: Null likestrøm gjennom en kondensator. Dermed hele spenningsfallet over kondensatoren, og (-) 90 graders faseforskjell mellom spenning og strøm (dvs: den bittelille strømmen som går der dersom ω er bittelitt forskjellig fra null), alternativt β 0, dvs null faseforskjell mellom påtrykt spenning og ladning på kondensatoren. ω : I 0 ωc ωc = og α arctan 0 = 0 Dette virker også fornuftig: Hele den påtrykte spenningen gjenfinnes som spenningsfall over motstanden. Strømamplituden I 0 kan ikke bli større enn /. Sammenhengen mellom ladningsamplituden Q 0 og strømamplituden I 0 er I 0 = ω Q 0. Når ω blir stor og I 0 er begrenset til /, må det bety at Q 0 må bli liten. 3

I 0 ω b) Med motstand og kapasitans C i parallell: cos ωt = I = Q C (dvs Kirchhoffs spenningsregel anvendt på begge sløyfene). Videre I = I + I C = I + Q (dvs Kirchhoffs strømregel). Her er det faktisk omtrent like enkelt å regne med reell eller kompleks formalisme. Jeg velger den komplekse (se også øving 4): V (t) = e iωt Dermed: og Altså, for total strøm: I = I + Q = Fysisk (total) strøm på formen gir amplitude og fasevinkel Grensesjekk : I = V = eiωt Q = V C = Ce iωt ( ) V0 + iωc e iωt = (1 + iωc) eiωt ω 0 : I 0 I(t) = I 0 cos(ωt α) I 0 = V 0 1 + (ωc) 2 α = arctan ωc og α arctan 0 = 0 4

Dette virker fornuftig: Null likestrøm gjennom kondensatoren, all strøm gjennom motstanden. ω : I 0 ω C( ) og α arctan = π/2 Dette virker også fornuftig: Maksimal ladning på kondensatoren, Q 0 = C, oppnås veldig raskt, så strømmen inn på kondensatoren, I C = ω C, blir stor. Strømmen gjennom motstanden, I = /, er gitt ved Ohms lov og svinger i fase med den påtrykte spenningen, uavhengig av om ω er stor eller liten. Total strøm domineres imidlertid av I C, så fasevinkelen blir den samme som i en V C-krets. I 0 ω c) Med motstand og induktans L i serie: dvs V L I = I L I + I = cos ωt Med kompleks notasjon, V = exp(iωt), I = I 0 exp(iωt), får vi LiωI 0 + I 0 = eller med absoluttverdi I 0 = I 0 = + iωl 2 + ω 2 L 2 og fasevinkel (igjen, med I 0 på formen I 0 exp( iα)) Grensesjekk : ω 0 : I 0 α = arctan ωl og α arctan 0 = 0 5

Dette virker fornuftig: Med likespenning representerer spolen rett og slett en kortslutning, og kretsen består bare av spenningskilden og motstanden. ω : I 0 0 og α arctan = π/2 ωl Dette virker også fornuftig: Påtrykt spenning svinger så raskt at vi ikke får etablert noen strøm gjennom spolen. Hele den påtrykte spenningen gjenfinnes som en indusert motspenning i spolen. Dermed null spenningsfall over motstanden, og null strøm. Fasevinkelen α blir som i V L-kretsen. Vi kan også tenke slik: Spenningsfallet over motstanden har amplitude I 0. Spenningsfallet over induktansen har amplitude Lω I 0. Ingen av disse kan uansett bli større enn amplituden til den påtrykte spenningen. Dermed, hvis ω blir tilstrekkelig stor, nærmere bestemt hvis ω /L, må I 0 bli liten. Skisse av strømamplituden: I 0 ω 6