FYS1120 Elektromagnetisme, Ukesoppgavesett 1

Like dokumenter
FYS1120 Elektromagnetisme - Ukesoppgavesett 2

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?

Elektrisk potensial/potensiell energi

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

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

Overflateladningstetthet på metalloverflate

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

UNIVERSITETET I OSLO

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

FYS1120 Elektromagnetisme ukesoppgavesett 7

Tirsdag r r

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

Midtsemesterprøve fredag 10. mars kl

Onsdag og fredag

Onsdag og fredag

Elektrisk og Magnetisk felt

FYS1120 Elektromagnetisme

Midtsemesterprøve fredag 11. mars kl

Flervalgsoppgaver. Gruppeøving 1 Elektrisitet og magnetisme

Løsningsforslag til øving 3

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

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

EKSAMEN FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME Mandag 4. desember 2006 kl

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

KONTINUASJONSEKSAMEN TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Onsdag 17. august 2005 kl

FYS1120 Elektromagnetisme, vekesoppgåvesett 9 Løsningsforslag

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

UNIVERSITETET I OSLO

Onsdag og fredag

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

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

Løsningsforslag til øving 4

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

FYS1120 Elektromagnetisme

FYS1120 Elektromagnetisme, Oppgavesett 4

Oppgaver og fasit til seksjon

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

Eksamen i FYS Oppgavesettet, inklusiv ark med formler, er på 8 sider, inkludert forside. FAKULTET FOR NATURVITENSKAP OG TEKNOLOGI

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

Den franske fysikeren Charles de Columb er opphavet til Colombs lov.

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

UNIVERSITETET I OSLO

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

Kontinuasjonseksamensoppgave i TFY4120 Fysikk

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

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

EKSAMENSOPPGAVE I FYS-1002

Frivillig test 5. april Flervalgsoppgaver.

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

KONTINUASJONSEKSAMEN TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Fredag 11. august 2006 kl

UNIVERSITETET I OSLO

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

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

NTNU. MA1103 Flerdimensjonal Analyse våren Maple-øving 2. Viktig informasjon. Institutt for matematiske fag. maple02 28.

FYSIKK-OLYMPIADEN Andre runde: 1/2 2007

OPPGAVESETT 1. PS: Spørsmål 1a) og 1b) har ingenting med hverandre å gjøre. 1b) refererer til to nøytrale kuler, ikke kulene i 1a)

Løsningsforslag til eksamen i FYS1000, 14/8 2015

Fasit eksamen Fys1000 vår 2009

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

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

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

Løsningsforslag Eksamen i Fys-mek1110 våren 2010

Løsningsforslag til eksamen FY0001 Brukerkurs i fysikk Juni 2011

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

Løsningsforslag, eksamen MA1103 Flerdimensjonal analyse, vår 2009

UNIVERSITETET I OSLO

a 2 x 2 dy dx = e r r dr dθ =

Løsningsforslag, eksamen MA1103 Flerdimensjonal analyse, 8.juni 2010

UNIVERSITETET I TROMSØ. EKSAMENSOPPGAVE i FYS-1002

(1 + x 2 + y 2 ) 2 = 1 x2 + y 2. (1 + x 2 + y 2 ) 2, x 2y

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

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

Keplers lover. Statikk og likevekt

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

FYS1120 Elektromagnetisme H10 Midtveiseksamen

Oppgave 2 Vi ser på et éndimensjonalt system hvor en av de stasjonære tilstandene ψ(x) er gitt som { 0 for x < 0, ψ(x) = Ne ax (1 e ax (1)

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

Løsningsforslag til ukeoppgave 10

UNIVERSITETET I OSLO

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

Regneoppgaver AST 1010, vår 2017

Løsningsforslag til eksamen i FYS1000, 17/8 2017

KONTINUASJONSEKSAMEN I EMNE TFY 4102 FYSIKK

EKSAMEN I FAG SIF5005 MATEMATIKK 2

dg = ( g P0 u)ds = ( ) = 0

Theory Norwegian (Norway) Vær vennlig å lese de generelle instruksjonene i den separate konvolutten før du begynner på dette problemet.

EKSAMENSOPPGAVE. Eksamen i: FYS 0100 Generell fysikk Dato: Onsdag 26.feb 2014 Tid: Kl 09:00 13:00 Sted: Aud max.

FYS2140 Kvantefysikk, Løsningsforslag for Oblig 2

Newtons lover i én dimensjon

UNIVERSITETET I OSLO

NTNU. MA1103 Flerdimensjonal analyse våren Maple/Matlab-øving 2. Viktig informasjon. Institutt for matematiske fag

EKSAMEN i TFY4155/FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME

Felttur 2016 Elektromagnetisme

Oppgave 4 : FYS linjespesifikk del

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

Fysikkolympiaden Norsk finale 2017

Midtsemesterprøve torsdag 7. mai 2009 kl

UNIVERSITETET I OSLO

Eksamen, høsten 14 i Matematikk 3 Løsningsforslag

Flervalgsoppgaver. Gruppeøving 5 Elektrisitet og magnetisme

Transkript:

FYS1120 Elektromagnetisme, Ukesoppgavesett 1 22. august 2016

I FYS1120-undervisningen legg vi mer vekt på matematikk og numeriske metoder enn det oppgavene i læreboka gjør. Det gjelder også oppgavene som blir gitt til eksamen. Derfor er det viktig at du gjør ukesoppgavene som vi gir. Dersom du synes det er vanskelig å komme i gang med dem, eller dersom du ikke synes det er nok oppgaver, så kan du godt gjøre følgende oppgaver fra boka i tillegg. Fra kapittelet Electric charge and electric field (oppgaver på s. 39 og utover): Exercises 1, 25, 50, 57. Oppgave 1 Litt oppvarming a) Estimer forholdet mellom den gravitasjonelle og den elektriske tiltrekningen mellom et proton og et elektron, F g /F e. b) I et hydrogenatom er den klassiske baneradien til elektronet rundt protonet r = 5.3 10 11 m. Hva er farten til elektronet dersom det går i en perfekt sirkelbane? c) Se for deg to metallkuler som henger ved siden av hverandre. Du ser at de tiltrekker hverandre. Hva kan du si om ladningen kulene har? Forklar hva som vil skje dersom kulene berører hverandre. Er det mulig at de fester seg til hverandre? d) Jorden har faktisk en nettoladning som gir den et elektrisk felt som peker radielt mot sentrum, med en størrelse på omlag 150 N/C nær overflaten. Hvor stor ladning må en person på 80 kg ha for å overvinne gravitasjonskraften? Spesifiser hvilket fortegn ladningen må ha. Oppgave 2 I denne oppgaven skal vi se på feltet fra en dipol. Tenk deg en ladning q 1 = q plassert i punktet ( d, 0, 0) og en ladning q 2 = q i punktet (d, 0, 0). Begge ladningane er festet så de ikke kan bevege seg. Oppsettet er skissert i figur 1. a) Lag en skisse av det elektriske feltet fra dipolen. b) Vis at det elektriske feltet fra dipolen langs x-aksen der x > d kan 1

y p 2d Figur 1: En dipol. x skrives som E x = 1 p x 2πɛ 0 (x 2 d 2 ) 2, (1) E y = 0, (2) E z = 0, (3) der p = 2dqi er dipolmomentet og p = p. Vis at når x d så er E x omvendt proporsjonal med x 3. c) Finnes det noen punkter langs x-aksen der feltet er nøyaktig null? d) Dersom ladningane ikke er nøyaktig like store, dvs. q 1 q 2 finnes det da nokon punkter langs x-aksen der feltet er null? e) La nå ladningene være like store og motsatt rettet slik som i starten av oppgaven. Finn feltet langs y-aksen og vis at for y d er det omvendt proporsjonalt med y 3. Hint: Hvordan vil vektorene legge seg sammen langs y-aksen? Lag en tegning. Oppgave 3 To positive punktladninger med ladning Q holdes fast på x-aksen i punktene a og a. Så blir en tredje positiv ladning med ladning q og masse m plassert på x-aksen i posisjonen x 0. Den er tvunget til å bevege seg langs x-aksen. Dessuten blir den plassert mye nærmere origo enn a, det vil si at x 0 a. a) Finn frekvensen til svingebevegelsen som ladningen q får. Hint: Bruk at (1 + z) n = 1 + nz + (n 1)n 2 z 2 + (sjå f.eks. Rottmann), og husk at dersom z 1 så kan du som en veldig god tilnærming stryke ledd av høyere orden. Husk også differensiallikningen for en harmonisk oscillator: x + ω 2 x = 0, der ω er svingefrekvensen. b) Dersom vi i stedet plasserte ladningen på y-aksen og lot den bevege seg fritt i xy-planet hva slags bevegelse ville den da ha fått? 2

Oppgave 4 Fluks og ladning En punktladning q 1 = 4.0 nc ligger på x-aksen der x = 2.0 m. En annen punktladning q 2 = 6.0 nc ligger på y-aksen der y = 1.0 m. a) En kule med sentrum i origo har radius 0.5 m. Hva er den elektriske fluksen ut av denne kulen? b) Hva blir fluksen hvis radiusen til kulen er 1.5 m eller 2.5 m? Oppgave 5 Ladet kule henger i en tråd En kule med masse m og ladning q henger i enden av en tråd. Ved siden av er det en stor og ladet flate med overflatetetthet σ (ladning per flate). Situasjonen er skissert i figur 2. Både flaten og kulen har positiv ladning. Vi antar at kula er i ro og at tyngdekraften virker rett nedover. Finn vinkelen θ. Hint: Finn først det elektriske feltet fra flaten. Husk også at tyngdekraften på kula er gitt ved G = mgj. Figur 2: En positiv ladning q henger ved en positivt ladet flate. Oppgave 6 En ladet halvsirkel En halvsirkel med radius a og sentrum i origo ligger i første og andre kvadrant i xy-planet, slik som vist i figur 3. Halvsirkelen har en total ladning Q. a) Finn linjetettheten λ (ladning per lengde) dersom halvsirkelen er uniformt ladet. Finn så størrelse og retning til det elektriske feltet i origo. 3

Figur 3: En halvsirkel i xy-planet med total ladning Q. b) Vi ser nå på tilfellet der halvsirkelen ikke er uniformt ladet. La linjetettheten være gitt ved ( ) Q λ(θ) = sin θ. 2a Skissér denne ladningsfordelingen og vis at total ladning for halvsirkelen fortsatt er Q. c) Finn størrelse og retning til det elektriske feltet i origo for dette tilfellet. Hvilken av fordelingene gir størst verdi til det elektriske feltet? Hvorfor har feltet samme retning i begge tilfellene? Oppgave 7 En ikke-uniform ladningsfordeling En volumtetthet (ladningsfordeling i rom) gitt ved ρ 0 (1 r R ), for r R ρ(r) = 0, ellers der ρ 0 = 3Q er en positiv konstant, og r er den radielle avstanden fra origo πr 3 i kulekoordinater. Når en ladningsfordeling i rommet kun avhenger av r sier vi at den er sfærisk symmetrisk. a) Finn det eletriske feltet for regionene r R og r R. Sjekk at de får samme verdi ved r = R. Ville feltet du fant for r R blitt annerledes dersom vi istedet hadde en punktladning i origo? b) Skissér størrelsen til det elektriske feltet som funksjon av r. Ved hvilken r er størrelsen til det elektriske feltet maksimal? Hvilken verdi har feltet her? 4

Oppgave 8 En ladet stav En ladet stav strekker seg fra L til L på x-aksen med linjetetthet λ. Vi ser situasjonen i figur 4. a) Punktet P ligger på z-aksen med koordinatene (0, 0, z). Vis at styrken til det elektriske feltet kan skrives som E z = 2λz 4π ε 0 L 0 1 (x 2 + z 2 ) 3 2 dx, med E x = E y = 0. Hint: Se på bidragene fra x og x. Er det noe kansellering på gang? b) Regn ut integralet fra a). Hint: Prøv substitusjonen x = z tan θ. Der z er konstant. Figur 4: En ladet stav langs x-aksen. c) Hvordan forventer du at feltet vil se ut langt fra staven, dvs. for z >> L? Ser uttrykket du har for feltet fornuftig ut i denne grensen? d) Uttrykket du fant i b) er kun gyldig langs z-aksen. Hvordan ser feltet ut for en uendelig lang stav (L )? Når er dette uttrykket gyldig? 5