Øving 9. Dersom ikke annet er oppgitt, antas det at systemet er i elektrostatisk likevekt.

Like dokumenter
Midtsemesterprøve torsdag 6. mars 2008 kl

Midtsemesterprøve fredag 23. mars 2007 kl

Løsningsforslag, Midtsemesterprøve torsdag 6. mars 2008 kl Oppgavene med kort løsningsskisse

Midtsemesterprøve fredag 13. mars 2009 kl (Versjon B)

Løsningsforslag, Midtsemesterprøve fredag 13. mars 2009 kl Oppgavene med kort løsningsforslag (Versjon A)

Midtsemesterprøve fredag 23. mars kl

TFY4104 Fysikk. Institutt for fysikk, NTNU. Høsten Øving 10. Dersom ikke annet er oppgitt, antas det at systemet er i elektrostatisk likevekt.

TFY4104 Fysikk. Institutt for fysikk, NTNU. ving 10.

UNIVERSITETET I OSLO

Øving 4: Coulombs lov. Elektrisk felt. Magnetfelt.

TFY4104 Fysikk. Institutt for fysikk, NTNU. Høsten Løsningsforslag til øving 8. a = e m E

Midtsemesterprøve onsdag 7. mars 2007 kl Versjon A

TFY4104 Fysikk. Institutt for fysikk, NTNU. Lsningsforslag til ving 8. a =

TFY4104 Fysikk. Institutt for fysikk, NTNU. Lsningsforslag til ving 9.

Løsningsforslag SIE4010 Elektromagnetisme 5. mai 2003

1b) Beregn den elektriske ladningstettheten inni kjernen og finn hvor stor den totale ladningen er.

Inst. for fysikk 2015 TFY4155/FY1003 Elektr. & magnetisme. Øving 13. Induksjon. Forskyvningsstrøm. Vekselstrømskretser.

Frivillig test 5. april Flervalgsoppgaver.

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.

Øving 15. H j B j M j

Løsningsforslag TFE4120 Elektromagnetisme 24. mai = 2πrlɛE(r) = Q innenfor S =

1 Geometri KATEGORI Vinkelsummen i mangekanter. 1.2 Vinkler i formlike figurer

A. forbli konstant B. øke med tida C. avta med tida D. øke først for så å avta E. ikke nok informasjon til å avgjøre

TFY4104 Fysikk. Institutt for fysikk, NTNU. Høsten Øving 9. Veiledning: 18. oktober. Innleveringsfrist: 23. oktober kl 14.

Eksamensoppgave i TFY4155 ELEKTRISITET OG MAGNETISME FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME

6. Beregning av treghetsmoment.

TFY4104 Fysikk. Institutt for fysikk, NTNU. ving 9.

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

Øving 13, løsningsskisse.

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

Vår 2004 Ordinær eksamen

... JULEPRØVE 9. trinn...

Midtsemesterprøve fredag 10. mars kl

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

x 1, x 2,..., x n. En lineær funksjon i n variable er en funksjon f(x 1, x 2,..., x n ) = a 1 x 1 + a 2 x a n x n,

EKSAMEN I FAG FASTE STOFFERS FYSIKK 2 Fakultet for fysikk, informatikk og matematikk 15 august 2000 Tid:

R2 - Heldagsprøve våren 2013

Kap. 23 Elektrisk potensial

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

Løsningsforslag Kollokvium 1

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

Løsningsforslag til øving 4

Midtsemesterprøve torsdag 7. mai 2009 kl

Øving 6. Institutt for fysikk, NTNU TFY4155/FY1003: Elektrisitet og magnetisme. Veiledning: Uke 7 Innleveringsfrist: Mandag 19. februar.

1 k 2 + 1, k= 5. i=1. i = k + 6 eller k = i 6. m+6. (i 6) i=1

Integralregning. Mål. for opplæringen er at eleven skal kunne

1 Mandag 1. mars 2010

Løsningsforslag Eksamen 30. mai 2007 FY2045 Kvantefysikk

TFY4104 Fysikk. Institutt for fysikk, NTNU. Lsningsforslag til ving 10.

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

Kap. 23 Elektrisk potensial

Eksamen våren 2016 Løsninger

Multippel integrasjon. Geir Ellingsrud

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?

Øving 13, løsningsskisse.

Onsdag og fredag

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

KONTINUASJONSEKSAMEN TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Onsdag 17. august 2005 kl

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

1 Mandag 8. mars 2010

EKSAMEN I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

Tirsdag r r

TFE4120 Elektromagnetisme

1 Mandag 18. januar 2010

... JULEPRØVE

MAT 1110: Løsningsforslag til obligatorisk oppgave 2, V-06

YF kapittel 8 Rom Løsninger til oppgavene i læreboka

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

Løsningsforslag til avsluttende eksamen i HUMIT1750 høsten 2003.

a 2πf(x) 1 + (f (x)) 2 dx.

YF kapittel 6 Lengder og vinkler Løsninger til oppgavene i læreboka

TFY4104 Fysikk. Institutt for fysikk, NTNU. Høsten Løsningsforslag til øving 9. E dl = 0. q i q j 4πε 0 r ij. U = i<j

Løsningsforslag til eksamen i TFY4170 Fysikk 2 Fysikk 2 Torsdag 2. desember 2004

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

2x 3 4/x dx. 2 5 x 3 + LF: Vi utfører polynomdivisjon. 2x + 1 dx = + C = 5x8/ ln 2x C 4. πx 2 e 3x3 dx = π

S1 kapittel 4 Logaritmer Løsninger til oppgavene i boka

9 Potenser. Logaritmer

Øving 1. Institutt for fysikk, NTNU Fag SIF 4012 Elektromagnetisme og MNFFY 103 Elektrisitet og magnetisme Høst 2002

I = (xy + z 2 ) dv. = z 2 dv. 1 1 x 1 x y z 2 dz dy dx,

KONTINUASJONSEKSAMEN TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Fredag 11. august 2006 kl

Temahefte nr. 1. Hvordan du regner med hele tall

DEL 1 Uten hjelpemidler

Midtsemesterprøve fredag 11. mars kl

FY2045/TFY4250 Kvantemekanikk I, løsning øving 10 1 LØSNING ØVING 10

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

Elektrisk potensial/potensiell energi

Eksamen høsten 2015 Løsninger

dx = 1 2y dy = dx/ x 3 y3/2 = 2x 1/2 + C 1

Mandag Ledere: Metaller. Atomenes ytterste elektron(er) er fri til å bevege seg gjennom lederen. Eksempler: Cu, Al, Ag etc.

M2, vår 2008 Funksjonslære Integrasjon

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

Mer øving til kapittel 2

Sem 1 ECON 1410 Halvor Teslo

3.7 Pythagoras på mange måter

UNIVERSITETET I OSLO

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

2 π[r(x)] 2 dx = u 2 du = π 1 ] 2 = π u 1. V = π. V = π [R(x)] 2 [r(x)] 2 dx = π (x + 3) 2 (x 2 + 1) 2 dx = 117π 5.

Transkript:

Institutt for fysikk, NTNU TFY4155/FY1003: Elektromgnetisme år 2009 Øving 9 eiledning: Mndg 09. og fredg 13. (evt 06.) mrs Innleveringsfrist: Fredg 13. mrs kl. 1200 (Svrtbell på siste side.) Opplysninger: ersom ikke nnet er oppgitt, nts det t systemet er i elektrosttisk likevekt. ersom ikke nnet er oppgitt, er potensil underforstått elektrosttisk potensil, og tilsvrende for potensiell energi. ersom ikke nnet er oppgitt, er nullpunkt for (elektrosttisk) potensil og potensiell energi vlgt uendelig lngt borte. Noe v dette kn du få bruk for: 1/4π = 9 10 9 Nm 2 / 2, e = 1.6 10 19, m e = 9.11 10 31 kg, m p = 1.67 10 27 kg, g = 9.8 m/s 2 Symboler ngis i kursiv (f.eks for potensil) mens enheter ngis uten kursiv (f.eks for volt). 1) En vilkårlig formet elektrisk leder hr netto ldning. Hv skjer i punktet P dersom ldningen på lederen økes til 2? Kun potensilet fordobles. Kun den elektriske feltstyrken fordobles. P åde potensilet og den elektriske feltstyrken fordobles. åde potensilet og den elektriske feltstyrken hlveres. 2) En kompkt metllkule hr positiv ldning. vstnden fr kuls sentrum til punktet er hlvprten så stor som til punktet. Null potensil velges uendelig lngt borte. gjelder følgende for den elektriske feltstyrken E og potensilet i de to punktene: E = 4E, = 4 E = 4E, = 2 E = 2E, = 4 E = 2E, = 2 1

3) Tre isolerte metllkuler 1, 2 og 3 (dvs: de påvirker ikke hverndre) hr hver en positiv ldning. Kulenes dimeter er hhv 2, 3 og 5. Hvordn forholder kulenes elektriske potensil seg til hverndre? 1 : 2 : 3 = 2 : 3 : 5 1 : 2 : 3 = 5 : 3 : 2 1 : 2 : 3 = 6 : 10 : 15 1 : 2 : 3 = 15 : 10 : 6 5 2 3 1 2 3 4) To negtive punktldninger, hver med ldning q, er plssert på -ksen i henholdsvis = og i =. et elektriske feltet på -ksen er d E() = E() ˆ. Hvilken grf ngir riktig E()? 1 E() 2 E() 1 2 3 4 3 E() 4 E() 5) Riktig figur ngir elektriske feltlinjer i et pln som går gjennom sentrum v en metllkule med nettoldning > 0. 2

6) En metllkule med ldning q og rdius R er belgt med et lg elektrisk nøytrl plst med tykkelse R og permittivitet ε = 3. Pilene i figuren ngir d feltlinjer for elektrisk forskyvning elektrisk felt E polrisering P både og E plst lg metllkule ldning q 7) Riktig figur ngir elektriske feltlinjer for en prllellpltekondenstor som er hlvveis fylt med et dielektrisk mterile (dvs det skrverte området hr ε > ). Pltenes lineære utstrekning er stor i forhold til vstnden mellom pltene. Øverste plte hr negtiv ldning, nederste plte hr positiv ldning. 8) Ei kompkt metllkule med rdius hr nettoldning q > 0. en er belgt med et lg (elektrisk nøytrl) plst med tykkelse /2. eretter følger et (elektrisk nøytrlt) metllisk kuleskll med tykkelse /2. Utenfor dette hr vi vkuum. Plsten er et dielektrikum med permittivitet ε 1 = 10. I hvilken v de 4 ngitte posisjonene,, eller er den elektriske feltstyrken størst? vstnden fr kuls sentrum er i : /2, : 5/4, : 7/4, : 5/2. metll 5/2 2 ε 1 metll 3/2 3

9) Fire punktldninger er plssert i y-plnet. To hr positiv ldning q og ligger i henholdsvis (, y) = (, ) og (, ), og to hr negtiv ldning q og ligger i henholdsvis (, y) = (, ) og (, ). Hv blir retningen på det elektriske feltet E på -ksen (nt > ), dvs i (, 0)? y Lngs ˆ. Lngs ˆ. Lngs ŷ. Lngs ŷ. q q q q 10) For systemet med de fire punktldningene i oppgve 9: Hv blir (, 0), dvs på -ksen? = 0 = q/4π = q/4π ( ) 2 2 = q/4π ( ) 2 2 11) Ei metllkule med rdius R hr netto ldning. Hv er kuls potensielle energi U? (i velger U = 0 når lle infinitesimle bidrg til er uendelig lngt fr hverndre.) metllkule U = 2 /π R U = 2 /2π R U = 2 /4π R U = 2 /8π R R 12) To prllellpltekondenstorer er koblet i prllell, som vist i figuren. e øverste metllpltene er koblet smmen med en elektrisk leder (f.eks. kobberledning) slik t disse to pltene hr smme elektriske potensil. et smme gjelder for de to nederste metllpltene. erfor er potensilforskjellen (eller spenningsfllet) den smme for begge kondenstorene. Hv blir totl kpsitns for en slik prllellkobling v to kondenstorer, hver med kpsitns henholdsvis 1 og 2? 1 2 1 ( 1 2 )/2 (1/ 1 1/ 2 ) 1 2(1/ 1 1/ 2 ) 1 1 1 2 2 2 4

13) To prllellpltekondenstorer er koblet i serie, som vist i figuren. Nederste metllplte på kondenstor 1 er koblet smmen med øverste metllplte på kondenstor 2 vi en elektrisk leder (f.eks. kobberledning) slik t disse to pltene hr smme elektriske potensil. Totl potensilforskjell (eller spenningsfll) over de to kondenstorene er lik summen v spenningsfllene 1 og 2 over hver v de to. Netto ldning på de ulike metllpltene er som vist i figuren. Hv blir totl kpsitns for en slik seriekobling v to kondenstorer, hver med kpsitns henholdsvis 1 og 2? 1 2 ( 1 2 )/2 (1/ 1 1/ 2 ) 1 2(1/ 1 1/ 2 ) 1 1 2 1 2 14) En prllellpltekondenstor består v to prllelle metllplter i innbyrdes vstnd d. e to metllpltene hr ldning henholdsvis og. En metllskive med tykkelse h = 2d/3 settes inn midt mellom pltene. blir potensilforskjellen mellom kondenstorpltene ni gnger større. tre gnger større. tre gnger mindre. h d ni gnger mindre. 15) Potensilet på et uendelig stort positivt ldet pln er 20. Plnet hr en uniform ldningstetthet 4 n/m 2. I hvilken vstnd fr plnet er d = 0? 9 m 9 cm 9 mm Potensilet er her negtivt overlt. 5

16) To tilnærmet uendelig store metllplter hr ldning ±σ pr flteenhet og er plssert i yz plnet, dvs i = 0 (den positive), og i = 5 (den negtive), som vist i figuren nedenfor til venstre. Rommet mellom pltene er delvis fylt med to (elektrisk nøytrle) dielektriske lg, som vist i figuren til venstre. et dielektriske lget i rommet 0 < < 2 hr permittivitet ε 1 = 4. et dielektriske lget i rommet 3 < < 5 hr permittivitet ε 2 = 2. Hvilken v de fire grfene i figuren nedenfor til høyre illustrerer d potensilet som funksjon v vstnden fr den positivt ldete metllplt? 1 2 3 4 ε 1 vkuum ε 2 0 1 2 3 5 0 2 3 5 3 2 4 0 2 3 5 0 2 3 5 0 2 3 5 17) En prllellpltekondenstor består v to prllelle metllplter i innbyrdes vstnd d. e to metllpltene hr ldning henholdsvis og. Et dielektrikum med permittivitet ε > fyller den venstre hlvdelen v rommet mellom kondenstorpltene, som vist i figuren. I den høyre hlvdelen hr vi vkuum. Pilene i figuren ngir d feltlinjer for elektrisk forskyvning elektrisk felt E polrisering P både og E ε d 18) En prllellpltekondenstor består v to prllelle metllplter i innbyrdes vstnd d. e to metllpltene hr rel og ldning henholdsvis og. Et dielektrikum med permittivitet ε = ε r > fyller den venstre hlvdelen v rommet mellom kondenstorpltene, som vist i figuren. I den høyre hlvdelen hr vi vkuum. Hv blir kondenstorens kpsitns, uttrykt ved 0 = /d, som ville h vært kpsitnsen uten dielektrikumet til stede? (Tips: ette er en prllellkobling v to kondenstorer.) = [2ε r /(ε r 1)] 0 = [ε r /(ε r 1)] 0 = (ε r 1) 0 = [(ε r 1)/2] 0 d ε= ε r,, 6

19) En prllellpltekondenstor består v to prllelle metllplter i innbyrdes vstnd d. e to metllpltene hr rel og ldning henholdsvis og. Et dielektrikum med permittivitet ε = ε r > fyller den nederste hlvdelen v rommet mellom kondenstorpltene, som vist i figuren. I den øverste hlvdelen hr vi vkuum. Hv blir kondenstorens kpsitns, uttrykt ved 0 = /d, som ville h vært kpsitnsen uten dielektrikumet til stede? (Tips: ette er en seriekobling v to kondenstorer.), = [2ε r /(ε r 1)] 0 ε = [ε r /(ε r 1)] 0 0 d = (ε r 1) 0 ε = ε r = [(ε r 1)/2] 0, 20) En sylinderkondenstor består v to (tynne) prllelle konsentriske metllsylindre, den innerste med rdius og den ytterste med rdius b. e to sylindrene hr lengde L og ldning pr lengdeenhet henholdsvis λ (innerst) og λ (ytterst). (nt L, b.) Et dielektrikum med permittivitet ε fyller rommet mellom indre og ytre metllsylinder. et elektriske feltet i området < r < b er E(r) = (λ/2πεr)ˆr, der r ngir vstnden fr sylindrenes senterkse, og ˆr er enhetsvektor i retning normlt på sylindrenes kse. Hv blir sylinderkondenstorens kpsitns? [Tips: estem først potensilforskjellen mellom indre og ytre sylinder.] L = πεl 2 /b = πεl 2 / = 2πεL/ ln(/b) = 2πεL/ ln(b/) ε r λ E λ b 7

Øving 9 i Elektromgnetisme / Elektrisitet og mgnetisme våren 2009 Innleveringsfrist: Fredg 13. mrs kl. 1200. Nvn: Øvingsgruppe: Oppgve 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 et er tilstrekkelig å levere inn utfylt svrtbell innen fristen for å få godkjent denne øvingen. 8