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

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

KONTINUASJONSEKSAMEN TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Fredag 11. august 2006 kl

EKSAMEN FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME Mandag 4. desember 2006 kl

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

EKSAMEN FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME I Mandag 5. desember 2005 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 FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Tirsdag 27. mai 2008 kl

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

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

Midtsemesterprøve fredag 10. mars kl

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

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

Løsningsforslag TFE4120 Elektromagnetisme 13. mai 2004

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

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

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

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

UNIVERSITETET I OSLO

Løsningsforslag til øving

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

Øving 15. H j B j M j

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

UNIVERSITETET I OSLO

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

Onsdag isolator => I=0

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

Tirsdag r r

Frivillig test 5. april Flervalgsoppgaver.

Elektrisk potensial/potensiell energi

Onsdag og fredag

Øving 13. Induksjon. Forskyvningsstrøm. Vekselstrømskretser.

Midtsemesterprøve fredag 11. mars kl

EKSAMEN I TFY4155 ELEKTROMAGNETISME OG FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME

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

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

og P (P) 60 = V 2 R 60

Onsdag og fredag

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

Løysingsframlegg TFY 4104 Fysikk Hausten 2009

Onsdag og fredag

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

Løsningsforslag TFE4120 Elektromagnetisme 29. mai 2017

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

Mandag dq dt. I = Q t + + x (tverrsnitt av leder) Med n = N/ V ladningsbærere pr volumenhet, med midlere driftshastighet v og ladning q:

Løsningsforslag til øving 9

Løsningsforslag til øving 3

Løsningsforslag til øving 13

Løsningsforslag til øving 4

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

EKSAMEN I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

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

Midtsemesterprøve torsdag 7. mai 2009 kl

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

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

UNIVERSITETET I OSLO

FYS1120 Elektromagnetisme ukesoppgavesett 7

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I TFY4160 BØLGEFYSIKK Mandag 3. desember 2007 kl

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

Sammendrag, uke 13 (30. mars)

EKSAMEN I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

Flervalgsoppgaver. Gruppeøving 10 Elektrisitet og magnetisme

Oppgave 4 : FYS linjespesifikk del

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?

EKSAMEN i TFY4155/FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME

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

KONTINUASJONSEKSAMEN I EMNE SIE 4010 ELEKTROMAGNETISME

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

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

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

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

Fysikkolympiaden Norsk finale 2017

Forelesning nr.7 INF Kondensatorer og spoler

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

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

Løysingsforslag Kontinuasjonseksamen TFE4120 Elektromagnetisme 13. august 2004

Kontinuasjonseksamensoppgave i TFY4120 Fysikk

Fasit eksamen Fys1000 vår 2009

EKSAMEN I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

NORGES LANDBRUKSHØGSKOLE Institutt for matematiske realfag og teknologi

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

FYS1120 Elektromagnetisme

Løsningsforslag til øving 4

Løsningsforslag til øving 5

Onsdag og fredag

Løsningsskisse EKSAMEN i FYSIKK, 30. mai 2006

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

TFY4104 Fysikk Eksamen 28. november 2016 Side 13 av 22

Flervalgsoppgaver. Gruppeøving 1 Elektrisitet og magnetisme

EKSAMENSOPPGAVE. Tillatte hjelpemidler: Kalkulator med tomt dataminne Rottmann: Matematisk Formelsamling A.T. Surenovna: Norsk russisk ordbok

Transkript:

NOGES TEKNISK- NATUVITENSKAPELIGE UNIVESITET INSTITUTT FO FYSIKK Faglig kontakt under eksamen: Jon Andreas Støvneng Telefon: 73 59 36 63 / 45 45 55 33 LØSNINGSFOSLAG TIL EKSAMEN I TFY4155 ELEKTOMAGNETISME Fredag 11. august 006 kl. 0900-1300 Eksamen bestod av 4 oppgaver, i alt 10 deloppgaver som alle telte like mye under bedømmelsen. Løsningsforslaget er på 6 sider inklusive denne). 1

OPPGAVE 1 a) Av symmetrigrunner må det elektriske feltet peke i positiv y-retning for y > 0 og i negativ y-retning for y < 0. Videre kan feltstyrken E ikke avhenge av x eller z. Dermed velger vi som gaussflate en pilleeske sentrert om xz-planet, med tykkelse y i y- retning, og med areal A normalt på y-retningen. Vi får da elektrisk fluks Ey) A ut gjennom gaussflaten. Netto ladning innenfor gaussflaten blir, for y < h/: qy) = ρ 0 Ay og for y > h/: qy) = ρ 0 Ah Den elektriske feltstyrken blir dermed, for y < h/: og for y > h/: Ey) = ρ 0y ε 0 E = ρ 0h ε 0 b) Her kan vi bruke superposisjonsprinsippet, ettersom systemet med de to kryssende skivene tilsvarer en med uniform positiv og en med uniform negativ ladning. I punktet h, h) gir den positivt ladde skiva et bidrag ρ 0 h ε 0 ŷ til det elektriske feltet, mens den negativt ladde skiva gir et bidrag ρ 0h ε 0 ˆx Altså: Eh, h) = ρ 0h ŷ ˆx) ε 0 Potensialforskjellen V mellom h/, h) og 4h, h/) finner vi ved å integrere det elektriske feltet langs en vilkårlig vei mellom de to punktene. Det enkleste er antagelig å velge en vei fra h/, h) til h/, h/), og deretter fra h/, h/) til 4h, h/). Den første biten har lengde 3h/, går i negativ y-retning, og bidrar dermed med ρ 0 h ε 0 3h til V. Den andre biten har lengde 7h/, går i positiv x-retning, og bidrar dermed med til V. Dermed: ρ 0 h ε 0 7h V = 5ρ 0h ε 0

OPPGAVE a) I en tynn ring med radius r og tykkelse dr går det en strøm di = dq/t, der T = π/ω er tiden skiva bruker på en omdreining dvs perioden) og dq = σr) πr dr er ladningen på den tynne ringen. En slik tynn ring omslutter et areal πr, slik at dens magnetiske dipolmoment er dm = di πr = σr) πr dr ω π πr = σ 0 ωb πrdr Skivas totale magnetiske dipolmoment finner vi ved å integrere dette, fra r = a til r = b: m = dm = b a σ 0 ωb πrdr = 1 σ 0ωb πb a ) b) Vi kan bruke det oppgitte uttrykket til å skrive ned magnetfeltet db fra en tynn ring med radius r, tykkelse dr og strøm di = dq/t = σr) πr dr ω/π: db = µ 0 dir z + r ) 3/ Innsetting for di og integrasjon over skiva gir Dette er et enkelt integral, og vi får b a Bz) = µ 0ωσ 0 b b a rdr z + r ) 3/ rdr z + r ) = ) z + a 1/ z + b ) 1/ 3/ Altså Bz) = µ 0ωσ 0 b [ z + a ) 1/ z + b ) 1/ ] c) Langt unna skiva har vi både z b og z a. Da har vi z + b ) 1/ z 1 ) 1 b z og tilsvarende om vi bytter ut b med a. Magnetfeltet blir da Bz) µ 0ωσ 0 b z ) 1 a z 1 + b z = µ 0ωσ 0 b b a ) 4z 3 = µ 0m πz 3 3

OPPGAVE 3 a) Ettersom den roterende ringen er liten, kan vi med god tilnærmelse anta uniformt magnetfelt B = µ 0m πd 3 rettet langs positiv z-akse der den roterende ringen er. Her har vi brukt uttrykket fra oppgave c. otasjon omkring x-aksen med vinkelfrekvens ω medfører at magnetisk fluks gjennom den roterende ringen blir φt) = B A cosωt = µ 0m πd 3 πa cosωt eventuelt sin ωt). Indusert spenning i ringen blir dermed V t) = dφ dt = µ 0ma ω d 3 sin ωt Dersom den lille ringen roterer omkring z-aksen, vil det til enhver tid passere null magnetisk fluks gjennom arealet omsluttet av ringen. Det blir da ingen indusert spenning i den roterende ringen. Selv om vi tar hensyn til at magnetfeltet ikke er helt uniformt over den roterende ringen, vil vi pga symmetrien uansett ha en tidsuavhengig omsluttet magnetisk fluks, og dermed null indusert spenning.) b) Indusert spenning i ringen resulterer i en elektrisk strøm dersom ringen er elektrisk ledende. En metallisk ring vil ikke være en perfekt leder, den vil ha en viss ohmsk motstand som kan beregnes dersom vi kjenner metallets elektriske ledningsevne konduktivitet) σ og dens tverrsnitt S: = πa/σs. En tidsvarierende elektrisk strøm It) i ringen vil gi et tidsvarierende bidrag til den magnetiske fluksen som omsluttes av ringen. ingens selvinduktans L avgjør hvor stor den resulterende induserte motspenningen LdI/dt) blir. Spenningskilden V t) representerer den induserte spenningen bestemt i punkt a. Vi har allerede antydet hvordan kan bestemmes. Det er ikke fullt så enkelt å bestemme selvinduktansen L, men i prinsipp kan denne finnes ved hjelp av Biot Savarts lov, som gir oss oppskriften på å beregne magnetfeltet B I i en vilkårlig posisjon som følge av en elektrisk strøm I i ringen. Kjenner vi magnetfeltet i alle punkter på flaten som omsluttes av ringen, kan vi bestemme omsluttet magnetisk fluks, φ ring = B I da og deretter selvinduktansen L = φ ring I 4

OPPGAVE 4 a) Parallellkobling av n like store motstander gir tilsammen en motstand /n. Total motstand i kretsen er derfor + + 3 = 11 6 slik at strømmen blir I = 6V 0 11 ved bruk av Ohms lov. Med oppgitte tallverdier: I 55 ma. Effekt, dvs energi pr tidsenhet, levert av spenningskilden: P = V 0 I = 6V 0 11 0.55 W Energi levert av spenningskilden i løpet av 10 s: U = Pt 5.5 J b) Tilkobling av spenningskilden ved t = 0 gir konstant strøm I 1 = V 0 gjennom motstanden til venstre. Tilkobling av spenningskilden ved t = 0 til seriekoblingen av C og har vi tatt i detalj på forelesning. Kondensatoren lades opp slik: Qt) = V 0 C 1 e t/c) slik at strømmen i denne grenen av kretsen blir I t) = dq dt = V 0 e t/c Dermed blir total strøm levert av spenningskilden Effekt levert av spenningskilden: It) = I 1 + I t) = V 0 Pt) = V 0 It) = V 0 Energi levert av spenningskilden mellom t = 0 og t = T: U = T 0 = V 0 T 0 = V 0 Pt)dt 1 + e t/c ) 1 + e t/c ) t Ce t/c ) T Ce T/C + C ) 5

Med oppgitte tallverdier T = 10 s): U 11 J c) Strøm gjennom motstanden: I 1 = V 0 Strøm gjennom induktansen bestemmes av som gir V 0 = L di dt I t) = V 0t L ettersom det ikke gikk noen strøm før t = 0. Total strøm: Effekt levert av spenningskilden: It) = I 1 + I t) = V 0 + V 0t L 0 t Pt) = V 0 It) = V 0 + V L Energi levert av spenningskilden mellom t = 0 og t = T: Med oppgitte tallverdier T = 10 s): U = T 0 = V 0 T Pt)dt 0 T + V L U 50 kj 6