EKSAMEN I EMNE SIE 4015 BØLGEFORPLANTNING

Like dokumenter
KONTINUASJONSEKSAMEN I EMNE SIE 4010 ELEKTROMAGNETISME

EKSAMEN I EMNE SIE4015 BØLGEFORPLANTNING EKSAMEN I FAG BØLGEFORPLANTNING LØRDAG/LAURDAG 19. MAI 2001 TID: KL

OBLIGATORISK MIDTSEMESTERØVING I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

OBLIGATORISK MIDTSEMESTERØVING I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

EKSAMEN I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

EKSAMEN I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

OBLIGATORISK MIDTSEMESTERØVING I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

KONTIUNASJONSEKSAMEN I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

KONTINUASJONSEKSAMEN I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

KONTIUNASJONSEKSAMEN I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

EKSAMEN I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

UNIVERSITETET I OSLO Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

EKSAMEN I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

NORGES TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET INSTITUTT FOR ELEKTRONIKK OG TELEKOMMUNIKASJON

KONTIUNASJONSEKSAMEN I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

EKSAMEN I EMNE SIE 4015 BØLGEFORPLANTNING

Kontinuasjonseksamen i emne TFE4130 Bølgeforplanting

KONTINUASJONSEKSAMEN TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Onsdag 17. august 2005 kl

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

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

EKSAMEN I FAG SIF 4014 FYSIKK 3 Onsdag 13. desember 2000 kl Bokmål. K. Rottmann: Matematisk formelsamling

EKSAMEN I EMNE SIE 4010 ELEKTROMAGNETISME

NORGES TEKNISK- NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET INSTITUTT FOR FYSIKK

a) Z =ˆν/ˆp b) Z =ˆp/ˆν c) Z =ˆν ˆp ν = 1 p

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

EKSAMEN FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME Mandag 4. desember 2006 kl

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

KONTINUASJONSEKSAMEN TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Fredag 11. august 2006 kl

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

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

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

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

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

10 6 (for λ 500 nm); minste størrelse av

EKSAMEN I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

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

Eksamen i TFE4130 Bølgeforplantning

Skinndybde. FYS 2130

UNIVERSITETET I OSLO

Eksamen i fag FY1004 Innføring i kvantemekanikk Tirsdag 22. mai 2007 Tid:

EKSAMEN I FAG SIF4062 FASTSTOFFYSIKK VK Fakultet for fysikk, informatikk og matematikk Tirsdag 8. mai 2001 Tid: Sensur faller 29.

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

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

EKSAMEN FAG TFY4160 BØLGEFYSIKK OG FAG FY1002 GENERELL FYSIKK II Onsdag 8. desember 2004 kl Bokmål. K. Rottmann: Matematisk formelsamling

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

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I FY1002 og TFY4160 BØLGEFYSIKK Onsdag 20. desember 2006 kl

Eksamen i GEOF330 Dynamisk Oseanografi. Oppgave 1: Stående svingninger

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

Institutt for fysikk Fakultet for naturvitenskap og teknologi. Løsningsforslag til eksamen i TFY4170 Fysikk 2 Onsdag 6.

Bølgeledere. Figur 1: Eksempler på bølgeledere. (a) parallell to-leder (b) koaksial (c) hul rektangulær (d) hul sirkulær (e) hul, generell form

UNIVERSITETET I OSLO

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

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

Eksamen i fag RELATIVISTISK KVANTEMEKANIKK Fredag 26. mai 2000 Tid: 09:00 14:00

UNIVERSITETET I OSLO

Universitetet i Stavanger Institutt for petroleumsteknologi

Elektromagnetiske bølger

HIST PROGRAM FOR ELEKTRO- OG DATATEKNIKK St.Øv.

UNIVERSITETET I OSLO

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

EKSAMENSOPPGAVE. To dobbeltsidige ark med notater. Stian Normann Anfinsen

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

EKSAMEN I EMNE TFY4125 FYSIKK

Eksamen FY0001 Brukerkurs i fysikk Torsdag 3. juni 2010

Frivillig test 5. april Flervalgsoppgaver.

UNIVERSITETET I OSLO

Emnenavn: Fysikk og kjemi. Eksamenstid: 9:00 til 13:00. Faglærer: Erling P. Strand

NTNU Fakultet for lærer- og tolkeutdanning

Fourier-analyse. Hittil har vi begrenset oss til å se på bølger som kan beskrives ved sinus- eller cosinusfunksjoner

Løsningsforslag til øving 9

EKSAMENSOPPGAVE. MNF-6002 Videreutdanning i naturfag for lærere, Naturfag trinn 2. Kalkulator Rom Stoff Tid: Fysikktabeller (utskrift)

KONTIUNASJONSEKSAMEN I EMNE TFE 4130 BØLGEFORPLANTNING

UTSETT EKSAMEN VÅREN 2006 SENSORTEORI. Klasse OM2 og KJK2

EKSAMENSOPPGAVE. Adm.bygget, Aud.max. ü Kalkulator med tomt dataminne ü Rottmann: Matematisk Formelsamling. rute

Løsningsforslag til øving

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

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

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

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

EP Patentkrav

UNIVERSITETET I OSLO

EKSAMEN I FY2045 KVANTEFYSIKK Onsdag 30. mai 2007 kl

Løsningsforslag til eksamen i TFY4170 Fysikk 2 Tirsdag 9. desember 2003

EKSAMEN I FY2045 KVANTEFYSIKK Mandag 2. juni 2008 kl

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I TROMSØ. EKSAMENSOPPGAVE i FYS-1002

UNIVERSITETET I OSLO

FYS 2150.ØVELSE 13 MAGNETISKE FENOMENER

Løsningsforslag til eksamen i TFY4170 Fysikk august 2004

EKSAMEN I EMNE TFE 4130 BØLGEFORPLANTNING

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

EKSAMENSOPPGAVE I FYS-1002

Hjelpemidler: D Ingen trykte eller håndskrevne hjelpemidler tillatt. Bestemt, enkel kalkulator tillatt.

En partikkel med masse m befinner seg i et éndimensjonalt, asymmetrisk brønnpotensial

Flervalgsoppgaver i bølgefysikk

Formelsamling Bølgefysikk Desember 2006

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

EKSAMENSOPPGAVE. Vil det bli gått oppklaringsrunde i eksamenslokalet? Svar: JA / NEI Hvis JA: ca. Kl 10.00

Transkript:

NTNU Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet Side 1 av 8 Fakultet for informatikk, matematikk og elektroteknikk Institutt for fysikalsk elektronikk Bokmål/Nynorsk Faglig/fagleg kontakt under eksamen: Navn: Johannes Skaar Tlf.: 91432 EKSAMEN I EMNE SIE 4015 BØLGEFORPLANTNING ONSDAG 8. MAI 2002 TID: KL 0900-1400 Sensur: Senest/seinast 31.05.2002. Hjelpemidler: D - Ingen trykte eller håndskrevne hjelpemidler tillatt. Bestemt, enkel kalkulator tillatt. Hjelpemiddel: D - Ingen trykte eller handskrevne hjelpemiddel tillatne. Bestemt, enkel kalkulator er tillaten. Totalt 8 sider inkludert forside.

Oppgave 1 Side 2 av 8 a) En akustisk (punkt-)kilde genererer en kulebølge. Kulebølgen representeres ved trykkvariasjoner som beskrives med uttrykket p(r, t) = ˆp S r ej(ωt kr), (1) der ˆp S er en kompleks konstant og r er avstanden fra kilden til observasjonspunktet. Hva er det fysiske trykket i et vilkårlig punkt med avstand r fra kildens sentrum ved tiden t dersom det statiske trykket (uten akustisk bølge) er P 0? b) Den komplekse konstanten ˆp S kan skrives som ˆp S = ˆp S e jφ S. Dersom kilden er en høyttaler som drives av et elektrisk signal, hvordan kan man endre ˆp S og φ S? c) En rekke av N identiske, små høyttalere er satt opp langs z-aksen, se fig. 1. Avstanden mellom hver høyttaler er d. Hver av dem sender ut en kulebølge med vinkelfrekvens ω slik at trykkvariasjonen fra den i te høyttaleren er p i = ˆp Si r i e j(ωt kr i), (2) der r i er avstanden fra den ite høyttaleren til observasjonspunktet. Figur 1: Rekke av N identiske høyttalere Den resulterende akustiske bølgen blir da p tot = N i=1 p i (3) Forklar hvorfor vi kan tilnærme (3) med p tot ej(ωt kr) r N ˆp Si e j(i 1)kd cos θ, (4) i=1 når r er tilstrekkelig stor. Avstanden r er her satt lik r 1 og vinkelen θ er angitt på figuren.

d) Vi antar nå at Side 3 av 8 ˆp Si =ˆpe j(i 1)φ for alle i, (5) og ˆp er en reell konstant. Vis at den resulterende bølgen blir p tot = ˆpej(ωt kr) r e j(n 1)Ψ/2 sin(nψ/2), der Ψ kd cos θ + φ. (6) sin(ψ/2) Skisser grovt intensiteten Ī = p tot 2 /2Z s sfa. retningen θ for φ =0.AntaatN er meget stor, N>>1, og at det er en kvart bølgelengde mellom hver høyttaler, d = λ/4. e) Forklar hvordan man kan styre hovedloben med lyd til å gå i forskjellige retninger ved å variere en parameter i likn. (6). Hva må denne parameteren være for at hovedloben skal gå i retningen θ =0?Hvordanfårdutildetteipraksis,dvs.hvordanmåde elektriske signalene til høyttalerene være? Oppgave 2 Gitt en rektangulær, metallisk, luftfyllt bølgeleder, se fig. 2. Figur 2: Rektangulær bølgeleder Grunnmodusen TE 10 har bare en y-komponent av det elektriske feltet: πx E s = E ys a y, E ys = E 0 sin e γz. (7) a Her er E 0 en konstant amplitude. a) Bølgelikningen for det fysiske, tidsvarierende E-feltet er 2 E µ0 2 E 0 t 2 denne likningen betyr at E s må tilfredsstille =0.Visat 2 E s + ω 2 µ 0 0 E s =0. (8) b) Vis ut fra (8) at forplantningskonstanten γ til modus TE 10 må tilfredsstille dispersjonsrelasjonen γ 2 = π2 a 2 ω2 µ 0 0. (9)

Side 4 av 8 c) Hva blir cutoff-frekvensen ω c for modus TE 10? Forklar hvorfor denne modusen dempes eksponensielt med tilbakelagt distanse z når ω < ω c. d) Anta at vi eksiterer grunnmodusen TE 10 med en puls med liten båndbredde rundt frekvensen ω, derω > ω c. Hvor lang tid bruker pulsen på å forplantes en lengde L gjennom bølgelederen? e) Hvilke problemer oppstår hvis vi ønsker å bruke bølgelederen for frekvenser f.eks. i området rundt ω =3ω c? Oppgave 3 Til hvert av de 7 spørsmålene som er stilt nedenfor, er det foreslått4svar.oppgihvilket svar du mener er best dekkende for hvert spørsmål. Svarene, som ikke skal begrunnes, avgis iskjemaetpå siste side. Denne siden rives fra og leveres inn som del av besvarelsen. Det gis 4 poeng for hvert riktig svar, 2 poeng for hvert galt svar og 0 poeng for ubesvart. a) Anta en radar med felles antenne for sending og mottaking. For et bestemt mål vil den mottatte effekt variere med avstanden r proporsjonalt med: i) r 1, ii) r 2, iii) r 4, iv) r 0. b) En akustisk kilde S sender ut en tone med frekvens f S (målt i kildens koordinater). Denne senderen beveger seg med hastighet v rett mot en mottaker M som er i ro. Vi forutsetter at v<cder c er lydhastigheten. Hvilken frekvens f M vil måles i mottakeren? i) f M = f S (1 v/c), ii) f M = f S (1 + v/c), 1+v/c iii) f M = f S. 1 v/c iv) f M = f S (1 v/c) 1. c) Anta at du vil bruke en sirkulær, plan høyttaler til å generere lyd i alle retninger (i luft). Hvablir(grovtsett)betingelsenpåradiusa for at høyttaleren skal stråle tilnærmet isotropt (likt i alle retninger)? Anta at frekvensområdet den skal kunne brukes til er 20Hz-20000Hz. i) a<3m, ii) a<3mm, iii) 3mm <a<3m, iv) a>3m. d) En av Maxwells likninger er E = B. Denne likningen betyr bl.a. at t i) E-feltet strømmer ut fra ladninger, ii) Ladningsbevarelse, iii) Et varierende magnetfelt gjennom en ledende sløyfe induserer en strøm i sløyfa, iv) En konstant, sirkulerende strøm gir opphav til et magnetfelt.

Side 5 av 8 e) En plan lys-bølge i luft faller normalt inn mot en plan glassflate. Glasset har brytningsindeksen n =1.5. Hvor mye av lyset reflekteres (av intensiteten)? i) 20%, ii) 4%, iii) 11%, iv) 6%. f) Anta som vanlig at xyz danner et høyrehåndssystem. En plan elektromagnetisk bølge har i et punkt E-feltet rettet i +y-retning. I det samme punktet er H-feltet rettet i +x-retning. I hvilken retning forplantes bølgen? i) +z-retning, ii) z-retning, iii) Enten +z-retning eller z-retning, umulig åsihvilken, iv) +x-retning. g) Hvorfor er det ofte problematisk å bruke radiobølger til å kommunisere gjennom sjøvann? i) Sjøvann er en ganske god leder ved radiofrekvenser, ii)sjøvannerenganskedårlig leder ved radiofrekvenser, iii) Sjøvann gjør at antennene lett ruster, iv) Mange fiskeslag, spesielt torsk og hyse, absorberer radiosignalene med vilje.

Oppgitte formler og konstanter Side 6 av 8 0 8.854 10 12 F/m µ 0 =4π 10 7 H/m η 0 = µ 0 / 0 377 Ω Lyshastighet i vakuum Lyshastighet i medium Brytningsindeks n = Lyshastighet i vakuum: 1/ µ 0 0 =3.0 10 8 m/s Lydhastighet i luft: 343 m/s Formelsamling: N (N +1) a +2a +3a +... + Na = a 2 1+a + a 2 + a 3 +... + a N 1 = an 1 a 1 (1 + x) a 1+ax, x << 1. sin x = x x3 3! + x5 5!... cos x =1 x2 2! + x4 4!... exp x =1+x + x2 2! + x3 3! +... ln (1 + x) =x x2 2 + x3...,for 1 <x 1 3 e jx =cosx + j sin x Relasjoner fra elektromagnetisme: D = ρ v B =0 E = B t H = J + D t D = ε 0E + P B = µ 0 ( H + M) F = q( E + u B) D = εe B = µ H 2 E 1 2 E u 2 t =0, u = 1 2 µ η = µ/

Fresnels likninger: TE polarisasjon (E-feltet normalt på innfallsplanet): Side 7 av 8 Refleksjonskoeff.: Γ = η 2 cos θ i η 1 cos θ t η 2 cos θ i + η 1 cos θ t 2η 2 cos θ i Transmisjonskoeff.: τ = η 2 cos θ i + η 1 cos θ t TM polarisasjon (H-feltet normalt på innfallsplanet, E-feltet parallelt med innfallsplanet): Refleksjonskoeff.: Γ = η 2 cos θ t η 1 cos θ i η 2 cos θ t + η 1 cos θ i 2η 2 cos θ i Transmisjonskoeff: τ = η 2 cos θ t + η 1 cos θ i

EMNE SIE4015 BØLGEFORPLANTNING Side 8 av 8 STUDENTNR.:... Svarkupong Merk med kryss i de aktuelle rutene. Kun ett kryss for hvert spørsmål. Spørsmål Alt. i) Alt. ii) Alt. iii) Alt. iv) a) b) c) d) e) f) g)