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

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

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

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

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

EKSAMENSOPPGAVE. Eksamen i: FYS Elektromagnetisme Fredag 31. august 2012 Kl 09:00 13:00 adm. Bygget, rom B154

KONTINUASJONSEKSAMEN TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Onsdag 17. august 2005 kl

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

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

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

UNIVERSITETET I OSLO

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

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

EKSAMEN FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME Mandag 4. desember 2006 kl

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

KONTINUASJONSEKSAMEN TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Fredag 11. august 2006 kl

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

KONTINUASJONSEKSAMEN I EMNE SIE 4010 ELEKTROMAGNETISME

EKSAMENSOPPGAVE. Vil det bli gått oppklaringsrunde i eksamenslokalet? Svar: JA Hvis JA: ca. kl.10:00 og 12:00

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

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

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

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

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

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

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

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

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

UNIVERSITETET I OSLO Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

UNIVERSITETET I OSLO

EKSAMENSOPPGAVE. KRAFT I og II Hall del 2 Kraft sportssenter Ingen

EKSAMEN I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

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

EKSAMEN I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

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

Frivillig test 5. april Flervalgsoppgaver.

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

NORGES TEKNISK- NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET INSTITUTT FOR FYSIKK

EKSAMENSOPPGAVE I FYS-1002

KONTIUNASJONSEKSAMEN I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

UNIVERSITETET I OSLO

EKSAMENSOPPGÅVE. Kalkulator, Rottmanns tabellar og 2 A4 ark med eigne notater (4 sider).

Øving 15. H j B j M j

EKSAMENSOPPGÅVE. Kalkulator, 2 ark (4 sider) med eigne notater og Rottmanns tabeller. Ragnar Soleng

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

Kontinuasjonseksamensoppgave i TFY4120 Fysikk

EKSAMENSOPPGAVE. Alle skrevne og trykte. Godkjent kalkulator.

Kondensator. Symbol. Lindem 22. jan. 2012

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

EKSAMENSOPPGAVE. To dobbeltsidige ark med notater. Stian Normann Anfinsen

EKSAMEN I TFY4155 ELEKTROMAGNETISME OG FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME

OBLIGATORISK MIDTSEMESTERØVING I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

UNIVERSITETET I TROMSØ. EKSAMENSOPPGAVE i FYS-1002

Øving 13. Induksjon. Forskyvningsstrøm. Vekselstrømskretser.

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

EKSAMENSOPPGAVE. Adm.bygget, rom B154 2 ark med egne notater (4 sider) Godkjent kalkulator Rottman. Matematisk formelsamling

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

OBLIGATORISK MIDTSEMESTERØVING I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

EKSAMEN I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

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

FYS1120 Elektromagnetisme ukesoppgavesett 7

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

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

EKSAMENSOPPGAVE. To dobbeltsidige ark med notater. Stian Normann Anfinsen

Løsningsforslag TFE4120 Elektromagnetisme 29. mai 2017

UNIVERSITETET I OSLO

FYS1120 Elektromagnetisme

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

Løsningsforslag til EKSAMEN

KONTIUNASJONSEKSAMEN I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

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

KONTINUASJONSEKSAMEN I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

OBLIGATORISK MIDTSEMESTERØVING I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

UNIVERSITETET I OSLO

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

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

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

Norges teknisk-naturvitenskapelig universitet Institutt for fysikk, NTNU

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

INF L4: Utfordringer ved RF kretsdesign

EKSAMENSOPPGAVE Njål Gulbrandsen / Ole Meyer /

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

EKSAMENSOPPGAVE. FYS 2000, Kvantemekanikk Dato: 7. Juni 2017 Klokkeslett: 9:00-13:00 Sted: Tillatte hjelpemidler: rute.

Midtsemesterprøve fredag 10. mars kl

EKSAMENSOPPGAVE. Kalkulator Rom Stoff Tid: Fysikktabeller (Bok/utskrift fra bok)

EKSAMENSOPPGAVE. INF-1101 Datastrukturer og algoritmer. Adm.bygget, rom K1.04 og B154 Ingen

EKSAMENSOPPGAVE. Vil det bli gått oppklaringsrunde i eksamenslokalet? Svar: NEI

KONTIUNASJONSEKSAMEN I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

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

Midtsemesterprøve fredag 11. mars kl

En del utregninger/betraktninger fra lab 8:

Elektrisk potensial/potensiell energi

EKSAMENSOPPGAVE. Adm.bygget, rom K1.04 og B154 Ingen. Vil det bli gått oppklaringsrunde i eksamenslokalet? Svar: JA / NEI Hvis JA: ca. kl.

Elektriske kretser. Innledning

EKSAMEN I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

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

Eksamen TFY 4104 Fysikk Hausten 2009

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

EKSAMENSOPPGÅVE. Mat-1005, Diskret matematikk. Godkjent kalkulator, Rottmanns tabellar og 2 A4 ark med eigne notater (4 sider).

EKSAMEN I EMNE SIE 4010 ELEKTROMAGNETISME

Transkript:

Fakultet for naturvitenskap og teknologi EKSAMENSOPPGAE Eksamen i: FYS-1002 Dato: 26. september 2017 Klokkeslett: 09.00-13.00 Sted: Åsgårdvegen 9 Tillatte hjelpemidler: ü Kalkulator med tomt dataminne ü ottmann: Matematisk Formelsamling Type innføringsark (rute/linje): Antall sider inkl. forside: Kontaktperson under eksamen: rute 7 ü Oppgaver på bokmål s. 2-6 ü Formelark s. 7 Frank Melandsø 9978 6050 (mob) Telefon/mobil: il det bli gått oppklaringsrunde i eksamenslokalet? JA Hvis JA: ca. kl. 10.30 NB! Det er ikke tillatt å levere inn kladdepapir som del av eksamensbesvarelsen. Hvis det likevel leveres inn, vil kladdepapiret bli holdt tilbake og ikke bli sendt til sensur. Postboks 6050 Langnes, N-9037 Tromsø / 77 64 40 00 / postmottak@uit.no / uit.no

Eksamen består av 3 oppgaver med tilsammen 14 delspørsmål [a), b),.. punkter] som blir vektet likt ved sensur. Les oppgaveteksten nøye og prøv å besvar alle spørsmålene. Oppgave 1 Denne oppgaven omhandler Omhs lov og regneregler for elektriske kretser. a) Det antas at Ohms lov i et ledende medium kan uttrykkes som J = σ E (1) der J er strømtettheten, E det elektriske feltet og σ konduktiviteten til materialet angitt ved en skalar konstant. Angi minst to fysiske forutsetninger som må være tilstede for at likning (1) skal være gyldig. b) i skal videre se på et ledende materiale formet som en sylinder med lengde l og radius r som vist i figur 1. Sideflatene til sylinderen kobles til en likestrømspenning (DCspenning)! slik at det går en konstant strøm I! gjennom kretsen som vist i figuren. r I 0 l + - 0 Fig. 1: Sylindrisk leder is at Ohms lov på generell form gitt ved likning (1) kan for sylinderen omformes til! = I! der resistansen er gitt ved = l π r! σ. Hvordan kan man basert på relasjonene ovenfor lage ledninger med liten resistans? UiT / Postboks 6050 Langnes, N-9037 Tromsø / 77 64 40 00 / postmottak@uit.no / uit.no 2

c) Skriv opp Kirchhoffs lover (ved hjelp av ligninger eller tekst) som brukes for å regne på elektriske kretser. Gi også en kort fysisk forklaring på opphavet til de to lovene. d) i skal tilslutt i oppgaven regne på kretsen vist i figur 2 som modellerer en sammenkobling av 3 ledninger, alle med samme resistans. I 1 I 0 I 2 Fig.2: Elektrisk krets som modell for ledere. Bruk Kirchhoffs lover til å lage 3 uavhengige likninger som kan brukes til å finne strømmene I!, I! og I! angitt i figur 2. Finne deretter strømmene som funksjon av drivspenningen og. Oppgave 2 i skal nå se på et induktivt system som vist i figur 3 nedenfor. Figuren viser i 3D to lange rette sylindriske ledere, begge med lengde l. Lederen til venstre (leder 1) er sentrert rundt z- aksen, mens høyre leder (leder 2) antas sentrert rundt en akse parallell med z-aksen, men med forskyvning d i x-retning som vist i figuren. Fig. 3: System med to rette ledere UiT / Postboks 6050 Langnes, N-9037 Tromsø / 77 64 40 00 / postmottak@uit.no / uit.no 3

Begge lederne antas å ha samme radius a, og like store, men motsatt rettede strømmer I. a) Lag en skisse i xy-planet som viser de magnetiske feltlinjene B! og B! som settes opp av leder 1 og 2, henholdsvis når vi antar at strømmene ligger uniformt fordelt på overflaten til begge lederne med retninger som vist med de grå pilene i figur 3. Skisse også i xy-planet feltlinjene til det totale magnetiske feltet B = B! + B!. b) Bruk superposisjonsprinsippet til å vise at normen til det totale B-feltet mellom lederne i xz-planet (skraverte område angitt i figur 3 der a x d a) er gitt ved B = μ! I 2π 1 x + 1 d x når vi antar en permittivitet μ! i rommet mellom lederne og ser bort fra randeffekter (antar l d). c) Forklar hva som menes med selvinduktans og angi en matematisk definisjon av denne størrelsen. d) Bruk resultatet fra de foregående punktene til å vise at selvinduktansen L til systemet vist i figur 3 kan skrives som L = μ! l π d a ln a når vi antar a d slik at den magnetiske fluksen inne i lederne kan neglisjeres. Oppgave 3 i skal i den siste oppgaven regne på en spole, en variabel kondensator og en elektrisk AC krets der disse komponentene inngår. La oss i første omgang se på en rett spole (Solenoid) vist i figur 4 som induserer magnetfeltlinjer angitt med blå farge. Spolen antas å ha totalt N sirkulære viklinger (alle med radius ρ) som ligger jevnt fordelt over en lengde l. i antar videre at permeabiliteten μ = μ! 1.26 10!! H/m kan brukes i hele rommet. UiT / Postboks 6050 Langnes, N-9037 Tromsø / 77 64 40 00 / postmottak@uit.no / uit.no 4

Fig. 4: Skisse av en rett spole a) Bruk Amperes lov sammen med et passende linjeintegral til å vise at normen til B- feltet inne i spolen kan tilnærmes med B μ! n I. (2) Her er n er antall viklinger per lengdeenhet og I er strømmen gjennom viklingen som vist i figur 4. Hva er forutsetningene for at likning (2) skal kunne brukes som en god tilnærming for det fysiske B-feltet inne i spolen? b) Finn et tilnærmet uttrykk for selvinduktansen L til spolen i figur 4. is videre at L 0.1 mh når vi antar verdier N = 159, l = 0.1 m og ρ = 0.01 m. c) I neste omgang skal vi se på en variabel kondensator som vist i figur 5. Kondensatoren består av to plater A og B formet som halvsirkler med samme radius r. Platene ligger parallelt ovenfor hverandre i en avstand d (se øvre høyre figur som viser kondensatoren sett fra siden). Kapasitansen justeres ved at platene roteres en vinkel α i forhold til hverandre (se nedre figur som viser systemet sett ovenfra). Når α justeres vil arealet der platene overlapper (angir med grå farge i figuren) endre seg, og dette vil igjen endre kapasitansen til systemet. B A B A Fig. 5: ariabel kondensator vist fra siden (øvre høyre figur) og ovenfra (nedre figur). UiT / Postboks 6050 Langnes, N-9037 Tromsø / 77 64 40 00 / postmottak@uit.no / uit.no 5

Bruk Gauss lov sammen med en passelig integrasjonsflate til å vise at normen til det elektriske feltet mellom platene i figur 5 kan tilnærmes med E α 2 Q ε r! π α. Her angir ε permittivitet mellom platene mens Q er den total ladning på en av platene (antar kun ladning innenfor det grå område vist i figur 5). Ladningen på den andre platen antas å være like stor, men med motsatt fortegn ( Q). d) Bruk uttrykket ovenfor for det elektriske feltet sammen med definisjonen av elektrisk potensiale og kapasitans, til å vise at kapasitansen til systemet kan uttrykkes som C α = C! π α. is også at C! 0.24 nf hvis vi antar størrelsene d = 0.4 mm, r = 6 cm og ε = 6 ε! 5.31 10!!! F/m. e) i skal i siste punktene bruke en seriekobling av spolen, den variable kondensatoren og en motstand = 50 Ω for å søke etter radiostasjoner som sender på mellombølgen (AM-båndet). Den enkle søkekretsen er vist i figur 6 L C( ) Fig. 6: LC krets for søking etter radiostasjon. der vi antar at antennen gir opphav til en vekselspenning (AC-spenningen) angitt i figuren. Denne spenningen driver en AC strøm rundt i kretsen. Sett opp de generelle uttrykkene for impedansene til de 3 komponentene som inngår i figur 6 og finn deretter den totale impedansen til kretsen. f) i ønsker å ta inn en radiosignalene fra en stasjon som sender på en frekvens f = 710 khz. Ta utgangspunkt i de oppgitte numeriske verdiene fra de forrige punktene, og finn vinkelen α som gir størst mulig strøm gjennom kretsen. ------------------------------------------ slutt ---------------------------------------------------- UiT / Postboks 6050 Langnes, N-9037 Tromsø / 77 64 40 00 / postmottak@uit.no / uit.no 6

Formelark F 12 = 1 q 1 q 2 r 2 r 1 3 E(r) = 1 E(r) = 1 ( r2 r 1 ) (1) q r r 3 ( r r ) (2) ρ(r )(r r ) r r 3 dv (3) E = ρ ν (4) ε 0 q r r (5) (r) = 1 (r) = 1 ρ ν (r ) r r dv (6) E = 0, ( = 0) (7) E =, ( = 0) (8) = l E dl (9) W E = 1 2 ρ ν (r) (r)dv (10) W E = 1 2 C 2 (11) C = Q I = dq dt (12) (13) I = J ds (14) S J = σe (15) J = ρ (16) = I (17) P = I (18) B = μ 0 Idl (r r ) 4π l r r 3 (19) B = μ 0 J, ( = 0) (20) B = 0 (21) U m = 1 2 B Hdv (22) B = A (23) A(r) = μ 0 J(r ) 4π r r dv (24) F = q(e + v B) (25) L = λ I (26) S E = B (28) emf = dλ dt (29) E B = μ 0 J + μ 0 ε 0 (30) E = A (31) D = ε 0 E + P (32) H = 1 μ 0 B M (33) E 1t E 2t = 0 (34) H 1t H 2t = K (35) D 1n D 2n = ρ s (36) B 1n B 2n = 0 (37) ρ ps = P n (38) ρ pv = P (39) K b = M n (40) J b = M (41) P = ε 0 χ e E (42) M = χ m H (43) D = ε 0 ε r E (44) B = μ 0 μ r H (45) ε r = 1 + χ e (46) μ r = 1 + χ m (47) ε 0 = 8.854 10 12 C 2 s 2 kgm 3 (48) μ 0 = 1.257 10 6 Nm 2 C 2 (49) e = 1.602 10 19 C (50) E = ρ ν ε 0 (51) B = 0 (52) E = B E B = μ 0 J + μ 0 ε 0 F ds = S (53) (54) F dl (55) ( F)d = F ds (56) W m = 1 2 LI2 (27)