Note: Please use the actual date you accessed this material in your citation.

Like dokumenter
Matematikk 4, ALM304V Løsningsforslag eksamen mars da 1 er arealet av en sirkel med radius 2. F = y x = t t r = t t v = r = t t

Korreksjoner til fasit, 2. utgave

Chapter 4 Reflection and Transmission of Waves

Potensial for utkraging av hele etasjer i massivtre. Potential of cantilevered storeys in CLT-buildings. Ole Marthon Richter Bjerk

Solutions to selected problems from Exercise 5

UNIVERSITETET I OSLO

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

a 2 x 2 dy dx = e r r dr dθ =

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

Formelsamling. ξ(r, t) = ξ 0 sin(k r ωt + φ) 2 ξ(x, t) = 1 2 ξ(x, t) t 2. 2 ξ. x ξ. z 2. y ξ. v = ω k. v g = dω dk

Matematikk 4 M/N - Vår 2008 Kort Introduksjon

Formelsamling Bølgefysikk Desember 2006

Oppgavesettet har 10 punkter 1, 2ab, 3ab, 4ab, 5abc som teller likt ved bedømmelsen.

Solutions #12 ( M. y 3 + cos(x) ) dx + ( sin(y) + z 2) dy + xdz = 3π 4. The surface M is parametrized by σ : [0, 1] [0, 2π] R 3 with.

MA0002 Brukerkurs i matematikk B Vår 2017

Arne B. Sletsjøe. Oppgaver, MAT 1012

Eksamen i SIF5036 Matematisk modellering Onsdag 12. desember 2001 Kl

Fasit til utvalgte oppgaver MAT1110, uka 8-12/2

Skinndybde. FYS 2130

KONTINUASJONSEKSAMEN TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Fredag 11. august 2006 kl

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I FAGET 5005/7 MATEMATIKK 2 1. august der k er et vilkårlig heltall. Det gir

Formelsamling. ξ(r, t) = ξ 0 sin(k r ωt + φ) 2 ξ(x, t) = 1 2 ξ(x, t) t 2. 2 ξ. x ξ. z 2. y ξ. v = ω k. v g = dω dk

Anbefalte oppgaver - Løsningsforslag

UNIVERSITETET I OSLO

Randkurva C til flata S orienteres positivt sett ovenfra, og kan parametriseres ved: r (t) = [ sin t, cos t, sin t] dt, 0 t 2π.

Eksamen i TFE4130 Bølgeforplantning

Oppgavene er hentet fra fagets lærebok, Hass, Weir og Thomas, samt gamle eksamener.

Vektoranalysis. Aufgaben mit Lösungen. Jörg Gayler, Lubov Vassilevskaya

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

e y + ye x +2x xe y + e x +1 0 = 0

LØSNINGSFORSLAG TIL ØVING 11, TMA4105, V2008. x = r cos θ, y = r sin θ, z = 2r for 0 θ 2π, 2 2r 6. i j k. 5 r dr dθ = 8

UNIVERSITETET I OSLO Det matematisk naturvitenskapelige fakultet

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN, MAT 1001, HØSTEN (x + 1) 2 dx = u 2 du = u 1 = (x + 1) 1 = 1 x + 1. ln x

INF3170 Logikk. Ukeoppgaver oppgavesett 7

SIF5005 MATEMATIKK 2 VÅR r5 drdθ = 1 m. zrdzdrdθ = 1 m. zrdzdrdθ =

VEKTOR OG TENSORANALYSE. Fasit til oppgåver

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

Kapittel 10: Funksjoner av flere variable

Vår TMA4105 Matematikk 2. Løsningsforslag Øving 6. 5 Exercise Exercise

Eksamensoppgave i MA1103 Flerdimensjonal analyse

(t) = [ 2 cos t, 2 sin t, 0] = 4. Da z = 2(1 + t) blir kurva C en helix/ei skruelinje på denne flata (se fig side 392).

Oppgaver for Mek 3220

HANDELSHØGSKOLEN I TROMSØ SENTRUM OG PERIFERI. Dixit-Stiglitz-Krugman modellen. Åge Haugslett. Vedlegg til Masteroppgave i - Samfunnsøkonomi (30 stp)

dx k dt н x 1,..., x n f 1,...,f n н- н f k (x 1,..., x n ), k =1,2,...,n, нн d X = f( X). X = (t),.. x 1 = 1 (t), x 2 = 2 (t),...

(((0(-+) <(( <(+0-+0*, # JK!" #$% &'! () *+!"! "# $" %& & ' "$ $!"#$%&'((() *(+ ()*+,+-((,-./01,((((! " # $ "%& ' # ((() '& *(+ " # ( # ")%,)((( '& (

+ (y b) F y. Bruker vi det siste på likningen z = f(x, y) i punktet (a, b, f(a, b)) kan vi velge F (x, y, z) = f(x, y) z.

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

The full and long title of the presentation

5 z ds = x 2 +4y 2 4

LØSNINGSFORSLAG TMA4105 Matematikk 2 8. August 2005

Maxwell s ligninger og elektromagnetiske bølger

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

Løsning, Stokes setning

Eksamen ECON H17 - Sensorveiledning

Løsningsforslag til eksamen i SIF4072 KLASSISK FELTTEORI Onsdag 28. mai 2003

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

HiST-AFT-EDT Digitalteknikk EDT001T-A 11H

z2 u(z, 0) = 0, u(0, t) = U. (8) Hvilken standardlikning er dette? b) Vi antar (håper) at u kan uttrykkes som en similaritetsløsning δδ ν ηf + F = 0,

IR Matematikk 1. Utsatt Eksamen 8. juni 2012 Eksamenstid 4 timer

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

G 161 Eksamen 1979, Oppgave 1:

ØVING 4: DIMENSJONERING AV AKSLINGER OG ROTORER. M w. er tangentavsettet ved pkt B i forhold til tangenten ved opplagring A.

EKSAMEN I NUMERISK LINEÆR ALGEBRA (TMA4205)

MA0002 Brukerkurs i matematikk B Vår 2014

Løsningsforslag til eksamen i FY8306 KVANTEFELTTEORI Fredag 9. juni 2006

Universitetet i Oslo Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

Abstract. i x + a x +. a = (a x, a y ) z γ + 1 γ + z )

EKSAMEN I EMNE TFE 4130 BØLGEFORPLANTNING

MA0002 Brukerkurs i matematikk B Vår 2016

Oppgave 1 OPPGAVER OG LØSNINGSFORSLAG KONTINUASJONSEKSAMEN I FAG SMN 6147 OG SMN 6195 KOMPLEKS ANALYSE STED: HØGSKOLEN I NARVIK. KLASSE:4EL,4RTog5ID

Anbefalte oppgaver - Løsningsforslag

TMA Representasjoner. Funksjoner. Operasjoner

EKSAMEN FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME Mandag 4. desember 2006 kl

Løsningsforslag Matematisk fysikk, 28. mai 2001

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

EKSAMEN I FAG SIF5005 MATEMATIKK 2

Kurve-, flate- og volumintegraler, beregning av trykkraft

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

EKSAMEN I EMNE SIE 4015 BØLGEFORPLANTNING

KONTINUASJONSEKSAMEN TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Onsdag 17. august 2005 kl

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

TMA4100 Matematikk 1 Høst 2014

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

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

7 Global Linkages and Economic Growth

TFY4104 Fysikk Eksamen 28. november 2016 Side 13 av 22

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

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

Kurve-, flate- og volumintegraler, beregning av trykkraft

Uke 5: Analyse i z- og frekvensdomenet

TFY4104 Fysikk Eksamen 28. november 2016 Side 13 av 22

Funksjoner av stokastiske variable.

Eksamensoppgave i MA1103 Flerdimensjonal analyse

Obligatorisk oppgave 2

EKSAMEN i MATEMATIKK 30

KONTIUNASJONSEKSAMEN I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

Eksamen, høsten 14 i Matematikk 3 Løsningsforslag

Eksamensoppgave i MA1103 Flerdimensjonal analyse

Funksjoner av stokastiske variable.

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

Transkript:

MIT OpenCouseWae http://ocw.mt.edu 6.641 Electomagnetc Felds, Foces, and Moton, Spng 5 Please use the followng ctaton fomat: Maus Zahn, 6.641 Electomagnetc Felds, Foces, and Moton, Spng 5. (Massachusetts Insttute of Technology: MIT OpenCouseWae). http://ocw.mt.edu (accessed MM DD, YYYY). Lcense: Ceatve Commons Attbuton-Noncommecal-Shae Ale. Note: Please use the actual date you accessed ths mateal n you ctaton. Fo moe nfomaton about ctng these mateals o ou Tems of Use, vst: http://ocw.mt.edu/tems

6.641, Electomagnetc Felds, Foces, and Moton Pof. Maus Zahn Lectue 15: Foce Denstes, Stess Tensos, and Foces I. Maxwell Stess Tenso A. Notaton _ F = τ, τ = T x + T y + T z x x x xx xy xz _ F = τ, τ = T x + T y + T z y y y yx yy yz _ F = τ, τ = T x + T y+ T z z z z zx zy zz T T xx xy xz Τ = T yx T yy T yz T zx T zy T zz f x = F d = τ d= τ n da = T n + T n + T n x da x x xx x xy y xz z τ τ S S n = T n + T n + T n = T n x xx x xy y xz z xn n n = T n + T n + T n = T n y yx x yy y yz z yn n τ n = T n + T n + T n = T z zx x zy y zz z zn n n f = τ d = τ n d = T n ds = j j S S Fd F = τ = T + T + T x y z x y z = T j x j B. EQS Stess Tenso 1 1 ε F = ρ E E E f ε + E E ρ ρ 1 = (εe) E (E E) ε + 1 ε E E ρ ρ Pof. Maus Zahn Page 1 of 17

(εe j ) 1 ε 1 ε F= E EE + EE ρ x j K K x x K K ρ E E j E= = x j x E 1 ε 1 ε F= εe E εe EE + EE ρ x j ( j ) j x j K K x x K K ρ E j 1 ε 1 ε F= ( εee j ) ε E j EE + EE ρ x j x K K x x K K ρ ε 1 EE j j x 1 1 ε F = (εee j ) εee ρ x j x K K EE K K ρ x j = δ j x j δ j = Konece Delta 1 = j 1 ε F= εee δ EE ε ρ = T x j j j K K ρ x j 1 ε T j = εee j δ E E ε ρ j K K ρ j C. MQS Stess Tenso F = J f B 1 H H µ + 1 ρ µ H H ρ ( ) ( ) 1 1 µ = H µh H H µ+ ρ H H ρ ( H) H = (H ) H 1 (H H) 1 1 1 µ + ρ ρ H H F = µ (H ) H (H H) H H µ Pof. Maus Zahn Page of 17

F = µ H j x j H 1 (HH ) 1 HH µ 1 µ + ρ HH K K x K K K K x x ρ = (µhh ) H (µh ) µ H H 1 µ 1 µ j j K K H H + ρ H H x j x j x K K K K x x ρ B = 1 µhh K K x F= 1 µ µhh µhh ρ HH ( j ) K K K K x j x ρ = µhh 1 µ δ H H µ ρ = x j j j K K ρ x j T j T = µhh 1 δ H H µ ρ µ j j j K K ρ II. A-Gap Magnetc Machnes Coutesy of MIT Pess. Used wth pemsson. Pof. Maus Zahn Page 3 of 17

A. Genealzed Descpton π f = T n dzdy = w µ H H z zx x z x S π dz = w x= µ H H dz z x foce on a wavelength jz ( ), b ( z,t ) a z,t = Re Ae = Re Be jz π ( ) ( ) Re = Re A B π 1 a z,t b z,t dz= AB * 1 * π w µ * f = Re H H z z x π w µ = Re K H * x 1 s B coth d x snh d χ s = 1 B µ x coth d snh d χ Pof. Maus Zahn Page 4 of 17

s s 1 K s Η z = + j χ χ = H z = j j H K z χ = = j j s χ µ H x = µ + χ coth d snh d s Κ Κ = µ cothd j snh d j * s * +µ Re K H µ = Re j K Κ * + KK coth d x snh d =Re µ jk * s Κ snh d s f = πw µ * Re jk Κ (foce on each wavelength) snh d z s B. Synchonous Inteacton Coutesy of MIT Pess. Used wth pemsson. Pof. Maus Zahn Page 5 of 17

K s s s j(ω = K sn ω t z = Re jk e t-z) s s K = t z z U K sn ω ( ' δ) ; z'= t =K sn (ω + ) ( δ U t z ) =Re jk e j(ω +U) t j δ e Κ s = jk s e jω s t o j δ j(ω ) Κ = jk e e +U t o πw µ s jω s t -j δ -j( ω +U ) t f = Re snh d j z ( jk ) e ( jk e ) e πw µ s -j (ω -ω ) = KKRe je δ e j s -U t snh d Fo tme aveage foce ω = ω +U s (synchonous condton) Usually ω = ω s =U πw µ f = K s K z snh d sn δ Coutesy of MIT Pess. Used wth pemsson. Pof. Maus Zahn Page 6 of 17

III. Electostatc Machne π wπ z Tzx f = w π dz = π ε EzE x x= x= E = j z 1 πw * f = Re ε E E z z x w * ) E x = π Re ε ( j s 1 coth d s Dx snh d = ε 1 D x coth d snh d s + coth d snh d ε E x = ε * * s Re ε coth d j ε E x = Re j snh d + =Re +j * ε s snh d Pof. Maus Zahn Page 7 of 17

πw ε f = Re * snh d j z s s s cos (ωst z ) ( ( )) = = cos ω t z' - δ ; z' = z Ut j(ω +U )t = e s jω s t = e e j δ πwε z snh d j ω ω -U t f = Re j s e -j δ e ( s - ) ω = ω + U s πwε z s f = sn δ snh d I. Devaton of the Koteweg-Helmholtz Foce Densty fo Incompessble Meda fom the Quasstatc Poyntng s Theoem A. Poyntng s Theoem B E = t D H = J f + t D = ρ f B= ( ) ( E H =H E) E ( H) B D = H E E J f t t Pof. Maus Zahn Page 8 of 17

B. Powe In Quasstatc Electc Ccuts Fa away fom the ccut elements E= E = Φ H = J f Jf = P = (E H) da n S = + ( Φ H) da S = ( Φ H) d Φ H = H Φ Φ ( ( ) ( ) = J f Φ = J ( f Φ) H) Pof. Maus Zahn Page 9 of 17

P n = (J f Φ) d = N S Jf Φ da = =1 S Jf da N = I =1 I C. Electoquasstatcs (EQS) Ohmc Meda: J f ' = σ E ' = J f ρ f v J f = σ E + ρ f v D ε x, y, z E = ( ) ( ) E ( ε ( ) ) E H d = E H da = I = x,y,z E d t E (σ E + ρ v d S I = ε ( x, y, z ) E (ε ( ) ) d + σ ε (x, y, z ) t x, y, z E d + ρ E f ) f E v d 1 (x,y,z t = 1 ε ε (x, y, z ) d + σ E d + ρ f ) E E v d 1 ε (x, y, z ) E ε ε (x, y, z ) ( x,y,z ) t E d = t ε (x,y,z) d ε (x, y, z ) E 1 t d ε (x, y, z ) = E t 1 ε (x,y,z) E d + t ( ε (x,y,z )) d Pof. Maus Zahn Page 1 of 17

Theoem: d α d = α d + (α v ) d dt t Consevaton of mass: α = ρ mass densty d ρ dt ρ d = = t d + (ρ v ) d ) ( v ) = ρ + (ρ v ) = = ρ + (v ρ+ρ t t Incompessble: dρ = ρ + (v ) ρ = v = dt t d dt ε d = t ε d + ( ε v ) d = ε ε + ( ε v ) = + ( v ) ε + ε v = t t ε = (v ) ε t 1 1 ε ( ) t ε (x, y, z ) E d = ε (x, y, z ) E d x,y,z t E + ( v ) ε (x,y,z) d 1 I = 1 ε (x,y,z) E d + σ E d + ρ E E f ε vd t Enegy Stoed (W E ) Rate Powe Foce Densty Dsspated P E Wo Rate = Mechancal Powe 1 F= ρ f E E ε (foce pe unt volume) nt/m 3 Pof. Maus Zahn Page 11 of 17

f= Fd foce (nts) D. Magnetoquasstatcs J' f =J, f E'=E + v B J'=J f f = σ E' = σ (E + v B) B = µ ( x, y, z )H ( H ) d = E H da = I = H ( µ ( ) ) E x, y, z H d S t P dsspated = E' J ' f d = E' J f d Jf (v B) = Jf (B v) = (Jf B) v E' vxb J f d x, y, z H H (x,y,z H t µ µ (x,y,z) t x,y,z ) = µ ( ) µ ( ) H 1 1 = ( ) µ (x,y,z) H µ x, y, z t 1 µ (x, y, z ) H 1 1 = µ (x, y, z ) H t µ ( x, y, z ) t µ(x, y, z ) 1 + 1 ( µ x, y, z ) H = µ (x, y, z) µ (x,y,z) H t µ (x, y, z ) t d µ d = µ + (v ) µ = ( v = ) dt t 1 H t µ (x, y, z ) H 1 = t µ (x, y, z ) H H µ v Pof. Maus Zahn Page 1 of 17

I = 1 µ (x,y,z) H d + P dsspated t Enegy densty W M + v J f B 1 H µ d FM = foce densty Mechancal Powe 1 W M = µ (x, y, z ) H d, P dsspated = E ' J f d = E ' J f ' d = σ E ' d Total Magnetc Enegy F = J M f 1 B H µ foce densty. Compessble Meda A. Electoquasstatcs (EQS) Ohmc meda: J' = σ E' Polazaton dependent on mass densty (ρ) alone, electcally lnea D = ε ( ρ) E EQS Gallean Tansfomaton: J = σ E + ρ f v ( E H) d = E H da = S I = E t ε ( ρ) E d E (σ E + ρ v) d f E ε ρ 1 ( )E ρ ρ 1 ε ( )E = ( ) ( ) ε ( )E = ε ρ E t ε ρ t ε ( ρ ) t Pof. Maus Zahn Page 13 of 17

ρ ρ E 1 = E t ε ( ρ ) ε ( ) t ρ 1 ε ( ) ε ( ) E ε ρ E = 1 ( ) ε ( ρ ) E t t + ε ( ρ) E ρ +1 ε( ) ( ) ε ρ t = 1 ε ( ) 1 ε (ρ) ρ E + E t t ε( ρ ) ρ ρ = ε( ) t ρ t ; ρ + (ρ v) = t (Consevaton of mass) ε( ρ ) ε(ρ) = ( (ρ v)) t ρ 1 1 ε ρ I = t ε ( ρ ) E d E t ( ) d σ E d ρ E v f d 1 ε ρ E ( ) d = 1 ε E ( ρ v ) t ρ d 1 ε 1 ε = E ρ v d + ρ v E d ρ ρ 1 ε 1 ε 1 ε = ρ ρ E v n da S + v ρ E ρ E ρ ρ d I = 1 ε ( ρ ) E d + σ E d t 1 ε ρ E v n da ρ S 1 1 ε + v ρ f E E ε+ ρ ρ E d Pof. Maus Zahn Page 14 of 17

whee ε ρ = ε ρ electc enegy 1 ε ( ) W E = ρ E d, P dsspated = σ E d (powe dsspated) 1 1 ε F E = ρ E f E ε + ρ E foce densty ρ 1 ε ρ ρ S E v n da = because as S, E da W E I = + P dsspated + FE v d t Mechancal Powe B. Magnetoquasstatcs (MQS) MQS Gallean Tansfomaton: J'=J, f f E ' =E + vxb B= µ ( ρ) H ( ExH ) d= ExH da = I = H t µ ( ρ ) H d S E' v B J f d ' P = dsspated E' J f d = E' Jf d Jf (v B) = Jf H t µ ( ρ )H = (B v) = (Jf B) v ( ) H µ ρ = ( ) t ( )H µ ρ µ ρ 1 µ ρ = t µ ρ 1 µ ( ρ ) H ( ) t 1 µ ( ρ) ( ) H 1 1 µ ( ρ ) H t µ ( ρ) Pof. Maus Zahn Page 15 of 17

1 ( ) µ ( ρ ) ( ) µ ρ µ ρ H + H t µ ρ t = 1 ( ) ( ) 1 µ ρ µ ρ H + H t t = 1 ( ) ( ) + d µ ρ µ ( ρ ) d = µ ( ρ) v = dt t ( ) ( ) µ ρ µ ρ ρ ρ = ; + ρ t ρ t t µ ( ρ ) µ ρ = ( ) ( ρ t ρ ( v)) ( v) = 1 1 µ ( ρ ) I = ( ) H d H d t Pdss µ ρ t ( ) d 1 µ ρ H = 1 H µ t ρ (Jf B) v d ( ρ v) d 1 1 µ µ = H ρ v d + ρ v H d ρ ρ S = 1 ρ ρ µ 1 µ 1 µ H v n da + v ρ ρ H H ρ ρ d 1 ( ) I = µ ρ H 1 µ d + P dss ρ H v n da t S ρ 1 1 µ + v J B H µ + ρ f ρ H d Pof. Maus Zahn Page 16 of 17

whee µ ρ = µ magnetc enegy ρ W d, P ' M = 1 µ ( ρ) H dsspated = E' J f d = E' Jf d Powe dsspated F 1 M = J f B H µ + 1 ρ µ H foce densty ρ 1 µ ρ H v n da = because as S, S ρ H da I = W M + P dsspated + FM v d t Mechancal Powe C. Conclusons Foce denstes 1 1 ε EQS: F E = ρ f E E ε + ρ E ρ 1 1 µ M f H µ + ρ E MQS: F = J xb ρ Pof. Maus Zahn Page 17 of 17