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

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

Oppgave 4 : FYS linjespesifikk del

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

Frivillig test 5. april Flervalgsoppgaver.

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?

KONTINUASJONSEKSAMEN TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Onsdag 17. august 2005 kl

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

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

UNIVERSITETET I OSLO

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

Elektrisk potensial/potensiell energi

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

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

UNIVERSITETET I OSLO

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

Oppsummering om kretser med R, L og C FYS1120

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

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

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

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

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

Overflateladningstetthet på metalloverflate

KONTINUASJONSEKSAMEN TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Fredag 11. august 2006 kl

Midtsemesterprøve fredag 10. mars kl

FYS1120 Elektromagnetisme, Ukesoppgavesett 1

Løsningsforslag til ukeoppgave 10

Tirsdag r r

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

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

Midtsemesterprøve fredag 11. mars kl

Onsdag og fredag

Forelesning nr.7 INF Kondensatorer og spoler

FYS1120 Elektromagnetisme ukesoppgavesett 7

Kontinuasjonseksamensoppgave i TFY4120 Fysikk

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

FYS1120 Elektromagnetisme

EKSAMEN FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME Mandag 4. desember 2006 kl

EKSAMENSOPPGAVE I FYS-1002

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

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

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

FYS1120 Elektromagnetisme - Ukesoppgavesett 2

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

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

Kontinuasjonseksamensoppgave i TFY4120 Fysikk

Løsningsforslag TFE4120 Elektromagnetisme 29. mai 2017

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

UNIVERSITETET I TROMSØ. EKSAMENSOPPGAVE i FYS-1002

FYS1120 Elektromagnetisme, vekesoppgåvesett 9 Løsningsforslag

Kondensator. Symbol. Lindem 22. jan. 2012

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

FYS1120 Elektromagnetisme

UNIVERSITETET I OSLO

Fasit eksamen Fys1000 vår 2009

UNIVERSITETET I OSLO

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

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

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

Løsningsforslag til øving 13

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

KONTINUASJONSEKSAMEN I EMNE TFY 4102 FYSIKK

FYS1120 Elektromagnetisme H10 Midtveiseksamen

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

FYS1120 Elektromagnetisme, Oppgavesett 4

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

EKSAMEN i TFY4155/FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME

Midtsemesterprøve torsdag 7. mai 2009 kl

Fysikkolympiaden Norsk finale 2017

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

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

Flervalgsoppgaver. Gruppeøving 8 Elektrisitet og magnetisme. 1. SI-enheten til magnetisk flukstetthet er tesla, som er ekvivalent med A. E.

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

Løsningsforslag til øving 3

Skinndybde. FYS 2130

UKE 5. Kondensatorer, kap. 12, s RC kretser, kap. 13, s Frekvensfilter, kap. 15, s og kap. 16, s.

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

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

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

Onsdag isolator => I=0

Løsningsforslag. b) Hva er den totale admittansen til parallellkoblingen i figuren over? Oppgi både modul og fasevinkel.

og P (P) 60 = V 2 R 60

Avdelingfor ingeniørfag. Deleksameni elektrofysikk. Emne: IRE Kl. 0900: desember Antalloppgavesider 4 Antallsider med formler 1

NORGES TEKNISK- NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET INSTITUTT FOR FYSIKK

KONTINUASJONSEKSAMEN I EMNE SIE 4010 ELEKTROMAGNETISME

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

Sammendrag, uke 13 (30. mars)

Fjæra i a) kobles sammen med massen m = 100 [kg] og et dempeledd med dempningskoeffisient b til en harmonisk oscillator.

KONTINUASJONSEKSAMEN I EMNE SIF4005 FYSIKK For kjemi og materialteknologi Mandag 6. august 2001 kl. kl

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

Fysikk-OL Norsk finale 2006

Mandag F d = b v. 0 x (likevekt)

UNIVERSITETET I OSLO Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

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

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

EKSAMEN I TFY4155 ELEKTROMAGNETISME OG FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME

Løsningsskisse EKSAMEN i FYSIKK, 30. mai 2006

Maxwell s ligninger og elektromagnetiske bølger

Øving 13. Induksjon. Forskyvningsstrøm. Vekselstrømskretser.

Transkript:

Fasit for FYS1120-oppgaver H2010. OPPGAVESETT 1 1a) 9.88 10-7 C 1b) 891 PS: Spørsmål 1a) og 1b) har ingenting med hverandre å gjøre. 1b) refererer til to nøytrale kuler, ikke kulene i 1a) 2a) 7.25 10 24 2b) 5.27 10 15 2c) 7.23 10-10 3b) -1.74 10 5 V/m 3c) -3.27 m i forhold til origo 3d) q 3 = 0.875 µc 4a) 0 4b) E=1.311 10 17 N/m rettet mot den nærmeste positive ladningen. 4c) 4d) 0 pga symmetri. 5b) normalt ut fra staven, da transverskomponenten kansellerer ut. 5c) For L>>r, er x tilnærmet lik r og uttrykket under roten blir 2/L, hvorav formelen i 5c følger. Resultatet i 5c er som vi skulle forvente for synlindersymmetri, en 1/r avhengighet og proposjonalitet med ladningstettheten. Det kan fåes fra Gauss lov ved å legge en sylinderflate rundt linjen (feltet er rent radielt for L>>r) også: E A=E L 2πr=λL/ε 0 =Q/ε 0,som gir E=λ/2πr ε 0 OPPGAVESETT 2 1a) Komponenten på tvers av aksen kansellerer ut pga symmetri.

1b) Hint: Uttrykk 1/r 2 og sinus til vinkelen med z og b. 1e) Utenfor kulen så er feltet definert som om all massen skulle være i et punkt i sentrum. Kan også finnes med Gauss lov. 2b) Hint: Tangentvektoren til en kurve er gitt ved dy/dx. Man finner frem til differensiallikningen som har løsninger i form av ellipser (C er en integrasjonskonstant). 2c) Her skal man finne likningen hvis løsning er 2d) Siden kan vi partiellintegrere opp hver av komponentene E x og E y. Integrasjonskonstanten kan settes lik null og vi får da: 2e) 3a) W=6 10-10 J 3b) Du skal få samme svar som i 3a), da feltet er konservativt, dvs integrasjonsveien er uten betydning, svaret er definert av potensialet i hvert endepunkt. 4a)

Det første uttrykket er det eksakte, det siste tilnærmingen for r>>d. Husk at enhetsvektoren er definert. 4b) 4c) Svarene er identiske med de i vektoranalysenotat 1. OPPGAVESETT 3 1a) Feltet fra en uendelig stor flate med ladning er generelt gitt ved Oppgaveteksten kan dessverre tolkes på to måter: 1) som om det ligger ς=0.4µc på begge sider av metallet eller at ς=0.4µc er fordelt på begge sidene. Her velger vi å regne med det første. Inne i en leder er det ikke noe felt i statiske situasjoner, dvs når det ikke flyter en strøm. 2a) 2b) Utenfor kula er feltet som for en punktladning. Inne i kula er feltet i en radius r gitt av ladningen innenfor kuleflaten med radius r. Dette kan så settes inn i uttrykket for E-feltet Maksimalverdien til E ligger inne i kula og r kan finnes ved å derivere. a

2c) Innenfor: Utenfor: 3a) Ved bruk av Gauss lov på alle seks sideflater så skal man komme frem til et uttrykk på formen for fluksen : 3b) Et trippelintegral over ρ gir så: Merk: Dette eksempelet er litt kunstig og ufysikalsk, fordi vi får en ladning mindre enn elementærladningen Oppgavesett 4 1a) Hint: Betrakt staven som en positiv stav og en negativ stav og bruk superposisjon. Den ene komponenten kansellerer ut. =115 V/m, rettet parallelt med staven fra den positive til den negative delen. d er avstanden fra stavens midtpunkt vinkelrett på staven. 1b) Finner dipolmomentet fra definisjonen

Ikke forvirr dipolmomentet med bevegelsesmengde, selv om begge er en vektor ved navn p. Det er vanligvis klart fra sammenhengen hvilken det er snakk om. 1c) For kraftmomentet har vi vektorlikningen Absoluttverdien til kraftmomentet er Den potensielle energien er gitt som 2a) Bruk at feltet fra en flate med ladning: E =ς/2ε 0 Feltet fra flate 1, 2 og 3 er da hhv E 1 =169.6 V/m, E 2 =339 V/m, E 3 =452 V/m Disse skal så legges sammen med korrekt fortegn og retning etter hvor man befinner seg. E(z=6cm) = 56.4 V/m E(z=-6cm) = -56.4 V/m 2b) E(z=-3cm) = 283 V/m E(z=2cm) = 960 V/m 3a) Inne i den innerste sylinderen samt i metallet mellom b og c er E=0, mellom a og b og utenfor c er 3b) Bruk Gauss lov. Ladningstettheten pr lengdenhet er konstant og motsatt på flaten b i forhold til på a og c. Ladningstettheten pr overflateareal faller såklart av med 1/r. 3c) Kapasitans pr lengde er gitt ved 4a) Inne i kula stiger feltet linjært med r, siden innelukket ladning i en kuleflate rundt r=0 øker proposjonalt med r 3 og vi kan regne som all ladningen er konsentrert i et punkt r=0 (hvor vi får en

1/r 2 avhengighet), samt at ladning utenfor r er irrelevant for feltet i en avstand E når vi har kulesymmetri. Disse resultatene stammer fra oppgave 1 i oppgavesett 1. Bruk av Gauss lov gir: Utenfor kula har vi det vanlige feltet fra en punktladning. Dette kan også lett vises med Gauss lov. OPPGAVESETT 5 1a) ε = κ ε 0 = 2.3 10-11 F/m 1b) V max = E max d = 40 kv 1c) E = ς/ε ς max = E max ε = 4.6 10-4 C/m 2 1d) Vi kan sette opp to uttrykk for E-feltet mellom platene og sette dem lik hverandre. Deretter løser vi for den induserte ladningstettheten ς i 2a) Vi har energien i en kondensator Kapasitansen for en platekondensator er Disse uttrykkene kan kombineres til 2b)

2c) Kraften er den deriverte av den potensielle energien. 2d) Feltet i kondensatoren, E, er satt opp av TO plater, og den ene platen kan kun føle halvparten av dette. 3a) 3b) 3c) v = 0.05 mm/s t = 7.994 10 4 s 4a) R vann = 5.97 kω, R kobber = 8.12 mω R total 4b) 0.816 ma går i vannet, resten går i kobberet. 4c) U = 4.87 V 1a) Oppgavesett 6 Feltet er gitt ved feltet i en parallellplatekondensator ganger dielektrisitetskonstanten for mediet. Potensialet til platene er gitt ved V=Ed

1b) Den ene platen er positiv og den andre negativ, så potensialforskjellen blir Svaret kan også finnes ved at situasjonen er ekvivalent med seriekobling av to kondensatorer med areal A/2, lengde mellom platene d og dielektrisitetskonstanter κ 1 og κ 2. C = 2 ε 0 κa/d gir 1c) Dette er ekvivalent med en parallellkobling av to kondensatorer med areal A og lengde mellom platene d/2. C = κa /2d gir 2a) 2b) For har vi at Vi bruker dette i svaret over: Vi får det forventede svaret for motstanden i en ledning: Proposjonal med resitiviteten og lengden, omvendt proposjonal med tversnittarealet. 3a)

3b) 3c) 3d) 4a) Kirchoffs lov for strømmer: Kirchoffs lov for spenningsfall i høyre sløyfe: Kirchoffs lov for spenningsfall i ytre sløyfe: Settet har løsning

Som gir 4b) Batteriet leverer: 4c) Summen av disse er effekten fra 4b), da energien er bevart. Oppgavesett 7 1a) I 1 = 3.67 A I 2 = -1.33 A I 3 = -2.33 A 1b) P ε1 = 44 W 1c) P = 41.33 W. Noe av effekten i 1b) går til å lade det andre batteriet.

2a) 2b) 3a) 3b) Merk: I eksempelet over er t>>τ og derfor er Q εc, men kondensatorer blir aldri fulladet før uendelig lang tid er gått. 3c) 0 A 4a) 4b) 1.182 Ω 1a) 4.38 10-4 T, inn i planet. Oppgavesett 9 1b) Coloumbkraften er 3.75 N. Den magnetiske kraften er 1.688 mn. Begge er frastøtende. Forholdstallet mellom dem er 2.22 10 3

1c) Hvis den ene partikkelen reverseres, vil størrelsen på magnetfeltet være den samme, men retningen også reverseres. 2a) B = 2.91 10 5 T mot øst. 2b) Magnetfeltet i en avstand av 50 m er kun 11% av det jordmagnetiske feltet, så neppe. 2c) Ja. 3a) Bruk Amperes lov For r<a For r>a 4a) F = 4ILB 0 = 0.04 N. De to rette linjesegmentene bidrar med 0.01 N hver, halvsirkelen med 0.02 N. Pga symmetri kunne vi her betraktet ledningen som en rett leder med lengde 4L. 4b) Oppgavesett 10 1a) B 0 = 1.2 T 1b) B 12.57 mt 1c) 2c) Venstre sidekant: Øvre sidekant: Høyre sidekant:

Nedre sidekant: Summen av disse gir samme svar som fremgangsmåten i 2d, som forventet. 2d) 3a) B x =µ 0 Jd/2, B y =B z =0 3b) Mellom platene: B=µ 0 Jd Utenfor platene: B=0 3c) P=µ 0 J 2 d 2 /2. Motsatt rettede strømmer frastøter hverandre. 4c) F=0.06N Oppgavesett 11 1a) 1b) For kan vi neglisjere forskyvningsstrømmen. gir 6.55 10 17 s -1. Dette er en ekstremt høy frekvens, svarende til røntgenstråler, dvs for et ledende metall er forskyvningsstrømmen irrelevant. 2a, 2b) 3a) 3b) 3c)

4a) Oppgavesett 12 1a) di 2 /dt = 200 A/s 1b) I 2 = 1.5 A 1c) Begge er 2A, da solenoiden ikke påvirker likestrøm. 2a) 2b) Sett inn r=a i 2a), så får du svaret i 2b). 2c) 7.8 µj 3a) 305 Hz 3b) 3c) Q=3.58 C 4a) Knuteregel: I C - I R - I L = 0 Venstre sløyfe: V C - V R = Q/C - V R = 0 Høyre sløyfe: V L - V R = -LdI L /dt I R R = 0 4b) Tips: Dette er en 2. ordens differensialligning med underdempede, kritisk dempede og overdempede løsninger. Kort oppsummering: Finn den karakteristiske annengradsligningen og se om du har to reelle røtter (overdempet), en reell rot (kritisk dempet) eller komplekskonjugerte røtter (underdempet = svingende løsninger). Hvis røttene er rent imaginære (R = uendelig), så har vi rent

imaginære røtter og rene udempede svingninger, siden førsteordensleddet i svingeligninger representerer dissipasjon av energi, her varme i motstanden R. Du trenger to initialbetingelser for en annenordens differensialligning, her er de I L (t=0) = 0 og LdI L /dt = V. Sjekk en matematikkbok for generell fremgangsmåte.