Tentamen i El- och vågrörelselära,

Relevanta dokument
Tentamen i El- och vågrörelselära,

Tentamen i El- och vågrörelselära,

Tentamen ellära 92FY21 och 27

Bra tabell i ert formelblad

Skriftlig tentamen i Elektromagnetisk fältteori för π3 (ETEF01) och F3 (EITF85)

Sensorer, effektorer och fysik. Grundläggande fysikaliska begrepp som är viktiga inom mättekniken

Skriftlig tentamen i Elektromagnetisk fältteori för π3 (ETEF01) och F3 (ETE055)

Tenta svar. E(r) = E(r)ˆr. Vi tillämpar Gauss sats på de tre områdena och väljer integrationsytan S till en sfär med radie r:

Tentamensskrivning i Ellära: FK4005e Fredag, 11 juni 2010, kl 9:00-15:00 Uppgifter och Svar

Föreläsning 8. Ohms lag (Kap. 7.1) 7.1 i Griffiths

Tentamen Modellering och simulering inom fältteori, 21 oktober, 2006

1( ), 2( ), 3( ), 4( ), 5( ), 6( ), 7( ), 8( ), 9( )

93FY51/ STN1 Elektromagnetism Tenta : svar och anvisningar

FK Elektromagnetism, Fysikum, Stockholms universitet Tentamensskrivning (1:a omtentan), tisdag 17 juni 2014, kl 9:00-14:00

Skriftlig tentamen i Elektromagnetisk fältteori för π3 (ETEF01) och F3 (ETE055)

Formelsamling. Elektromagnetisk fältteori för F och Pi ETE055 & ETEF01

Tentamen Modellering och simulering inom fältteori, 8 januari, 2007

Lösningsförslag Inlämningsuppgift 3 Kapacitans, ström, resistans

Tentamen i : Vågor,plasmor och antenner. Totala antalet uppgifter: 6 Datum:

Tentamen i ELEKTROMAGNETISM I, för W2 och ES2 (1FA514)

Tentamen i El- och vågrörelselära,

Strålningsfält och fotoner. Kapitel 23: Faradays lag

Repetition kapitel 21

Elektrodynamik. Elektrostatik. 4πε. eller. F q. ekv

Strålningsfält och fotoner. Våren 2013

ETE115 Ellära och elektronik, tentamen oktober 2006

Sensorer och elektronik. Grundläggande ellära

Lösningar till seminarieuppgifter

Strålningsfält och fotoner. Våren 2016

Tentamen i Elektromagnetisk fältteori för π3 och Modellering och simulering inom fältteori för F3, 24 augusti, 2009, kl

ELEKTRICITETSLÄRA GRUNDLÄGGANDE BEGREPP. Repetition och inledning till kurserna i Elektromagnetism

Tentamen för TFYA87 Fysik och Mekanik

Lösningar till Tentamen i fysik B del 1 vid förutbildningar vid Malmö högskola

Tentamen i ELEKTROMAGNETISM I, för W2 och ES2 (1FA514)

Upp gifter I=2,3 A. B=37 mt. I=1,9 A B=37 mt. B=14 mt I=4,7 A

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings Universitet

Rep. Kap. 27 som behandlade kraften på en laddningar från ett B-fält.

FK Elektromagnetism, Fysikum, Stockholms universitet Tentamensskrivning (2:a omtentan), fredag 30 augusti 2013, kl 9:00-14:00

14. Potentialer och fält

Lösningar till tentamen i Elektromagnetisk fältteori för Π3 & F3

4. Elektromagnetisk svängningskrets

Prov (b) Hur stor är kraften som verkar på en elektron mellan plattorna? [1/0/0]

Fysik TFYA68. Föreläsning 5/14

Tentamen ETE115 Ellära och elektronik för F och N,

Tentamen för TFYA87 Fysik och Mekanik

Elektriska och magnetiska fält Elektromagnetiska vågor

Vi börjar med en vanlig ledare av koppar.

Tentamen på elläradelen i kursen Elinstallation, begränsad behörighet ET

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings Universitet

Fysik TFYA68 (9FY321) Föreläsning 6/15

FK Elektromagnetism, Fysikum, Stockholms universitet Tentamensskrivning (1:a omtentan), tisdag 16 juni 2015, kl 9:00-14:00

Övningar. Nanovetenskapliga tankeverktyg.

Fysik TFYA86. Föreläsning 8/11

Tentamen för TFYA87 Fysik och Mekanik

Sammanfattning Fysik A - Basåret

Räkneuppgifter på avsnittet Fält Tommy Andersson

3.4 RLC kretsen Impedans, Z

Oscillerande dipol i ett inhomogent magnetfält

ETE115 Ellära och elektronik, tentamen april 2006

Tentamen i ELEKTROMAGNETISM I, för F1 och Q1 (1FA514)

9. Magnetisk energi Magnetisk energi för en isolerad krets

Spolen. LE1460 Analog elektronik. Måndag kl i Omega. Allmänna tidsförlopp. Kapitel 4 Elkretsanalys.

Tentamen: Baskurs B i Fysik, del1, 4p kl

VIKTIGA TILLÄMPNINGAR AV GRUNDLÄGGANDE BEGREPP

Tentamen för TFYA87 Fysik och Mekanik

r 2 C Arbetet är alltså endast beroende av start- och slutpunkt. Det följer av att det elektriska fältet är konservativt ( E = 0).

Tentamen för TFYA87 Fysik och Mekanik

Du behöver inte räkna ut några siffervärden, svara med storheter som V 0 etc.

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

PHYS-A5130 Elektromagnetism period III våren Vecka 2

9. Magnetisk energi Magnetisk energi för en isolerad krets

9. Magnetisk energi [RMC 12] Elektrodynamik, vt 2013, Kai Nordlund 9.1

TENTAMEN. Tekniskt-Naturvetenskapligt basår Kurs: Fysik A, Basterminen del 1 Hjälpmedel: Miniräknare, formelsamling.

Kapitel: 32 Elektromagnetiska vågor Maxwells ekvationer Hur accelererande laddningar kan ge EM-vågor

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen Tisdagen den 7 juni 2016

Tentamen för TFYA87 Fysik och Mekanik

14. Potentialer och fält

Förslag: En laddad partikel i ett magnetfält påverkas av kraften F = qvb, dvs B = F qv = 0.31 T.

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings Universitet

Fysik TFYA68. Föreläsning 2/14

Tentamen i Fysik för M, TFYA72

Tentamen Elektromagnetism

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings Universitet

Vad betyder det att? E-fältet riktat åt det håll V minskar snabbast

Övningsuppgifter/repetition inom elektromagnetism + ljus (OBS: ej fullständig)

Prov Fysik B Lösningsförslag

Föreläsning 4 1. Den andra av Maxwells ekvationer i elektrostatiken

Dugga i elektromagnetism, sommarkurs (TFYA61)

Maxwell insåg att dessa ekvationer inte var kompletta!! Kontinutetsekvationen. J = ρ

FFM234, Klassisk fysik och vektorfält - Föreläsningsanteckningar

Elektriska och elektroniska fordonskomponenter. Föreläsning 4 & 5

IF1330 Ellära KK1 LAB1 KK2 LAB2. tentamen

Införa begreppen ström, strömtäthet och resistans Ohms lag Tillämpningar på enkla kretsar Energi och effekt i kretsar

Tentamen i Fysik TEN 1:2 Tekniskt basår

Svaren på förståelsedelen skall ges på tesen som skall lämnas in.

93FY51/ STN1 Elektromagnetism Tenta : svar och anvisningar

Transkript:

Tentamen i El- och vågrörelselära, 204 08 28. Beräkna den totala kraft på laddningen q = 7.5 nc i origo som orsakas av laddningarna q 2 = 6 nc i punkten x,y) = 5,0) cm och q 3 = 0 nc i x,y) = 3,4) cm. Coulombkraften mellan laddningarna q och Q ges av F = kq Q r 2 ˆr = kq Q r 3 r Kraften F på laddningen q kan delas upp i komponenter F = F xˆx+f y ŷ, där ) q F x = kq 2 x 2 x 2 + q 3 x 3 2 +y2 2 )3/2 x 2, 3 +y2 3 )3/2 och ) q F y = kq 2 y 2 x 2 + q 3 y 3 +y2 2 )3/2 x 2, 3 +y2 3 )3/2 där x 2,y 2 ) = 5,0) cm och x 3,y 3 ) = 3, 4) cm. Insättning av dessa värden ger x 2 2 +y2 2 )3/2 = x 2 3 +y2 3 )3/2 = 25cm 3 och ) 5q2 +3q F x = kq 3 25cm 2 ) 4q3 F y = kq 25cm 2 Insättning av k = 9 0 9 Nm 2 C 2, q = 7.5 nc, q 2 = 6 nc, och q 3 = 0 nc ger 3 0 2 0 8 5 0 2.6 0 8 ) F x = 67.5 25 0 6 N = 2.7 0 4 N 4 0 2 0 8 ) F y = 67.5 25 0 6 N = 2.6 0 4 N Svar: F = 2.7 ˆx+2.6ŷ) 0 4 N

2. Inom en viss volym kan potentialen V skrivas 4x Vr) = kq y 2 + 3y ) x 2 där q = 40 nc. Bestäm elektriska fältet Er) i punkten r = 2, 4, 6) m, som ligger i volymen. Elektriska fältet fås från gradienten av potentialen E = V r = ˆx V x ŷ V y = kq ˆx 4 y 2 6y x 3) ŷ8x y 3 3 ) x 2) E2, 4,6) = 9 40 Svar: E = 70ˆx 360ŷ V/m ˆx 4 6 + 24 8 ) ŷ 6 64 3 ) 4 ) V/m = 3603.25 ˆx+ŷ)V/m 3. Ett cylindriskt rör med längd L, innerradie a och ytterradie b är tillverkat av ett material med resistivitet ρ. Visa att när ström flyter mellan rörets in- och utsida är resistansen R = ρ 2πL lnb/a) Totala strömmen I är oberoende av radien r för a r b. Strömtätheten j = jˆr är då j = I 2πLr LokalaformenavOhmslagkandåskrivasEr) = jρ = ρi/2πlr). Spänningens belopp fås genom att integrera det elektriska fältet b V = a ρi b dr Er)dr = 2πL a r = ρi 2πL lnb/a) Resistansen mellan rörets in- och utsida är då enligt Ohms lag Q.E.D R = V I = ρ 2πL lnb/a)

4. Två parallellalångarakaledareärbelägnapåsammahöjd40cmfrånvarandra och leder ström åt samma håll. I den vänstra är strömmen I = 0 A och den högra I 2 = 20 A. Beräkna magnetfältet B i en punkt 30 cm rakt över den högra ledaren. y B 2 B B r r 2 I I 2 x Fig.. Vi väljer ett koordingatsystem med I i origo och I 2 i x,y) = 40,0) cm enligt Fig. Fältet ska då beräknas i x,y) = 40,30) cm. Magnetfältet från en lång rak ledare är vinkelrätt mot vektorn r från ledaren och mot ledaren), och ges fältstyrkan på avståndet r av B = µ 0I 2πr Totala magnetfältet är B = B + B 2, där B = µ 0 I /2πr ) med r = x 2 +y 2 = 50 cm och B 2 = µ 0 I 2 /2πr 2 ) med r 2 = y = 30 cm. Eftersom B är vinkelrät mot r fås B :s komponenter från B x B = y r = 3 5 ; B y B = x r = 4 5, och B 2 är i x-riktningen, B 2 = B 2x. Det totala fältets komponenter kan då skrivas B x = B x +B 2x = y r µ 0 I /2πr )+µ 0 I 2 /2πr 2 ) B y = B y +B 2y = x r µ 0 I /2πr ) och det totala magnetfältet ges av B = µ 0 yi 2π r2 2 + I 2 )ˆx xi ) r 2 r 2 ŷ B = 2 0 7 0.3 0 0.25 + 20 ) 0.4 0 )ˆx 0.3 0.25 ŷ T 57.3ˆx 2ŷ) 0 7 T Svar: B = 57.3ˆx 2ŷ) 0 7 T

5. På Botniabanan kör ett tåg 80 km/h. Spårvidden är 435 mm och jordmagnetiska fältets vertikalkomponent är 4.5 0 5 T. Hur stor spänning skulle alstras mellan skenorna om enda kontakten mellan dem gick genom tåget? Det jordmagnetiska fältet B n = 4.5 0 5 T ger ett flöde Φ B = B n A genom arean A. Om tåget kör med hastigheten v = 80km/t = 50 m/s och spårvidden är d =.435 m sveper tåget varje sekund över ytan vd. Enligt Faradays lag induceras då den elektromotoriska kraften E = dφ B dt mellan skenorna. Numeriskt får vi = B n da dt = B nvd E = 4.5 0 5 50.435V 3.23mV Svar: Den alstrade spänningen blir 3.2 mv. 6. En spole, som också har en liten resistans, drar en viss effekt när den ansluts till 50 Hz växelströmsnätet. Seriekopplas spolen med en kondensator med kapacitansen C = 0.5 µf blir effektförbrukningen densamma som förut. Beräkna spolens induktans. Medeleffekten P i en krets bestående av en resistans R, en induktans L och en kapacitans C ges vid spänningen V av P = VR R 2 + ωl ωc ) 2 För att effekten med och utan kondensator ska vara lika krävs ωl) 2 = ωl ) 2 ωc Eftersom L 0 och C 0 får vi L = 2ω 2 C L = 22π50) 2 0.5 0 6 H 0.3H Svar: Spolens induktans är 0 H.

7. Ett föremål ska med en tunn konvex lins ska avbildas på en skärm 60 cm från föremålet. Vad är den längsta möjliga brännvidd som linsen kan ha? Avståndet s = p + q = 60 cm mellan föremål och skärm är summan av avståndet p från föremål till lins och avståndet q från lins till skärm. Linsformeln ger relationen mellan avstånden p + q = f Från linsformeln inses att för avbildning av ett föremål på en skärm reell bild av reellt föremål) måste både p > f och q > gälla. Om p < f blir q negativt, och vice versa.) Ersätts q med s p i 0) fås p + s p = f f = p p 2 /s ) Minimalt f fås genom att sätta derivatan till noll, df dp = 2p/s = 0, vilket ger p = s/2. Insättning av p = s/2 i ) ger f = s 2 s/2)2 s = s 4 Eftersom d2 f dp2 = 2/s < 0 måste detta vara ett maximum. Med s = 60 cm får vi numeriskt att f = 5 cm Svar: Den längsta möjliga brännvidd som linsen kan ha är 5 cm.

8. Det elektriska fältet i en plattkondensator, som består av två cirkulära skivor med radie R = 0 cm på avståndet d = 0.5 cm från varandra, kan betraktas som homogent. Hur stort blir magnetfältet mellan plattorna på avståndet r = 8 cm från deras centrum när kondensatorn laddas upp med en ström I =.0 A? Vi tillämpar Ampére-Maxwells lag ) Φ B dl = µ 0 I +ε E 0 dt på området mellan kondensatorplattorna, och integrerar runt en crikel med radie r. Magnetfältet är på grund av symmetrin konstant på cirkeln, och B dl = 2πrBr) ) Mellan kondensatorplattorna är ledningsströmmen I = 0. När kondensatorn laddas upp får vi däremot en förskjutningsström på grund av att det elektriska flödet Φ E = πr 2 E genom cirkelytan ändras. Den elektriska fältstyrkan ges av E = V/d = Q/Cd) där kondensatorns kapacitans är C = ε 0 πr 2 /d och spänningen V. Kondensatorns laddning Q ökar på grund av laddningsströmmen I, vilket ger Genom att kombinera ) och 2) får vi Φ ε E 0 dt = ε πr 2 dq 0 Cd dt = r2 R2I 2) Br) = µ 0 r 2πR 2I Br) = 4π 0 7 8 0 2 2π 0 2 T =.6 0 6 T Svar: Magnetfältet 8 cm från plattornas centrum blir.6 0 6 T.