TFYA58, Ht 2 Elektromagnetism och Labbar i vågrörelselära

Relevanta dokument
14. Elektriska fält (sähkökenttä)

Fysik TFYA68. Föreläsning 2/14

Repetition kapitel 21

elektrostatik: laddningar I vila eller liten rörelse utan acceleration

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

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

Föreläsning 4 1. Den andra av Maxwells ekvationer i elektrostatiken

Att gnida glas med kattskinn gör att glaset blir positivt laddat och att gnida plast med kattskinn ger negativ laddning på plasten.

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

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

TFYA58, Fysik, 8 hp, 3 delar

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

Elektriska och magnetiska fält Elektromagnetiska vågor

FK Elektromagnetism och vågor, Fysikum, Stockholms Universitet Tentamensskrivning, måndag 21 mars 2016, kl 9:00-14:00

Lösningsförslag Inlämningsuppgift 1 elstatikens grunder

Strålningsfält och fotoner. Våren 2013

Elektricitet och magnetism

Vad händer om du skruvar ur lampan i julgransbelysningen? Varför blir det så?

Sensorer och elektronik. Grundläggande ellära

Strålningsfält och fotoner. Våren 2016

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

Vad är r Magnetism? Beskriva och förklara fenomen relaterade till magnetism!

3. Potentialenergi i elfält och elektrisk potential

Bra tabell i ert formelblad

Fysik TFYA68 (9FY321) Föreläsning 6/15

Fysik TFYA68. Föreläsning 5/14

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

Tentamen i El- och vågrörelselära,

Kapitel 27: Magnetfält och magnetiska krafter Beskriva permanentmagneters beteende Samband magnetism-laddning i rörelse Ta fram uttryck för magnetisk

Övningar. Nanovetenskapliga tankeverktyg.

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

TSTE24 Elektronik. TSTE24 Elektronik. Introduktion Mark Vesterbacka. Ansvarig. Websida. Material

attraktiv repellerande

Tentamen för TFYA87 Fysik och Mekanik

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

Formelsamling. Elektromagnetisk fältteori för F och Pi ETE055 & ETEF01

Tentamen för TFYA87 Fysik och Mekanik

Vecka 2 ELEKTRISK POTENTIAL OCH KAPACITANS (HRW 24-25) Inlärningsmål

Tentamen i Fysik för M, TFYA72

Fysik 1 kapitel 6 och framåt, olika begrepp.

8. Planeringen finns på hemsidan. a. Vad som tas upp på föreläsningarna b. Vilka tal som löses på lektionerna c. Rekommenderade hemuppgifter som

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

Efter avsnittet ska du:

Elektriska signaler finns i våra kroppar.

Det är elektromagnetiskt kraft som är av intresse här.

Fysik TFYA86. Föreläsning 8/11

Tentamen i El- och vågrörelselära,

Svaren på förståelsedelen skall ges direkt på tesen som ska lämnas in

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

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings Universitet

Tentamen för TFYA87 Fysik och Mekanik

Sammanfattning: Fysik A Del 2

Svar och anvisningar

3.7 Energiprincipen i elfältet

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

Dugga i elektromagnetism, sommarkurs (TFYA61)

1. q = -Q 2. q = 0 3. q = +Q 4. 0 < q < +Q

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

Tentamen för TFYA87 Fysik och Mekanik

Chalmers Tekniska Högskola Tillämpad Fysik Igor Zoric

Svaren på förståelsedelen skall ges direkt på tesen som ska lämnas in

Kursen är en obligatorisk kurs på grundnivå för en naturvetenskaplig kandidatexamen Fysik.

rep NP genomgång.notebook March 31, 2014 Om du har samma volym av två olika ämnen så kan de väga helt olika. Det beror på ämnets densitet.

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

Tentamen i El- och vågrörelselära,

Elektromagnetiska fält och Maxwells ekavtioner. Mats Persson

ANDREAS REJBRAND Elektromagnetism Coulombs lag och Maxwells första ekvation

Tentamen för TFYA87 Fysik och Mekanik

Tentamen för FYSIK (TFYA86)

Föreläsning 1. Elektrisk laddning. Coulombs lag. Motsvarar avsnitten i Griths.

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

Formelsamling till Elektromagnetisk

93FY51/ STN1 Elektromagnetism Tenta : svar och anvisningar

Fysikum Kandidatprogrammet FK VT16 DEMONSTRATIONER MAGNETISM II. Helmholtzspolen Elektronstråle i magnetfält Bestämning av e/m

Elektriska laddningar

Elektromagnetiska falt och Maxwells ekavtioner

Från statisk elekricitet till kosmisk strålning: En laddad historia. Miklos Långvik, NO-biennalen Umeå

Ge exempel på hur vi använder oss av magneter Think, pair, share

Tentamen för TFYA87 Fysik och Mekanik

Tentamen för TFYA87 Fysik och Mekanik

Förståelsefrågorna besvaras genom att markera en av rutorna efter varje påstående till höger. En och endast en ruta på varje rad skall markeras.

Poissons ekvation och potentialteori Mats Persson

1.5 Våg partikeldualism

Think, pair, share. Vad tänker du på när du hör ordet elektricitet? Vad vill du veta om elektricitet?

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings Universitet

Ellära. Christian Karlsson Uppdaterad: Har jag använt någon bild som jag inte får använda så låt mig veta så tar jag bort den.

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

Hur elektromagnetiska vågor uppstår. Elektromagnetiska vågor (Kap. 32) Det elektromagnetiska spektrumet

Översikt av fysiken

ELEKTRICITET.

Tentamen för FYSIK (TFYA68)

4:2 Ellära: ström, spänning och energi. Inledning

Facit till rekommenderade övningar:

Molekylmekanik. Matti Hotokka

λf=v Utbredningshastighet v Amplitud A Våglängd λ Periodtid T Frekvens f=1/t Vinkelfrekvens ω=2πf Vågtal k= 2π/λ y(x,t)=acos(kx-ωt+φ)

Q I t. Ellära 2 Elektrisk ström, kap 23. Eleonora Lorek. Ström. Ström är flöde av laddade partiklar.

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

ELLÄRA INTRODUKTION. Elektricitet, elektron från grekiskans bärnsten

Transkript:

TFYA58, Ht Elektromagnetism och Labbar i vågrörelselära 13 föreläsningar 1 lektioner x 4 timmar lab Föreläsningar: Ragnar Erlandsson Lektioner: Ragnar Erlandsson (a), Christopher Tholander (b, d), Emma Johansson (c) Labbar: Torun Berlind, Maria Pihl, Mihails Cubarovs, Sergey Khromov, Aijaz Asim, Lia Fernandez Del Rio

Kurshemsida som tidigare: https://cms.ifm.liu.se/edu/coursescms/tfya58// Labanmälan utförs via nätet och programmet Webreg. Senaste anmälningsdag är 30/10.

Varför lära sig elektromagnetism?

Elektromagnetism är inte bara grunden för all elteknik: Krafter mellan atomer är av elektrisk natur. Dvs. all kemi och biologi vilar på elläran. All elektromagnetisk strålning dvs. ljus, radiovågor, röntgen, mikrovågor, värmestrålning är av elektrisk natur.

Hur många elektriska fenomen kan ni ange som inte är förknippade med teknik? Statisk elektricitet, gnida kattskinn etc. Åska! Benjamin Franklin

Den klassiska elektromagnetismen fullbordades under slutet av 1800-talet. Maxwells ekvationer Elektromangetismen anses vara en vacker teori. Alla elektromagnetiska fenomen kan förklaras med ett fåtal samband:

Från Gymnasiet Elektrisk laddning, + eller -, lika stöter bort, olika attraherar När laddning rör sig > elektrisk ström [A] Effekten för en viss ström beror av spänningen [V] Ledande material (t.ex. metaller) leder ström, andra är isolatorer Förhållandet mellan ström, spänning och motstånd: V=RI (Ohms lag) Kraften mellan laddningar kan beskrivas med ett Elektriskt fält E Elektrisk ström alstrar Magnetiskt fält B Magnetiskt fält ger kraft på strömförande ledare (F=BIL) Varierande magnetfält alstrar elektrisk ström (el. magnetisk induktion) Elektricitetsläran förklarar elektromagnetiska vågor, t. ex. ljus!

Kapitel i kursboken 1. Electric charge (= laddning) and electric field (= fält). Gauss law 3. Electric potential (= potential, spänning) 4. Capacitance and dielectrics 5. Current (= ström), resistance (= motstånd), and electromotive force 6. Direct current (=likström) cirquits 7. Magnetic field and magnetic forces 8. Sources of magnetic fields 9. Electromagnetic induction (= induktion) 30. Inductance 31. Alternating currents (= växelström) 3. Electromagnetic waves (= elektromagnetiska vågor)

Kapitel: 1 Elektrisk laddning och elektriskt fält Kraft mellan laddningar Laddning i atomer Ledare och isolatorer Definition av elektriskt fält Elektriska fältlinjer Fältberäkningar Elektrisk dipol

Krafter mellan laddade förmål Glasstavar, plaststavar, silke och päls kan användas för att visa hur laddning (i dessa fall elektroner) rör sig och hur laddning ger upphov till attraktiva och repulsiva krafter.

Laddningens ursprung: All marteria runt oss Plusladdningen ligger samlad i kärnan vars volym utgör en mycket liten del av atomen. Runt kärnan rör sig de negativa elektronerna. Protonen(+) och elektronen (-) har exakt samma storlek (men motsatt tecken) på sin laddning: 1.6017646 10-19 C Laddning kan inte förstöras (laddningskonservering) Laddningsbalans (neutralitet) råder för det mesta är full av laddning!

Om atomen har en extra elektron, eller saknar en elektron har vi en jon.

Experimentet ovan visar att vissa material (speciellt metaller) har förmågan att transportera laddning, de kallas (elektriska) ledare. Andra, som glas och plast saknar denna förmåga och kallas isolatorer. Ledare och isolatorer

Uppladdning genom elekrostatisk induktion Närheten till den negativt laddade staven omfördelar laddningen i den neutrala metallkulan, ett fenomen som kallas induktion (observera att termen induktion också används i andra fall)

Elektrostatisk induktion förklarar kamexperimentet.

Praktiskt exempel på elektrostatisk induktion Den oladdade bildörren attraherar de uppladdade färgdropparna.

Coulombs lag F el = 1 4π ε 0 q q 1 r Kraften längs sammanbindningslinjen, dvs. central kraft Samma tecken ger repulsion Olika tecken ger attraktion

Vilken kraft är starkast, Gravitation eller Elektrostatisk Kraft? F el 1 = 4 πε 0 q q 1 r m1m Fgrav = G r Beräkna förhållandet mellan elektrisk och gravitationskraft för två protoner på avståndet r F F el grav 1 q p 1 q p 4πε 0 r 4πε 0 = = =... = mp Gmp G r 1, x 10 36 (!!!)

Varför dominerar då gravitationen till vardags?? Slutsats 1: Att vi i vardagslivet endast upplever små elektrostatiska krafter beror på att praktisk taget (men ej perfekt) laddningsneutralitet råder för stora (makroskopiska) system. Slutsats : För mikroskopiska system av atomära dimensioner erhålls inte samma laddningsneutralitet så de elektriska krafterna dominerar totalt!

Exempel Person som väger 70 kg har ca 35 kg protoner i sig. Totala mängden + laddning (och - laddning) blir: 35 1.67 10 19 9 1.60 10 = 3.3 10 7 Om två personer gnider sina bakar mot stolstyg så att de får en överskottsladdning av +1 C (dvs 0.00000003% mer + än -) så kommer kraften mellan dem om de står på 10 m avstånd att bli: C 1 4πε 0 1 10 = 9 10 7 N Motsvarar tio tusen ton!!

Definition av elektriskt fält Om man mäter den elektrostatiska kraften på en positiv testladdning i varje punkt kommer dessa kraftvektorer att visa fältets riktning. Detta är vad man ofta kallar ett Gedanken experiment (tanke experiment) Kraften på en godtycklig laddning Q blir alltså : F = QE

Om den elektrostatiska i E en punkt är = F q 0 0 Med formler F För att beräkna punktladdning E 1 4πε qq r 0 1 q, är det elektriska fältet i sort : E q N C kraften på en laddning i punkten r och en liten testladdning = 0 0 0 i rˆ 1 4πε q : q r från en rˆ q 0 punkten : origo används Coulombs lag = 0 0 OBS! VEKTOREKVATION

Värt att minnas! Fältet visar kraftens riktningen för en + laddning. Fältet från en punktladdning återkommer ofta! E = 1 4πε 0 q r rˆ -

Elektriska fältet från olika laddningar adderar som vektorer Betrakta Figur 1.1. Betrakta Ex. 1.8 Fig. 1.. Dipol.

1. Fält från en punktladdning q E = 1 4πε 0 q r rˆ Fysiken ligger här!. Fält från flera punktladdningar q E r i = i 1 4πε 0 q r i i rˆ i 1, q, q är här vektorerna från laddningarna till fältpunkten. 3... 3. Kontinuerlig ( utsmetad ) laddning kräver integrering. Ex. Volymladdning ρ [C/m 3 ] Ytladdning σ [C/m ] Linjeladdning λ [C/m ]

Fält från två typer av linjeladdning Se Exempel 1.9 and Figur 1.3. Se Exempel 1.10 Figur 1.4.

Ex. 1.11, bestäm fältet i punkt P från en skiva med konstant ytladdningstäthet σ. När E = R är stort jämfört med avståndet till fältpunkten gäller : σ ε 0 Oberoende av avståndet till skivan!!

Ex. 1.1 Homogent fält mellan plattorna, fältfritt utanför.

Elektriska fältlinjer Minnesregel: Fältlinjerna pekar i samma riktning som kraften på en liten + laddning. Linjernas täthet indikerar fältets styrka.

Elektrisk dipol p definieras som en vektor med längden pekar från - till + laddningen, Vridmoment på dipolen : τ = p = qd p E Dipolens potentiella energi : U = p E d som

Exempel 1.13