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

Relevanta dokument
Tentamen ellära 92FY21 och 27

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

Lösningar till tentamen i EF för π3 och F3

Rätt svar (1p): u A. α β A B. u B. b) (max 3p) I början har endast puck A rörelseenergi: E AB,i = 1 2 m Av 2 A = 1 2 m Au 2 A

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

93FY51/ STN1 Elektromagnetism Tenta : svar och anvisningar

Tentamen i ETE115 Ellära och elektronik, 10/1 2015

Tentamen i ETE115 Ellära och elektronik, 25/8 2015

Tentamen i ETE115 Ellära och elektronik, 3/6 2017

Tentamen i Elektromagnetisk fältteori för π3 och Modellering och simulering inom fältteori för F3, 29 augusti, 2008, kl

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

Tentamen i ETE115 Ellära och elektronik, 4/1 2017

Lösningar till tentamen i EF för π3 och F3

Tentamen i Elektromagnetisk fältteori för π3 och Modellering och simulering inom fältteori för F3, 17 december, 2007, kl. 8 13, lokal: Gasque

Tentamen i Hållfasthetslära gkmpt, gkbd, gkbi, gkipi (4C1010, 4C1020, 4C1035, 4C1012) den 4 juni 2007

Lösningar till repetitionstentamen i EF för π3 och F3

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

Tentamen för FYSIK (TFYA68), samt ELEKTROMAGNETISM (TFYA48, 9FY321)

Tentamen ellära 92FY21 och 27

Tentamen i EITF90 Ellära och elektronik, 28/8 2018

1 Bestäm Théveninekvivalenten med avseende på nodparet a-b i nedanstående krets.

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

Tentamen i El- och vågrörelselära,

Lösningar till uppgifter i magnetostatik

Tentamen ETE115 Ellära och elektronik för F och N,

Tentamen 1 i Matematik 1, HF dec 2016, kl. 8:00-12:00

Lösningsskiss för tentamen Vektorfält och klassisk fysik (FFM234 och FFM232)

Tentamen i ETE115 Ellära och elektronik, 16/8 2017

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

93FY51/ STN1 Elektromagnetism Tenta : svar och anvisningar

Kontrollskrivning 3 till Diskret Matematik SF1610, för CINTE1, vt 2019 Examinator: Armin Halilovic Datum: 2 maj

Tentamen för FYSIK (TFYA68), samt ELEKTROMAGNETISM (TFYA48, 9FY321)

Tentamen i IF1330 Ellära måndagen den 29 maj

1.1 Sfäriska koordinater

1 Bestäm Théveninekvivalenten med avseende på nodparet a-b i nedanstående krets.

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen 8 juni 2011, Svar och lösningsförslag

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

Tentamen för FYSIK (TFYA68), samt ELEKTROMAGNETISM (TFYA48, 9FY321)

Tentamen i El- och vågrörelselära,


Tentamen i Analys B för KB/TB (TATA09/TEN1) kl 08 13

Sfärisk trigonometri

Fysiktävlingen Lösningsförslag. Uppgift 1. Vi får anta att kinetisk energi övergår i lägesenergi, och att tyngdpunkten lyftes 6,5 m.

Omtentamen IE1206 Inbyggd elektronik onsdagen den 17 augusti

Gauss och Stokes analoga satser och fältsingulariteter: källor och virvlar Mats Persson

Tentamen Modellering och simulering inom fältteori, 21 oktober, 2006

anslås på kursens hemsida Resultatet: anslås på kursens hemsida Granskning:

1 e x2. lim. x ln(1 + x) lim. 1 (1 x 2 + O(x 4 )) = lim. x 0 x 2 /2 + O(x 3 ) x 2 + O(x 4 ) = lim. 1 + O(x 2 ) = lim = x = arctan x 1

Tentamen för TFYA87 Fysik och Mekanik

Omtentamen IF1330 Ellära onsdagen den 17 augusti

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

Användande av formler för balk på elastiskt underlag

Tentamen för FYSIK (TFYA68), samt ELEKTROMAGNETISM (TFYA48, 9FY321)

Svar och anvisningar

Tentamen i Mekanik D, TKYY , kl 14:00-19:00

Tentamen i El- och vågrörelselära,

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

Teoretisk elektroteknik F, del 1

TENTAMEN. Matematik för basår I. Massimiliano Colarieti-Tosti, Niclas Hjelm & Philip Köck :00-12:00

Generaliserade integraler

MA002X Bastermin - matematik VT16

Vektorer. Avsnitt 1. Ange lägesvektorerna för de två väteatomerna på formen: r = x ˆx + y ˆx

a sin 150 sin 15 BC = BC AB 1.93 D C 39º 9.0

Preliminär version 2 juni 2014, reservation för fel. Tentamen i matematik. Kurs: MA152G Matematisk Analys MA123G Matematisk analys för ingenjörer

Tentamen för TFYA87 Fysik och Mekanik

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

Tentamen ellära 92FY21 och 27

Lösningsförslag Inlämningsuppgift 3 Kapacitans, ström, resistans

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

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

Skriv tydligt! Uppgift 1 (5p)

Dugga i elektromagnetism, sommarkurs (TFYA61)

Rektangulär kanal, K. Produktbeteckning. Beteckningsexempel. Sida A (se storlekstabell) Sida B (se storlekstabell)

HF1703, Inledande matematik (Byggproduktion) DEN TRIGONOMETRISKA ENHETSCIRKELN OCH TRIGONOMETRISKA FUNKTIONER

Mekanik för I, SG1109, Lösningar till problemtentamen,

TentamensKod:

Tentamen för TFYA87 Fysik och Mekanik

IEA 1. En tvåpol sett utifrån från lasten - karakteriseras av tomgångsspänning E t., inre impedans Z i

Månadsrapport september Individ- och familjeomsorg

Bra tabell i ert formelblad

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

Volym och dubbelintegraler över en rektangel

ξ = reaktionsomsättning eller reaktionsmängd, enhet mol.

9. Magnetisk energi Magnetisk energi för en isolerad krets

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

Lösningar basuppgifter 6.1 Partikelns kinetik. Historik, grundläggande lagar och begrepp

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:

9. Magnetisk energi Magnetisk energi för en isolerad krets

Lösningsförslag till tentamen i SF1683 och SF1629 (del 1) 23 oktober 2017

Lamellgardin. Nordic Light Luxor INSTALLATION - MANÖVRERING - RENGÖRING

WALLENBERGS FYSIKPRIS

LÖSNINGAR TILL PROBLEM I KAPITEL 4. Masscentrums x-koordinat för den sammansatta kroppen är allmänt. 1 g1 2 g2 3 g3 4 g4.

Trigonometri. 2 Godtyckliga trianglar och enhetscirkeln 2. 3 Triangelsatserna Areasatsen Sinussatsen Kosinussatsen...

MATEMATISK STATISTIK I FORTSÄTTNINGSKURS. Tentamen måndagen den 17 oktober 2016 kl 8 12

Tentamen Modellering och simulering inom fältteori, 8 januari, 2007

FLEXI räcke & FLEXI GC-räcke Monteringsanvisning

Tentamen i elektromagnetisk fältteori för E

Diskreta stokastiska variabler

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings Universitet

Transkript:

Uppsl universitet Institutionen för fysik och stronomi Gbriell Andersson Skrivtid: 5 tim Tentmen i ELEKTROMAGNETISM I, 2013-05-31 för F1 och Q1 (1FA514) Kn även skrivs v studenter på ndr progrm där 1FA514 ingår Hjälpmedel: Physics Hndbook, räknedos. Även Bet är tillåten. Anvisningr: för godkänd tentmen (betyg 3) krävs normlt 2/3 v poängsummn på nivå 1 (uppgiftern 1-6) lterntivt c 50 % v totl poängsummn på hel skrivningen. För högre betyg (4 eller 5) krävs dessutom tt problem på nivå 2 behndlts, och betyget beror på det smmnlgd resulttet på hel skrivningen. Resulttet förvänts nslås på Studentportlen om c 3 veckor. Studenter som fått godkänt betyg på duggn 15 pril 2013 får tillgodoräkn sig problem 1 som fullständigt löst. Nytt bld för vrje löst problem! Skriv din tentmenskod på smtlig bld! Använd beteckningr skll definiers och uppställd smbnd skll motivers. Dett omslgsbld lämns in vikt kring din lösningr, ordnde i nummerordning! Häft ej ihop bunten! Sätt kryss här för inlämnd lösning till respektive uppgift: 1 ( ) 2 ( ) 3 ( ) 4 ( ) 5 ( ) 6 ( ) 7 ( ) 8 ( ) 9 ( ) Mrker här om du hr bonus från duggn 15/4: ( ) Obs: dett kontrollers mot duggns resulttlist efter vslutd rättning. Kod: Progrm:

1FA514 Elektromgnetism I, 2013-05-31 Gbriell Andersson Nivå 1. OBS! Uppgift 1 behöver ej löss v studenter som klrt duggn 15/4 2013. 1. Fyr lddningr, med lik stor belopp men med olik tecken, är symmetriskt plcerde enligt figur. Ange vektorkomponenter och bsolutbelopp på E-fältet i punkten A och beräkn hur stort rbete som krävs för tt flytt en liten positiv testlddning q från A till B. (3 p) +Q y A -Q -Q x B +Q 2. I en prtikelccelertor hr mn till ett visst experiment vlt tt rbet med lfprtiklr (mss 4u, lddning +2e, där u = 1,66 10-27 kg och e = 1,602 10-19 C). Prtiklrn ccelerers från vil genom en potentilskillnd 2,00 MV och styrs sedn i önskd riktning med hjälp v ett homogent B-fält, se figur 2,00 MV α α B (observer tt B-fältets riktning inte viss v figuren!). ) Bestäm hstigheten för prtikeln just då den kommer in i öppningen till B-fältet. b) Bestäm storlek och riktning på det B-fält som krävs för tt krökningsrdien på prtiklrns bn sk bli 0,500 m åt det håll som viss i figuren. Motiver utförligt! (3 p) 3. Hur mång överskottselektroner måste fördels jämnt inuti en isolerd pingisboll (ihålig celluloidplst) med dimeter 40 mm för tt ge upphov till en elektrisk fältstyrk med storlek 5410 V/m precis utnför bollens yt? Bestäm sedn elektrisk fältstyrkns storlek och riktning (riktningen nges i förhållnde till bollens yt), på vstånden 1,0 cm innnför bollväggen smt 8,0 cm utnför bollväggen, som kn nts h försumbr tjocklek. (3 p) 4. Bestäm strömmrn i vr och en v de tre grenrn i kretsen i figuren till höger, och potentilskillnden U = V -V b melln punkten och punkten b. (3 p) 10 V 2 Ω 3 Ω 5 V 1 Ω 4 Ω 10 Ω b V C 1 C 2 S R 1 R 2 5. Figuren till vänster visr en krets där de båd kondenstorern från börjn är upplddde så tt den idel voltmetern visr U = 45,0 V. Vid tiden t = 0 stängs strömbrytren S. C 1 = 15,0 µf, C 2 = 20,0 µf, R 1 = 30,0 Ω, R 2 = 50,0 Ω. ) Vid vilken tidpunkt efter stängningen v S kommer voltmetern tt vis 10,0 V? b) Hur stor är strömmen vid denn tidpunkt? c) Bestäm förändringen i elektrosttisk energi i C 2 frm till smm tidpunkt. För full poäng krävs tt du nger, med motivering, om energin ökr eller minskr. (3 p) OBS! Sist uppgiften på nivå 1 finns på näst sid!

1FA514 Elektromgnetism I, 2013-05-31 Gbriell Andersson 6. Mitt på centrumxeln inuti en mycket lång, rk, cylindrisk spole (längd 50 cm, dimeter 2,0 cm, vrvtl 6750), sitter en mindre spole (längd 30 mm, dimeter 1,2 mm, vrvtl 15). Strömmen i den större spolen ändrs med 49,2 A/s. ) Härled ett uttryck för den ömsesidig induktnsen M och beräkn dess numerisk värde. Kom ihåg tt tydligt definier de beteckningr du nvänder på ingående storheter! (2 p) b) Hur stor elektromotorisk spänning inducers i den mindre spolen? (1 p) --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nivå 2 7. Ett motstånd R = 2,2 kω koppls i serie med en olddd idel kondenstor C = 47 µf och nsluts till en likspänningskäll U = 24,0 V vid tiden t = 0. Bestäm den totl energi som finns i kondenstorn vid tiden t = RC, smt den totl energi som utvecklts som värme i motståndet R under tiden från t = 0 till t = RC! (4 p) 8. Figuren visr tvärsnittet v en mycket lång rk ledre i form v ett tunt bnd. Bndet är böjt så tt tvärsnittet bildr en cirkelbåge med öppningsvinkel 80 = 4π 9 rdiner och rdie = 4,0 cm. Totl strömmen I, med riktning ut ur ppperet enligt figuren, nts jämnt fördeld över hel tvärsnittsytn. Bestäm B-fältets storlek och riktning i krökningscentrum (punkten P) för I = 12 A. (4 p) P 80 ε r2 r 2 r 1 ε r1 9. Den inre ledren i en specilbyggd koxilkbel består v en mycket lång solid metllcylinder med positiv linjär lddningsbeläggning λ [C/m] och rdie r 1, omgiven v ett dielektriskt skl (ε r1 = 4,0) med tjocklek d. Utnför dett finns ytterligre ett dielektriskt lger (ε r2 = 2,0) som fyller upp utrymmet till den yttre cylindrisk ledren vrs innerrdie är r 2. Figuren till vänster visr kbelns tvärsnittsyt. Härled uttryck för hur E-fältet vrierr med vståndet r från centrum melln den inre och yttre ledren (det vill säg för r 1 < r < (r 1 +d) och (r 1 +d) < r < r 2 ). Bestäm även potentilskillnden melln den inre och yttre ledren om λ= 2,0 nc/m, r 1 =4,0 mm, r 2 =10 mm och d = 2,0 mm. (4 p) LYCKA TILL!

Kort lösningr 1FA514 2013-05-31 Gbriell Andersson Kort lösningr och svr till tentmen i Elektromgnetism I (1FA514) 2013-05-31 Nivå 1 1. Vektorddition v E-bidrg ger E x = 2Q 4πε 0 2 och E y = 2Q 4πε 0 2 E = E 2 x + E 2 y = Q 2πε 0 2. Arbetet W = q(v B V A ) = q(v B 0) = q Q 1 1 2πε 0 5 2. Rörelseenergi = ändring i potentiell energi: mv 2 2 = qu ger v 1,3893 10 7 m/s Riktning på B måste vr in i ppperet för tt krften F = qv B sk ge given ccelertion. Centrlrörelse qvb = mv 2 r ger B 0,5758 T 3. E = Q 4πε 0 r 2 utnför sfärisk lddningsfördelning ger Q 2,404 10 10 C 1,50 10 9 e och för r = (2+8) cm = 10 cm: E(0,10m) 216 V/m Inuti, r=10 mm <, gäller (Guss eller motiverd PH F-3.1) E = Qr 4πε 0 3 2,7 kv/m Riktningen är rdiellt inåt då Q är negtiv. 4. Med I 1 åt vänster genom överst ems:en, I 2 åt höger i mittengrenen, och I 3 =I 1 -I 2 åt höger genom 10 Ω ger Kirchhoffs spänningslg (övre slingn respektive nedre slingn moturs): 10 2I 1 1I 2 5 4I 2 3I 1 = 0 5 + 1I 2 10I 3 + 4I 2 = 0 ger I 1 = 4/5 A = 0,8 A; I 2 = 1/5 A = 0,2 A; I 3 = 3/5 A = 0,6 A Potentilvndring från V till V b : V + 3I 1 + 4I 2 = V b ger U = V V b = 3I 1 + 4I 2 = 3,2 V 5. ) Urlddning U c = U 0 exp( t RC) med U c = 10 V, U 0 = 45 V, R=R 1 +R 2 och C=C 1 +C 2 ger t 4,21 ms. b) Ström I = U R /R = U c /R=0,125 A (lterntivt I=-dq/dt och q=cu c ). c) W = C 2 U 2 0 2 C 2 U 2 c 2 = 0,01925 J 19,3 mj (lltid minskning vid urlddning). 2 6. ) Utgå från N 2 Φ 12 = MI 1. Flödet Φ 12 = B 1 πr 2 där B 1 är B-fältet på xeln i den lång rk större spolen och r 2 är den lill spolens rdie. Med större spolens längd l 1 fås M = N 2Φ 12 = μ 2 0N 1 N 2 πr 2 = 4π 10 7 6750 15 π (0,6 10 3 ) 2 0,29 10 6 [H] I 1 l 1 0,5 b) Inducerd ems dφ 12 ε = ( )N 2 = μ 2 0N 1 N 2 πr 2 di 1 dt l 1 dt 1,4 10 5 V -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Kort lösningr 1FA514 2013-05-31 Gbriell Andersson Nivå 2 7. Upplddning v kondenstor U c = U 0 [1 exp( t RC)] och energi W = CU 2 c 2 med t = RC ger W 5,4 mj. Värmeutveckling i R: effekt P = UI = U 2 R R = (U 0 U c ) 2 R RC W R = U 0 2 exp( 2t RC) dt = U 0 2 C R 2 (1 e 2 ) 1,17 10 2 J 0 8. Definier vinkel θ som vnligt: moturs från positiv x-xeln och betrkt ett litet segment dl = dθ v cirkelbågen, som beter sig som en lång rk ledre med ström di = 9Idθ/4π (hel cirkelbågen hr längd l = 4π 9). di ger ett db i P som ges v db = μ 0 2 di = μ 0 2 9Idθ 4π 4π 4π Vid integrtion från θ = 2π 9 till θ = + 2π 9 kommer db x tt ge noll, d v s B x = 0. I y-led hr vi (minustecknet för tt vis riktning nedåt i figuren; negtiv y-riktning) 2π 9 μ 0 9Idθ B y = 8π 2 ( cos θ) = μ 0 9I 4π 2 sin 2π 9 Med givn värden 2π 9 B y = 4π 10 7 Vs Am 9 12[A] 4π 2 0,04 [m] sin(40 ) 5,5 10 5 [T] 9. E 1 för r 1 < r < r 1 +d: Cylindrisk gussyt runt mittenledren med rdie r, r 1 < r < r 1 +d, och längd l 1. Fältet går rdiellt utåt från mittenledren d v s br mntelytn bidrr till totl flödet: ε r1 E 1 ds 1 = ε r1 E 1 2πrl 1 = λl 1 λ E S 1 ε 1 = 0 ε 0 ε r1 2πr Motsvrnde uttryck fst med ε r2 fås för E 2 i området r 1 + d < r < r 2 λ E 2 = ε 0 ε r2 2πr Potentilskillnd genom integrtion v E dr : r 1 +d r 2 U = E 1 dr + E 2 dr = λ 1 ln r 1 + d + 1 ln r 2 13 V r 1 r 1 +d 2πε 0 ε r1 r 1 ε r2 r 1 + d