Spänningsfallet över ett motstånd med resistansen R är lika med R i(t)

Relevanta dokument
Spänningsfallet över ett motstånd med resistansen R är lika med R i(t)

TENTAMEN TEN2 i HF1006 och HF1008

TENTAMEN HF1006 och HF1008

TENTAMEN HF1006 och HF1008

TENTAMEN TEN2 i HF1006 och HF1008

Spänningsfallet över en kondensator med kapacitansen C är lika med q ( t)

Komplettering: 9 poäng på tentamen ger rätt till komplettering (betyg Fx).

Komplettering: 9 poäng på tentamen ger rätt till komplettering (betyg Fx).

TENTAMEN HF1006 och HF1008

TENTAMEN HF1006 och HF1008 TEN2 13 jan 2014

TENTAMEN HF1006 och HF1008

TENTAMEN HF1006 och HF1008

MATEMATIK OCH MAT. STATISTIK 6H3000, 6L3000, 6H3011 TEN

TENTAMEN HF1006 och HF1008

Program: DATA, ELEKTRO

TENTAMEN HF1006 och HF1008 TEN2 10 dec 2012

Komplettering: 9 poäng på tentamen ger rätt till komplettering (betyg Fx).

b) (2p) Bestäm alla lösningar med avseende på z till ekvationen Uppgift 3. ( 4 poäng) a ) (2p) Lös följande differentialekvation ( y 4) y

TENTAMEN HF1006 och HF1008

TENTAMEN HF1006 och HF1008

INLÄMNINGSUPPGIFT 1 MATEMATIK 2, HF1000 ( DIFFERENTIAL EKVATIONER)

Uppgifter 9 och 10 är för de som studerar byggteknik

Bestäm uttrycken för följande spänningar/strömmar i kretsen, i termer av ( ) in a) Utspänningen vut b) Den totala strömmen i ( ) c) Strömmen () 2

1 Grundläggande Ellära

DIFFERENTIALEKVATIONER. INLEDNING OCH GRUNDBEGREPP

DIFFERENTIALEKVATIONER. INLEDNING OCH GRUNDBEGREPP

Sammanfattning av kursen ETIA01 Elektronik för D, Del 1 (föreläsning 1-10)

DIFFERENTIALEKVATIONER. INLEDNING OCH GRUNDBEGREPP

R LÖSNINGG. Låt. (ekv1) av ordning. x),... satisfierar (ekv1) C2,..., Det kan. Ekvationen y (x) har vi. för C =4 I grafen. 3x.

Lektion 1: Automation. 5MT001: Lektion 1 p. 1

Lektion 2: Automation. 5MT042: Automation - Lektion 2 p. 1

Vecka 4 INDUKTION OCH INDUKTANS (HRW 30-31) EM-OSCILLATIONER OCH VÄXELSTRÖMSKRETSAR

Sammanfattning av kursen ETIA01 Elektronik för D, Del 1 (föreläsning 1-6)

DIFFERENTIALEKVATIONER. INLEDNING OCH GRUNDBEGREPP

DIFFERENTIALEKVATIONER AV FÖRSTA ORDNINGEN

ETE115 Ellära och elektronik, tentamen oktober 2006

Föreläsning 3/12. Transienter. Hambley avsnitt

Föreläsning 29/11. Transienter. Hambley avsnitt

Elektriska komponenter och kretsar. Emma Björk

= 0 vara en given ekvation där F ( x,

Envariabelanalys 5B Matlablaboration

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

5. Kretsmodell för likströmsmaskinen som även inkluderar lindningen resistans RA.

Ellära. Lars-Erik Cederlöf

Introduktion till modifierad nodanalys

Alltså är {e 3t, e t } en bas för lösningsrummet, och den allmänna lösningen kan därmed skrivas

Svar och Lösningar. 1 Grundläggande Ellära. 1.1 Elektriska begrepp. 1.2 Kretslagar Svar: e) Slinga. f) Maska

Tentamen i Elektronik för E (del 2), ESS010, 5 april 2013

TENTAMEN Datum: 11 feb 08

Lösningsförslag Inlämningsuppgift 3 Kapacitans, ström, resistans

Extra kursmaterial om. Elektriska Kretsar. Lasse Alfredsson. Linköpings universitet November 2015

Preliminärt lösningsförslag till del I, v1.0

1. Rita in i det komplexa talplanet det område som definieras av följande villkor: (1p)


Tentamen Elektronik för F (ETE022)

Strömdelning på stamnätets ledningar

10. Kretsar med långsamt varierande ström

10. Kretsar med långsamt varierande ström

Följande uttryck används ofta i olika problem som leder till differentialekvationer: Formell beskrivning

10. Kretsar med långsamt varierande ström

SF1625 Envariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

Svängningar. Innehåll. Inledning. Litteraturhänvisning. Förberedelseuppgifter. Svängningar

IF1330 Ellära KK1 LAB1 KK2 LAB2. tentamen

Sammanfattning. ETIA01 Elektronik för D

2. DC (direct current, likström): Kretsar med tidskonstanta spänningar och strömmar.

Föreläsning 4, Ht 2. Aktiva filter 1. Hambley avsnitt 14.10, 4.1

6. Likströmskretsar. 6.1 Elektrisk ström, I

Veckans teman. Repetition av ordinära differentialekvationer ZC 1, 2.1-3, 4.1-6, 7.4-6, 8.1-3

Tentamen i Elektronik för E, ESS010, 12 april 2010

Viktigt! Glöm inte att skriva Tentamenskod på alla blad du lämnar in.

DIFFERENTIALEKVATIONER. INLEDNING OCH GRUNDBEGREPP

Tentamen i Elektronik för E, 8 januari 2010

AB2.8: Laplacetransformation av derivator och integraler. Differentialekvationer

Institutionen för Matematik, KTH Lösningar till tentamen i Analys i en variabel för I och K (SF1644) 1/ e x h. (sin x) 2 1 cos x.

Lösningsförslag obs. preliminärt, reservation för fel

SF1625 Envariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

TENTAMENSUPPGIFTER I ELEKTROTEKNIK MED SVAR

Strömdelning. och spänningsdelning. Strömdelning

2.7 Virvelströmmar. Om ledaren är i rörelse kommer den att bromsas in, eftersom det inducerade magnetfältet och det yttre fältet är motsatt riktade.

Sammanfattning av likströmsläran

Övningsuppgifter i Elektronik

Elektro och Informationsteknik LTH. Laboration 3 RC- och RL-nät i tidsplanet. Elektronik för D ETIA01

10. Kretsar med långsamt varierande ström

isolerande skikt positiv laddning Q=CV negativ laddning -Q V V

(2xy + 1) dx + (3x 2 + 2x y ) dy = 0.

3.4 RLC kretsen Impedans, Z

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

PROV ELLÄRA 27 oktober 2011

y = sin 2 (x y + 1) på formen µ(x, y) = (xy) k, där k Z. Bestäm den lösning till ekvationen som uppfyler begynnelsevillkoret y(1) = 1.

Elektronik grundkurs Laboration 1 Mätteknik

Laborationsrapport Elektroteknik grundkurs ET1002 Mätteknik

Potentialmätningar och Kirchhoffs lagar

Andra ordningens kretsar

1 Kvadratisk optimering under linjära likhetsbivillkor

TATA42: Föreläsning 7 Differentialekvationer av första ordningen och integralekvationer

Spolen och Kondensatorn motverkar förändringar

Wheatstonebryggans obalansspänning

Fysik TFYA68 (9FY321) Föreläsning 6/15

IF1330 Ellära KK1 LAB1 KK2 LAB2. tentamen

Genom att kombinera ekvationer (1) och (3) fås ett samband mellan strömmens och spänningens amplitud (eller effektivvärden) C, (4)

Transkript:

Tillämpningar av differentialekvationer, LR kretsar TILLÄMPNINGAR AV DIFFERENTIAL EKVATIONER LR KRETSAR Låt vara strömmen i nedanstående LR krets (som innehåller element en spole med induktansen L henry, en motstånd med resistansen R ohm, en kondensator med kapasitansen farad och en spänningskälla med spänningen U( vol För att ange en differential ekvation för använder vi potentialvandring (dvs Kirchhoffs spänningslag) och följande samband: Spänningsfallet över en spole med induktansen L är lika med L i ( eller kortare U L = L i ( (*) Spänningsfallet över ett motstånd med resistansen R är lika med R eller kortare U R = R (**) Spänningsfallet över en kondensator med kapasitansen är lika med q ( /, dvs U = (***) där q ( = och är laddningen i coulomb Enligt Kirchhoffs spänningslag (eller "potentialvandring") gäller då U( U L U R U = 0 eller U L + U R + U = U( (ekv) (I denna enkla krets är alltså summan av spänningsfall = spänningskälla ) Om vi substituerar (*), (**) och (***) i ekv får vi följande grundekvation för LR krets: L i ( + R + = U( (ekvation A) Ekvation A har två okända funktioner i ( och q ( För att lösa ekvationen måste vi först eliminera en av dem med hjälp av sambandet q ( = Följande två metoder är ekvivalenta: Metod Om vi vill eliminera q ( deriverar vi ekvation A och därefter ersätter q ( = Vi får följande ekvation med endast en variabel i ( L i ( + R i ( + = U ( ( ekvation B) (notera derivatan U ( i högra lede Sida av 8

Tillämpningar av differentialekvationer, LR kretsar Metod Om vi vill eliminera i ( i ekvation A vi substituerar i ( ( och i ( ( i ekvationen och får Vi får följande ekvation med endast en variabel i ( : L q ( + R q ( + = U( (ekvation ) ( notera att U( inte deriveras i den här metoden) Vi bestämmer först och därefter i ( ( Begynnelsevillkor: Om vi har en andragrads DE behöver vi två villkor för att bestemma konstanter i den allmänna lösningen Följande startvillkor i en LR krets används oftast: i ( 0) = a och q ( 0) = b I detta fall har vi q ( 0) = 0) = a och då är enklast att använda (ekvation ) och bestämma q ( Därefter får vi i ( ( q ( 0) = a och q ( 0) = b I detta fall är det naturligt att använda ( ekvation ) 3 i ( 0) = a och i ( 0) = b I detta fall är det lämpligt att använda ( ekvation B) Speciella fall: LR krets Från U ( U L U R = 0 dvs U L + U R = U( får vi L i ( + R = U( Notera att ekvationen är av första ordningen och att det räcker med ett villkor Här används oftast villkoret i ( 0) = a R krets R krets beskrivs med R + = U( Med hjälp av i ( ( eliminera en obekant funktion Om vi t ex eliminerar i ( har vi R q ( + = U( Sida av 8

3 Tillämpningar av differentialekvationer, LR kretsar Övningsuppgifter Uppgift Bestäm strömmen i nedanstående LR- krets om a) L= henry, R= 8 ohm, u( = volt Vid t=0 är strömmen 0)=0 ampere b) L= henry, R= 8 ohm, Lösning: u( a) Från kretsen får vi följande diff ekv d L + R (ekv) ( efter subst L och R) i ( + 8 = ( dela med ) i ( + 4 = 6 (ekv ) Härav i H ( = e 4t = e V och 0)=0 A Partikulärlösning : i ( = A i ( = 0 4A = 6 p i ( = 3/ p p A = 3/ Alltså: = i H = e ( + i 4t + p ( 3 För att bestämma använder vi begynnelsevillkoren i ( 0) = 0 och får 4t 3 3 = e + = 3 3 och ( ) 4 t i t = e + Svar a) i ( = Svar b) = 3 3 e e 4t 4 t + + 3e 3 Sida 3 av 8

4 Tillämpningar av differentialekvationer, LR kretsar Uppgift Bestäm strömmen i nedanstående R krets där R= Ω, = F u( = 4 V då 0 a) vid t=0 är strömmen 0)= A b b) vid t=0 är laddningen 0)= coulomb Lösning: a) Från kretsen får vi följande diff ekv R + (ekv) eller ( efter subst R och ) i ( + 0 = 4 (ekv) För att eliminera q ( deriverar vi ( ekv ) och ( eftersom q ' ( = ) får: i ( + 0 = 0 (ekv 3) Härav 0t = e (*) [ den allmänna lösningen för ] För att bestämma använder vi begynnelsevillkoren i ( 0) = och får = därmed 0t = e 0t Svar a) = e ( ampere) b) Vi använder villkoret 0)= och den allmänna lösningen från a-delen För att bestämma 0) substituerar vi 0)= i ekv och får i ( 0) + 0 = 4 0) = 4 Nu fortsätter vi som i a-delen, med den nya villkoret för 0)=4 och får 4 = 0t Därför = 4e 0t Svar b) = 4e (ampere) e 0t = Uppgift 3 Bestäm strömmen i nedanstående LR krets om Sida 4 av 8

5 Tillämpningar av differentialekvationer, LR kretsar L= H, R= Ω, R= 3 Ω, = F och u(=0v 6 Vid t=0 är strömmen 0)=0 A och laddningen q ( 0) = Lösning: Från kretsen får vi följande diff ekv d L + R + R + dvs d L + ( R + R ) + (ekv) (efter subst L, R och ) i ( + 5 + 6 = 0 (ekv ) 0)=0 och 0) = ger i (0) + 50) + 60) = 0 i (0) + 6 = 0 i (0) = 4 Derivering av ( ekv ) ger: i ( + 5i ( + 6 = 0 (ekv 3) Härav = e + e Alltså: = e + e medför i ( = e 3 e För att bestämma och använder vi begynnelsevillkoren i ( 0) = 0 och i ( 0) = 4 och får + = 0 3 4 = Härav 4, = 4 och därför Svar: = = 4e 4e = 4e 4e Uppgift4 Bestäm strömmen i nedanstående LR krets om L= H, R= Ω, R= Ω, = F och u ( = sin( + 6cos( V, Sida 5 av 8

då 0)=4 A och i ( 0) = 3 6 Tillämpningar av differentialekvationer, LR kretsar Lösning: Från kretsen får vi följande diff ekv d L + R + R + dvs d L + ( R + R ) + ( efter subst L, R och ) i ( + 3 + = sin( + 6cos( Derivering ger: i ( + 3i ( + = 44 cos( sin( Härav i H ( t = e + e Partikulär lösning: i p = Asin t + B cos t 6A B = 44 A 6B = A = 6, B = 4 i p ( = 6sin t + 4 cos t Alltså: = e + e 6sin t + 4 cos t För att bestämma och använder vi begynnelsevillkoren i ( 0) = 4 och i ( 0) = 3 och får = 5, 5 = = 5e 5e 6sin t + 4cos t Svar: = 5e 5e 6sin t + 4cos t Uppgift 5 Bestäm strömmen och laddningen i nedanstående LR krets om L= henry, R= 3 ohm, = farad och Sida 6 av 8

u( = sin t + 3cos t volt då 0)=0 ampere och 0)= coulomb 7 Tillämpningar av differentialekvationer, LR kretsar ( Bedömning för upp6: korrekt ställd ekvation p; korrekt lösning för den allmänna ekvationen p; korrekt lösning för begynnelsevärdesproblemet p ) Lösning: Från kretsen får vi följande diff ekv d L + R + = U (ekv) Om vi använder q ( = då får vi följande ekvation med en variabel: L q ( + R q ( + = U, ( efter subst L, R och ) q ( + 3q ( + = sin t + 3cost (ekv ) Ekvationen har den allmänna lösningen = e + e + sin t Eftersom q ( = får vi = e e Från begynnelsevillkoren 0)=0 och 0) = får vi ekv: + = 0 ekv: + = Härav = och = 0 och därför = e t och = e + sin t Svar: = e t e + sin t = Uppgift 6 Bestäm strömmen och laddningen i nedanstående LR krets om L= henry, R= 3 ohm, = farad och u( = sin t + 3cos t volt då 0)=0 ampere och 0)= coulomb Sida 7 av 8

8 Tillämpningar av differentialekvationer, LR kretsar Lösning: Från kretsen får vi följande diff ekv d L + R + = U (ekv) Om vi använder q ( = då får vi följande ekvation med en variabel: L q ( + R q ( + = U, ( efter subst L, R och ) q ( + 3q ( + = sin t + 3cost (ekv ) Ekvationen har den allmänna lösningen = e + e + sin t Eftersom q ( = får vi = e e Från begynnelsevillkoren 0)=0 och 0) = får vi ekv: + = 0 ekv: + = Härav och 0 och därför = = e t och = e + sin t Svar: = e t = e + sin t = Sida 8 av 8