AARHUS UNIVERSITET. Det naturvidenskabelige fakultet 3. kvarter forår OPGAVESTILLER: Allan H. Sørensen

Relaterede dokumenter
AARHUS UNIVERSITET. Det Naturvidenskabelige Fakultet Augusteksamen OPGAVESTILLER: Allan H. Sørensen

DETTE OPGAVESÆT INDEHOLDER 6 OPGAVER MED IALT 11 SPØRGSMÅL. VED BEDØMMELSEN VÆGTES DE ENKELTE

Opgave 1. (a) Bestem de to kapacitorers kapacitanser C 1 og C 2.

DETTE OPGAVESÆT INDEHOLDER 5 OPGAVER MED IALT 11 SPØRGSMÅL. VED BEDØMMELSEN VÆGTES DE ENKELTE

KØBENHAVNS UNIVERSITET NATURVIDENSKABELIG BACHELORUDDANNELSE Skriftlig prøve i Fysik 4 (Elektromagnetisme) 27. juni 2008

Elektromagnetisme 7 Side 1 af 12 Elektrisk strøm. Elektrisk strøm

KONDENSATORER (DC) Princip og kapacitans Serie og parallel kobling Op- og afladning

Elektromagnetisme 7 Side 1 af 12 Elektrisk strøm. Elektrisk strøm

13 cm. Tværsnit af kernens ben: 30 mm 30 mm

Noter til elektromagnetisme

THEVENIN'S REGEL (DC) Eksempel

KØBENHAVNS UNIVERSITET NATURVIDENSKABELIG BACHELORUDDANNELSE Skriftlig prøve i Fysik 4 (Elektromagnetisme) 26. juni 2009

Theory Danish (Denmark) Ikke-lineær dynamik i elektriske kredsløb (10 point)

KØBENHAVNS UNIVERSITET NATURVIDENSKABELIG BACHELORUDDANNELSE

Matematiske hjælpemidler. Koordinater. 2.1 De mange bredder.

MODUL 5 ELLÆRE: INTRONOTE. 1 Basisbegreber

Aalborg Universitet - Adgangskursus. Eksamensopgaver. Matematik B til A

ELEKTROMAGNETISME. "Quasistatiske elektriske og magnetiske felter", side Notem kaldes herefter QEMF.

KONDENSATORER (DC) Princip og kapacitans Serie og parallel kobling Op- og afladning

Højere Handelseksamen Handelsskolernes enkeltfagsprøve August Matematik Niveau A. Delprøven uden hjælpemidler

Preben Holm - Copyright 2002

KONDENSATORER (DC) Princip og kapacitans Serie og parallel kobling Op- og afladning

Prøveeksamen MR1 januar 2008

MASKELIGNINGER - KIRCHHOFFS LOVE (DC) Eksempel

Stern og Gerlachs Eksperiment

KØBENHAVNS UNIVERSITET NATURVIDENSKABELIG BACHELORUDDANNELSE

Matematikken bag Parallel- og centralprojektion

Figur 1 Energetisk vekselvirkning mellem to systemer.

Elektromagnetisme 3 Side 1 af 8 Dielektrika 1. Elektrisk dipol

MATEMATIK ( 5 h ) DATO: 8. juni 2009

SPOLER (DC) Princippet (magnetiske felter) Induktion og selvinduktion Induktans (selvinduktionskoefficient)

DATALOGISK INSTITUT, AARHUS UNIVERSITET

Aalborg Universitet. Skriftlig eksamen i Grundlæggende Mekanik og Termodynamik. Tirsdag d. 11. august 2015 kl

Danmarks Tekniske Universitet

Ordliste. Teknisk håndbog om magnetfelter og elektriske felter

Aalborg Universitet. Skriftlig eksamen i Grundlæggende Mekanik og Termodynamik. Torsdag d. 9. juni 2011 kl

Matematik A Terminsprøve Digital prøve med adgang til internettet Torsdag den 21. marts 2013 kl indd 1 20/03/12 07.

Matematik A. Studentereksamen

gl. Matematik A Studentereksamen Torsdag den 22. maj 2014 kl gl-1stx141-mat/a

GUX. Matematik. B-Niveau. Fredag den 31. maj Kl Prøveform b GUX191 - MAB

U = φ. R = ρ l A. Figur 1 Sammenhængen mellem potential, φ og spændingsfald, U: U = φ = φ 1 φ 2.

DATALOGISK INSTITUT, AARHUS UNIVERSITET

Danmarks Tekniske Universitet

Kapitel 10. B-felt fra en enkelt leder. B (t) = hvor: B(t) = Magnetfeltet (µt) I(t) = Strømmen i lederen (A) d = Afstanden mellem leder og punkt (m)

ELEKTRISKE KREDSLØB (DC)

TERMINSPRØVE APRIL u Ma MATEMATIK. onsdag den 11. april Kl

Matematik A. Studentereksamen. Digital eksamensopgave med adgang til internettet

Hvis man ønsker mere udfordring, kan man springe de første 7 opgaver over. Skitser det omdrejningslegeme, der fremkommer, når grafen for f ( x)

a og b. Den magnetiske kraftlov Og måling af B ved hjælp af Tangensboussole

Benjamin Franklin Prøv ikke at gentage forsøget! hvor er den passerede ladning i tiden, og enheden 1A =

Udledning af Keplers love

HTX. Matematik A. Onsdag den 11. maj Kl GL111 - MAA - HTX

Matematik C. Cirkler. Skrevet af Jacob Larsen 3.år HTX Slagelse Udgivet i samarbejde med Martin Gyde Poulsen 3.år HTX Slagelse.

Eksamen i Calculus Mandag den 8. juni 2015

8. Jævn- og vekselstrømsmotorer

Dansk Fysikolympiade 2015 Udtagelsesprøve søndag den 19. april Teoretisk prøve. Prøvetid: 3 timer

Analytisk plangeometri 1

Formelsamling. Noter til Fysik 4 Elektromagnetisme

Når enderne af en kobbertråd forbindes til en strømforsyning, bevæger elektronerne i kobbertråden sig (fortrinsvis) i samme retning.

FYSIKEMNE 1: SOLPANELER INTRODUKTION AKTIVITETEN I NATURV IDENSKABERNES HUS ORGANISERING TEORI

Delmængder af Rummet

FREMSTILLING AF VEKSELSPÆNDING. Induktion Generatorprincippet

ELEKTRISKE KREDSLØB (DC)

Torben Laubst. Grundlæggende. Polyteknisk Forlag

DATALOGISK INSTITUT, AARHUS UNIVERSITET

Matematik B. Studentereksamen. Fredag den 22. maj 2015 kl stx151-MAT/B

Matematik A. Studentereksamen

Vejledende opgaver i kernestofområdet i fysik-a Elektriske og magnetiske felter

Matematik A. Studentereksamen. Forsøg med digitale eksamensopgaver med adgang til internettet

Gradienter og tangentplaner

a og b Den magnetiske kraftlov Og måling af B ved hjælp af Tangensboussole

DATALOGISK INSTITUT, AARHUS UNIVERSITET

STUDENTEREKSAMEN MATHIT PRØVESÆT MAJ MATEMATIK A-NIVEAU. MATHIT Prøvesæt Kl STXA-MATHIT

Danmarks Tekniske Universitet

Elektromagnetisme 13 Side 1 af 8 Maxwells ligninger. Forskydningsstrømme I S 1

Danmarks Tekniske Universitet

Matematik A. Studentereksamen. Skriftlig prøve (5 timer) Fredag den. december kl... STX MAA LQGG

GUX. Matematik. B-Niveau. Fredag den 29. maj Kl Prøveform b GUX151 - MAB

MATEMATIK ( 5 h ) DATO: 5. juni 2008 (formiddag) Lommeregner hverken grafisk eller programmerbar

DATALOGISK INSTITUT, AARHUS UNIVERSITET

MATEMATIK A-NIVEAU-Net

Matematik A. Studentereksamen. Tirsdag den 24. maj 2016 kl Digital eksamensopgave med adgang til internettet. 1stx161-MATn/A

Højere Handelseksamen Handelsskolernes enkeltfagsprøve August Matematik Niveau B. Delprøven uden hjælpemidler. Prøvens varighed: 1 time

Hvis man ønsker mere udfordring, kan man springe de første 7 opgaver over. Skitser det omdrejningslegeme, der fremkommer, når grafen for f ( x)

Undervisningsbeskrivelse. Fysik A - 2.A

gl. Matematik A Studentereksamen Torsdag den 14. august 2014 kl gl-stx142-mat/a

Matematik A. Studentereksamen. Fredag den 6. december 2013 kl stx133-mat/a

To find the English version of the exam, please read from the other end! Eksamen i Calculus

Matematik A. Studentereksamen. Gammel ordning. Tirsdag den 21. maj 2019 kl gl-1stx191-mat/a

Skriftlig eksamen Vejledende besvarelse MATEMATIK B (MM02)

Højere Handelseksamen Handelsskolernes enkeltfagsprøve juni Matematik Niveau B. Delprøven uden hjælpemidler. Prøvens varighed: 1 time

CMT650. Fræseskabelon til bordsamling BRUGERMANUAL

Den elektrodynamiske højttaler

Matematik A. Prøvens varighed er 5 timer. Alle hjælpemidler er tilladt. Ved valgopgaver må kun det anførte antal afleveres til bedømmelse.

INERTIMOMENT for stive legemer

Eksamen i Calculus. Onsdag den 1. juni Første Studieår ved Det Teknisk-Naturvidenskabelige Fakultet og Det Sundhedsvidenskabelige Fakultet

To find the English version of the exam, please read from the other end! Eksamen i Calculus

Matematik B. Højere forberedelseseksamen. Fredag den 6. december 2013 kl hfe133-mat/b

GUX Matematik Niveau B prøveform b Vejledende sæt 1

Transkript:

AARHUS UNIVERSITET Det naturvidenskabelige fakultet 3. kvarter forår 2006 FAG: Elektromagnetisme OPGAVESTILLER: Allan H. Sørensen Antal sider i opgavesættet (inkl. forsiden): 5 Eksamensdag: fredag dato: 31. måned: marts år: 2006 kl.: 09:00-13:00 Eksamenslokale: Trøjborg, Willemoesgade 15, Århus N Tilladte hjælpemidler: Alle sædvanlige hjælpemidler inkl. bærbar PC som opslagsværk (batteridrevet) Materiale der udleveres eksaminanden: Dette opgavesæt indeholder 5 opgaver med i alt 11 spørgsmål. Ved bedømmelsen vægtes de enkelte spørgsmål ens. Hovedparten af spørgsmålene kan løses uafhængigt af hinanden.

Opgave 1 Betragt et elektrostatisk arrangement bestående af to koncentriske kugleskaller og en punktladning Q anbragt i det fælles centrum; se figuren ovenfor. Kugleskallerne er perfekte elektriske ledere. Den inderste kugleskal er neutral (dvs. dens totalladning er 0), den har indre radius a og ydre radius b. Den yderste kugleskal bærer ladningen Q og har indre radius c og ydre radius d; a < b < c < d. Der er vakuum i områderne 0 < r < a, b < r < c og r > d, hvor r betegner afstanden til det fælles centrum. (a) Bestem størrelse og retning af det elektriske felt i hvert af de fem områder 0 < r < a, a < r < b, b < r < c, c < r < d og r > d. (b) Forklar hvor der forekommer elektrisk ladning og hvorledes den er fordelt. Bestem for r > 0 de tilhørende ladningstætheder. 2

Opgave 2 Betragt kredsløbet i figuren ovenfor bestående af en elektromotorisk kraft E, tre modstande R 1, R 2 og R 3 samt to kapacitorer med kapacitans C 1 og C 2. Kontakten K, der er åben for t < 0, lukkes til tiden t = 0, hvorefter der kan løbe strøm i kredsløbet. Den totale strøm kaldes i, mens de to grenstrømme kaldes henholdsvis i 1 og i 2 svarende til de benyttede index for modstand og kapacitans. Kapacitorerne er uladede for t < 0. EMF en er ideel, dvs. uden indre modstand. Der ses bort fra selvinduktion. (a) Bestem de tre strømme i, i 1 og i 2 til tiden t = 0+, dvs. umiddelbart efter kontakten er lukket. (b) Til bestemmelse af de tre strømme i(t), i 1 (t) og i 2 (t) til t > 0 opstilles et antal ligninger på basis af Kirchhoffs regler. Hvor mange ligninger skal der til? Hvordan ser de ud? Student A siger, at han hurtigt kan finde strømmen i(t) ved at erstatte de to parallelle grene med en modstand R ækv i serie med en kapacitor med kapacitans C ækv, hvor R ækv beregnes som ved sædvanlig parallelkobling af R 1 og R 2, mens C ækv beregnes som ved sædvanlig parallelkobling af C 1 og C 2. Student B tvivler på, at denne procedure giver det rigtige svar. Du skal nedenfor undersøge, om student A får det rigtige svar, og for at lette undersøgelsen sættes R 3 = 0. (c) Bestem i 1 (t) og i 2 (t) uden at benytte student A s ækvivalentkredsløb og derpå i(t). Bestem dernæst i(t) for student A s ækvivalentkredsløb. Er svarene ens er student A s procedure korrekt? 3

Opgave 3 Betragt en kuglesymmetrisk ladningsfordeling med radius a og samlet ladning Q > 0. I afstanden r fra fordelingens centrum har ladningstætheden værdien ρ(r) = Q 4πa r 2, 0 < r < a. Ladningsfordelingen giver anledning til et elektrisk felt, der er rettet radiært ud fra fordelingens centrum, og som i afstanden r fra dette centrum har styrken og E = A 1 1 r for 0 < r < a E = A 2 1 r 2 for r > a, hvor A 1 og A 2 er konstanter (ikke dimensionsløse). Dielektricitetskonstanten K er overalt lig med 1. (a) Eftervis udtrykkene for E ud fra oplysningerne om ladningsfordelingen, og bestem de to konstanter A 1 og A 2. Konstanterne udtrykkes ved Q, a og ɛ 0. (b) Bestem det elektriske potential V (r) overalt for r > 0 idet potentialet sættes til nul i det uendeligt fjerne. Redegør for potentialets opførsel i r = a og skitsér V (r) for alle r > 0. Opgave 4 Betragt en uendelig lang cylindersymmetrisk strømfordeling med radius R og samlet strøm I > 0. Fordelingens strømtæthed J er parallel med cylinderaksen og har størrelsen J = 2I πr 4 r2, r < R, hvor r angiver afstanden til cylinderaksen. (a) Bestem for r < R størrelse og retning af det magnetfelt, som strømfordelingen giver anledning til. Der indlægges et sædvanligt retvinklet koordinatsystem med z-aksen sammenfaldende med cylinderaksen og orienteret efter strømretningen. Parallelt med den cylindersymmetriske strømfordeling anbringes nu en uendelig lang lige metaltråd med forsvindende radius. Tråden går gennem punktet (x, y, z) = (2R, 0, 0). I tråden løber en strøm I i z-aksens positive retning. (b) Bestem magnetfeltet (størrelse og retning) i punktet (R, R, R). 4

Opgave 5 En stiv og stationær cirkulær strømkreds med radius L/2 befinder sig i et magnetfelt, hvis størrelse og retning afhænger af de retvinklede koordinater x, y og z samt tiden t. Strømkredsen er anbragt i en plan vinkelret på z-aksen og positiv omløbsretning svarer til en højreskrue om z-aksen; se figuren ovenfor. Magnetfeltet giver anledning til en flux gennem en vilkårlig flade afgrænset af strømkredsen på ) Φ B = B 0 L (k 2 1/4 +, 1 + t 2 /τ 2 hvor k er en dimensionsløs konstant, B 0 er en positiv konstant med dimension T og τ er en positiv tidskonstant. I overensstemmelse med den valgte orientering af strømkredsen regnes flux positiv i z-aksens positive retning; den tilhørende enhedsvektor benævnes som sædvanligt ˆk, og arealvektoren hørende til den plane flade afgrænset af strømkredsen er dermed givet som A = 1 4 πl2ˆk. (a) Bestem den i kredsen inducerede elektromotoriske kraft. Der ses bort fra selvinduktion. Angiv endvidere for alle tider t omløbsretningen af den strøm, der induceres i kredsen. Magnetfeltet, der giver anledning til ovenstående flux, er givet som B = (B x, B y, B z ) = (0, 0, B 0 ) + α 1 + t 2 /τ 2 ( 2xz3, 2yz 3, z 4 ), hvor α er en positiv konstant med dimension T/m 4. Det oplyses endvidere, at strømkredsen er anbragt med centrum i punktet (x, y, z) = (L/2, 0, L). (b) Bestem konstanterne k og α; den sidstnævnte udtrykkes ved B 0 og L. 5