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

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

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

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

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

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

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

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

Elektromagnetisme 7 Side 1 af 12 Elektrisk strøm. Elektrisk strøm

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

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

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

Elektromagnetisme 7 Side 1 af 12 Elektrisk strøm. Elektrisk strøm

Danmarks Tekniske Universitet

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

KØBENHAVNS UNIVERSITET NATURVIDENSKABELIG BACHELORUDDANNELSE

Danmarks Tekniske Universitet

DATALOGISK INSTITUT, AARHUS UNIVERSITET

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

KØBENHAVNS UNIVERSITET NATURVIDENSKABELIG BACHELORUDDANNELSE

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

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

Matematik A. Studentereksamen

DATALOGISK INSTITUT, AARHUS UNIVERSITET

Noter til elektromagnetisme

DATALOGISK INSTITUT, AARHUS UNIVERSITET

DATALOGISK INSTITUT, AARHUS UNIVERSITET

EDR Frederikssund afdeling Almen elektronik kursus. Afsnit 9-9B-10. EDR Frederikssund Afdelings Almen elektronik kursus. Joakim Soya OZ1DUG Formand

Ordliste. Teknisk håndbog om magnetfelter og elektriske felter

Stern og Gerlachs Eksperiment

Danmarks Tekniske Universitet

Aalborg Universitet. Skriftlig eksamen i Grundlæggende Mekanik og Termodynamik. Fredag d. 2. juni 2017 kl

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

Danmarks Tekniske Universitet

Antennens udstrålingsmodstand hvad er det for en størrelse?

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

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

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

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

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

DATALOGISK INSTITUT, AARHUS UNIVERSITET

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

Matematik A. Studentereksamen. Digital eksamensopgave med adgang til internettet

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

ELEKTRISKE KREDSLØB (DC)

KØBENHAVNS UNIVERSITET NATURVIDENSKABELIG BACHELORUDDANNELSE

Preben Holm - Copyright 2002

FREMSTILLING AF VEKSELSPÆNDING. Induktion Generatorprincippet

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)

Elektromagnetisme 3 Side 1 af 8 Dielektrika 1. Elektrisk dipol

Figur 1 Energetisk vekselvirkning mellem to systemer.

DATALOGISK INSTITUT, AARHUS UNIVERSITET

DATALOGISK INSTITUT, AARHUS UNIVERSITET

Opgavesamling Matematik A HTX

THEVENIN'S REGEL (DC) Eksempel

DATALOGISK INSTITUT, AARHUS UNIVERSITET

MATEMATIK A-NIVEAU 2g

Aalborg Universitet - Adgangskursus. Eksamensopgaver. Matematik B til A

MATEMATIK ( 5 h ) DATO: 8. juni 2009

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

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

ELLÆRENS KERNE- BEGREBER (DC) Hvad er elektrisk: Ladning Strømstyrke Spændingsforskel Resistans Energi og effekt

GUX. Matematik. B-Niveau. August Kl Prøveform b GUX152 - MAB

DATALOGISK INSTITUT, AARHUS UNIVERSITET

Matematik B. Studentereksamen. Skriftlig prøve (4 timer)

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

DATALOGISK INSTITUT, AARHUS UNIVERSITET

Matematik A. Studentereksamen

Matematik B. Studentereksamen. Torsdag den 22. maj 2014 kl stx141-MAT/B

Danmarks Tekniske Universitet

Matematik B. Studentereksamen. Tirsdag den 27. maj 2014 kl stx141-MAT/B

Matematik A. Studentereksamen

KØBENHAVNS UNIVERSITET NATURVIDENSKABELIG BACHELORUDDANNELSE

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

DATALOGISK INSTITUT, AARHUS UNIVERSITET. Det Naturvidenskabelige Fakultet EKSAMEN. Grundkurser i Datalogi

Matematik A. Studentereksamen. Tirsdag den 27. maj 2014 kl Digital eksamensopgave med adgang til internettet. 2stx141-MATn/A

MODUL 5 ELLÆRE: INTRONOTE. 1 Basisbegreber

Konstruktion. d: En cirkel med diameter 7,4 cm. e: En trekant med grundlinie på 9,6 cm og højde på 5,2 cm. (Der er mange muligheder)

Dynamiske konstruktioner med et dynamisk geometriprogram En øvelsessamling

Matematik A. Studentereksamen

AAU Landinspektøruddannelsen

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

DATALOGISK INSTITUT, AARHUS UNIVERSITET. Det Naturvidenskabelige Fakultet EKSAMEN. Grundkurser i Datalogi

Aalborg Universitet. Skriftlig eksamen i Grundlæggende Mekanik og Termodynamik. Tirsdag d. 31. maj 2016 kl

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

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

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

Elektromagnetisme 14 Side 1 af 9 Elektromagnetiske bølger. Bølgeligningen

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

Rækkeudvikling - Inertialsystem. John V Petersen

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

GUX Matematik Niveau B prøveform b Vejledende sæt 1

7 QNL 2PYHQGWSURSRUWLRQDOLWHW +27I\VLN. 1 Intro I hvilket af de to glas er der mest plads til vand?: Hvorfor?:

DATALOGISK INSTITUT, AARHUS UNIVERSITET. Det Naturvidenskabelige Fakultet EKSAMEN. Grundkurser i Datalogi

Teknologi & kommunikation

Læringsmiddel Geogebra: Rombens sammen mellem omkreds og areal

Hvorfor bevæger lyset sig langsommere i fx glas og vand end i det tomme rum?

Bernoulli s lov. Med eksempler fra Hydrodynamik og aerodynamik. Indhold

Transkript:

AARHUS UNIVERSITET Det Naturvidenskabelige Fakultet Augusteksamen 2006 FAG: Elektromagnetisme OPGAVESTILLER: Allan H. Sørensen Antal sider i opgavesættet (inkl. forsiden): 6 Eksamensdag: fredag dato: 11. måned: august 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 6 opgaver med i alt 11 spørgsmål. Ved bedømmelsen vægtes de enkelte spørgsmål ens. Spørgsmålene kan løses uafhængigt af hinanden.

Opgave 1 Betragt et uendeligt langt elektrostatisk arrangement bestående af to koaksiale cylinderskaller samt en uendelig tynd, retlinet og homogen ladningsfordeling anbragt på den fælles akse; et tværsnit af arrangementet er vist i figuren ovenfor. Ladningsmængden pr. længdeenhed på cylinderaksen er λ. Cylinderskallerne er perfekte elektriske ledere. Den inderste cylinderskal er neutral (dvs. dens totalladning er 0), den har indre radius r a og ydre radius r b. Den yderste cylinderskal bærer ladningsmængden λ pr. længdeenhed og har indre radius r c og ydre radius r d ; r a < r b < r c < r d. Der er vakuum i områderne 0 < r < r a, r b < r < r c og r > r d, hvor r betegner afstanden til den fælles cylinderakse. (a) Bestem størrelse og retning af det elektriske felt i hvert af de fem områder 0 < r < r a, r a < r < r b, r b < r < r c, r c < r < r d og r > 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, to modstande R 1 og R 2 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. Strømmen, som løber gennem de to modstandene, kaldes i(t). Kapacitorerne er uladede for t < 0. EMF en er ideel, dvs. uden indre modstand. Der ses bort fra selvinduktion. (a) Bestem strømmen i(t) for t > 0. Kapacitoren med kapaciteten C 1 er konstrueret af to tynde koaksiale cylinderskaller (metal). Den inderste skal har radius 18 mm, den yderste har radius 20 mm, den fælles længde er 30 cm og der er vakuum i mellemrummet mellem de to skaller. Kapacitoren med kapaciteten C 2 er konstrueret af to parallelle tynde metalplader, som er anbragt over for hinanden. Pladerne er kvadratiske med sidelængde 20 cm, deres indbyrdes afstand er 3 mm og mellemrummet mellem pladerne er fyldt ud med et dielektrikum med dielektricitetskonstant K = 3,5. (b) Bestem kapacitancerne C 1 og C 2, idet der ses bort fra randfelter. 3

Opgave 3 En kuglesymmetrisk elektrostatisk ladningsfordeling producerer et elektrisk felt, der er rettet radiært ud fra fordelingens centrum. I afstanden r fra dette centrum har feltet styrken og E = ( ) Q r 4πɛ 0 R 2 R r2 R 2 E = for 0 < r < R Q 4πɛ 0 r 2 for r > R. Konstanten Q er en ladning, konstanten R er en længde; begge er positive. Dielektricitetskonstanten K er overalt lig med 1. (a) Bestem det elektriske potential V (r) overalt i rummet, idet potentialet sættes til nul i det uendeligt fjerne. (b) Skitsér E(r), dvs. feltstyrkens forløb som funktion af afstanden til fordelingens centrum. Afgør på grundlag af feltets forløb om der sidder ladning fordelt på kuglefladen r = R. Argumentér for svaret, og hvis det er ja, angiv hvor meget ladning, der ialt sidder på fladen r = R. Opgave 4 En uendelig lang cylindersymmetrisk strømfordeling med strømtæthed J parallel med cylinderaksen giver anledning til et magnetfelt, der i afstanden a = 2 cm fra cylinderaksen har styrken 0,0010 T, mens styrken i afstanden b = 4 cm fra cylinderaksen er 0,0015 T. For r < a er strømtætheden uafhængig af afstanden r til cylinderaksen. (a) Bestem den samlede strøm I (i A), der løber i området r < b, samt strømtætheden J for r < a (i A/m 2 ). 4

Opgave 5 Betragt tre parallelle uendeligt lange lige metaltråde med forsvindende tværsnit. Der indlægges et sædvanligt retvinklet koordinatsystem med z-aksen sammenfaldende med Leder 1, som bærer den konstante strøm I, der løber i z-aksens positive retning; I > 0. Leder 2 går gennem punktet (x, y, z) = (a, 0, 0) og bærer strømmen 2I; strømmen i Leder 2 løber altså modsat strømmen i Leder 1. Leder 3 går gennem punktet (x, y, z) = (a, a, 0) og bærer strømmen I; strømmen i Leder 3 har altså samme størrelse og retning som strømmen i Leder 1. Konstanten a er en længde; a > 0. (a) Bestem den kraft F, der virker på Leder 1 på et udsnit med længden l. Kraften angives ved sine komposanter eller ved sin størrelse og retning der er frit valg. (b) Bestem magnetfeltet B (størrelse og retning) i punktet (x, y, z) = ( a, 0, 17a). 5

Opgave 6 En uendelig lang solenoide er omsluttet af en kvadratisk strømkreds, der er anbragt i en plan vinkelret på solenoidens akse. Situationen er skitseret i figuren ovenfor, som viser et tværsnit gennem solenoiden i den plan, der indeholder den kvadratiske strømkreds. Begge kredse er stive og stationære. Solenoiden har tværsnitsareal A, n vindinger pr. længdeenhed og strømmen i s (t) gennem dens vindinger varierer med tiden t. På grund af denne tidsvariation induceres der en elektromotorisk kraft E i den kvadratiske strømkreds; den er givet som E = µ 0 ni 0 A/τ for 0 < t < τ og E = 0 for t < 0, t > τ. Her er I 0 er en positiv konstant med dimension A, τ er en positiv tidskonstant og E s positive fortegn for 0 < t < τ betyder, at den inducerede strøm i den kvadratiske strømkreds løber samme vej rundt som strømmen i solenoiden. (a) Bestem strømmen i s (t) i solenoiden idet det oplyses, at i s (t) varierer kontinuert i tiden t og er 0 for t. Det oplyses, at den kvadratiske strømkreds har modstanden R og selvinduktansen L (begge størrelser er forskellige fra 0). Der kan ses bort fra strømkredsens kapacitans. (b) Bestem strømmen i k (t) i den kvadratiske strømkreds for t τ. endvidere forholdet i k (2τ)/i k (τ). Bestem 6