KURSSIN TÄRKEIMPIÄ AIHEITA

Transkriptio

1 KURSSIN TÄRKEIMPIÄ AIHEITA varausjakauman sähköken/ä, Coulombin laki virtajakauman ken/ä, Biot n ja Savar8n laki erilaisten (piste ja jatkuvien) varaus ja virtajakautumien poten8aalienergia, poten8aali, työn käsite, konserva8ivinen voima, tasapoten8aalipinnat Kondensaa/ori (mm. varaaminen ja poten8aalienergia, miten jännite levyjen välissä muu/uu kun siellä esim. johde tai eristelevy). Miten lasket kentän levyjen välissä. Mikä on hajaken/ä ja miten lasket sen?) Sähköken/ä ja aine, polarisoituminen (ymmärtää yleisellä tasolla) Sähköinen ja magneeanen dipoli (mm. määritelmä, merkitys, vääntömomena, poten8aalienergia, kenaen laskeminen)

2 KYSYMYS: Pieni posi8ivisesta varautunut kappale tuodaan pysyvista dipoleista neutraalin eristekappaleen lähe/yville. Tämän jälkeen kappaleiden välillä on a) On sähköinen vetovoima b) Ei ole sähköistä voimaa c) On sähköinen poistovoima d) Muu vastaus e) Ei osaa sanoa

3 KYSYMYS: Pieni nega8ivises8 varautunut kappale tuodaan pysyvistä dipoleista neutraalin eristekappaleen lähe/yville. Tämän jälkeen kappaleiden välillä on a) On sähköinen vetovoima b) Ei ole sähköistä voimaa c) On sähköinen poistovoima d) Muu vastaus e) Ei osaa sanoa

4 KYSYMYS: Vetyatomi asetetaan kuvan mukaiseen, homogeeniseen sähköken/ään. Tällöin: a) Atomi ei lähde liikkeelle b) Elektronipilvi siirtyy vähän oikealle c) Protoni siirtyy vähän vasemmalle d) Atomille muodostuu dipolimomena, joka osoi/aa vasemmalle e) Muu vastaus f) Ei osaa sanoa Kaikki 14

5 KONDENSAATTORI JA ERISTELEVY Miten käy kentälle? à Sähköken/ä kondensaa/orin sisällä pienenee tekijällä ε r Entä jänni/eelle? Miten tapahtuu kondensaa/orin kapasitanssille? E p E tot C = Q V = ε r ε 0 A d E 0 Nyt siis varaus säilyy ja levyjen etäisyys pysyy samana, mu/a ken/ä välissä pienenee Dielektrisellä aineella täytetyissä alueissa sähkösta8ikan yhtälöt pätevät, kun sähkövakio ε 0 korvataan ε r ε 0 :lla.

6 KONDENSAATTORI JA METALLILEVY Oletetaan e/ä kondensaa/orin levyjen välillä on poten8aaliero ΔV=6 V, etäisyys d=3 mm. à E=ΔV/d=2000 V/m. Kondensaa/orin ken/ä E=Q/(ε 0 A) Jos laitetaan kondensaa/orin levyjen väliin 1 mm metallilevy niin muu/uuko poten:aali? à Ken/ä edelleen metallilevyn ulkopuolella 2000 V/m, mu/a sisällä nolla Matka jolloin E 0 nyt pienempi à poten8aalin pitää olla pienempi (4 V) -Q 1 Q 1 -Q 2 Q 2 E E E=0 1 mm 3 mm E x

7 KURSSIN TÄRKEIMPIÄ AIHEITA varausjakauman sähköken/ä, Coulombin laki virtajakauman ken/ä, Biot n ja Savar8n laki erilaisten (piste ja jatkuvien) varaus ja virtajakautumien poten8aalienergia, poten8aali, työn käsite, konserva8ivinen voima, tasapoten8aalipinnat Kondensaa/ori (mm. varaaminen ja poten8aalienergia, miten jännite levyjen välissä muu/uu kun siellä esim. johde tai eristelevy). Miten lasket kentän levyjen välissä. Mikä on hajaken/ä ja miten lasket sen?) Sähköken/ä ja aine, polarisoituminen (ymmärtää yleisellä tasolla) Sähköinen ja magneeanen dipoli (mm. määritelmä, merkitys, vääntömomena, poten8aalienergia, kenaen laskeminen)

8 DIPOLI SÄHKÖKENTÄSSÄ E Sähköken/ä pyrkii kiertämään dipolia kentän suuntaiseksi. VääntömomenA dipolin massakeskipisteen suhteen on τ=r F=p E Epähomogeeninen sähköken/ä myös kiihdy/ää dipolia -q F F p q (d/2)sinθ Kun voiman momena τ kiertää dipolia kulman θ, tekee voima työn dw=τdθ U = pe cosφ = p E Kun määritel8in, e/ä poten8aalienergia U on nolla kun ken/ä ja dipolimomena ovat koh8suorassa. E θ p

9 VIRTASILMUKKA MAGNEETTIKENTÄSSÄ F=Il B µ B I sisään X F B =IdB F =IdBsinθ F =IdBsinθ θ vääntömomena τ=r F F B =IdB I ulos h/2 à τ=2idbsinθ(h/2) à τ=µ B B à U=-µBcosθ µ µ µ µ à U=-µ B U=-µB U=0 U=µB U=0

10 KURSSIN TÄRKEIMPIÄ AIHEITA Sähkövirta ja virran 8heys, ymmärtää merkitys ja nämä pitää osata kirjoi/aa varausten ja niiden nopeuden avulla Drudemalli kvalita8ivisella tasolla (eli mm. seli/ää miksi elektronit liikkuvat hitaas8 eteenpäin joh8messa) Ymmärtää mitä virtapiirin erikomponen8t tekevät siellä (käytännölliseltä kannalta ja osata laskea virtapiirilaskuissa ehkä vähän syvällisemmälläkin tasolla) Osata ratkaista tasavirtapiirejä ja myös RC piirejä (1. krt differen8aaliyhtälö) Ymmärtää miten magneeaken/ä vaiku/aa liikkuvaan varaukseen, Lorentzinvoima, Hallin ilmiö (luennoilla/laskareissa olleet laskut ja kvalita8ivinen ymmärtäminen) Virtajohdin magneeakentässä ja virtajohdinten väliset voimat

11 PARISTON NAPAJÄNNITE DEMO Todellisilla paristoilla on aina sisäistä resistanssia r. Tämä voidaan o/aa huomioon aja/elemalla e/ä pieni vastus on kytke/y sarjaan pariston kanssa. Jos ε on pariston lähdejännite niin napajännite joka siis voidaan o/aa siitä virtapiiriin on ΔV=ε Ir b a

12 Lamppudemoista huomioita Virtapiirin komponenaen resistanssi, kytkennät ja pariston (paristojen napajännite) määri/ää miten suuri virta piirissä voi kulkea. Virran suuruus määri/ää määri/ää kuinka kirkkaas8 lamppu jolla on 8e/y resistanssi loistaa.

13 LAMPPUKYSYMYS 1 Kun hehkulampun B yli kytketään johdin kuten kuvassa, verra/una 8lanteeseen jossa johdinta ei ole, niin lamppu A Joh8men ansiosta siis virta jakautuu ja B:n yli menee pienempi virta. à Jännitehäviö B:n yli pienenee kasvaa A:n yli (V=RI) I 2 1. palaa kirkkaammin 2. palaa himmeämmin 3. pimenee 4. palaa yhtä kirkkaas8 kuin ennenkin 5. poksahtaa. Bzzzzt. Oikosulku. I 1 I 1 I 3 I 1 =I 2 I 3

14 LAMPPUKYSYMYS 2 Mitä tapahtuu lampuille A ja B, kun kytkin suljetaan? 1. Molemmat sammuvat. 2. Molemmat palavat edelleen yhtä kirkkaas8. 3. B palaa himmeämmin kuin A. 4. B palaa kirkkaammin kuin A. 5. Jotain muuta. Pi8 olla 2, mu/a paristot eivät ihan ideaalisia niin havaiain 4. Tarkastele Kirchoffin looppisääntöä tässä sekä niin e/ä kytkin on auki ja e/ä kytkin on kiinni (huomioi miten jännite muu/uu kun kun kuljet kolmannen pariston läpi).

15 LAMPPUKYSYMYS 3 Kumpi kytkentä tuo/aa enemmän valoa (jos lamput ovat keskenään samanlaiset)? 1. A 2. B 3. Yhtä paljon V=12V V=12V A B

16 LAMPPUKYSYMYS 4 Entä mitä tapahtuu lampulle 3, kun lamppu 2 palaa loppuun (eli sen resistanssi kasvaa ääre/ömäksi)? 1. Palaa kirkkaammin kuin ennen 2. Palaa himmeämmin kuin ennen 3. Sammuu 4. Ei vaikutusta V=12V

17 LAMPPUKYSYMYS 5 Mitä tapahtuu lampulle 1, kun lamppu 2 palaa loppuun (eli sen resistanssi kasvaa ääre/ömäksi)? 1. Palaa kirkkaammin kuin ennen 2. Palaa himmeämmin kuin ennen 3. Sammuu 4. Ei vaikutusta V=12V

18 LAMPPUKYSYMYS 6 Mitä lampuille tapahtuu (alussa B palaa kirkkaas8 ja lamppu A ei pala), kun kytkin suljetaan? 1. A sy/yy, B muu/uu 2. A sy/yy, B ei muutu 3. A ei muutu, B muu/uu 4. A ei muutu, B ei muutu 5. Jotain muuta Mie8 taas Kirchoffin sääntöä ja huomioi miten jännite muu/uu kun kuljet paristojen yli ja/tai mie8 mitkä jänni/eet ovat suljetussa piirissa pisteissä 12 V A 12 V switch B 0 V 12 V 12 V 0 V