RATKAISUT: 21. Induktio



Samankaltaiset tiedostot
4. SÄHKÖMAGNEETTINEN INDUKTIO

Sähköstatiikka ja magnetismi Sähkömagneetinen induktio

Aiheena tänään. Virtasilmukka magneettikentässä Sähkömagneettinen induktio. Vaihtovirtageneraattorin toimintaperiaate Itseinduktio

- Kahden suoran johtimen välinen magneettinen vuorovaikutus I 1 I 2 I 1 I 2. F= l (Ampèren laki, MAOL s. 124(119) Ampeerin määritelmä (MAOL s.

2. Laskuharjoitus 2. siis. Tasasähköllä Z k vaipan resistanssi. Muilla taajuuksilla esim. umpinaiselle koaksiaalivaipalle saadaan = =

Sähkömagnetismi. s. 24. t syyskuuta :01. FY7 Sivu 1

Faradayn laki ja sähkömagneettinen induktio

RATKAISUT: 19. Magneettikenttä

Sähköstatiikka ja magnetismi Mekaniikan kertausta

Kertausosa. Kertausosa. 4. Sijoitetaan x = 2 ja y = 3 suoran yhtälöön. 1. a) Tosi Piste (2,3) on suoralla. Epätosi Piste (2, 3) ei ole suoralla. 5.

Sähköstatiikka ja magnetismi

Magneettikenttä. Liikkuva sähkövaraus saa aikaan ympärilleen sähkökentän lisäksi myös magneettikentän

RATKAISUT: 10. Lämpötila ja paine

Magneettikentät. Haarto & Karhunen.

SATE1120 Staattinen kenttäteoria kevät / 5 Laskuharjoitus 14: Indusoitunut sähkömotorinen voima ja kertausta magneettikentistä

Luku 27. Tavoiteet Määrittää magneettikentän aiheuttama voima o varattuun hiukkaseen o virtajohtimeen o virtasilmukkaan

Magneettinen energia

Lauri Puranen Säteilyturvakeskus Ionisoimattoman säteilyn valvonta

YO-harjoituskoe B / fysiikka Mallivastaukset

766320A SOVELTAVA SÄHKÖMAGNETIIKKA PERUSTEHTÄVIÄ RATKAISUINEEN

RATKAISUT: 22. Vaihtovirtapiiri ja resonanssi

Näytä tai jätä tarkistettavaksi tämän jakson tehtävät viimeistään tiistaina ylimääräisessä tapaamisessa.

6. Kertaustehtävien ratkaisut

4757 4h. MAGNEETTIKENTÄT

SATE2180 Kenttäteorian perusteet Induktanssi ja magneettipiirit Sähkötekniikka/MV

SÄHKÖSTATIIKKA JA MAGNETISMI. NTIETS12 Tasasähköpiirit Jussi Hurri syksy 2013

VÄRÄHTELYMEKANIIKKA SESSIO 19: Usean vapausasteen systeemin liikeyhtälöiden johto Newtonin lakia käyttäen

Kuva 8.1 Suoran virrallisen johtimen magneettikenttä (A on tarkastelupiste). /1/

Työ ja energia. Haarto & Karhunen.

ESIM. ESIM.

Luku 1: Järjestelmien lineaarisuus, differenssiyhtälöt, differentiaaliyhtälöt

2.8 Mallintaminen ensimmäisen asteen polynomifunktion avulla

Runkomelu. Tampereen kaupunki Juha Jaakola PL Tampere

Diplomi-insinöörien ja arkkitehtien yhteisvalinta - dia-valinta 2013 Insinöörivalinnan fysiikan koe , malliratkaisut

SATE2180 Kenttäteorian perusteet Faradayn laki ja sähkömagneettinen induktio Sähkötekniikka/MV

Sähkömagneettinen induktio

ELEC-A4130 Sähkö ja magnetismi (5 op)

Magneettikenttä ja sähkökenttä

Luku 1: Järjestelmien lineaarisuus, differenssiyhtälöt, differentiaaliyhtälöt

Kapasitiivinen ja induktiivinen kytkeytyminen

Luku 7 Lenzin laki kertoo induktioilmiön suunnan

Virrankuljettajat liikkuvat magneettikentässä ja sähkökentässä suoraan, kun F = F eli qv B = qe. Nyt levyn reunojen välinen jännite

TKK, TTY, LTY, OY, ÅA, TY ja VY insinööriosastojen valintakuulustelujen fysiikan koe , malliratkaisut.

Fy06 Koe Kuopion Lyseon lukio (KK) 1/7

Fysiikka 7. Sähkömagnetismi

1. Tasavirtapiirit ja Kirchhoffin lait

DEE Lineaariset järjestelmät Harjoitus 2, ratkaisuehdotukset. Johdanto differenssiyhtälöiden ratkaisemiseen

ELEC-C6001 Sähköenergiatekniikka, laskuharjoitukset oppikirjan lukuun 10 liittyen.

Magneettikenttä. Magneettikenttä on magneettisen vuorovaikutuksen vaikutusalue. Kenttäviivat: Kenttäviivojen tiheys kuvaa magneettikentän voimakkuutta

Pyramidi 3 Analyyttinen geometria tehtävien ratkaisut sivu 139 Päivitetty a) 402 Suplementtikulmille on voimassa

Diplomi-insinöörien ja arkkitehtien yhteisvalinta - dia-valinta 2012 Insinöörivalinnan fysiikan koe , malliratkaisut

VÄRÄHTELYMEKANIIKKA SESSIO 21: Usean vapausasteen systeemin liikeyhtälöiden johto Lagrangen

1. Tasavirta. Virtapiirin komponenttien piirrosmerkit. Virtapiiriä havainnollistetaan kytkentäkaaviolla

VIRTAPIIRILASKUT II Tarkastellaan sinimuotoista vaihtojännitettä ja vaihtovirtaa;

Mittaustuloksen esittäminen Virhetarkastelua. Mittalaitetekniikka NYMTES 13 Jussi Hurri syksy 2014

RATKAISUT: Kertaustehtäviä

l s, c p T = l v = l l s c p. Z L + Z 0

VÄRÄHTELYMEKANIIKKA SESSIO 18: Yhden vapausasteen pakkovärähtely, transienttikuormituksia

7. Resistanssi ja Ohmin laki

Coulombin laki. Sähkökentän E voimakkuus E = F q

Fysiikan perusteet ja pedagogiikka (kertaus)

Sähköoppi. Sähköiset ja magneettiset vuorovaikutukset sekä sähkö energiansiirtokeinona.

Sähkötekiikka muistiinpanot

FYSIIKKA (FY91): 9. KURSSI: Kertauskurssi KOE VASTAA KUUTEEN (6) TEHTÄVÄÄN!!

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

Sähkömagneettinen induktio

Naulalevylausunto Kartro PTN naulalevylle

KJR-C2002 Kontinuumimekaniikan perusteet, viikko 45/2017

FYSIIKAN LABORATORIOTYÖT 2 MAGNEETTIKENTTÄTYÖ

Eksponentti- ja logaritmiyhtälö

Erään piirikomponentin napajännite on nolla, eikä sen läpi kulje virtaa ajanhetkellä 0 jännitteen ja virran arvot ovat. 500t.

2 Taylor-polynomit ja -sarjat

kipinäpurkauksena, josta salama on esimerkki.

TÄSSÄ ON ESIMERKKEJÄ SÄHKÖ- JA MAGNETISMIOPIN KEVÄÄN 2017 MATERIAALISTA

SMG-2100: SÄHKÖTEKNIIKKA

TEHTÄVIEN RATKAISUT. b) 105-kiloisella puolustajalla on yhtä suuri liikemäärä, jos nopeus on kgm 712 p m 105 kg

FY6 - Soveltavat tehtävät

HALLIN ILMIÖ 1. TUTKITTAVAN ILMIÖN TEORIAA

Sähkömagneettinen induktio

KESTOMAGNEETTI VAASAN YLIOPISTO TEKNILLINEN TIEDEKUNTA SÄHKÖTEKNIIKKA. Jani Vitikka p87434 Hannu Tiitinen p Dynaaminen kenttäteoria SATE2010

SÄHKÖ KÄSITTEENÄ. Yleisnimitys suurelle joukolle ilmiöitä ja käsitteitä:

1. Harjoituskoe. Harjoituskokeet. 1. a) Valitaan suorilta kaksi pistettä ja määritetään yhtälöt. Suora s: (x 1, y 1 ) = (0, 2) (x 2, y 2 ) = (1, 2)

Fysiikka 7 muistiinpanot

Diplomi-insino o rien ja arkkitehtien yhteisvalinta - dia-valinta 2015 Insino o rivalinnan fysiikan koe , malliratkaisut

Kuva 1: Vaihtovirtapiiri, jossa on sarjaan kytkettynä resistanssi, kapasitanssi ja induktanssi

Vakuutusteknisistä riskeistä johtuvien suureiden laskemista varten käytettävä vakuutuslajiryhmittely.

ELEC-A4130 Sähkö ja magnetismi (5 op)

Kondensaattorin läpi kulkeva virta saadaan derivoimalla yhtälöä (2), jolloin saadaan

Katso Opetus.tv:n video: Kirchhoffin 1. laki

33 SOLENOIDIN JA TOROIDIN MAGNEETTIKENTTÄ

SMG-1100: PIIRIANALYYSI I

ELEC-A4130 Sähkö ja magnetismi (5 op)

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

Fy07 Koe Kuopion Lyseon lukio (KK) 1 / 5

Passiiviset piirikomponentit. 1 DEE Piirianalyysi Risto Mikkonen

TEHTÄVIEN RATKAISUT N = 1,40 N -- 0,84 N = 0,56 N. F 1 = p 1 A = ρgh 1 A. F 2 = p 2 A = ρgh 2 A

MAOL-Pisteityssuositus Fysiikka syksy 2013

PAINOPISTE JA MASSAKESKIPISTE

Transkriptio:

Physica 9 2. painos 1(6) ATKAISUT ATKAISUT: 21.1 a) Kun magneettienttä muuttuu johdinsilmuan sisällä, johdinsilmuaan indusoituu lähdejännite. Tätä ilmiötä utsutaan indutiosi. b) Lenzin lai: Indutioilmiön seurauset ovat aina sellaiset, että ne vastustavat muutosta, joa indution aiheutti.. c) Sähöä johtavasta aineesta tehtyyn appaleeseen indusoituu sähövirtoja (pyörrevirtoja), un appaletta liiutetaan epähomogeenisessa magneettientässä. Pyörrevirtoja syntyy myös, jos magneetti liiuu metalliappaleen suhteen. Oleellista on, että magneettienttä appaleen suhteen muuttuu. d) Kun äämissä on sähövirta, sen sisälle ja ympärille syntyy magneettienttä. Jos äämissä uleva sähövirta muuttuu, myös sähövirran aiheuttama magneettienttä äämin sisällä muuttuu. Tällöin äämi on omassa muuttuvassa magneettientässään, ja indutiolain muaan äämiin indusoituu lähdejännite. Tämä lähdejännite vastustaa magneettivuon muutosta eli sähövirran muutosta Lenzin lain muaisesti. Tätä ilmiötä, jossa äämin oman sähövirran muutos indusoi äämiin sähövirran muutosta vastustavan lähdejännitteen, utsutaan itseindutiosi. 21.2 Indusoitunut lähdejännite saadaan indutiolaista e =. Magneettivuon muutosnopeus saadaan magneettivuon uvaajan fysiaalisena ulmaertoimena e =. Δ t 0 20 s: 0,8 Wb 0,1 Wb e = = = 0,035 Wb. Δ t 20 s 0 s s 20 35 s: 0,8 Wb 0,8 Wb e = = = 0 Wb. Δ t 35 s 20 s s 35 45 s: 0 Wb 0,8 Wb e = = = 0,08 Wb. Δ t 45 s 35 s s

Physica 9 2. painos 2(6) ATKAISUT 21.3 Jännitteen etumeri (uvaajan suunta ) riippuu siitä, miten jännitemittari on ytetty äämiin. Indutiolain muaan e= N. d t Kun magneetti lähestyy äämiä, magneettivuo äämin läpi asvaa. Silloin siis magneettivuon muutosnopeus d Φ on positiivinen ja indusoitunut jännite negatiivinen. Kun magneetti on äämissä, jonin aiaa magneettivuo on liimäärin vaio, joten magneettivuon muutosnopeus d Φ on nolla ja samoin indusoitunut jännite. Kun magneetti poistuu äämistä, magneettivuo äämin läpi pienenee. Silloin siis magneettivuon muutosnopeus d Φ negatiivinen ja indusoitunut jännite positiivinen. on 21.4 a) Pyörrevirtoja syntyy, un sähöä johtava appale on muuttuvassa magneettientässä. b) Pyörrevirtajarrut, aineen raenteen tutiminen, varashälyttimet, metallin paljastin, liiennevalojen ohjaus. Lämmitysuunit, Alsulatto, sähömittarit, nopeusmittarit. c) Haittaa: appaleet uumenevat, liiuvan appaleen liie hidastuu. Samat asiat ovat myös hyödysi. d)

Physica 9 2. painos 3(6) ATKAISUT 21.5 Laitteistolla voidaan tutia indutioilmiötä. Kestomagneetin avulla voidaan muuttaa äämin läpi ulevaa magneettivuota, jolloin äämiin indusoituu lähdejännite e= N, d t joa aiheuttaa piiriin sähövirran e i =, jossa on piirin vaiona pysyvä resistanssi. Laitteistolla voidaan tutia esim.: magneettivuon muutosnopeuden vaiutusta indutiovirtaan (suunta ja suuruus) äämin ierrosluvun vaiutusta indutiovirtaan(tiheämmällä äämillä saadaan suurempi virta) magneetin navan vaiutusta indutiovirran suuntaan 21.6 Magneettivuon tiheyden pystyomponentti on alussa B 1 = 48,40 μt ja lopussa B 2 = 47,18 μt seä muutosaia t = 1 min. Indutiolai d( BA) db e= = = A Sähövirta e A db i = =. Silmuan pituus ja pinta-ala saadaan artasta. Kartasta mitattuna mata Inoo Loviisa Varaus Seinäjoi auma Inoo on 9,9 cm eli silmuan pituus on l = 9,9 10 5 m. Kartan muaan silmuan ala on A = 6,6 10 10 m 2. Silmuan resistanssi = 9,9 10 5 m 9,0 10 6 Siten sähövirta on Ω m = 8,9 Ω. 6-6 Vs 10 2 (47,18 10 48,40 10 ) 6,6 10 m 2 i = m = 150,617 A 150 A. 8,9 Ω 60 s Vastaus: Silmuaan syntyvän GIC-virran suuruus on 150 A.

Physica 9 2. painos 4(6) ATKAISUT 21.7 Auton nopeus on v = 95 m/h, antennin pituus l = 1,5 m, Maan magneettientän magneettivuon tiheys B = 54 μt ja inlinaatio i = 72. Kuvassa auto liiuu atsojaa ohti (idästä länteen). Antenniin indusoituva jännite e= lvb H, jossa B H on magneettivuon tiheyden nopeutta vastaan ohtisuora omponentti. Siten e= lvbcosi. Sijoitetaan luuarvot 95 m e= 3, 6 s 6 1, 5 m 54 10 T cos 72 = 6,6052 10-4 V 0,66 mv. Antennin eletroneihin ohdistuu voima F = gv B, jona suunta on ylöspäin. Antennin yläpään varaus tulee negatiivisemmasi, joten sen potentiaali on matalampi. Vastaus: Antenniin indusoituva jännite 0,66 mv. Antennin alapää on oreammassa potentiaalissa. 21.8 Johtimen pituus on l = 35 mm, johtimen nopeus v = 0,50 m/s, magneettivuon tiheys B = 0,52 T seä johtimien ja vastusen yhteinen resistanssi = 82 Ω. a) Indutiojännite on e= lvb. Ohmin lain muaan e lvb i =, joten i =. m 0,035 m 0,50 0,52 T i = s = 1,1098 10 4 A 0,11 ma. 82 Ω b) Sähövirran suunta saadaan Lenzin lain avulla. Silmuassa magneettientän vuo asvaa, joten sähövirran suunnan tulee olla sellainen, että se vastustaa magneettivuon asvua. Virtajohtimen oiean äden säännön avulla voidaan päätellä, että sähövirran tulee siis olla vastapäivään. Vastaus: a) Sähövirta on 0,11 ma. b) Sähövirran suunta on vastapäivään. 21.9 Johtimien välinen etäisyys on l = 64 mm, magneettivuon tiheys B = 1,50 T ja indusoitunut sähövirta i = 120 ma. Johtimien, metallisauvan ja vastusen yhteinen resistanssi on = 2,3 Ω.

Physica 9 2. painos 5(6) ATKAISUT Kitavoima on F μ = 12 mn. a) Kun sähövirran suunta on vastapäivään, sähövirran aiheuttama magneettienttä suuntautuu silmuassa atsojaan päin, siis saman suuntaan uin aluperäinen uloinen enttä. Lenzin lain muaan vuon tulee siis pienentyä, joten sauva liiuu vasemmalle. b) Indutiojännite on e= lvb. Ohmin lain muaan e lvb i =, joten i =. Siten sauvan nopeus on i v = = lb 3 1,8 Ω 81 10 A = 1,286 m 0,084 m 1,35 T s 1,3 m s. c) Sauvaan vaiuttaa vetävä voima F, itavoima F μ, magneettinen voima F B, tuivoima N ja sauvan paino G. Newtonin II lain muaan F F F = ma = 0, sillä iihtyvyys a = 0. Siten μ B F = Fμ + F B. Sauvan vetämiseen tarvittava voima F = IlB + F μ = 0,120 A 0,064 m 1,50 T + 0,0083 N = 0,01982 N 0,020 N. Vastaus: a) Sauva liiuu vasemmalle. b) Sauvan nopeus on 2,9 m s. c) Sauvan vetämiseen tarvittava voima on 0,020 N. 21.10 Käämin ierrosmäärä on N = 250, äämin resistanssi = 5,0 Ω, vastusen resistanssi = 10 Ω ja virran aiaintegraali on 4,19 10-3 As. a) Kun sauva poistetaan, äämin läpi uleva magneettivuo pienenee masimi arvosta nollaan. Magneettivuon muutosen vuosi äämiin indusoituu lyhytaiainen lähdejännite, joa aiheuttaa suljetussa piirissä virtapulssin. b) Indutiolain muaan äämiin indusoituva lähdejännite on e = N. d t Piirin sähövirta on e i = + joten N i =. +,

Physica 9 2. painos 6(6) ATKAISUT Virran aiaintegraali ilmaisee äämin läpi virtapulssin aiana ulevan oonaisvarausen. t t N Q = i= = + 0 0 0 N = + Φ Φ N + = 0 N Φ + Magneettivuo on + Φ = Q = N 3 (10 + 5,0) Ω 4,19 10 As 250 = 0,2514 10 3 Vs 0,25 10-3 Vs. Vastaus: b) Sauvamagneetin magneettivuo 0,25 10 3 Vs.