COULOMBIN VOIMA JA SÄHKÖKENTTÄ, PISTEVARAUKSET, JATKUVAT VARAUSJAKAUMAT



Samankaltaiset tiedostot
Sähköstaattinen energia

FYSA220/2 (FYS222/2) VALON POLARISAATIO

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

3.5 Generoivat funktiot ja momentit

Sähkömagnetismin kaavoja

Pyörimisliike. Haarto & Karhunen.

3D-mallintaminen konvergenttikuvilta

Mat Lineaarinen ohjelmointi

d L q i = V = mc 2 q i 1 γ = = p i. = V = γm q i + QA i. ṗ i + Q A i + Q da i t + j + V + Q φ

Esitä koherentin QAM-ilmaisimen lohkokaavio, ja osoita matemaattisesti, että ilmaisimen lähdöstä saadaan kantataajuiset I- ja Q-signaalit ulos.

Puupintaisen sandwichkattoelementin. lujuuslaskelmat. Sisältö:

Sähköstaattisen potentiaalin laskeminen

Monte Carlo -menetelmä

r i m i v i = L i = vakio, (2)

Markov-prosessit (Jatkuva-aikaiset Markov-ketjut)

. g = 0,42g. Moolimassat ovat vastaavasti N 2 :lle 28, 02g/ mol ja typpiatomille puolet tästä 14, 01g/ mol.

6. Stokastiset prosessit (2)

Painotetun metriikan ja NBI menetelmä

Mat /Mat Matematiikan peruskurssi C3/KP3-I Harjoitus 2, esimerkkiratkaisut

ABTEKNILLINEN KORKEAKOULU

Voiman momentti. Momentin yksikkö on [M] = [F] [r] = 1 Nm (newtonmetri) Voiman F vaikutussuora

Yleistä. Teräsrakenteiden liitokset. Liitos ja kiinnitys

A250A0100 Finanssi-investoinnit Harjoitukset

1, x < 0 tai x > 2a.

FYSIIKAN LABORAATIOT (TLP058) LUKUVUOSI

Jaksolliset ja toistuvat suoritukset

1 0 2 x 1 a. x 1 2x c b 2a c a. Alimmalta riviltä nähdään että yhtälöyhmällä on ratkaisu jos ja vain jos b 3a + c = 0.

Yksikköoperaatiot ja teolliset prosessit

Taustaa. Sekventiaalinen vaikutuskaavio. Päätöspuista ja vaikutuskaavioista. Esimerkki: Reaktoriongelma. Johdantoa sekventiaalikaavioon

Mittausepävarmuus. Mittaustekniikan perusteet / luento 7. Mittausepävarmuus. Mittausepävarmuuden laskeminen. Epävarmuuslaskelma vai virhearvio?

Kynä-paperi -harjoitukset. Taina Lehtinen Taina I Lehtinen Helsingin yliopisto

Lähdemateriaalina käytetty Pertti Louneston kirjaa Clifford Algebras and spinors [1]

Yrityksen teoria. Lari Hämäläinen S ysteemianalyysin. Laboratorio. Teknillinen korkeakoulu

MS-A0205/MS-A0206 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 Luento 7: Lagrangen kertojat. Pienimmän neliösumman menetelmä.

AquaPro Bedienungsanleitung Operating instructions Gebruiksaanwijzing Käyttöohje FIN Rev.0607

ER-kaaviot. Ohjelmien analysointi. Tilakaaviot. UML-kaaviot (luokkakaavio) Tietohakemisto. UML-kaaviot (sekvenssikaavio) Kirjasto

Sähkökentät ja niiden laskeminen I

ELEC C4140 Kenttäteoria (syksy 2016)

HASSEN-WEILIN LAUSE. Kertausta

Epälineaaristen pienimmän neliösumman tehtävien ratkaiseminen numeerisilla optimointimenetelmillä (valmiin työn esittely)

ELEC C4140 Kenttäteoria (syksy 2015)

Yrityksen teoria ja sopimukset

Jaetut resurssit. Tosiaikajärjestelmät Luento 5: Resurssien hallinta ja prioriteetit. Mitä voi mennä pieleen? Resurssikilpailu ja estyminen

1. (Monisteen teht. 5.16) Eräiden kuulalaakereiden kestoa (miljoonaa kierrosta) on totuttu kuvaamaan Weibull-jakaumalla, jonka tiheysfunktio on

Kuluttajahintojen muutokset

ANTIBIOOTTIEN POISTO VEDESTÄ ADSORPTIOLLA

Sisällysluettelo Laitteen asennus Toiminnot Tekniset tiedot Asetukset Viestikoodit Huolto Takuu Turvallisuusohjeet Toiminnot

Kanoniset muunnokset

Vinkkejä Gaussin lain käyttöön laskettaessa sähkökenttiä

KOKONAISRATKAISUT YHDESTÄ PAIKASTA

MAOL-Pisteitysohjeet Fysiikka kevät 2009

Työn tavoitteita. 1 Johdanto. 2 Ideaalikaasukäsite ja siihen liittyvät yhtälöt

1. Luvut 1, 10 on laitettu ympyrän kehälle. Osoita, että löytyy kolme vierekkäistä

PUTKIKELLON SUUNNITTELU 1 JOHDANTO 2 VÄRÄHTELEVÄN PALKIN TEORIAA. dm Q dx = (1) Matti A Ranta

Hallin ilmiö. Laatija - Pasi Vähämartti. Vuosikurssi - IST4SE. Tekopäivä Palautuspäivä

Työssä tutustutaan harmonisen mekaanisen värähdysliikkeen ominaisuuksiin seuraavissa

3 Tilayhtälöiden numeerinen integrointi

AINEIDEN OMINAISUUKSIIN PERUSTUVA SEOSTEN LUOKITUS JA VAARAA OSOITTAVAT LAUSEKKEET

13. Lineaariset ensimmäisen kertaluvun differentiaalisysteemit

Jäykän kappaleen liike

BL20A0600 Sähkönsiirtotekniikka

1. YLEISKATSAUS MYYNTIPAKKAUKSEN SISÄLTÖ. ZeFit USB -latausklipsi Käyttöohje. Painike

Tietoa sähkökentästä tarvitaan useissa fysikaalisissa tilanteissa, esimerkiksi jos halutaan

HY, MTO / Matemaattisten tieteiden kandiohjelma Tilastollinen päättely II, kevät 2018 Harjoitus 7B Ratkaisuehdotuksia.

Venymälle isotermisessä tilanmuutoksessa saadaan AE AE

Geneettiset algoritmit ja luonnossa tapahtuva mikroevoluutio

Raja-arvot. Osittaisderivaatat.

SMG-1100: PIIRIANALYYSI I

Matematiikan ja tilastotieteen laitos Johdatus diskreettiin matematiikkaan (Syksy 2008) 4. harjoitus Ratkaisuja (Jussi Martin)

Luento 6 Luotettavuus Koherentit järjestelmät

REILUUS, SOSIAALISET PREFERENSSIT JA PELITEORIA

Työn tavoitteita. 1 Johdanto. 2 Ideaalikaasukäsite ja siihen liittyvät yhtälöt

Betoniteollisuus ry (43)

Kollektiivinen korvausvastuu

Mat Tilastollisen analyysin perusteet, kevät 2007

4. A priori menetelmät

Mat Tilastollinen päättely 7. harjoitukset / Tehtävät. Hypoteesien testaus. Avainsanat:

Valmistelut INSTALLATION INFORMATION

0 Matemaattisia apuneuvoja

766320A SOVELTAVA SÄHKÖMAGNETIIKKA, ohjeita tenttiin ja muutamia teoriavinkkejä sekä pari esimerkkilaskua

JÄNNITETTYJEN ONTELOLAATTOJEN CE-MERKINNÄN MUKAINEN SUUNNITTELU EUROKOODIEN MUKAAN

11. Vektorifunktion derivaatta. Ketjusääntö

MTTTP1 SELITYKSIÄ JA ESIMERKKEJÄ KAAVAKOKOELMAN KAAVOIHIN LIITTYEN

S , FYSIIKKA III (ES), Syksy 2002, LH 4, Loppuviikko 39. Partitiofunktiota käyttäen keskiarvo voidaan kirjoittaa muotoon

Tilastollisen fysiikan luennot

PHYS-A3131 Sähkömagnetismi (ENG1) (5 op)

SATE1120 Staattinen kenttäteoria kevät / 5 Laskuharjoitus 2 / Coulombin laki ja sähkökentänvoimakkuus

Käytetään säteille kompleksiesitystä. Tuleva säde on Ee 0 iw t ja peräkkäisiä heijastuneita säteitä kuvaaviksi esityksiksi saadaan kuvasta: 3 ( 2 )

Tarkastellaan kuvan 8.1 (a) lineaarista nelitahoista elementtiä, jonka solmut sijaitsevat elementin kärkipisteissä ja niiden koordinaatit ovat ( xi

Uuden eläkelaitoslain vaikutus allokaatiovalintaan

1. välikoe

5. Datan käsittely lyhyt katsaus. Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I, luento Thomas Hackman

PAULI RAUTAKORPI LEIJAVOIMALAN TEHON ARVIOINTI

Tavoitteet skaalaavan funktion lähestymistapa eli referenssipiste menetelmä

Kuinka väestö sijoittuu siirryttäessä tietoyhteiskuntaan?

FYSIIKAN LABORATORIOTYÖT P

Kuntoilijan juoksumalli

KÄYTTÖTURVALLISUUSTIEDOTE

Aamukatsaus

Integrointi ja sovellukset

Transkriptio:

COUOMBIN VOIMA JA SÄHKÖKENTTÄ, PISTEVARAUKSET, JATKUVAT VARAUSJAKAUMAT SISÄTÖ: Coulombn voma Sähkökenttä Coulombn voman a sähkökentän laskemnen pstevaaukslle Jatkuvan vaauksen palottelemnen pstevaauksks Coulombn voma Koko sähkömagnetsmn peusta on Coulombn voma, ota kuvataan Coulombn lan avulla. Sen mukaan sähkösest vaatut kappaleet oko vetävät tosaan puoleensa ta hylkvät tosaan. Vaausta on kahdenlasta: tosta vaaustyyppä sanotaan postvseks vaaukseks, tosta negatvseks. Etyyppset vaaukset vetävät tosaan puoleensa, samantyyppset hylkvät. Coulombn lak kahden pstevaauksen välselle vomalle on yhtälön muodossa: Tämä yhtälö on otettu peuskussn kasta Unvesty Physcs, ekä tämä anna voman suuntaa vaan van vaattuen kappaleden välsen voman suuuuden. Sen saan luentomonsteen yhtälöt antavat myös voman suunnan: ) Tässä takottaa vektoa, oka petään pstevaauksesta pstevaaukseen. on voma, onka pstevaaus aheuttaa pstevaaukseen. Tonen estysmuoto kyseselle vomalle on: Tässä vektot a takottavat pstevaausten a pakkoa. Usean pstevaauksen tapauksessa yhtälö tulee muotoon: Tässä on kokonasvoma onka vaaukset yhdessä aheuttavat vaaukseen.

Sähkökenttä Koko sähkömagnetsmn dea ssältyy Coulombn lakn. Asoden matemaattstakn) kästtelyä a ymmätämstä helpottamaan on sähköopssa otettu käyttöön useta kästtetä, osta ensmmäsenä estellään sähkökenttä. Sähkökentän omnasuuksa: Sähkökenttää on sellä mssä Coulombn voma vakuttaa. Sähkökenttä on samalla tavalla vektosuue kun voma. Sähkökenttä vakuttaa e tavalla postvsest vaattuhn hukkasn kun negatvsest vaattuhn hukkasn: postvsest vaatut hukkaset pykvät sähkökentän suuntaan, negatvsest vaatut pänvastaseen suuntaan. Sähkökentän vomavakutus vaattuun hukkaseen on yhtälön avulla lausuttuna E Pstevaausten aheuttama sähkökenttä vodaan laskea yksnketaslla yhtälöllä. Jatkuvan vaauksen aheuttaman sähkökentän laskemseen käytetään useta elasa menetelmä, ota estellään tällä kusslla a otka ovat täkeä osa kussa. Nätä menetelmä ovat muun muassa ntegomsmenetelmä, Gaussn lan avulla laskemnen a sähkökentän laskemnen potentaaln gadenttna. Coulombn voman a sähkökentän laskemnen pstevaaukslle Pstevaauksen sähkökentän yhtälö on peuskussn kan Unvesty Physcs mukaan: E Tämä yhtälö e anna sähkökentän suuntaa. Seuaava luentomonsteen yhtälö antaa sähkökentän suunnan: E ) Tämä yhtälö antaa pstevaausten aheuttaman sähkökentän psteessä. Alottelevan sähkömagnetsmn haastaan on oskus vakea ymmätää, että psteessä e usemmten ole vaausta. Snä vakuttaa van lähstöllä oleven vaausten aheuttama Coulombn voma a täten sähkökenttäkn.

Esmekk : Kolme pstevaausta, a on tasasvusen kolmon kässä. Mkä on vaaukseen kohdstuva kokonasvoma, kun =, μc a =, cm? - Ratkasu: asketaan tämä lasku kahdella tavalla. Tapa I Käytetään yhtälöä: ) Nyt ols määtettävä vekto, oka takottaa vektoa vaauksesta vaaukseen, a vekto vaauksesta - vaaukseen. Vekto on määtetty, kun tedetään sen suuuus a suunta. Näden vektoeden suuuus on. Suunta lmotetaan ykskkövektolla. Vekto on helppo tapaus, koska se on postvsen x-akseln suuntanen el ykskkövekton î el ê x ) suuntanen. Vekto on ss î.

- 6 o Seuaavaks määtetään vekto. Suuuus on tetenkn. Suunta katso kuvasta, nyt e tavtse tse päätellä, onko kyseessä vetovoma va postovoma) on 6 o alaspän postvsen x-akseln suunnasta. Tämän suuntanen ykskkövekto on: Jollon: cos 6 ) sn 6 ) cos6 ) sn 6 ) Nyt on kokonasvoma: ) cos 6 o o 6cos 6 ) 6sn 6 ) 6sn 6 ) 8N) ) sn 6 )

Tapa II Käytetään doottvamaa yhtälöä: Tässä tapauksessa kokonasvoma on: Vektot, a ovat vaausten, - a pakkavektoeta: ) sn 6 ) cos 6 N ) 8.5) 6 ) sn 6 ) cos 6 sn 6 ) cos 6 6 ) sn 6 ) cos 6 ) sn 6 ) cos 6 Tämä tapa on helpon vakka näyttää monmutkaselta), sllä e tavtse tse mettä vektoeden suunta. 6 o -

Esmekk : Nelä pstevaausta, -, a -) on asetettu kuvan mukasest nelön käkn. Nelön svun ptuus on. aske sähkökenttä nelön keskpsteessä. Oleta, että >. - - Ratkasu: Käytetään luentomonsteessa annettua yhtälöä: E ) Tämä yhtälö kuvaa pstevaausten ota on kappaletta) aheuttamaa sähkökenttää pakassa. Vektot ovat pstevaausten pakkoa, otka tässä tapauksessa ovat: Nyt van sotetaan vektot a vaaukset yhtälöön. Vekto on nollavekto, nänhän me koodnaatston olemme valnneet. Saamme sähkökentän ogossa:

) ) ) ) ) ) ) ) ) E ) ) ) Vakka tämä menetelmä vakuttaa monmutkaselta, tämä on snä melessä helppo, että okea suunta a suuuus tulevat automaattsest. Esmekk : Tässä on velä yks esmekk, oka vodaan laskea peuskussn kassa esntyvllä kaavolla: Tämä lasku vodaan laskea usealla elasella tavalla, osta kaks estetään tässä. TAPA I asketaan ensn sähkökentten suuuudet. Jaetaan kentät x- a y-akseleden suuntasn komponenttehn a lasketaan komponentt yhteen. Vastaus vodaan antaa vektona ta lasketaan komponentesta kokonaskenttä a suunta.

y E E x Käytetään Anta Akon Sähkö- a magnetsmopn luentomonsteessa esntyvää pstevaauksen aheuttaman sähkökentän lauseketta asketaan molempen pstevaausten aheuttamat kokonaskentät ekseen: Jaetaan sähkökentät komponenttehn: y,6 m E y E,8 m E E x x a

asketaan kokonaskenttä Kentän suuuus on Kentän suunta on y E E E x TAPA II Käytetään peuskussn luentomonsteen yhtälöä asketaan sähkökentät vektomuodossa molemmlle vaaukslle a sen älkeen lasketaan kentät yhteen. Yllä olevassa yhtälössä on sähkökentän suuntanen ykskkövekto. asketaan se molempen vaausten aheuttamalle kentälle:

y x Tämä saadaan päättelemällä) Sotetaan nämä ykskkövektot edellä laskettuhn sähkökentän suuuuden lausekkesn asketaan molempen pstevaausten aheuttamat kokonaskentät ekseen: Kokonaskentäks saadaan Kentän suuuus on Kentän suunta on

Jatkuvan vaauksen palottelemnen pstevaauksks Edellä laskettn pstevaausten aheuttama sähkökenttä. Nyt valmstaudutaan laskemaan atkuven vaausakaumen aheuttama sähkökenttä. Vaaus vo olla akautunut tasasest aneeseen el vaausakauma on sllon vako. Tällön vaaustheys aneessa tlavuus V) on V Vastaavast os pnnalle S on akautunut tasasest vaaus, on pnta-vaaustheys: S Sähköopssa käytetään myös kästettä vaaus ptuusykskköä kohden: Myöhemmn kästellään Gaussn lak, onka avulla sähkökentän laskemnen käy käteväst. Ana Gaussn laka e vo käyttää. Sllon täytyy vaausakauma palotella vaausalkoks, ota vodaan kästellä pstevaauksna a laskea pstevaausten yhtälöllä. Integomalla saadaan koko kappaleen aheuttama sähkökenttä. Esmekk : Ptkä suoa lanka on vaattu sten, että postvnen vaaustheys langassa on vako λ. aske sähkökenttä langan tosen pään kohdalla psteessä P, onka kohtsuoa etäsyys langasta on a. a x P y Opastus: dx x / x a ) a x a

Ratkasu:

Esmekk 5: Ympyän muotosesta langasta, onka säde on R, on vaattu puolet sten, että tällä vaatulla alueella postvnen vaaustheys on vako λ. aske sähkökenttä ympyän aksellla psteessä P, onka kohtsuoa etäsyys ympyän tasosta on a. z P a y R x Ratkasu: