S-114.425 FYSIIKKA III (Sf) Syksy 2004, LH 2. Ratkaisut



Samankaltaiset tiedostot
LIITTEET Liite A Stirlingin kaavan tarkkuudesta...2. Liite B Lagrangen kertoimet...3

ν = S Fysiikka III (ES) Tentti Ratkaisut

MAA10 HARJOITUSTEHTÄVIÄ

Matematiikan tukikurssi

Miehitysluvuille voidaan kirjoittaa Maxwell Boltzmann jakauman mukaan. saamme miehityslukujen summan muodossa

dx = d dψ dx ) + eikx (ik du u + 2ike e ikx u i ike ikx u + e udx

S , Fysiikka III (S) I välikoe Malliratkaisut

= 84. Todennäköisin partitio on partitio k = 6,

λ x = 0,100 nm, Eγ = 0,662 MeV, θ = 90. λ λ+ λ missä ave tarkoittaa aikakeskiarvoa.

n = = RT S Tentti

:n perustilaan energiasta. e) Elektronien ja ytimien välinen vuorovaikutusenergia H 2

Derivaatta. Joukko A C on avoin, jos jokaista z 0 A kohti on olemassa ǫ > 0: jos z z 0 < ǫ, niin z A. f : A C on yksiarvoinen.

0 C lämpötilaan antaa 836 kj. Lopputuloksena on siis vettä lämpötilassa, joka on suurempi kuin 0 0 C.

Mekaniikan jatkokurssi Fysp102

Yleisen antennin säteily k enttien ratk aisem isen v aih eet:

2.7 Neliöjuuriyhtälö ja -epäyhtälö

Puolijohteet II. luku 2 ja 4

Oletetaan, että funktio f on määritelty jollakin välillä ]x 0 δ, x 0 + δ[. Sen derivaatta pisteessä x 0 on

j = I A = 108 A m 2. (1) u kg m m 3, (2) v =

Tekijät: Hellevi Kupila, Katja Leinonen, Tuomo Talala, Hanna Tuhkanen, Pekka Vaaraniemi

4A 4h. KIMMOKERROIN E

30 + x ,5x = 2,5 + x 0,5x = 12,5 x = ,5a + 27,5b = 1,00 55 = 55. 2,5a + (30 2,5)b (27,5a + 27,5b) =

tilavuudessa dr dk hetkellä t olevien elektronien

S Fysiikka III (EST) Tentti ja välikoeuusinta

= ( 1) + + = Paraabelit leikkaavat pisteessä ( 2, 3). ( 8) ( 8) 4 1 1

c) Määritä paraabelin yhtälö, kun tiedetään, että sen huippu on y-akselilla korkeudella 6 ja sen nollakohdat ovat x-akselin kohdissa x=-2 ja x=2.

FYSA242 Statistinen fysiikka, Harjoitustentti

ln2, missä ν = 1mol. ja lopuksi kaasun saama lämpömäärä I pääsäännön perusteella.

( ) ( ) on nimeltään molekyylisironnan mikroskooppinen vaikutusala). Sijoittamalla numeroarvot saadaan vapaaksi matkaksi

SATE1120 Staattinen kenttäteoria kevät / 5 Laskuharjoitus 6 / Virta, virtatiheys ja johteet

Ekvipartitioperiaatteen mukaisesti jokaiseen efektiiviseen vapausasteeseen liittyy (1 / 2)kT energiaa molekyyliä kohden.

Käyttämällä annettua kokoonpuristuvuuden määritelmää V V. = κv P P = P 0 = P. (b) Lämpölaajenemisesta johtuva säiliön tilavuuden muutos on

Työ 55, Säteilysuojelu

1. Yksiulotteisen harmonisen oskillaattorin energiatilat saadaan lausekkeesta

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

Sähköstaattinen energia

MATEMATIIKAN KOE, PITKÄ OPPIMÄÄRÄ HYVÄN VASTAUKSEN PIIRTEITÄ

Valo-oppia. Haarto & Karhunen.

2 Eristeet. 2.1 Polarisoituma

1 Eksergia ja termodynaamiset potentiaalit

Kurssikoe on maanantaina Muista ilmoittautua kokeeseen viimeistään 10 päivää ennen koetta! Ilmoittautumisohjeet löytyvät kurssin kotisivuilla.

kertausta Boltzmannin jakauma infoa Ideaalikaasu kertausta Maxwellin ja Boltzmannin vauhtijakauma

= (nopeus) d(impulssi)

Huomaa, että 0 kitkakerroin 1. Aika harvoin kitka on tasan 0. Koska kitkakerroin 1, niin

DYNAMIIKKA II, LUENTO 5 (SYKSY 2015) Arttu Polojärvi

LHSf5-1* Osoita, että van der Waalsin kaasun tilavuuden lämpötilakerroin on 2 γ = ( ) RV V b T 2 RTV 2 a V b. m m ( ) m m. = 1.

( ) ( ) ( ) ( ( ) Pyramidi 4 Analyyttinen geometria tehtävien ratkaisut sivu 271 Päivitetty a) = keskipistemuoto.

Integroimalla ja käyttämällä lopuksi tilanyhtälöä saadaan T ( ) ( ) H 5,0 10 J + 2,0 10 0,50 1,0 10 0,80 Pa m 70 kj

Kvanttifysiikan perusteet 2017

i ni 9 = 84. Todennäköisin partitio on partitio k = 6, k k

Sähköstaattisen potentiaalin laskeminen

Sähköstaattinen energia

T F = T C ( 24,6) F = 12,28 F 12,3 F T K = (273,15 24,6) K = 248,55 K T F = 87,8 F T K = 4,15 K T F = 452,2 F. P = α T α = P T = P 3 T 3

m h = Q l h 8380 J = J kg 1 0, kg Muodostuneen höyryn osuus alkuperäisestä vesimäärästä on m h m 0,200 kg = 0,

MATEMATIIKAN JAOS Kompleksianalyysi

Esimerkkejä derivoinnin ketjusäännöstä

1.7 Gradientti ja suunnatut derivaatat

a) Oletetaan, että happi on ideaalikaasu. Säiliön seinämiin osuvien hiukkasten lukumäärä saadaan molekyylivuon lausekkeesta = kaava (1p) dta n =

Mikrotila Makrotila Statistinen paino Ω(n) 3 Ω(3) = 4 2 Ω(2) = 6 4 Ω(4) = 1

DYNAAMISET SYSTEEMIT kevät 2000

xe y = ye x e y + xe y y = y e x + e x y xe y y y e x = ye x e y y (xe y e x ) = ye x e y y = yex e y xe y e x = x 3 + x 2 16x + 64 = D(x)

Jakso 3: Dynamiikan perusteet Näiden tehtävien viimeinen palautus- tai näyttöpäivä on keskiviikko

Lukion. Calculus. Polynomifunktiot. Paavo Jäppinen Alpo Kupiainen Matti Räsänen Otava PIKATESTIN JA KERTAUSKOKEIDEN TEHTÄVÄT RATKAISUINEEN

Epäyhtälön molemmille puolille voidaan lisätä sama luku: kaikilla reaaliluvuilla a, b ja c on voimassa a < b a + c < b + c ja a b a + c b + c.

1 a) Eristeiden, puolijohteiden ja metallien tyypilliset energiakaistarakenteet.

SMG-4200 Sähkömagneettisten järjestelmien lämmönsiirto Ehdotukset harjoituksen 6 ratkaisuiksi

a) Lasketaan sähkökenttä pallon ulkopuolella

TÄSSÄ ON ESIMERKKEJÄ SÄHKÖ- JA MAGNETISMIOPIN KEVÄÄN 2017 MATERIAALISTA

S , Fysiikka III (ES) Tentti Tentti / välikoeuusinta

14. Pyörteettömät ja lähteettömät vektorikentät; potentiaali

Fysiikan valintakoe , vastaukset tehtäviin 1-2

S , Fysiikka III (Sf) tentti/välikoeuusinta

ja läpäisyaika lasketaan (esim) integraalilla (5.3.1), missä nyt reitti s on z-akselilla:

Aineaaltodynamiikka. Aikariippuva Schrödingerin yhtälö. Stationääriset tilat. Ei-stationääriset tilat

Rak Rakenteiden lujuusoppi Tentti

3 b) Määritä paljonko on cos. Ilmoita tarkka arvo ja perustele vastauksesi! c) Muunna asteiksi 2,5 radiaania. 6p

PHYS-C0220 TERMODYNAMIIKKA JA STATISTINEN FYSIIKKA

4) Törmäysten lisäksi rakenneosasilla ei ole mitään muuta keskinäistä tai ympäristöön suuntautuvaa vuorovoikutusta.

SIS. Vinkkejä Ampèren lain käyttöön laskettaessa magneettikenttiä:

Esimerkki 8. Ratkaise lineaarinen yhtälöryhmä. 3x + 5y = 22 3x + 4y = 4 4x 8y = r 1 + r r 3 4r 1. LM1, Kesä /68

a P en.pdf KOKEET;

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

Matematiikan taito 9, RATKAISUT. , jolloin. . Vast. ]0,2] arvot.

Erityinen suhteellisuusteoria (Harris luku 2)

4. SÄHKÖMAGNEETTINEN INDUKTIO

Klassisen fysiikan ja kvanttimekaniikan yhteys

monissa laskimissa luvun x käänteisluku saadaan näyttöön painamalla x - näppäintä.

Diplomi-insinöörien ja arkkitehtien yhteisvalinta - dia-valinta 2014 Insinöörivalinnan fysiikan koe , malliratkaisut

tasapainotila saavutetaan kun vuo aukon läpi on sama molempiin suuntiin

Matematiikan tukikurssi

Muodonmuutostila hum

PHYS-C0220 Termodynamiikka ja statistinen fysiikka Kevät 2017

13. Ratkaisu. Kirjoitetaan tehtävän DY hieman eri muodossa: = 1 + y x + ( y ) 2 (y )

Luvun 13 laskuesimerkit

Induktio kaavan pituuden suhteen

Luvun 10 laskuesimerkit

763306A JOHDATUS SUHTEELLISUUSTEORIAAN 2 Ratkaisut 3 Kevät E 1 + c 2 m 2 = E (1) p 1 = P (2) E 2 1

Transkriptio:

S-445 FYSIIKKA III (Sf) Syksy 4, LH Ratkaisut LHSf-* Tarkastellaa metallii tehtyä oteloa, jossa o vakuumi (tyhjö) Voidaa osoittaa, että vakuumi täyttää sähkömageettise ketä kvattie eli fotoie muodostama kaasu Fotoie eergia ja liikemäärä välie yhteys o = cp Olettamalla fotoie ja otelo seiämie väliset törmäykset elastisiksi johda käyttäe hyväksi aalogiaa opetusmoistee lukuu fotoikaasu tilayhtälö pv = U, missä U o kaasu kokoaiseergia Tarkastellaa ala A kokoista palaa otelo seiämästä joho absorboituu ja josta emittoituu fotoeja (Kuva ) Lasketaa alaa A osuvie fotoie määrä aikaa [t,t +dt] Fotoit, jotka osuvat pialle A hetkellä t ovat hetkellä t= puolipallo kuorella, joka säde o ct Kuore paksuus, joka sisältää kaikki pitaa A aja dt kuluessa osuvat fotoit, o c dt Kuva Kuva Tarkastellaa aluksi iitä fotoeja, jotka sijaitsevat pallokuoresta kahde yhdesuutaise taso avulla leikatulla ohuella rekaalla Rekaassa o fotoeja yhteesä: dn Regasyht =(rekaa kehä pituus) x (rekaa poikkipita-ala) x (kokoais fotoitiheys) = ( rcos )(cdt rd ) = cr cos d dt Pita A äkyy rekaasta avaruuskulmassa pia A kohtisuora projektio Asiθ dω = = etäisyyde eliö r Rekaassa olevista fotoeista osuu pitaa A dω dn = dn Regas Re gasyht 4π Absorboituvie fotoie liikemäärä o keskimääri P ja emittoituje P (kuva ) Fotoie liikemäärä muutos o

P = P ' P dn = Psi θ dn = cpacosθ si θ dθ dt Regas Regas Regas Nyt voidaa laskea liikemäärä muutos koko pallokuorelta pialle A osuville fotoeille itegroimalla kulma yli π / P = PRe gasdθ = cpadt Seiämä saama impulssi o liikemäärä muutos Fdt = P = cpadt ja pitaa A kohdistuva paie F p = = cp A pv = cpv = N = U LHSf-* Voidaa osoittaa, että musta kappalee säteily eergiatiheydelle pätee Stefa- 5 4 σ 4 π k Boltzmai laki: U = 4 VT, missä σ = o Stefa-Boltzmai vakio, c valo c 5h c opeus ja T seiämä lämpötila Kelvi asteissa Käyttämällä fotoikaasu tilayhtälöä pv = U laske, missä lämpötilassa fotoikaasu paie o atm Sijoitetaa tilayhtälöstä saatava eergiatiheyde lauseke Stefa-Boltzmai lakii ja ratkaistaa lämpötila suhtee: / 4 / 4 cu pc T = = 4σ V 4σ Sijoittamalla tähä vakioide arvot ja paiee arvoksi p = Pa saamme lämpötilaksi T= 46 K 5 LHSf-* Aa MB-statistiika mukaie määritelmä etropialle (ks luku ) ja kerro etropia fysikaalie merkitys Olkoo systeemissä N hiukkasta ja kaksi omiaistilaa eergiat, ( g i = ) ja miehitysluvut, Systeemi o kytketty lämpövarastoo, joka lämpötila o T Ku eergiakvatti emittoituu lämpövarastoo, muuttuu tiloje miehitys ja + Ku,, laske (a) N-hiukkassysteemi etropia muutos ja (b) lämpövarasto etropia muutos (c) Johda käyttäe (a) ja (b) kohtie tuloksia Boltzmai relaatio miehityslukuje suhteelle (Vihje: Aseta kokoaisetropia muutos ollaksi)

tropia l ( ) S = k B Ω, missä Ω o systeemi mikrotiloje lukumäärä tropia o systeemi epäjärjestykse mitta (a) tropia muutos o N! N! Sa = k l k l ( )!( )! +!! ( ) N!!! = k l = k l ( )!( )! N! + + k l (b) Nyt etropia muutos saadaa yhtälöllä ds = δq / T, jote lämpövarasto etropia muutos o Sb = T (c) Kokoaisetropia muutos o S = S + S =, josta saadaa TOT a b k l = T = e LHSf-4* Atomie tasapaioetäisyys vetymolekyylissä o,8 m Sidokse voimavakio o 58 N/m Laske eergia, joka tarvitaa virittämää vetymolekyyli (a) ali rotaatiomoodi, (b) ali värähtelymoodi Mitkä ovat vastaavat kyyslämpötilat? ro =,8 m, k = 58 N/m (a) Pyörimiseergia o Hitausmometti I o sillä m = m = m vedylle Ali rotaatiomoodi vastaa l: arvoa, jote r = l ( l + ), l =,,,, I m m I = r = r = m r o o o m + m 4 ( ) 7-9 ( ),55 J s = =,, 66 kg, 8 m r mi I m ro Kyyslämpötila o,, J m ev

θ (b) Värähtelyeergia o Piei virityseergia o = 75,9 K 76 K k, 8 J K r mi, 95 J r mi = + = v vmi Värähtely peruskulmataajuus o ωo,,,,, = + ω ω = ω o o o k k ω = o = m k 4 58 N m v =, 55 J s 8, 8 J, 55 ev mi 7 m,, 66 kg Kyyslämpötila o vmi 8, 89 J θv = 69 K 64 K mi k, 8 J K Huomaa, että kyyslämpötilat o yllä määritelty suhteessa pieimpää virityseergiaa hiema eri tavalla värähtelylle ja rotaatiolle Tällä ei ole suurta merkitystä koska lämpötilat ovat vai suuruusluokka-arvioita ao liikelajie aktivoitumiselle LHSf-5 Tutkitaa systeemiä, jossa o varattuja hiukkasia (varaus e) tilavuudessa V Hiukkasii vaikuttaa z-akseli suutaie sähkökettä ja e ovat termisessä tasapaiossa lämpötilassa T (a) Olkoo ( z ) hiukkastiheys korkeudella z Ratkaise vakio C yhtälöstä d dz = C (b) Oletetaa, että hiukkaste liikettä kuvaa diffuusiovakio Ratkaise hiukkasvirta J käyttämällä (a)-kohda kosetraatio gradiettia sekä diffuusiovakiota (c) Oletetaa lisäksi, että hiukkaste liikettä kuvaa liikkuvuus, joka liittyy sähköketä aiheuttamaa ajelehtimisopeutee (drift velocity) Ratkaise liikkuvuutee liittyvä hiukkasvirta J (d) Tasapaiotilassa hiukkasvirtoje summa täytyy olla olla Käyttämällä e tätä ehtoa johda isteii relaatio liikkuvuude ja diffuusiovakio välille: = k T (a) Hiukkase potetiaalieergia sähköketässä o u = Pisteessä z = potetiaalieergia o olla, jote MB-jakauma mukaa u( z) u() ( z) = e = e Tasapaiotila kosetraatiojakaumaksi saadaa siis ( z) = e, missä o kosetraatio kohdassa z = Kysytty vakio saadaa derivoimalla kosetraatio lauseke

d ( z ) = e e = C ( z ) dz e C = (b) Käyttämällä diffuusiovirra määritelmää saadaa d( z) e J = e dz = (c) Sähköketä aiheuttama ajelehtimisopeus o v = Hiukkasvirta saadaa opeude ja kosetraatio avulla J = ( z) v = ( z) = e (d) Tasapaiossa kokoaishiukkasvirta o olla, eli J + J = Saadaa e J + J = e + e = e =