Näytä tai jätä tarkistettavaksi tämän jakson tehtävät viimeistään tiistaina

Samankaltaiset tiedostot
Jakso 8. Ampèren laki. B-kentän kenttäviivojen piirtäminen

Magneettikentät ja niiden määrittäminen

Magneettikenttä. Liikkuva sähkövaraus saa aikaan ympärilleen sähkökentän lisäksi myös magneettikentän

ELEC C4140 Kenttäteoria (syksy 2015)

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

SIS. Vinkkejä Ampèren lain käyttöön laskettaessa magneettikenttiä:

Fysiikka 7. Sähkömagnetismi

SATE2180 Kenttäteorian perusteet Faradayn laki ja sähkömagneettinen induktio Sähkötekniikka/MV

ELEC C4140 Kenttäteoria (syksy 2016)

766320A SOVELTAVA SÄHKÖMAGNETIIKKA PERUSTEHTÄVIÄ RATKAISUINEEN

Magneettikentät. Haarto & Karhunen.

Magneettikentät ja niiden määrittäminen

Aiheena tänään. Virtasilmukka magneettikentässä Sähkömagneettinen induktio. Vaihtovirtageneraattorin toimintaperiaate Itseinduktio

FYSP1082 / K4 HELMHOLTZIN KELAT

Johdanto. 1 Teoriaa. 1.1 Sähkönjohtimen aiheuttama magneettikenttä

SMG-5250 Sähkömagneettinen yhteensopivuus (EMC) Jari Kangas Tampereen teknillinen yliopisto Elektroniikan laitos

a P en.pdf KOKEET;

RATKAISUT: 19. Magneettikenttä

33 SOLENOIDIN JA TOROIDIN MAGNEETTIKENTTÄ

Potentiaali ja sähkökenttä: pistevaraus. kun asetetaan V( ) = 0

Yleistä sähkömagnetismista SÄHKÖMAGNETISMI KÄSITEKARTTANA: Varaus. Coulombin voima Gaussin laki. Dipoli. Sähkökenttä. Poissonin yhtälö.

a) Piirrä hahmotelma varjostimelle muodostuvan diffraktiokuvion maksimeista 1, 2 ja 3.

TÄSSÄ ON ESIMERKKEJÄ SÄHKÖ- JA MAGNETISMIOPIN KEVÄÄN 2017 MATERIAALISTA

MS-A0305 Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Luento 10: Stokesin lause

Vanhoja koetehtäviä. Analyyttinen geometria 2016

Magnetismi Mitä tiedämme magnetismista?

Teoriaa tähän jaksoon on talvikurssin luentomonisteessa luvussa 10. Siihen on linkki sivulta

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

MS-A0202 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (SCI) Luento 1: Parametrisoidut käyrät ja kaarenpituus

4757 4h. MAGNEETTIKENTÄT

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

SATE2180 Kenttäteorian perusteet Induktanssi ja magneettipiirit Sähkötekniikka/MV

Jakso 1: Pyörimisliikkeen kinematiikkaa, hitausmomentti

766319A Sähkömagnetismi, 7 op Kertaustehtäviä, 1. välikokeen alue Vastaukset tehtävien jälkeen

Magnetismi Mitä tiedämme magnetismista?

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

y=-3x+2 y=2x-3 y=3x+2 x = = 6


Elektrodynamiikan tenttitehtäviä kl 2018

ELEC-A4130 Sähkö ja magnetismi (5 op)

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

Sähköstatiikka ja magnetismi

Elektrodynamiikka, kevät 2008

a) Lasketaan sähkökenttä pallon ulkopuolella

MS-A0205/MS-A0206 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 Luento 11: Taso- ja tilavuusintegraalien sovellutuksia

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

Suorien ja tasojen geometriaa Suorien ja tasojen yhtälöt

4. Gaussin laki. (15.4)

yleisessä muodossa x y ax by c 0. 6p

x 5 15 x 25 10x 40 11x x y 36 y sijoitus jompaankumpaan yhtälöön : b)

MS-A0202 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (SCI) Luento 10: Moninkertaisten integraalien sovelluksia

SOVELLUS: SYKLOTRNI- KIIHDYTIN

SMG KENTTÄ JA LIIKKUVA KOORDINAATISTO

Avaruuden kolme sellaista pistettä, jotka eivät sijaitse samalla suoralla, määräävät

Diplomi-insinööri- ja arkkitehtikoulutuksen yhteisvalinta 2017 Insinöörivalinnan matematiikan koe , Ratkaisut (Sarja A)

MS-A0202 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (SCI) Luento 10: Moninkertaisten integraalien sovelluksia

Luku Ohmin laki

ELEC C4140 Kenttäteoria (syksy 2016)

2 Pistejoukko koordinaatistossa

MS-A0305 Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Luento 1: Moniulotteiset integraalit

Tekijä Pitkä matematiikka

MS-A0305 Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Luento 8: Divergenssi ja roottori. Gaussin divergenssilause.

Yleistä vektoreista GeoGebralla

Eristeet. - q. Johdannoksi vähän sähköisestä dipolista. Eristeistä

MS-A0305 Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Luento 7: Pintaintegraali ja vuointegraali

f x da, kun A on tason origokeskinen yksikköympyrä, jonka kehällä funktion f arvot saadaan lausekkeesta f (x, y) = 2x 3y 2.

Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Mallit 2 (alkuviikko) / Syksy 2016

13. Taylorin polynomi; funktioiden approksimoinnista. Muodosta viidennen asteen Taylorin polynomi kehityskeskuksena origo funktiolle

SATE2180 Kenttäteorian perusteet syksy / 5 Laskuharjoitus 5 / Laplacen yhtälö ja Ampèren laki

ELEKTROMAGNEETTISET VOIMAT SAMANSUUNTAISISSA VIRTA- JOHDOISSA

MS-A0207 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (CHEM) Luento 2: Usean muuttujan funktiot

PYÖRÄHDYSKAPPALEEN PINTA-ALA

4. SÄHKÖMAGNEETTINEN INDUKTIO

PRELIMINÄÄRIKOE PITKÄ MATEMATIIKKA

SÄHKÖMAGNETISMI: kevät 2017

HARJOITUS 4 1. (E 5.29):

Kapasitiivinen ja induktiivinen kytkeytyminen

Magneettikenttä ja sähkökenttä

Kertaus. Integraalifunktio ja integrointi. 2( x 1) 1 2x. 3( x 1) 1 (3x 1) KERTAUSTEHTÄVIÄ. K1. a)

Kaikkiin tehtäviin ratkaisujen välivaiheet näkyviin! Lue tehtävänannot huolellisesti. Tee pisteytysruudukko B-osion konseptin yläreunaan!

YMPYRÄ. Ympyrä opetus.tv:ssä. Määritelmä Kehän pituus Pinta-ala Sektori, kaari, keskuskulma, segmentti ja jänne

MAA03.3 Geometria Annu

Vektorien pistetulo on aina reaaliluku. Esimerkiksi vektorien v = (3, 2, 0) ja w = (1, 2, 3) pistetulo on

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

Pinta-alojen ja tilavuuksien laskeminen 1/6 Sisältö ESITIEDOT: määrätty integraali

* Trigonometriset funktiot suorakulmaisessa kolmiossa * Trigonometristen funktioiden kuvaajat

Jakso 5. Johteet ja eristeet Johteista

. P A Sähkömagnetismi, 7 op Vanhoja tenttitehtäviä

Faradayn laki ja sähkömagneettinen induktio

ELEC C4140 Kenttäteoria (syksy 2015)

4. Käyrän lokaaleja ominaisuuksia

MS-A0305 Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Luento 1: Moniulotteiset integraalit

ELEC C4140 Kenttäteoria (syksy 2016)

(a) Potentiaali ja virtafunktiot saadaan suoraan summaamalla lähteen ja pyörteen funktiot. Potentiaalifunktioksi

KJR-C1001: Statiikka L2 Luento : voiman momentti ja voimasysteemit

MS-A0202 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (SCI) Luento 2: Usean muuttujan funktiot

Sähköstatiikasta muuta. - q. SISÄLTÖ Sähköinen dipoli Kondensaattori Sähköstaattisia laskentamenetelmiä

Magnetoituvat materiaalit

Transkriptio:

Jakso 1. iot-savartin laki, Ampèren laki, vektoripotentiaali Tässä jaksossa lasketaan erimuotoisten virtajohtimien aiheuttamien magneettikenttien suuruutta kahdella eri menetelmällä, iot-savartin lain avulla ja Ampèren lain avulla. Kaavan muodossa nämä lait ovat iot-savart: ( r) dl' ( r r') 4 r r' Ampèren lain integraalimuoto: C dl SS S j d S Ampèren lain differentiaalimuoto: j Opettele valitsemaan oikea menetelmä. Tästä on oma kappaleensa lisämateriaalissa, linkki on alla. Teoriaa tähän jaksoon on Tuomo Nygrénin luentomonisteessa luvussa 7. Materiaali on ladattavissa sivulta https://wiki.oulu.fi/display/76619a/etusivu. Lisämateriaalia ja esimerkkilaskuja on linkissä http://cc.oulu.fi/~hpulkkin/kesa_soveltava/lisamateriaalia/11_magneettikentat_ja_niiden_maaritta minen.pdf Näytä tai jätä tarkistettavaksi tämän jakson tehtävät viimeistään tiistaina 11.6..

Laskuja ja pohdintatehtäviä T 1.1 (pakollinen): Seuraavissa kuvissa näet erilaisia virtajohtimia. Määritä jokaisessa tapauksessa virran aiheuttaman magneettikentän suunta pisteessä P oikean käden säännöllä, ei laskemalla.. P. P. P. P iot-savartin lain sovelluksia T 1.: Jos iot-savartin laki tuntuu hankalalta, sen käyttöä voi harjoitella yhden liikkuvan varauksen aiheuttaman magneettikentän yhtälöllä qv ( r r') ( r). 4 r r'

Pistevaraus, jonka suuruus on +6, μc, liikkuu pitkin y-akselia +y - suuntaan nopeudella 8,. 1 6 m/s. Mikä on magneettivuon tiheys pisteessä x =, y = -,5 m ja = +,5 m sillä hetkellä, kun pistevaraus on origossa? T 1.: Pitkä suora virtajohdin on -akselilla ja siinä kulkee 4, A:n virta +-suuntaan. Minkä magneettivuon tiheyden aiheuttaa origossa oleva,5 mm:n pituinen johtimenpätkä pisteessä x =, m, y =, =? Opastus: Voit ajatella johtimenpätkän pituudeksi dl ja käyttää yhtälöä dl ( r r') ( r) 4 r r' jolloin ei tarvitse integroida. T 1.4 (pakollinen): Johdinsilmukka koostuu puoliympyrästä, jonka säde on a ja kolmesta suorasta osasta, joiden pituudet ovat a, a ja a. Silmukassa kulkee virta. Laske magneettivuon tiheys puoliympyrän kaarevuuskeskipisteessä P. Katso kuva! a a P dx 1 x Opastus: Saatat tarvita integraalia / ( x a ) a x a a Ampèren lain sovelluksia T 1.5 (pakollinen): Määritä dl, C a) kun on pitkän suoran virtajohtimen aiheuttama magneettikenttä ja l on r-säteinen ympyrä, jonka akselilla virtajohdin on. Nyt ei tiedetä virran suuruutta, joten se ei saa esiintyä vastauksessa.

b) kun on pitkän suoran solenoidin magneettikenttä ja l on suorakaide, jonka pituus on a ja leveys b. Suorakaiteen toinen pitkä sivu on solenoidin akselilla ja toinen solenoidin ulkopuolella. Nyt ei tiedetä virran suuruutta, joten se ei saa esiintyä vastauksessa. c) kun on toroidin muotoisen käämin magneettikenttä ja l on r-säteinen ympyrä, jonka kehä kulkee toroidin virtasilmukoiden keskipisteiden kautta. Nyt ei tiedetä virran suuruutta, joten se ei saa esiintyä vastauksessa. d) kun on laajan virtalevyn magneettikenttä ja l on suorakaide, jonka pituus on a ja leveys b. Suorakaiteen pitkät sivut ovat virtalevyn suuntaiset, mutta virtaa vastaan kohtisuorassa. Nyt ei tiedetä virtakatteen suuruutta, joten se ei saa esiintyä vastauksessa.

a x x x x x x x x x x x x x x x x x T 1.6: (pakollinen): Määritä SS a) kun on pitkän suoran virtajohtimen virta ja Ampèren silmukka on r-säteinen ympyrä, jonka akselilla virtajohdin on. b) kun on pitkän suoran solenoidin silmukoissa kulkeva virta. Solenoidin pituus on L ja siinä on N johdinkierrosta. Ampèren silmukka on suorakaide, jonka pituus on a ja leveys b. Suorakaiteen toinen pitkä sivu on solenoidin akselilla ja toinen solenoidin ulkopuolella.

c) kun on toroidin muotoisen käämin silmukoissa kulkeva virta. Toroidissa on N johdinkierrosta. Ampèren silmukka on r-säteinen ympyrä, jonka kehä kulkee toroidin virtasilmukoiden keskipisteiden kautta. d) kun laajassa virtalevyssä on virtakate J (virta pituusyksikköä kohden) ja Ampèren silmukka on suorakaide, jonka pituus on a ja leveys b. Suorakaiteen pitkät sivut ovat virtalevyn suuntaiset, mutta virtaa vastaan kohtisuorassa. a J x x x x x x x x x x x x x x x x x T 1.7 (pakollinen): Laske magneettikentän suuruus tehtävien T 1.5. ja T 1.6. neljässä tapauksessa. Oleta kaikki muut annetut suureet tunnetuiksi paitsi magneettikenttä. T 1.8: Avaruudessa kulkee kolme sähkövirtaa äärettömän pitkissä suorissa -akselin suuntaisissa johtimissa. Kunkin virran suuruus on. Ensimmäinen johdin leikkaa xy-tason pistee ssä ae y, toinen johdin pisteessä ae y ja kolmas pisteessä ae x, missä e x ja e y ovat x- ja y-akselien suuntaiset yksikkövektorit. Ensimmäisessä ja kolmannessa johtimessa virta kulkee positiivisen -akselin suuntaan ja toisessa johtimessa negatiivisen -akselin suuntaan. Laske magneettivuon tiheys origossa vektorimuodossa. Opastus: Määritä ensin pitkän suoran virtajohtimen -kenttä Ampèren lailla. Laske kunkin johtimen -kentän suuruus ja päättele suunta. T 1.9:. Avaruudessa vaikuttaa magneettikenttä, jonka vuon tiheys sylinterikoordinaatistossa on

j uˆ r r Laske millainen virtatiheys aiheuttaa tämän kentän. Opastus: Käytä Ampèren lain differentiaalimuotoa. T 1.1: Laske magneettivuon tiheys, jos vektoripotentiaali on muotoa Ckˆ A, ( x y) missä C on vakio. uˆ T 1.11: Pitkän, suoran virtajohtimen poikkipinta-ala on R-säteinen ympyrä. Virtatiheys johtimessa noudattaa yhtälöä r j j, R missä r on etäisyys johtimen keskiakselista ja j on vakio. Laske -kenttä johtimen sisäpuolella ja ulkopuolella. T 1.1:. Tasosymmetrinen virtatiheys noudattaa yhtälöä j j exp( ) ˆ u x missä > on vakio. Laske virran aiheuttama magneettivuon tiheys. Vastauksia T 1.: (6,79. 1-6 T) û x T 1.: (5,. 1-11 T) û y T 1.4: 1 a Suunta? T 1.5: a) πr, b) a, c) πr, d) a N T 1.6: a) μ, b) a c) μ N d) Ja L T 1.7: a) r b) N L c) N r d) J

1 T 1.8: uˆ x uˆ y a T 1.9: j r r uˆ C T 1.1: ˆ ˆ ( x y) u x u y jr T 1.11: SS ja 4R jr ULK 4r T 1.1: Kun > [1 exp( )]( ˆ j u y ) Kun < [1 exp( )]( ˆ j u y )