SÄHKÖMAGNETISMI: kevät 2017

Samankaltaiset tiedostot
KYSYMYS: Lai*akaa varaukset järjestykseen, posi9ivisesta nega9ivisempaan.

KURSSIN TÄRKEIMPIÄ AIHEITA

SÄHKÖMAGNETISMI: kevät 2017

SÄHKÖMAGNETISMI: kevät 2017

SÄHKÖMAGNETISMI: kevät 2017

SMG KENTTÄ JA LIIKKUVA KOORDINAATISTO

Luku 23. Esitiedot Työ, konservatiivinen voima ja mekaaninen potentiaalienergia Sähkökenttä

SÄHKÖMAGNETISMI: kevät 2017

Coulombin laki. Sähkökentän E voimakkuus E = F q

RATKAISUT: 18. Sähkökenttä

SÄHKÖMAGNETISMI: kevät 2017

SÄHKÖMAGNETISMI: kevät 2017

SOVELLUS: SYKLOTRNI- KIIHDYTIN

VIELÄ KÄYTÄNNÖN ASIAA

Sähköstatiikka ja magnetismi Coulombin laki ja sähkökenttä

Fysiikka 1. Coulombin laki ja sähkökenttä. Antti Haarto

Eristeet. - q. Johdannoksi vähän sähköisestä dipolista. Eristeistä

Fy06 Koe Kuopion Lyseon lukio (KK) 1/7

RC- PIIRIT: KONDENSAATTORIN PURKAMINEN

a P en.pdf KOKEET;

Jakso 5. Johteet ja eristeet Johteista

Magneettikentät. Haarto & Karhunen.

FY6 - Soveltavat tehtävät

Sähköstatiikka ja magnetismi

Luku 6. reunaehtoprobleemat. 6.1 Laplacen ja Poissonin yhtälöt Reunaehdot. Kun sähkökentän lauseke E = φ sijoitetaan Gaussin lakiin, saadaan

Fysiikka 1. Kondensaattorit ja kapasitanssi. Antti Haarto

a) Lasketaan sähkökenttä pallon ulkopuolella

Magneettikenttä. Liikkuva sähkövaraus saa aikaan ympärilleen sähkökentän lisäksi myös magneettikentän

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

Sähköstatiikka ja magnetismi Kondensaattorit ja kapasitanssi

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

2 Eristeet. 2.1 Polarisoituma

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

12. Eristeet Vapaa atomi

ELEC-A4130 Sähkö ja magnetismi (5 op)

12. Eristeet Vapaa atomi. Muodostuva sähköinen dipolimomentti on p =! " 0 E loc (12.4)

Luku 5. Johteet. 5.1 Johteiden vaikutus sähkökenttään E = 0 E = 0 E = 0

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

Ionisidos ja ionihila:

Sähköstaattinen energia

TÄSSÄ ON ESIMERKKEJÄ SÄHKÖ- JA MAGNETISMIOPIN KEVÄÄN 2017 MATERIAALISTA

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

Fysiikan ja kemian perusteet ja pedagogiikka Kari Sormunen Kevät 2012

1.1 Magneettinen vuorovaikutus

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

SATE2180 Kenttäteorian perusteet Faradayn laki ja sähkömagneettinen induktio Sähkötekniikka/MV

Sähköstaattinen energia

Sähköstaattinen energia

Maxwell ja hänen yhtälönsä mitä seurasi?

Elektroniikka. Tampereen musiikkiakatemia Elektroniikka Klas Granqvist

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

Alikuoret eli orbitaalit

Maxwell ja hänen yhtälönsä mitä seurasi?

1. a) Selitä kemian käsitteet lyhyesti muutamalla sanalla ja/tai piirrä kuva ja/tai kirjoita kaava/symboli.

Huomaa, että aika tulee ilmoittaa SI-yksikössä, eli sekunteina (1 h = 3600 s).

ELEC C4140 Kenttäteoria (syksy 2016)

ULKOELEKTRONIRAKENNE JA METALLILUONNE

ELEC C4140 Kenttäteoria (syksy 2015)

ELEC-A4130 Sähkö ja magnetismi (5 op)

Sähköpotentiaali. Haarto & Karhunen.

1 Johdanto Mikä tämä kurssi on Hieman taustaa Elektrodynamiikan perusrakenne Kirjallisuutta... 8

Fysiikka 7. Sähkömagnetismi

Voima ja potentiaalienergia II Energian kvantittuminen

SÄHKÖ KÄSITTEENÄ. Yleisnimitys suurelle joukolle ilmiöitä ja käsitteitä:

TASASUUNTAUS JA PUOLIJOHTEET

Passiiviset piirikomponentit. 1 DEE Piirianalyysi Risto Mikkonen

Coulombin laki ja sähkökenttä

Luku 2: Atomisidokset ja ominaisuudet

Luku 8. Mekaanisen energian säilyminen. Konservatiiviset ja eikonservatiiviset. Potentiaalienergia Voima ja potentiaalienergia.

22. SÄHKÖSTATIIKKA Sähkövaraus, Q, q

Vyöteoria. Orbitaalivyöt

KEMIA. Kemia on tiede joka tutkii aineen koostumuksia, ominaisuuksia ja muuttumista.

Kvanttifysiikan perusteet 2017

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

DEE Sähkötekniikan perusteet

Elektrodynamiikan tenttitehtäviä kl 2018

Magnetismi Mitä tiedämme magnetismista?

FYSA220/1 (FYS222/1) HALLIN ILMIÖ

Korkeammat derivaatat

HEIKOT SIDOKSET. Heikot sidokset ovat rakenneosasten välisiä sidoksia.

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

Kovalenttinen sidos ja molekyyliyhdisteiden ominaisuuksia

Kertaus. Tehtävä: Kumpi reagoi kiivaammin kaliumin kanssa, fluori vai kloori? Perustele.

&()'#*#+)##'% +'##$,),#%'

W dt dt t J.

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

Diplomi-insinöörien ja arkkitehtien yhteisvalinta - dia-valinta 2011 Insinöörivalinnan fysiikan koe , malliratkaisut

elektroni = -varautunut tosi pieni hiukkanen nukleoni = protoni/neutroni

luku 1.notebook Luku 1 Mooli, ainemäärä ja konsentraatio

Potentiaali ja potentiaalienergia

REAKTIOT JA TASAPAINO, KE5 KERTAUSTA

Määritelmä, metallisidos, metallihila:

Leptonit. - elektroni - myoni - tauhiukkanen - kolme erilaista neutriinoa. - neutriinojen varaus on 0 ja muiden leptonien varaus on -1

Lasku- ja huolimattomuusvirheet ½ p. Loppupisteiden puolia pisteitä ei korotettu ylöspäin, esim. 2 1/2 p = 2 p.

Kemia 3 op. Kirjallisuus: MaoL:n taulukot: kemian sivut. Kurssin sisältö

Luku Ohmin laki

Liikemäärän säilyminen Vuorovesivoimat Jousivoima

HEIKOT VUOROVAIKUTUKSET MOLEKYYLIEN VÄLISET SIDOKSET

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

1240eV nm. 410nm. Kun kappaleet saatetaan kontaktiin jännite-ero on yhtä suuri kuin työfunktioiden erotus ΔV =

Transkriptio:

SÄHKÖMAGNETISMI: kevät 2017 Viikko Aihe kirjan luku Viikko 1 Sähköken>ä, pistevaraukset 14 Viikko 2 Varausjakauman sähköken>ä 16 Viikko 2 Sähköinen poteniaalienergia ja poteniaali 17 Viikko 3 Sähköken>ä ja aine 15 Viikko 3 MagneeNken>ä 18 Viikko 4 Kertausta Viikko 5 Sähköken>ä johimissa, 19 Viikko 5 sähköiset piirit, komponenit 20 Viikko 6 MagneeNnen voima 21 Viikko 7 Viikko 8 Kertausta tenn

AIHE JA TAVOITTEET Ymmärtää kuinka sähköken>ä vaiku>aa aineeseen Hallita perusteet siitä miten eriste ja johde käy>äytyy sähkökentässä

KYSYMYS: Oheisessa kuvassa esite>y vetyatomi koostuu protoneista ja sen ympärillä pallosymmetrisestä elektronipilvestä. RisIllä merkityssä kohdassa, paljon kauempana yimestä kuin atomin läpimi>a atomin aiheu>ama sähköken>ä a) Osoi>aa oikealle b) On nolla c) Osoi>aa vasemmalle d) Muu vastaus e) Ei osaa sanoa

KYSYMYS: Pieni posiiivisesta 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

KYSYMYS: Pieni negaiivisesi 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

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 dipolimomenn, joka osoi>aa vasemmalle e) Muu vastaus f) Ei osaa sanoa

ERISTE ULKOISESSA SÄHKÖKENTÄSSÄ Eristeessä on aine jossa varaukset eivät pääse (helposi) liikkumaan. à Eristeessä ei ole vapaita varauksen kulje>ajia kutsutaan myös dielektrisiksi materiaaleiksi. Mu#a miksi se si#en vuorovaiku#aa varatun objek2n kanssa? Valenssielektroni: elektroni atomin uloimmalla kuorella joka osallistuu kemiallisiin sidoksiin

ERISTE ULKOISESSA SÄHKÖKENTÄSSÄ Dielektrisissä aineissa molekyylit ovat pysyviä sähköisiä dipoleja (esim. aiemmin käsitelty NaCl tai H 2 O) tai niihin muodostuu dipoleja sähkökentän vaikutuksesta Ulkoinen varaus voima elektronehin nettovoima voima ytimeen à à Atomi polarisoituu à siitä tulee dipoli

Ei sähköken>ää ERISTE ULKOISESSA SÄHKÖKENTÄSSÄ Sähköken>ä E 0 E p

ERISTE ULKOISESSA SÄHKÖKENTÄSSÄ Syntyneet dipolit pyrkivät kääntymään (tai muodostumaan) ulkoisen kentän E 0 suuntaisiksi à niiden aiheu>ama aineen sisäinen ken>ä E P osi>ain kumoaa ulkoisen kentän E 0 aineen sisällä.

ERISTE ULKOISESSA SÄHKÖKENTÄSSÄ Sylinterin sisällä N dipolia, joiden dipolimomenn on p Kaukana havaitaan N:n dipolin summaken>ä (aiheu>aisi dipoli jonka dipolimomenn on Np) Samanlaisen kentän aiheu>aisi myös varausjakauma, jossa etäisyydellä s olisi sopivat varaukset Q p ja Q p. à Eli voidaan kirjoi>aa Q p s = Np E 0 s E 0 s A Q p E p Q p A

ERISTE ULKOISESSA SÄHKÖKENTÄSSÄ Saatua suure>a Q p /A kutsutaan polarisoitumaksi P: P = Q p A = N V p Kokonaisken>ä on E tot = E p E 0 < E 0 ilman eriste>ä ken>ä olisi päiden välillä olisi σ/ε 0 à E tot =σ/ε r ε 0 Missä ε r > 1 on eristeen dielektrisyysvakio eli suhteellinen perminivisyys (tai eristevakio)

ERISTE ULKOISESSA SÄHKÖKENTÄSSÄ eristelevy kondensaa>orin väliin Miten käy kentälle? à Sähköken>ä kondensaa>orin sisällä pienenee tekijällä ε r E tot = E 0 / ε r E p E tot E 0 Tyhjiön dielektrisyysvakio on = 1, ilman 1,00054, paperin 3,5, posliinin 6,5 jne.

ERISTE ULKOISESSA SÄHKÖKENTÄSSÄ Miten tapahtuu kondensaa#orin kapasitanssille? C = Q/V Nyt siis varaus säilyy ja levyjen etäisyys pysyy samana, mu>a ken>ä välissä pienenee E p E tot E 0 Dielektrisellä aineella täytetyissä alueissa sähköstaiikan yhtälöt pätevät, kun sähkövakio ε 0 korvataan ε r ε 0 :lla.

JOHDE YKSINKERTAINEN MALLI Johdekappaleen paikoilleen sitoutuneet atomien ulkoelektronit pääsevät vapaasi liikkumaan koko johdekappaleessa. Kappaleen ulkopuolella elektronit eivät pääse, sillä silloin näihin vaiku>aa suuri palautava voima

JOHDE ULKOISESSA SÄHKÖKENTÄSSÄ Metallissa osa elektroneista on sido>u atomeihin ja kemiallisiin sidoksiin ja osa liikkuu vapaasi. E 0 Vapaita varauksen kulje>ajia à metalli on johde

JOHDE ULKOISESSA SÄHKÖKENTÄSSÄ E 0 E=0 E 0 Sähköken>ään asetetussa johdekappaleessa varaukset liikkuvat johteen pinnoille, niin e>ä niiden aiheu>ama ken>ä johteen sisällä kumoaa ulkoisen kentän.

KYSYMYS: Johdekappale asetetaan homogeeniseen sähköken>ään E, jonka jälkeen varauksenkulje>ajat ase>uvat tasapainoasemaan. Tällöin kappaleessa olevaan erääseen johde elektroniin vaiku>ava kokonaisvoima a) Osoi>aa kappaleesta ulospäin b) Osoi>aa kappaleen pinnan suuntaisesi c) On nolla d) Osoi>aa kappaleen sisään e) Muu vastaus f) Ei osaa sanoa

JOHDEKAPPALE TASAPAINOSSA Varatussa johdekappaleessa varauksenkulje>ajat sijoi>uvat pinnalle Sähkökentän voimakkuus johteen sisällä on nolla Sähkökentän voimakkuus väli>ömäsi kappaleen ulkopuolella kohisuoraan kappaleen pintaan Mitä terävämpi sen Iheämmässä varaukset

POTENTIAALI JOHTEESSA Sähköken>ä on nolla johteen sisällä Onko myös sähköinen poten2aali nolla johteen sisällä? V: Ei tarvi olla nolla mu>a on vakio sillä ΔV=W/q ja W=Fd=qEd à ΔV=0

JOHDEKAPPALE TASAPAINOSSA

Laskarit 3, Tehtävä 2 Kolme metallielektrodia (jokaisen pinnan ala on neliö, 2.0 x 2.0 cm 2 ) on asete>u kuvan mukaisesi. Elektrodien varaukset on anne>u kuvassa. Piirrä alueessa 0 x 3 cm a) sähkökentän voimakkuus E x (x) ja b) poteniaali V(x). Miten johde käy>äytyy sähkökentässä? Miten tässä kanna>aa approksimoida sähköken>ää? (voit ole>aa e>ä olet kaukana levyn päistä). Muistele poteniaalin ja sähkökentän välinen yhteys

Laskarit 3, Tehtävä 3 Kahden lähekkäisen neliön muotoisen johdelevyn varaukset ovat Q ja Q. Levyjen väliin työnnetään eristekappale, kunnes eriste täy>ää koko levyjen välisen Ilan. Eristeen suhteellinen permiiivisyys on ε r. a) Miten varaukset järjestyvät johdelevyjen pinnalla, kun eriste täy>ää osi>ain levyjen välikön. Perustele. b) Määritä levyjen välinen poteniaaliero eristekappaleen paikan x funkiona. MieI ensin miten lasket poteniaalin ilman eriste>ä. Miten varaukset nyt jakautuvat eristeessä ja johdelevyssä? Oleta e>ä varaukset eivät voi siirtyä eristeestä levyihin ja toisinpäin.

YHTEENVETO JOHTEEN JA ERISTEEN OMINAISUUKSISTA Eriste Vapaat varaukset Ei ole On PolarisaaIo Yksi>äiset atomit tai molekyylit polarisoituu Johde Koko vapaiden varausten joukko siirtyy tasapaino E 0 nolla sisällä E=0 nolla sisällä Ylimääräisten varauksien sijaini Missä tahansa materiaalin pinnalla tai sisällä Vain pinnalla