SOVELLUS: SYKLOTRNI- KIIHDYTIN

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

RC- PIIRIT: KONDENSAATTORIN PURKAMINEN

KURSSIN TÄRKEIMPIÄ AIHEITA

SÄHKÖMAGNETISMI: kevät 2017

TÄSSÄ ON ESIMERKKEJÄ SÄHKÖ- JA MAGNETISMIOPIN KEVÄÄN 2017 MATERIAALISTA

SMG KENTTÄ JA LIIKKUVA KOORDINAATISTO

SÄHKÖMAGNETISMI: kevät 2017

Näytä tai jätä tarkistettavaksi tämän jakson tehtävät viimeistään tiistaina

Magneettikentät. Haarto & Karhunen.

Magneettikenttä. Liikkuva sähkövaraus saa aikaan ympärilleen sähkökentän lisäksi myös magneettikentän

SÄHKÖMAGNETISMI: kevät 2017

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

SÄHKÖMAGNETISMI: kevät 2017

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

VIELÄ KÄYTÄNNÖN ASIAA

Magnetismi Mitä tiedämme magnetismista?

Magnetismi Mitä tiedämme magnetismista?

Fysiikka 7. Sähkömagnetismi

RATKAISUT: 19. Magneettikenttä

Sähköstatiikka ja magnetismi

ELEC C4140 Kenttäteoria (syksy 2016)

SÄHKÖMAGNETISMI: kevät 2017

Jakso 8. Ampèren laki. B-kentän kenttäviivojen piirtäminen

Kapasitiivinen ja induktiivinen kytkeytyminen

ELEC C4140 Kenttäteoria (syksy 2015)

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

766320A SOVELTAVA SÄHKÖMAGNETIIKKA PERUSTEHTÄVIÄ RATKAISUINEEN

Elektrodynamiikan tenttitehtäviä kl 2018

SÄHKÖMAGNETISMI: kevät 2017

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

SATE2180 Kenttäteorian perusteet Faradayn laki ja sähkömagneettinen induktio Sähkötekniikka/MV

Aiheena tänään. Virtasilmukka magneettikentässä Sähkömagneettinen induktio. Vaihtovirtageneraattorin toimintaperiaate Itseinduktio

ELEKTROMAGNEETTISET VOIMAT SAMANSUUNTAISISSA VIRTA- JOHDOISSA

Derivoimalla kerran saadaan nopeus ja toisen kerran saadaan kiihtyvyys Ña r

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

SÄHKÖMAGNETISMI: kevät 2017

9. Vektorit. 9.1 Skalaarit ja vektorit. 9.2 Vektorit tasossa

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

Coulombin laki. Sähkökentän E voimakkuus E = F q

RATKAISUT: 18. Sähkökenttä

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

766323A Mekaniikka, osa 2, kl 2015 Harjoitus 4

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

HARJOITUS 4 1. (E 5.29):

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

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

Sähköstatiikka ja magnetismi Coulombin laki ja sähkökenttä

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

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

BM20A5800 Funktiot, lineaarialgebra ja vektorit Harjoitus 4, Syksy 2016

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

g-kentät ja voimat Haarto & Karhunen

5.9 Voiman momentti (moment of force, torque)

ELEC-A4130 Sähkö ja magnetismi (5 op)

Magneettikenttä ja sähkökenttä

Fysiikka 1. Coulombin laki ja sähkökenttä. Antti Haarto

Luento 13: Periodinen liike. Johdanto Harmoninen värähtely Esimerkkejä F t F r

Magneettikentät ja niiden määrittäminen

Ydin- ja hiukkasfysiikka: Harjoitus 1 Ratkaisut 1

Lineaarialgebra MATH.1040 / voima

Sähkö ja magnetismi 2

Tekijä Pitkä matematiikka Suoran pisteitä ovat esimerkiksi ( 5, 2), ( 2,1), (1, 0), (4, 1) ja ( 11, 4).

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

ELEC C4140 Kenttäteoria (syksy 2016)

y 1 x l 1 1 Kuva 1: Momentti

Jakso 1: Pyörimisliikkeen kinematiikkaa, hitausmomentti

2.3 Voiman jakaminen komponentteihin

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

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

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

y 2 h 2), (a) Näytä, että virtauksessa olevan fluidialkion tilavuus ei muutu.

Fysiikan valintakoe , vastaukset tehtäviin 1-2

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

FYSIIKAN LABORATORIOTYÖT 2 MAGNEETTIKENTTÄTYÖ

Harjoitus 1. KJR-C2001 Kiinteän aineen mekaniikan perusteet, IV/2016. Tehtävä 1 Selitä käsitteet kohdissa [a), b)] ja laske c) kohdan tehtävä.

Luento 10: Työ, energia ja teho. Johdanto Työ ja kineettinen energia Teho

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

Nyt kerrataan! Lukion FYS5-kurssi

a) Lasketaan sähkökenttä pallon ulkopuolella

Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Mallit laskuharjoitusviikkoon 5 /

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

766334A Ydin- ja hiukkasfysiikka

ELEC-A4130 Sähkö ja magnetismi (5 op)

MS-A0003/A0005 Matriisilaskenta Malliratkaisut 4 / vko 47

Kvanttifysiikan perusteet 2017

Shrödingerin yhtälön johto

Luento 5: Käyräviivainen liike. Käyräviivainen liike Heittoliike Ympyräliike Kulmamuuttujat θ, ω ja α Yhdistetty liike

Voima F tekee työtä W vaikuttaessaan kappaleeseen, joka siirtyy paikasta r 1 paikkaan r 2. Työ on skalaarisuure, EI vektori!

Vektorit. Kertausta Seppo Lustig (Lähde: avoinoppikirja.fi)

DEE-11110: SÄHKÖTEKNIIKAN PERUSTEET

Yhtälön oikealla puolella on säteen neliö, joten r. = 5 eli r = ± 5. Koska säde on positiivinen, niin r = 5.

SATE2140 Dynaaminen kenttäteoria syksy / 6 Laskuharjoitus 0: Siirrosvirta ja indusoitunut sähkömotorinen voima

Johdanto. 1 Teoriaa. 1.1 Sähkönjohtimen aiheuttama magneettikenttä

VAASAN YLIOPISTO TEKNILLINEN TIEDEKUNTA SÄHKÖTEKNIIKKA. Lauri Karppi j SATE.2010 Dynaaminen kenttäteoria DIPOLIRYHMÄANTENNI.

Ch2 Magnetism. Ydinmagnetismin perusominaisuuksia.

Tfy Fysiikka IIB Mallivastaukset

Vektorit, suorat ja tasot

Luento 6: Suhteellinen liike ja koordinaatistomuunnoksia

Transkriptio:

SOVELLUS: SYKLOTRNI- KIIHDYTIN sähköken+ä levyjen välissä vaihtuu jaksollisesj taajudella f cyc, niin e+ä se kiihdy+ää vara+ua hiukkasta aina kun se kulkee välikön ohi. potenjaali ΔV oskilloi ns. syklotroni taajuudella Staa$nen magnee$ken+ä taivu+aa hiukkasten rataa, jo+a ne voidaan ohjata aina uudestaan sähköken+ään kiihdyte+äväksi Miksi radan säde aina kasvaa? r = mv q f cyc = v 2πr à f cyc = q 2πm protonit tulevat ulos hiukkasten rata

SOVELLUS: SYKLOTRNI- KIIHDYTIN Kehi$ Ernest O. Lawrence vuonna 1934 ja hän sai siitä Nobelin palkinnon vuonna 1939 (erkeleyn yliopistossa)

Sepon eilisessä demossa siis havaittiin: Magneettikenttä liikutti virtajohdin keinua jossa kulki sähkövirta Se mihin suuntaan keinu liikkui riippui - magnee$kentän suunnasta - virran suunnasta Kokeella voisi myös havaita, että se miten paljon keinu kääntyy riippuu sekä virran, että magneettikentän suuruudesta (eli mitä isompia ne ovat sitä enemmän ne kääntyvät)

VIRTAJOHDIN MAGNEETTIKENTÄSSÄ Kuvassa on virtajohdin (virta I) magnee$kentässä Voidaan havaita, e+ä magnee$ken+ä kohdistaa virtajohjmeen voiman, joka on verrannollinen virran ja magnee$kentän suuruuteen. F Tutkitaan tätä voimaa sähkövirran hiukkasmallin avulla: Varaukset, joiden vaellusnopeus on v d, kulkevat johjmessa matkan l ajassa Δt. JohJmen poikkipinta- alan läpi kulkema varaus tässä ajassa on q=iδt=il/v d. Sijoita tämä F=qv. à F=Il (l on vaellusnopeuden, posijivisten virrankulje+ajien ja siis virran suuntainen johjmen pituinen vektori) Entä jos johdin ei ole suora? Kokonaisvoima saadaan pienten voima- alkioiden summana: F = df = L I I dl

Sepon eilisessä demossa havaittiin myös, että - - kaksi virtajohdinta vej toisiaan puoleensa kun niissä kulki virta samaan suuntaan kaksi virtajohdinta hylki toisiaan kun niissä kulki virta eri suuntaan

Voiman suunta: Esim. JohJmen 1 ken+ä kohj- suoraan taulusta sisään (oikean kädensääntö). Kaavasta F=Il nähdään e+ä voima osoi+aa kohj johdinta 2 (oikean kädensääntö). à vetovoima Voiman suuruus: F 12 =I 2 l 1 Aikaisemmin näillä kurssilla johde$in suoran johjmen magnee$kentälle: =µ 0 I/2πd (missä d on tarkastelupisteen etäisyys johjmesta) F 12 = µ 0 I 1 I 2 l 2πd VIRTAJOHDINTEN VÄLINEN VOIMA A) virrat samaan suuntaan Entä jos virrat erisuun3in? à sama suuruus, mu+a hylkivät toisiaan I 1 F 21 I 2 F 12 virran I 2 aiheu+ama ken+ä 2 virran I 1 aiheu+ama ken+ä 1 v v

Harjoitus 6, Tehtävä 2 Kuvan kahdessa paikalleen kiinnitetyssä pitkässä yhdensuuntaisessa suorassa johjmessa kulkee virta samaan suuntaan. Niiden yläpuolella leijuu kolmas samanlainen ja samansuuntainen johdin. Kuinka suuri virta leijuvassa johjmessa kulkee jos johdin ase+uu siten, e+ä kolmen johjmen poikkileikkaus muodostaa tasasivuisen kolmion, jonka sivun pituus on d? JohJmien lineaarinen massajheys on µ (g/m). Hauska (?) lasku virtajohjmien välisistä magnee$sista voimista. iot n ja SavarJn laki ja magnee$sen voiman käy+öä.

KYSYMYS Vaakasuorassa oleva virtajohdin kulkee alueen läpi, jossa magnee$vuon Jheys on, suunta suoraan alaspäin. Kun johjmeen kytketään virta (- x- suuntaan), johdin 1) Liikkuu x- akselin suuntaan 2) Liikkuu y- akselin suuntaan 3) Liikkuu z- akselin suuntaan 4) ei liiku 5) muu vastaus 6) eos

KYSYMYS Neliönmuotoinen virtajohdinsilmukka lepää xy- tasossa ja siinä kulkee virta I. Silmukkaan kohdistuva magnee$nen kokonaisvoima on 1) x- akselin suuntaan 2) y- akselin suuntaan 3) z- akselin suuntaan 4) nolla 5) muu vastaus 6) eos

DEMO

KERTAUSTA: MAGNEETTINEN DIPOLI

VIRTASILMUKKA MAGNEETTIKENTÄSSÄ F d I ulos h µ I Edellisen klikkaritehtävän perusteella tässä voimien yhteisvaikutus on nolla Mu4a mitä tapahtuu jos on pieni poikkeama tasapainosta? µ=ai=dhi F µ I sisään F F takaisin tasapainoasemaan pois tasapainoasemasta

VIRTASILMUKKA MAGNEETTIKENTÄSSÄ F=Il µ I sisään F =Id F =Idsinθ F =Idsinθ θ vääntömomen$ τ=r F F =Id I ulos h/2 nyt: r=h/2 à τ=2idbsinθ(h/2) à τ=µ JohJmen kanssa kohjsuora voiman komponen$ aiheu+aa vääntömomenjn JohJmen kanssa saman suuntainen voiman komponen$ pyrkii veny+ämään sitä, mu+a ei kierrä johdinta

MAGNEETTISEN DIPOLIN POTENTIAALIENERGIA Jos äskeisen virtaloopin (magnee$sen dipolin) anne+aisiin kääntyä vapaasj magnee$kentässä se kääntyisi magnee$kentän suuntaan à alhaisimman potenjaalienergian Jla Käännetään edellistä virtalooppia kulmasta θ 1 kulmaan θ 2 magnee$sta voimaa vastaan, eli tehdään siis työtä. à U=-µcosθ à U=-µ µ µ µ µ U=-µ U=0 U=+µ U=0

Harjoitus 6, Tehtävä 3 Suorassa jäykässä johdinlangassa kulkee virta I negajivisen x akselin suuntaan. Lanka on magnee$kentässä, jonka vuon Jheys on Mikä on lankaan kohdistuva a) ne+ovoima ja b) vääntömomen$ origon suhteen? Tässä harjoitellaan vääntömomenjn laskemista ja havainnollistetaan magnee$kentän aiheu+amaa voimaa johjmeen.

Harjoitus 6, Tehtävä 4 Neliönmuotoisessa jäykässä johdinsilmukassa kulkee virta I kuvien mukaisesj. Silmukan sivun pituus on L, se on homogeenisessa magnee$kentässä ja pääsee kiertymään vapaasj x akselin ympäri. a) Määritä silmukan eri osiin kohdistuvat voimat b) Minkälaisilla voimia vähintään silmukkaan pitää kohdistaa (suunta, suuruus, mihin kohtaan silmukkaa), jo+a pyöriminen estetään? c) Kuinka suuri työ tehdään kun silmukka kierretään hitaasj tasaisella kulmanopeudella alkuasemasta θ= 0 puoli kierrosta x- akselin ympäri? Muistele aikaisemmilta luennoilta miksi tämmöinen virtalooppi oli niin tärkeä + vääntömomenjn laskemisen harjoi+elua

DEMO

LIIKKUVA VIRTAJOHDIN MAGNEETTIKENTÄSSÄ KokeellisesJ havaitaan, e+ä poiki+aisessa magnee$kentässä liikkuva johdinsauva (ei alunperin virtaa) polarisoituu. à polarisaajo aiheu+aa sauvaan sähkökentän ja potenjaalieron. PotenJaalieroa sauvojen päiden välillä kutsutaan myös liikkeen sähkömotoriseksi voimaksi (mojonal emf). E pol + + + + + + v Hiukkasmalliselitys: Sauvan mukana liikkuvaan varauksenkulje+ajaan vaiku+aa sauvan suuntainen voima F =qv. à tasapainojla, jossa polarisaajosta syntyvä sähköinen voima F E =qe kumoaa magnee$sen voiman à v=e - - - - - - - F -

VÄÄNTÖMOMENTTI DIPOLIIN y dl R θ dθ x dl dl sinθ θ r θ dl cosθ