sin(30 o ) 4 cos(60o ) = 3200 Nm 2 /C (7)

Σχετικά έγγραφα
dq dv = k e a 2 + x 2 Q l ln ( l + a 2 + l 2 ) 2 10 = (

E = P t = IAt = Iπr 2 t = J (1)

Φυσική για Μηχανικούς

Φυσική για Μηχανικούς

Φυσική για Μηχανικούς

Φυσική για Μηχανικούς

Φυσική για Μηχανικούς

W = 6.34 kn (2) F = u 2 f = u2 i + 2a(x f x i ) a = u2 f u2 i 2x f. F = d U(x) (5)

Φυσική για Μηχανικούς

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ Τµήµα Επιστήµης Υπολογιστών. HY-112: Φυσική Ι Χειµερινό Εξάµηνο ιδάσκων : Γ. Καφεντζής. Τελική Εξέταση

(α) 1. (β) Το σύστημα βρίσκεται υπό διαφορά δυναμικού 12 V: U ολ = 1 2 C ολ(δv) 2 = J.

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ Τµήµα Επιστήµης Υπολογιστών. HY-112: Φυσική Ι Χειµερινό Εξάµηνο 2016 ιδάσκων : Γ. Καφεντζής. εύτερη Σειρά Ασκήσεων - Λύσεις.

+ cos(45 ) i + sin(45 ) j + cos(45 ) i sin(45 ) j +

Σ F x = 0 T 1x + T 2x = 0 = T 1 cos(θ 1 ) = T 2 cos(θ 2 ) (2) F g cos(θ 2 ) (sin(θ 1 ) cos(θ 2 ) + cos(θ 1 ) sin(θ 2 )) = F g cos(θ 2 ) T 1 =

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ Τµήµα Επιστήµης Υπολογιστών. HY-112: Φυσική Ι Χειµερινό Εξάµηνο 2017 ιδάσκων : Γ. Καφεντζής. Εκτη Σειρά Ασκήσεων

Φυσική για Μηχανικούς

Εφαρμογές Νόμος Gauss, Ηλεκτρικά πεδία. Ιωάννης Γκιάλας 7 Μαρτίου 2014

Φυσική για Μηχανικούς

Φυσική για Μηχανικούς

To θετικό πρόσημο σημαίνει ότι το πεδίο προσφέρει την ενέργεια για τη μετακίνηση αυτή.

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ Τµήµα Επιστήµης Υπολογιστών. HY-112: Φυσική Ι Χειµερινό Εξάµηνο ιδάσκων : Γ. Καφεντζής. Τελική Εξέταση

Ηλεκτρική ροή. Εμβαδόν=Α

Φυσική για Μηχανικούς

Ορίζοντας την δυναμική ενέργεια σαν: Για μετακίνηση του φορτίου ανάμεσα στις πλάκες: Ηλεκτρικό Δυναμικό 1

u = x t t = t 0 = T = x u = = s t = = s u = u bat 1 + T c = 343 m/s 273

Φυσική για Μηχανικούς

ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ Ο ΝΟΜΟΣ ΤΟΥ GAUSS

Ηλεκτρομαγνητισμός. Ηλεκτρικό πεδίο νόμος Gauss. Νίκος Ν. Αρπατζάνης

Ασκήσεις 2 ου Κεφαλαίου, Νόμος του Gauss

Φυσική για Μηχανικούς

4η Εργασία στο Μάθημα Γενική Φυσική ΙΙΙ - Τμήμα Τ1. Ασκήσεις 4 ου Κεφαλαίου

3 + O. 1 + r r 0. 0r 3 cos 2 θ 1. r r0 M 0 R 4

Κεφάλαιο Η2. Ο νόµος του Gauss

Φυσική για Μηχανικούς

Hλεκτρικό. Πεδίο. Ζαχαριάδου Αικατερίνη Γενικό Τμήμα Φυσικής, Χημείας & Τεχνολογίας Υλικών Τομέας Φυσικής ΤΕΙ ΠΕΙΡΑΙΑ

y = u i t 1 2 gt2 y = m y = 0.2 m

Πυκνότητα φορτίου. dq dv. Μικρή Περιοχή. φορτίου. Χωρική ρ Q V. Επιφανειακή σ. dq da Γραµµική λ Q A. σ = dq dl. Q l. Γ.

ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΠΕ ΙΟ. (συνέχεια) ΝΟΜΟΣ GAUSS ΓΙΑ ΤΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΠΕ ΙΟ. H ηλεκτρική ροή που διέρχεται δια µέσου µιας (τυχούσας) επιφάνειας Α είναι r r

ΧΩΡΗΤΙΚΟΤΗΤΑ και ΔΙΗΛΕΚΤΡΙΚΑ (ΚΕΦ 24)

Ηλεκτρομαγνητισμός. Ηλεκτρικό πεδίο νόμος Gauss. Νίκος Ν. Αρπατζάνης

Φυσική για Μηχανικούς

Φυσική για Μηχανικούς

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΙΙ ιδάσκων : Ε. Στεφανόπουλος 12 ιουνιου 2017

ΔΙΑΛΕΞΗ 2 Νόμος Gauss, κίνηση σε ηλεκτρικό πεδίο. Ι. Γκιάλας Χίος, 28 Φεβρουαρίου 2014

ΧΩΡΗΤΙΚΟΤΗΤΑ και ΔΙΗΛΕΚΤΡΙΚΑ

400 = t2 (2) t = 15.1 s (3) 400 = (t + 1)2 (5) t = 15.3 s (6)

Ηλεκτρική δυναμική ενέργεια

πάχος 0 πλάτος 2a μήκος

ΦΥΕ 14 6η ΕΡΓΑΣΙΑ Παράδοση ( Οι ασκήσεις είναι ϐαθµολογικά ισοδύναµες)

Ηλεκτρομαγνητισμός. Ηλεκτρικό δυναμικό. Νίκος Ν. Αρπατζάνης

ΝΟΜΟΣ ΤΟΥ GAUSS ΚΕΦ.. 23

Φυσική για Μηχανικούς

Πρόβλημα 4.9.

7.1 Τα πρώτα πειράματα της χρονιάς.

Θέµατα Φυσικής Γενικής Παιδείας Β Λυκείου 1999

Ασκήσεις 6 ου Κεφαλαίου

Κεφάλαιο 22 Νόµος του Gauss. Copyright 2009 Pearson Education, Inc.

Θέµατα Φυσικής Γενικής Παιδείας Β Λυκείου 1999 ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ

1η Εργασία στο Μάθημα Γενική Φυσική ΙΙΙ - Τμήμα Τ1. Λύσεις Ασκήσεων 1 ου Κεφαλαίου

Φυσική για Μηχανικούς

1. Νόμος του Faraday Ορισμός της μαγνητικής ροής στην γενική περίπτωση τυχαίου μαγνητικού πεδίου και επιφάνειας:

ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ ΠΗΓΕΣ ΜΑΓΝΗΤΙΚΟΥ ΠΕΔΙΟΥ

Όταν ένα δοκιµαστικό r φορτίο r βρεθεί µέσα σε ένα ηλεκτρικό πεδίο, δέχεται µια ηλεκτρική δύναµη: F = q E. Η ηλεκτρική δύναµη είναι συντηρητική.

Ηλεκτρομαγνητισμός - Οπτική - Σύγχρονη Φυσική Ενότητα: Ηλεκτρομαγνητισμός

ΦΟΡΤΙΟ ΚΑΙ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΠΕΔΙΟ

Π. Ασβεστάς Γ. Λούντος Τμήμα Τεχνολογίας Ιατρικών Οργάνων

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΚΑΤΑΝΟΗΣΗΣ ΦΥΣΙΚΗ ΙΙ

Λύσεις στο επαναληπτικό διαγώνισμα 3

Ηλεκτρική ροή. κάθετη στη ροή ή ταχύτητα των σωματιδίων

8. ΜΑΓΝΗΤΙΣΜΟΣ. Φυσική ΙΙ Δ. Κουζούδης. Πρόβλημα 8.6.

Δυναμική Ενέργεια σε Ηλεκτρικό πεδίο, Διαφορά ηλεκτρικού δυναμικού. Ιωάννης Γκιάλας 14 Μαρτίου 2014

E = E 0 + E = E 0 P ϵ 0. = 1 + χ r. = Q E 0 l

Φυσική για Μηχανικούς

Φυσική για Μηχανικούς

ΘΕΜΑ 1ο Στις ερωτήσεις 1-6, να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθμό της ερώτησης και δίπλα το γράμμα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση.

Q (όπου Q το φορτίο και V η τάση

Hλεκτρικό. Πεδίο. Ζαχαριάδου Αικατερίνη Γενικό Τμήμα Φυσικής, Χημείας & Τεχνολογίας Υλικών Τομέας Φυσικής ΤΕΙ ΠΕΙΡΑΙΑ

bx 2 (t). Για είσοδο ax 1(t) + bx 2 (t), η έξοδος είναι x(t t 0 ) και y(t t 0) = t t 0 x(t) ax 1 (t 1) + bx 2 (t 1) sin ax 1 (t)+

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ & ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ

Τμήμα Φυσικής Πανεπιστημίου Κύπρου Χειμερινό Εξάμηνο 2016/2017 ΦΥΣ102 Φυσική για Χημικούς Διδάσκων: Μάριος Κώστα

Φυσική για Μηχανικούς

Τμήμα Φυσικής Πανεπιστημίου Κύπρου Χειμερινό Εξάμηνο 2016/2017 ΦΥΣ102 Φυσική για Χημικούς Διδάσκων: Μάριος Κώστα

Ενημέρωση. Η διδασκαλία του μαθήματος, όλες οι ασκήσεις προέρχονται από το βιβλίο: «Πανεπιστημιακή

Φυσική για Μηχανικούς

ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΣΜΟΣ. Ενότητα 3: Ηλεκτρικό δυναμικό. Αν. Καθηγητής Πουλάκης Νικόλαος ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Τ.Ε.

ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ Ι ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΔΥΝΑΜΙΚΟ

ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΔΥΝΑΜΙΚΟ

Φυσική για Μηχανικούς

ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ Ι ΧΩΡΗΤΙΚΟΤΗΤΑ ΚΑΙ ΔΙΗΛΕΚΤΡΙΚΑ

Φυσική για Μηχανικούς

ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΣΜΟΣ. Ενότητα 2: Ο νόμος του Gauss. Αν. Καθηγητής Πουλάκης Νικόλαος ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Τ.Ε.

1. Στατικός Ηλεκτρισµός

ΕΡΓΑΣΙΑ 6. Ημερομηνία Παράδοσης: 29/6/09

Α) Η επιφάνεια Gauss έχει ακτίνα r μεγαλύτερη ή ίση της ακτίνας του κελύφους, r α.

= R{(a + jb)e j2π 3 4 t } (6) a + jb = j2.707 = e j π (7) A = (9) f 0 = 3 4

Το ηλεκτρικό ρεύμα. και. πηγές του. Μια διαδρομή σε μονοπάτια. Φυσικής Χημείας. Επιμέλεια: Διονύσης Μάργαρης

Φυσική για Μηχανικούς

x 2 + y 2 x y

ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ ΑΣΚΗΣΕΩΝ. Το ιδανικό κύκλωμα LC του σχήματος εκτελεί αμείωτες ηλεκτρικές ταλαντώσεις, με περίοδο

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ Τµήµα Επιστήµης Υπολογιστών. HY-112: Φυσική Ι Χειµερινό Εξάµηνο 2018 ιδάσκων : Γ. Καφεντζής. Πρώτη Σειρά Ασκήσεων

Transcript:

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ Τµήµα Επιστήµης Υπολογιστών HY-112: Φυσική Ι Χειµερινό Εξάµηνο 2016 ιδάσκων : Γ. Καφεντζής Πέµπτη Σειρά Ασκήσεων - Λύσεις Ασκηση 1. (αʹ Η ηλεκτρική ϱοή διαµέσου µιας επιφάνειας A είναι Φ = E A = EA cos(θ, όπου θ η γωνία µεταξύ του ηλεκτρικού πεδίου και του διανύσµατος A που είναι κάθετο στην επιφάνεια, έχει µέτρο ίσο µε το εµβαδό της επιφάνειας, και δείχνει προς τα έξω από την επιφάνεια. Άρα Φ 1 = EA cos(θ 1 = 500 9 10 4 cos(150 o = 0.39 Nm 2 /C (1 Φ 2 = EA cos(θ 1 = 500 9 10 4 cos(60 o = 0.23 Nm 2 /C (2 Φ 3 = EA cos(θ 1 = 500 9 10 4 cos(3 o = 0.39 Nm 2 /C (3 Φ 4 = EA cos(θ 1 = 500 9 10 4 cos(120 o = 0.23 Nm 2 /C (4 Η συνολική ϱοή διαµέσου των επιφανειών είναι Φ T = Φ i = 0 Nm 2 /C. (ϐʹ Το ηλεκτρικό πεδίο είναι κάθετο στην επιφάνεια 1 και παράλληλο στις επιφάνειες 2, 3, και 5. Επίσης, η γωνία µεταξύ των E και A 4 είναι 60 o. Η ηλεκτρική ϱοή σε αυτές τις 5 επιφάνειες είναι Φ 1 = E 1 A 1 cos(θ 1 = 400 2 cos(180 o = 3200 Nm 2 /C (5 Φ 2 = Φ 3 = Φ 5 = 0 Nm 2 /C (6 2 Φ 4 = E 4 A 4 cos(θ 4 = 400 sin(30 o 4 cos(60o = 3200 Nm 2 /C (7 Η συνολική ηλεκτρική ϱοή είναι µηδέν ξανά. Ασκηση 2. Το πρόβληµα µπορεί να σχεδιαστεί όπως στο Σχήµα 1. Λόγω συµµετρίας της κατανοµής ϕορτίου, το E είναι Σχήµα 1: Σχήµα Άσκησης 2. κάθετο στην επιλεγµένη γκαουσιανή επιφάνεια, και το µέτρο του πεδίου έχει την ίδια τιµή σε όλα τα σηµεία της επιφάνειας. Από το νόµο του Gauss, έχουµε Φ e = E da = in (8 ɛ 0

Φυσική Ι - 2016/Πέµπτη Σειρά Ασκήσεων 2 Το ηλεκτρικό πεδίο δείχνει προς τα µέσα, προς το εσωτερικό της Γης, άρα η ϱοή ϑα είναι αρνητική, οπότε in = ɛ 0 EA σφαίρας = 8.85 10 12 100 4π (6.37 10 6 2 = 4.51 10 5 C (9 Ασκηση 3. Εστω 1 και 2 τα άγνωστα ϕορτία. Πρέπει 1 2 = 30 10 9 C (10 και δηλ. U = k e 1 2 12 = 180 10 6 J (11 1 2 = 4 10 16 C 2 (12 Λύνοντας την πρώτη σχέση ως προς 2 και αντικαθιστώντας στην δεύτερη, έχουµε 1 (30 10 9 1 = 4 10 16 1 = 40 10 9 C, 1 = 10 10 9 C (13 οι οποίες προκύπτουν ως δυο ϱίζες του παραπάνω τριωνύµου. Άρα τα δυο ϕορτία είναι 10 nc και 40 nc. Ασκηση 4. Σχήµα 2: Σχήµα Άσκησης 4. (αʹ Το ηλεκτρικό πεδίο ανάµεσα σε παράλληλες πλάκες είναι σταθερό µε µέτρο E = V d = 25 103 0.012 = 2.1 10 6 V/m (14 (ϐʹ Από αρχή διατήρησης της ενέργειας στο σύστηµα πεδίο-ϕορτίο, έχουµε U K = 0 (15 U i = K f U f (16 0 = 1 2 m eu 2 f ( e V (17 0 = 1 2 m eu 2 f eed (18 u f = 9.4 10 7 m/s (19

Φυσική Ι - 2016/Πέµπτη Σειρά Ασκήσεων 3 (γʹ Η παραπάνω ταχύτητα αποτελεί περίπου του 31% της ταχύτητας του ϕωτός. κανείς να λάβει υπόψη του τη ϑεωρία της σχετικότητας. Σε τέτοιες τιµές, πρέπει Ασκηση 5. Z z x d-x P dx L d Σχήµα 3: Σχήµα Άσκησης 5. (αʹ Εστω P το σηµείο σε απόσταση d από τη συµβολή των αξόνων. Εστω ένα µικρό τµήµα ϱάβδου, µήκους dx, µε ϕορτίο dq, στη ϑέση x, σε απόσταση d x από το σηµείο P. Αυτό το τµήµα συνεισφέρει δυναµικό L dx dq dv = k e d x = k λdx e d x = k e d x (20 Αθροίζοντας τις συνεισφορές για κάθε τµήµα ϱάβδου, έχουµε V = dv (21 dx = k e (22 L d x L/2 1 = k e dx (23 L L/2 d x [ ] L/2 = k e ln(d x (24 L L/2 ( d L/2 = k e L ln (25 d L/2 Για ένα οποιοδήποτε σηµείο P που ϐρίσκεται σε τυχαία ϑέση x του άξονα, το δυναµικό ϑα είναι ( x L/2 V = k e L ln x L/2 (26 (ϐʹ Εστω Z το σηµείο σε απόσταση z από τη συµβολή των αξόνων. Εστω ένα µικρό τµήµα ϱάβδου, µήκους dx, µε ϕορτίο dq, στη ϑέση x, σε απόσταση x 2 z 2 από το σηµείο z. Αυτό το τµήµα συνεισφέρει δυναµικό dq dv = k e x 2 z = k λdx 2 e x 2 z = k L dx 2 e x 2 z 2 (27

Φυσική Ι - 2016/Πέµπτη Σειρά Ασκήσεων 4 Αθροίζοντας τις συνεισφορές για κάθε τµήµα ϱάβδου, έχουµε V = dv (28 dx = k e L x 2 z 2 (29 L/2 1 = k e dx L L/2 x 2 (30 z2 [ ] L/2 = k e ln( x L 2 z 2 x (31 L/2 ( (L/2 = k e L ln 2 z 2 L/2 (L/2 2 z 2 (32 L/2 Ασκηση 6 Η ενέργεια που αποθηκεύεται στον πυκνωτή διαχέεται στο περιβάλλον µέσω του ϕλας, και εφόσον η µέση ισχύς ισούται µε το ϱυθµό µεταβολής της ενέργειας, είναι Αυτή είναι η δυναµική ενέργεια του πυκνωτή. Από τη σχέση E = P t = 10 10 10 6 = 10 4 J (33 U = 1 2 C V 2 (34 έχουµε C = 2U V 2 = 22 10 6 F (35 Ασκηση 7. Σχήµα 4: Σχήµα Άσκησης 7. Αφού οι C 1 και C 2 ϐρίσκονται σε παραλληλία, Οι C 1 2 και C 3 ϐρίσκονται σε σειρά, οπότε Το ϕορτίο που αποθηκεύεται στον πυκνωτή είναι C 1 2 = C 1 C 2 = 16 10 6 F = 16 µf (36 1 = 1 C C 1 2 1 = 1 C 3 16 1 2 = 18 32 C = 16 µf (37 9 = C V c = 16 10 6 C = 16 µc (38

Φυσική Ι - 2016/Πέµπτη Σειρά Ασκήσεων 5 Επειδή η C είναι ένας συνδυασµός σε σειρά δυο πυκνωτών C 3 και C 1 2, ισχύει για τα ϕορτία ότι Η διαφορά δυναµικού στα άκρα του C 3 είναι Τώρα, 1 2 = 16 µc είναι το ϕορτίο του ισοδύναµου πυκνωτή µε C 1 2 είναι στα άκρα του ισοδύναµου πυκνωτή C 1 2 1 2 = 3 = 16 µc (39 V 3 = 3 C 3 = 8 V (40 V 1 2 = 1 2 C 1 2 = 16 µf. ΆΡα η διαφορά δυναµικού = 1 V (41 Οι παράλληλοι πυκνωτές C 1 και C 2 έχουν την ίδια διαφορά δυναµικού µε τον ισοδύναµο πυκνωτή C 1 2, άρα V 1 = V 2 = 1 V (42 Το ϕορτίο καθενός είναι και 1 = C 1 V 1 = 4 µc (43 2 = C 2 V 2 = 12 µc (44 Ασκηση 8. E - - - -- - E Σχήµα 5: Σχήµα Άσκησης 8. (αʹ Ο νόµος του Gauss µας λέει ότι το ηλεκτρικό πεδίο ανάµεσα σε κυλίνδρους οφείλεται µόνο στο ϕορτίο του εσωτερικού κυλίνδρου. Άρα, το E είναι το πεδίο σε απόσταση ενός µεγάλου, ϕορτισµένου καλωδίου, και το οποίο ϐρήκαµε στις διαλέξεις ότι είναι E = k e 2λ (45 µε κατεύθυνση ακτινικά προς το εσωτερικό. (ϐʹ Θα είναι V = E d s (46

Φυσική Ι - 2016/Πέµπτη Σειρά Ασκήσεων 6 Θα ολοκληρώσουµε ακτινικά, από στην επιφάνεια του εσωτερικού κυλίνδρου ως R 2 σε αυτήν την εξωτερικού. Το πεδίο E είναι αρνητικό, ενώ η µεταβλητή d s ϑα αντικαταστηθεί µε d. Άρα V = E d (47 R2 2λ = k e d (48 = 2k e λ R2 [ = 2k e λ ln( d ] R2 ( R2 = 2k e λln (49 (50 (51 (γʹ Από τη σχέση και τη σχέση εύκολα λαµβάνουµε ότι E = k e 2λ ( R2 V = 2k e λln E = V (52 (53 ln( R2 (54 (δʹ Αν στην παραπάνω σχέση, ϑέσουµε E max = 1.0 10 6 V/m και =, τότε ( R2 V max = E max ln = 1600 V (55