תרגול 5 פוטנציאל חשמלי ואנרגייה חשמלית

Σχετικά έγγραφα
PDF created with pdffactory trial version

חלק ראשון אלקטרוסטטיקה

תרגיל 3 שטף חשמלי ומשפט גאוס

החשמלי השדה הקדמה: (אדום) הוא גוף הטעון במטען q, כאשר גוף B, נכנס אל תוך התחום בו השדה משפיע, השדה מפעיל עליו כוח.

בפיסיקה 1 למדתם שישנם כוחות משמרים וכוחות אשר אינם משמרים. כח משמר הינו כח. F dl = 0. U = u B u A =

חשמל ומגנטיות תשע"ה תרגול 3 פוטנציאל חשמלי ואנרגיה אלקטרוסטטית

קבל מורכב משני מוליכים, אשר אינם במגע אחד עם השני, בכל צורה שהיא. כאשר קבל טעון, על כל "לוח" יש את אותה כמות מטען, אך הסימנים הם הפוכים.

ל הזכויות שמורות לדפנה וסטרייך

פתרוןגליוןעבודהמס. 5 בפיסיקה 2

תשס"ז שאלות מהחוברת: שאלה 1: 3 ס"מ פתרון: = = F r 03.0 שאלה 2: R פתרון: F 2 = 1 10

פתרון תרגיל מרחבים וקטורים. x = s t ולכן. ur uur נסמן, ur uur לכן U הוא. ur uur. ur uur

קחרמב יאצמנה דחא לכ Q = 1 = 1 C לש ינעטמ ינש ינותנ (ג ( 6 )? עטמה תא ירצוי ינורטקלא המכ.1 ( 5 )? עטמ לכ לע לעופה חוכ והמ.2

פתרון א. כיוון שהכדור מוליך, כל המטענים החשמליים יתרכזו על שפתו. לפי חוק גאוס: (כמו במטען נקודתי) כצפוי (שדה חשמלי בתוך מוליך תמיד מתאפס).

חורף תש''ע פתרון בחינה סופית מועד א'

חוק קולון והשדה האלקטרוסטטי

שטף בהקשר של שדה וקטורי הוא "כמות" השדה הוקטורי העובר דרך משטח מסויים. שטף חשמלי מוגדר כך:

אלקטרומגנטיות אנליטית תירגול #2 סטטיקה

שאלה 1 V AB פתרון AB 30 R3 20 R

חוק קולומב והשדה החשמלי

התשובות בסוף! שאלה 1:

:ןורטיונ וא ןוטורפ תסמ

חשמל ומגנטיות תשע"ה תרגול 6 קיבול וחומרים דיאלקטרים

Charles Augustin COULOMB ( ) קולון חוק = K F E המרחק סטט-קולון.

גבול ורציפות של פונקציה סקלרית שאלות נוספות

פיסיקה 2 חשמלומגנטיות

שאלה 1. x L שאלה 2 (8 נקודות) שאלה 3. עבור.0<x<6m הסבר. (8 נקודות)

Electric Potential and Energy

פיסיקה - 2 מאגר שאלות ופתרונות מלאים

פיזיקה 2 שדה מגנטי- 1

תרגילים באמצעות Q. תרגיל 2 CD,BF,AE הם גבהים במשולש .ABC הקטעים. ABC D נמצאת על המעגל בין A ל- C כך ש-. AD BF ABC FME

משוואות מקסוול משוואות מקסוול בתחום הזמן: B t H dl= J da+ D da t ρ Η= J+ B da= t בחומר טכני פשוט: משוואות מקסוול בתחום התדר:

תשובות מלאות לבחינת הבגרות במתמטיקה מועד ג' תשע"ד, מיום 0/8/0610 שאלונים: 315, מוצע על ידי בית הספר לבגרות ולפסיכומטרי של אבירם פלדמן

לוגיקה ותורת הקבוצות פתרון תרגיל בית 8 חורף תשע"ו ( ) ... חלק ראשון: שאלות שאינן להגשה נפריד למקרים:

תרגול 1 חזרה טורי פורייה והתמרות אינטגרליות חורף תשע"ב זהויות טריגונומטריות

תרגיל 13 משפטי רול ולגראנז הערות

[ ] Observability, Controllability תרגול 6. ( t) t t קונטרולבילית H למימדים!!) והאובז' דוגמא: x. נשתמש בעובדה ש ) SS rank( S) = rank( עבור מטריצה m

אוניברסיטת תל אביב הפקולטה להנדסה ע"ש איבי ואלדר פליישמן

םילגו תויטנגמ למ, שח הק יסיפ 1 מ2 הקיסיפ רדא רינ co. m רדא רינ

גליון 1 גליון 2 = = ( x) ( x)

חוק פאראדיי השתנות השטף המגנטי בזמן,גורמת להשראת מתח חשמלי במוליך (המתח הזה הינו כוח אלקטרו מניע או כא מ).

סיכום- בעיות מינימוםמקסימום - שאלון 806

לדוגמה: במפורט: x C. ,a,7 ו- 13. כלומר בקיצור

תרגול מס' 6 פתרון מערכת משוואות ליניארית

פתרון תרגיל 8. מרחבים וקטורים פרישה, תלות \ אי-תלות לינארית, בסיס ומימד ... ( ) ( ) ( ) = L. uuruuruur. { v,v,v ( ) ( ) ( ) ( )

פתרון תרגיל 5 מבוא ללוגיקה ותורת הקבוצות, סתיו תשע"ד

אופרטור ה"נבלה" (או דל)

סדרות - תרגילים הכנה לבגרות 5 יח"ל

פיסיקה 2 ממ: חשמל, מגנטיות וגלים עדכון אחרון: פיסיקה 2 ממ ניר אדר

תויטנגמו למשח קילומס הלא רד ' ןייטשנוארב ןורוד 'רד

גלים א. חיבור שני גלים ב. חיבור N גלים ג. גלים מונוכרומטיים וגלים קוהרנטיים ד. זרם העתקה ה. משוואות מקסוול ו. גלים אלקטרומגנטיים

קיבול (capacitance) וקבלים (capacitors)

מחוון פתרון לתרגילי חזרה באלקטרומגנטיות קיץ תשס"ז. V=ε R

שדות תזכורת: פולינום ממעלה 2 או 3 מעל שדה הוא פריק אם ורק אם יש לו שורש בשדה. שקיימים 5 מספרים שלמים שונים , ראשוני. שעבורם

סטודנטים יקרים. לפניכם ספר תרגילים בקורס פיזיקה 2. הספר הוא חלק מקורס חדשני וראשון מסוגו בארץ בנושא זה, המועבר ברשת האינטרנט.

3-9 - a < x < a, a < x < a

בחינה לדוגמא - פתרונות

שאלה 1 נתון: (AB = AC) ABC שאלה 2 ( ) נתון. באמצעות r ו-. α שאלה 3 הוכח:. AE + BE = CE שאלה 4 האלכסון (AB CD) ABCD תשובה: 14 ס"מ = CD.

תרגיל אמצע הסמסטר - פתרונות

תרגול משפט הדיברגנץ. D תחום חסום וסגור בעל שפה חלקה למדי D, ותהי F פו' וקטורית :F, R n R n אזי: נוסחת גרין I: הוכחה: F = u v כאשר u פו' סקלרית:

Logic and Set Theory for Comp. Sci.

סטודנטים יקרים. לפניכם ספר תרגילים בקורס פיזיקה 2. הספר הוא חלק מקורס חדשני וראשון מסוגו בארץ בנושא זה, המועבר ברשת האינטרנט.

A X. Coulomb. nc = q e = x C

= 2. + sin(240 ) = = 3 ( tan(α) = 5 2 = sin(α) = sin(α) = 5. os(α) = + c ot(α) = π)) sin( 60 ) sin( 60 ) sin(

פתרון של בעיות פוטנציאל בשני מימדים פונקציה אנליטית: פונקציה שבה החלק הממשי וגם החלק המדומה מקיימים את משוואת לפלס:

סיכום בנושא של דיפרנציאביליות ונגזרות כיווניות

לוגיקה ותורת הקבוצות פתרון תרגיל בית 4 אביב תשע"ו (2016)

פרק 5 טורי חזקות 5.5 טור לורן. (z z 0 ) m. c n = 1. 2πi γ (ξ z 0 ) n+1dξ, .a 1 = 1 f(z)dz בפרט,.a 2πi γ m וגם 0 0 < z z 0 < r בעיגול הנקוב z.

אלגברה ליניארית 1 א' פתרון 2

f ( x, y) 1 5y axy x xy ye dxdy לדוגמה: axy + + = a ay e 3 2 a e a y ( ) במישור. xy ואז dxdy למישור.xy שבסיסם dxdy וגבהם y) f( x, איור 25.

סטודנטים יקרים. לפניכם ספר תרגילים בקורס פיזיקה 2. הספר הוא חלק מקורס חדשני וראשון מסוגו בארץ בנושא זה, המועבר ברשת האינטרנט.

ניהול תמיכה מערכות שלבים: DFfactor=a-1 DFt=an-1 DFeror=a(n-1) (סכום _ הנתונים ( (מספר _ חזרות ( (מספר _ רמות ( (סכום _ ריבועי _ כל _ הנתונים (

מצולעים מצולעהוא צורה דו ממדית,עשויה קו"שבור"סגור. לדוגמה: משולש, מרובע, מחומש, משושה וכו'. לדוגמה:בסרטוט שלפappleיכם EC אלכסוןבמצולע.

הקשור (נפחית, =P כאשר P קבוע. כלומר zˆ P. , ρ b ומשטחית,

מבחן משווה בפיסיקה כיתה ט'

צעד ראשון להצטיינות מבוא: קבוצות מיוחדות של מספרים ממשיים

אלקטרומגנטיות אנליטית תירגול #13 יחסות פרטית

הפקולטה לפיסיקה בחינת פיסיקה 2 ממ סמסטר אביב תשע"ה מועד טור 0

אלגברה ליניארית (1) - תרגיל 6

פתרון תרגיל 6 ממשוואות למבנים אלגברה למדעי ההוראה.

חשמל ומגנטיות תשע"ה תרגול 12 השראות

חשמל לתלמידי 5 יחידות לימוד הוראות לנבחן = נקודות

תרגול #7 עבודה ואנרגיה

I. גבולות. x 0. מתקיים L < ε. lim אם ורק אם. ( x) = 1. lim = 1. lim. x x ( ) הפונקציה נגזרות Δ 0. x Δx

פיזיקה מבחן מתכונת בחשמל ומגנטיות לתלמידי 5 יחידות לימוד הוראות לנבחן

שאלה 13 הזרם. נקודות) /V (1/Volt)

חשמל ומגנטיות תשע"ה תרגול 9 שדה מגנטי ומומנט דיפול מגנטי

(ספר לימוד שאלון )

אינפי - 1 תרגול בינואר 2012

יסודות לוגיקה ותורת הקבוצות למערכות מידע (סמסטר ב 2012)

סיכום חקירת משוואות מהמעלה הראשונה ומהמעלה השנייה פרק זה הינו חלק מסיכום כולל לשאלון 005 שנכתב על-ידי מאיר בכור

תרגול פעולות מומצאות 3

דף פתרונות 7 נושא: תחשיב הפסוקים: צורה דיסיונקטיבית נורמלית, מערכת קשרים שלמה, עקביות

אלגברה לינארית (1) - פתרון תרגיל 11

גיאומטריה גיאומטריה מעגלים ניב רווח פסיכומטרי

שדות מגנטיים תופעות מגנטיות

דיאגמת פאזת ברזל פחמן

תשובות מלאות לבחינת הבגרות במתמטיקה מועד חורף תשע"א, מיום 31/1/2011 שאלון: מוצע על ידי בית הספר לבגרות ולפסיכומטרי של אבירם פלדמן.

פיסיקה 2 שמרחקם מהראשית הם שווה ל: r r מחוק קולון אפשר לראות שאם שני המטענים שווים הם דוחים אחד את השני ואם הם שונים אז הם מושכים אחד את השני.

תרגיל 7 פונקציות טריגונומטריות הערות

TECHNION Israel Institute of Technology, Faculty of Mechanical Engineering מבוא לבקרה (034040) גליון תרגילי בית מס 5 ציור 1: דיאגרמת הבלוקים

Transcript:

תרגול 5 פוטנציאל חשמלי ואנרגייה חשמלית כפי שהשדה החשמלי נותן אינדקציה לכח שיפעל על מטען בוחן שיכנס למרחב, כך הפוטנציאל החשמלי נותן אינדקציה לאנרגיית האינטרקציה החשמלית. הפוטנציאל החשמלי מוגדר על פי מינוס אינטגרל מסליתי על השדה החשמלי מאיפה שהפוטנציאל מכוייל להיות אפס ) 0 ),לנקודה בו אנחנו מעונינים( ). () φ( ) = 0 Ed = φ( ) φ( 0 ) = φ( ) תכונה שנובעת מההגדרה: אם הפוטנציאל הינו אינטגרל על השדה החשמלי אזי הפוטנציאל בהכרח רציף (השדה הינו רציף למקוטעין), חשוב לבדוק כי התכונה הזאת מתקיימת עבור כל פוטנציאל. הערה חשובה: הנקודה בו הפוטנציאל מכוייל להיות אפס הוא נקודה שרירותית, בדר"כ אנו נבחר נקודה נוחה להגדיר את הפוטנציאל להיות אפס בו. עבור מטענים בעלי כמות מטען סופית במרחב, נהוג לכייל את הפוטנציאל להיות אפס באינסוף (לא חובה), אך עבור התפלגות מטען אינסופית לא רצוי לכייל באינסוף שהפוטנציאל יהיה אפס, מכיוון שלרוב נקבל התבדרות מסויימת בפוטנציאל, בד"כ אין משמעות פיסיקלית לערכים מתבדרים. מתח חשמלי: () V ba = b a Ed = φb φ a ; [V ] = Joul C = V olt הפרש הפוטנציאל (או מתח) בין שני נקודות זה העבודה שצריך לבצע כדי להביא מטען בוחן מנקודה a לנקודה b במרחב (כמו בפיסיקה : d ( W = b F a רשת החשמל הינה olt] V]0. מתקיים גם הקשר ההפוך: עבודה חשמלית: (3) E( ) = φ( ) = x φ( )ˆx y φ( )ŷ z φ( )ẑ (4) W a b = qv = b a F d = Ub U a פוטנציאל של חלקיק נקודתי כאשר הוא מכוייל כך שבאינסוף יהיה אפס: עבור הרבה מטענים (עקרון סופרפוזציה): (5) φ( ) point chage = 0 Ed = kq = kq (6) φ( ) = i kq i i ניתן גם להסיק הגדרה נוספת הנגזרת מפוטנציאל של חלקיק נקודתי: (7) φ( ) = kq φ( ) = dφ = kdq

כעת כל מה שנותר זה לסכום ע"י אינטגרל בתחום מערכת המטענים שלנו במרחב. הערה חשובה: הגדרה זאת נגזרת ממטען נקודתי בו הפונציאל מוגדר להיות אפס באינסוף, לכן עדיין הפוטנציאל הינו אפס באינסוף. כמו כן בדר"כ לא ניתן להשתמש בביטוי הזה עבור מערכת מטענים אינסופית (נמצא את השדה {בדר"כ מחוק גאוס} ואז נבצע אינטגל עבור הפוטנציאל). לפעמים יהיה יותר קל לחשב את הפוטנציאל בדרך אחת מאשר השנייה. מוליך: במוליך המטענים מסתדרים כך שהשדה החשמלי בתוכו יהיה אפס, ושקול לומר כי הפוטנציאל עליו היינו קבוע. חיבור שני מולכים זה לזה משווה בינהם את הפוטנציאל. הארקה: חיבור בין גוף מוליך לבין "כדור הארץ" (מקום בו הפוטנציאל שווה לאפס), כלומר הפונציאל על המוליך הינו אפס.

403 נתונה מערכת מטענים ) 3 q), q, q היושבים בקדקטדי משולש שווה צלעות שאורך כל צלע בו הוא l ס"מ. א. מהי העבודה הדרושה לבניית המערכת? ב. מהו הפוטנציאל החשמלי בנקודה A הנמצאת האמצע הצלע התחתונה? ג. כמה עובדה יש להשקיע על מנת להעביר מטען של q מאינסוף לנקודה? A פתרון סעיף א: העבודה הנדרשת עבור מטענים נקודתיים היא העבודה הנדרשת לבהיא כל זוג מטענים. () W = i,j φ i jq i = i,j kq iq j i j () W = W + + W +3 + W +3 = k L (q q + q q 3 + q q 3 ) (3) φ A = φ + φ + φ 3 (4) φ = kq 3 L (5) φ = kq L (6) φ 3 = kq3 L סעיף ב: לפי עקרון סופרפוזציה:

(7) φ A = k L ( q 3 + q + q 3 ) (8) W q A = qφ A = kq L ( q 3 + q + q 3 ) סעיף ג:

403 נתונה טבעת דקה בעלת רדיוס R הטעונה במטען,Q כמתואר בציור: א. מהו הפוטנציאל בנקודה P הנמצאת במרחק z ממרכז בטבעת, על הציר הניצב למישור הטבעת והעובר במרכזה? ב. מהי העבודה הדרושה להעתקת מטען q מהנקודה P לנקודה O הנמצאת במרכז הטבעת? פתרון () φ( ) = kdq () dq = Q π dϕ (3) = zẑ (4) = Rˆ = R(cosϕ, sinϕ, 0) (5) φ( ) = π 0 k Q π dϕ R +z = kq R +z (6) W P O = q(φ O φ P ) = kqq( R R +z ) סעיף א: סעיף ב:

406 נתונות שתי קליפות מוליכות קונצנטריות ברדיוס R,R טעונות.Q,Q מחברים את הקליפות בחוט מוליך דק, כמה מטען יעבור בין הקליפות? פתרון אם נחבר שני מוליכים יהיה להם פוטנציאל שווה, לכן נשווה בין הפוטנציאלים שלהם כדי לדעת מהו סך המטען העובר. נמצא את הפוטנציאל דרך השדה, שדה של קליפה טעונה: () E = { kqi ˆ 0 > R i < R i פוטנציאל של קלפיה כאשר נכייל את האינסוף להיות אפס: () φ( ) = 0 Ed = kq i = { kqi kq i R i > R i < R i (3) φ( ) = 0 Ed = kq i = כעת עבור שני הקליפות הפוטנציאל ולפי עקרון סופרפוזציה: kq R kq kq + kq R < R + kq R, R < < R + kq, > R כעת לאחר החיבור הפוטנציאלים יהיו שווים והמטען שימצא בכל אחד מהקליפות יהיה שונה נסמן את המטען החדש Q i Q i (4) φ R = φ R (5) k Q R + k Q R = k Q R + k Q R

קיבלנו כי (6) Q R = Q R (7) Q = Q + Q = Q + Q (8) Q = Q לא ייתכן כי הרדיוסים שווים לכן המטען Q הוא אפס, וכל המטען הכולל עבר לקליפה החיצונית. המטען שעבר הינו מסומן ב Q

4304 נתונה מערכת של ארבעה לוחות טעונים באופן אחיד. נתונים: σ σ, (חיוביים), a ו b. ניתן להניח כי המרחק בין הלוחות קטן מאוד ביחס למימדים שלהם וגם כי σ. < σ א. מהו השדה החשמלי בכל אחד מחמשת האיזורים? ב. משחררים פרוטון (מטען e+ ( מהלוח σ. כמה אנרגיה הוא "ירוויח" מהמערכת בהנחה שהוא מסוגל לעבור דרך הלוחות מבלי לאבד בהם אנרגיה? ג. מה תהיה מהירותו כשיצא מהמערכת? () E = σi sign(x)ˆx () E = פתרון סעיף א: שדה חשמלי של לוח הטעון ליחידת שטח σ i אינסופי שנמצא ב( z,0):,y E ˆx = σ ˆx E 3ˆx = σ ˆx + σ E 4ˆx = σ ˆx E ˆx = E 5ˆx = 0 לכן לפי עקרון סופרפוזציה (נמקם את הראשית בלוח σ+): ˆx, a + b < x < a + b, a < x < a + b, 0 < x < a, else

סעיף ב: כעת נמצא כמה אנרגייה ירוויח הפרוטון: (5) U = (U f U i ) = e(φ f φ i ) = (6) e( x f x i (7) e E dx) = e a+b a E 3 dx + e a+b E a+b 4 dx ( ) σ σ (a + b a) + eσ (a + b (a + b)) = e (8) E i = K i + U i (9) E f = K f + U f (0) K f = U i U f ( ) σ σ b + e σ a דגש חשוב: העבודה שמבצע הגוף עצמו כדי להגיע ממקום למקום היא מינוס העבודה שיש להשקיע עליו (לכן פקטור הסימן). סעיף ג: שימור אנרגייה :E i = E f הגוף מתחיל ממנוחה לכן אין אנרגייה קינטית התחלתית ( ) () mpv f σ = e σ b + e σ a K = mv אנרגייה קינטית () v f = e m p [b (σ σ ) + σ a]