Fysik 2 (Uppdrag 4)

37a655_f185db208e1c40689d753deea7d03aae

Uppgifter

  1. Två små laddningar, Q1= +2,65 nC och Q2 = −4,75 nC, befinner sig på ett visst avstånd från varandra. Q1 påverkas av en kraft på 55 µN från Q2.

Vilka krafter på laddningarna? Rita en figur som visar de elektriska krafter som verkar på Q1och Q2.

Bestäm avståndet mellan laddningarna.

  1. a) Den negativa laddningen i befinner sig i den negativa laddningens fält på samma sätt som den positiva laddningen befinner sig i den negativa laddningens fält. Laddningarna påverkar varandra med ett elektriskt fält. Laddningarna har motsatta beteckningar, den ena är negativ och den andra positiv vilket med för en attraktion. Vi vet att Q1påverkas av en kraft motsvarande 55 µN från Q2, föremålen måste alltså på något vis repellera motsvarande kraft. Med det menar jag att Q2utsätter Q1 ienlighet med Newtons tredje lag.

I bilden nedan visar vi detta.

Skärmavbild 2018-10-30 kl. 19.22.41

  1. b) För att bestämma avståndet måste vi använda oss utav Coulombs lag. Formeln ser ut enligt nedan.

Skärmavbild 2018-10-30 kl. 19.23.28

Samtliga variabler förutom sträckan framgår i frågan. Vi behöver således lösa ut r2enligt nedan för att få fram sträckan.

Skärmavbild 2018-10-30 kl. 19.23.43

 

  1. Spänningen mellan två parallella horisontella metallplattor är 275 V. Avståndet mellan plattorna är 7,50 cm. Den översta plattan är positiv. En liten laddad kula med massan 0,455 mg svävar fritt i det elektriska fältet mellan plattorna.

Bestäm storlek och riktning på det elektriska fältet.
Bestäm kulans laddning.

  1. I ett homogent elektriskt fält får vi fram den elektriska fältstyrkan genom att dividera spänningen med sträckan mellan plattorna. Dessa variabler framgår redan i frågan därmed kan vi beräkna storleken på det elektriska fältet enligt nedan. Vi kan även lista ut riktningen på det elektriska fältet utifrån kurslitteraturen s. 183, där kan vi läsa ”Fältstyrkan är riktat åt det håll som en positiv laddning skulle röra sig” en positiv laddning i detta fall attraheras till den negativa, därmed är riktningen nedåt mot den nedersta plattan.

 

E =U/S = 275/0,075 = 3667 V/m

  1. Kulan påverkas av en yttre kraft då den placerats in i det elektriska fältet. Kulans massa framgår i frågan och den påverkas således av gravitationskraften. Vi har olika formler för att beräkna fram fältstyrkan, en utav dessa framgår nedan.

E= F/q

I det här fallet har vi redan räknat fram fältstyrkan och vi vet massan på kulan som påverkas av gravitationskraften så kan vi räkna fram laddningen enligt nedan.

F = 4,55 x 10-7 x 9,82 = 4,47  x 10-6

q = F/E à4,55 x 10­-6/3667 = 1,22 x 10-9

Laddningen uppgår till 1,22 nC

  1. Två raka parallella ledare är monterade vertikalt på en vägg. Avståndet mellan ledarna är 12 cm. Strömmen är 7,5 A i vardera ledaren, riktad uppåt i den vänstra ledaren och neråt i den högra. Bestäm den magnetiska flödestätheten till storlek och riktning.
    1. i en punkt mitt emellan ledarna.
    2. i en punkt på väggen, 12 cm till vänster om den vänstra ledaren.

 

  • Avståndet från den ena ledaren till den andra uppgår till 12 cm, varför radien uppgår till 6 cm och är den punkt vi ska beräkna den magnetiska flödestätheten på just den punkten. Vi använder oss av formeln för beräkning av magnetisk flödestäthet i raka ledare.

Skärmavbild 2018-10-30 kl. 19.26.44

Dock riktas den vänstra ledaren uppåt och den högra ledaren riktas neråt varför nettovärdet uppgår till noll T efter att vi subtrahera V-värdet med H-värdet. Riktningen på den vänstra ledaren kan utläsas med hjälp av högerhandsregeln. Tummen riktar vi uppåt med hänsyn till riktning av strömmen och fingrarna pekar mot magnetfältets riktning dvs höger. Vad avser det högra fältet så riktas ledaren nedåt och därmed är magnetfältets riktning vänster.

  • Med angiven plats kan vi i likhet med frågan ovan beräkna flödestätheten med samma princip. Vi beräknar för respektive ledare enskilt enligt nedan. Vi kallar den vänstra ledaren för A och högra ledaren för B.

Skärmavbild 2018-10-30 kl. 19.27.42

  1. Ett ledarstycke med längden l= 45,5 cm rör sig som figuren visar i ett magnetfält med hastigheten 0,75 m/s. Den inducerade spänningen är 0,11 V. Resistansen i kretsen är 2,5 ohm.
    Beräkna den magnetiska flödestätheten.
    Beräkna strömmens storlek och riktning.
  • När ett rätlinjigt ledarstycke rör sig vinkelrätt mot ett magnetsfält kan vi använda oss av generatorformeln e = vBl den magnetiska flödestätheten har beräknats enligt nedan.

0,11 = 0,75 x B x 0,455

0,11 = 0,34 x B

0,11/0,34 = B

B = 0,32 T

  • Strömmen kan beräknas genom formeln I=e/R där resistensen framgår i frågan och även spänningen

0,11/2,5 = I

I = 0,044 mA

Är ledaren rör sig åt vänster, går induktionsströmmen medurs. I detta fall vet vi att ledaren rör sig åt höger med en hastighet om 0,75 m/s därför induceras en ström som går moturs genom rektangeln som visas på bilden.

  1. En elektron skjuts in vinkelrätt mot flödeslinjerna i ett homogent magnetfält med begränsad utsträckning. Elektronen kommer att röra sig i en halvcirkel inne i fältet och kommer därefter att lämna fältet med rakt motsatt rörelseriktning. Bestäm den tid som elektronen uppehåller sig i fältet om den magnetiska flödestätheten är 3,0 mT.

Jag fick tyvärr många svårigheter med frågan ovan och fick ta hjälp av lärarna på Hermods för att lösa då den inte riktigt speglar de vanliga frågorna i boken. Så är osäker på att med blir helt rätt. Men vad jag förstod var att för att få fram tiden T så krävs ett antal förberäkningar för att ta mig fram dit. Informationen som frågar angiver ger inte mycket mer än flödestätheten. Men fysik förhåller sig sedan också till olika konstanter.  Exempelvis vilomassa och elementarladdning. Olika formler inom fysiken kan även hjälpa men det var här jag inte riktigt hängde med då jag saknade så mycket fakta. Enklast för att ta fram hastigheten är den hederliga formeln t=v/s men jag har varken v eller s.

På Hermods fick jag förklarat för mig att själva bilden som är bifogad är en ledtråd där man kan konstatera att elektronen rör sig i en halvcirkel, alltså πr vilket i detta fall även blir sträckan s. Alltså är det möjligt att använda formeln t=s(πr)/v àt= πr/v i och med att det är en halv diameter. Detta hör dock till slutet av ekvationens många delmoment. Istället så utgår jag ifrån informationen frågan ger:

(Me)=
9,1094*10-31kg
(B) =3,0 mT
(e) =1,60218*10-19C

Steg 1:
Jag undersökte vilka formler inom fysiken som kunde användas för att ge ett uttryck för tid med den informationen jag hade, dock så fan jag ingen. Tillslut med lite hjälp så förstod jag att jag skulle söka mig efter formler som inte anger tid över huvud taget utan formler som ”vägleder” mig vidare med informationen jag har till annan som jag kan använda.
Jag fann att evB=mv2/roch här vart det direkt lite enklare att ta sig vidare. I och med att mv2/r är ett uttryck för centripetalkraft enligt Newtons andra lag så är det exakt vad jag söker för mitt problem i och med att elektronen rör sig i en halvcirkel, alltså har en inverkande centripetalkraft på sig.

Formeln anger hastighet i båda leden vilket gör att det är möjligt att förkorta utan att tillföra övriga justeringar. Därav blir det istället eB vilket är kända för oss lika med mv/r. eB=mv/r. Jag försökte ta fram hastigheten bara genom formeln ovan dock så har jag två okända i ekvationen, v och r vilket gjorde det omöjligt.

Steg 2:Formeln jag inledde med att ta fram t=πr/v blir nu istället nödvändig och användbar. Jag har i formeln ovan kunnat eliminera r och istället placerat in mv så använder jag mig av det i t=πr/v. Detta blir mer praktiskt i och med att jag saknar radien på halvcirkeln. Genom att lägga in dessa i formeln för tid så får jag istället följande uträkning:
t=(πmv)/(eBV)
Steg 3:
Stryks hastigheten i båda täljare och nämnare så får jag en formeln som ger mig tiden och innehåller konstanter eller information som redan är kända för mig.
t=(πmv)/(eBV) –> t=(πm)/(eB)
Uträkningen blir enligt nedan:

Skärmavbild 2018-10-30 kl. 19.28.34

  1. En elektron skjuts in i ett 15 cm långt homogent elektriskt fält med hastigheten 3,5 Mm/s. Den elektriska fältstyrkan är 140 V/m och riktad vinkelrätt mot elektronens rörelseriktning där den kommer in i fältet.
    1. Hur mycket avlänkas elektronen av fältet?
    2. Vilken riktning har elektronen då den lämnar fältet?

 

A)

Information vi har tillhanda enligt frågan är:
Sträckan s: 0,15 m
Fältstyrka E: 140 V/m
Hastigheten v: 3,5*106m/s
Kaströrelse hjälper besvara denna fråga.
Inledningsvis för att kunna ta fram tiden t så använde jag mig av kaströrelsens tidsformel i x-led då hastigheten där är konstant i detta och övriga fall. I och med att frågan ger mig både sträckan och hastigheten så blir tiden inte en komplicerad uträkning och t=s/v räcker.

Frågan beskriver att en ändring vad gäller kurs i Y-led sker och för detta har kaströrelsen en fromel: Y=0,5*at2. Jag saknar acceleration för att använda mig av kaströrelsens formel för position i Y-led men tiden är nu känd.  

Här hamnade jag i samma ”bubbla” som i tidigare fråga men lyckades med lite hjälp även här klura ut hur accelerationen tas fram. Detta genom att inte titta på de gamla hederliga formlerna jag är van vid utan se på hur olika kan kombineras.

Kraft, massa och acceleration har en ett samband mellan varandra men det har även kraft, fältstyrka och elektrisk laddning. Då bör jag finna ett samband mellan massa, acceleration och fältstyrka, elektrisk laddning. Det blir ma=Eq. Här är allt känt för mig förutom accelerationen som bryts ut och ger a=Eq/m.

Skärmavbild 2018-10-30 kl. 19.30.34.png

 

 

Publicerad av Joe

Hey! Vanlig kille i Svealand som studerar lite ämnen i samband med jobb för att till HT16 fortsätta med högskolestudier. Är varken överambitiös eller avdankad, hamnar där mitt emellan. Thats it!

Kommentera

Fyll i dina uppgifter nedan eller klicka på en ikon för att logga in:

WordPress.com-logga

Du kommenterar med ditt WordPress.com-konto. Logga ut /  Ändra )

Google-foto

Du kommenterar med ditt Google-konto. Logga ut /  Ändra )

Twitter-bild

Du kommenterar med ditt Twitter-konto. Logga ut /  Ändra )

Facebook-foto

Du kommenterar med ditt Facebook-konto. Logga ut /  Ändra )

Ansluter till %s

%d bloggare gillar detta: