ELEKTŘINA A MAGNETIZMUS Řešené úlohy a postupy: Spojité rozložení náboje

Podobné dokumenty
ELEKTŘINA A MAGNETIZMUS Řešené úlohy a postupy Matematika

11. cvičení z Matematiky 2

ELEKTŘINA A MAGNETIZMUS Řešené úlohy a postupy: Gaussův zákon

10. cvičení z Matematické analýzy 2

MAGNETICKÉ POLE ELEKTRICKÉHO PROUDU. r je vyjádřen vztahem

ELEKTRICKÝ NÁBOJ COULOMBŮV ZÁKON INTENZITA ELEKTRICKÉHO POLE

11. cvičení z Matematické analýzy 2

1. Dvě stejné malé kuličky o hmotnosti m, jež jsou souhlasně nabité nábojem Q, jsou 3

ELEKTŘINA A MAGNETIZMUS

Kinematika. Hmotný bod. Poloha bodu

Učební text k přednášce UFY102

ELEKTŘINA A MAGNETIZMUS Řešené úlohy a postupy: Posuvný proud a Poyntingův vektor

4. konference o matematice a fyzice na VŠT Brno, Fraktály ve fyzice. Oldřich Zmeškal

Konstrukční a technologické koncentrátory napětí

MATEMATIKA II - vybrané úlohy ze zkoušek v letech

Elektromagnetické pole je generováno elektrickými náboji a jejich pohybem. Je-li zdroj charakterizován nábojovou hustotou ( r r

y ds, z T = 1 z ds, kde S = S

Dvojné a trojné integrály příklad 3. x 2 y dx dy,

Transformujte diferenciální výraz x f x + y f do polárních souřadnic r a ϕ, které jsou definovány vztahy x = r cos ϕ a y = r sin ϕ.

MATEMATIKA II - vybrané úlohy ze zkoušek ( 2015)

ELEKTŘINA A MAGNETIZMUS

Příklady pro předmět Aplikovaná matematika (AMA) část 1

Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti

Fyzika. Fyzikální veličina - je mírou fyzikální vlastnosti, kterou na základě měření vyjadřujeme ve zvolených jednotkách

Matematika II, úroveň A ukázkový test č. 1 (2018) 1. a) Napište postačující podmínku pro diferencovatelnost funkce n-proměnných v otevřené

3.1. Magnetické pole ve vakuu a v látkovém prostředí Elektromagnetická indukce Energie a silové účinky magnetického pole...

1. a) Určete parciální derivace prvního řádu funkce z = z(x, y) dané rovnicí z 3 3xy 8 = 0 v

II. Statické elektrické pole v dielektriku. 2. Dielektrikum 3. Polarizace dielektrika 4. Jevy v dielektriku

Matematika II, úroveň A ukázkový test č. 1 (2016) 1. a) Napište postačující podmínku pro diferencovatelnost funkce n-proměnných v otevřené

Substituce ve vícenásobném integrálu verze 1.1

3.7. Magnetické pole elektrického proudu

Matematika II, úroveň A ukázkový test č. 1 (2017) 1. a) Napište postačující podmínku pro diferencovatelnost funkce n-proměnných v otevřené

Cvičení F2070 Elektřina a magnetismus

13. cvičení z Matematické analýzy 2

11. cvičení z Matematické analýzy 2

v 1 = at 1, (1) t 1 = v 1

k + q. Jestliže takový dipól kmitá s frekvencí ν (odpovídající

Kartézská soustava souřadnic

GAUSSŮV ZÁKON ELEKTROSTATIKY

Seznámíte se s další aplikací určitého integrálu výpočtem obsahu pláště rotačního tělesa.

Kapitola 8: Dvojný integrál 1/26

5. Světlo jako elektromagnetické vlnění

ˇ EDNA SˇKA 9 DALS ˇ I METODY INTEGRACE

PŘEDNÁŠKA 6 INTEGRACE POMOCÍ SUBSTITUCE

Vzdělávací materiál. vytvořený v projektu OP VK. Název školy: Gymnázium, Zábřeh, náměstí Osvobození 20. Číslo projektu: CZ.1.07/1.5.00/34.

MAGNETICKÉ POLE CÍVEK V HELMHOLTZOVĚ USPOŘÁDÁNÍ

7. Integrál přes n-rozměrný interval

Řešení : Těleso T je elementárním oborem integrace vzhledem k rovině (x,y) a proto lze přímo aplikovat Fubiniovu větu pro trojný integrál.

7 Gaussova věta 7 GAUSSOVA VĚTA. Použitím Gaussovy věty odvod te velikost vektorů elektrické indukce a elektrické intenzity pro

[obrázek γ nepotřebujeme, interval t, zřejmý, integrací polynomu a per partes vyjde: (e2 + e) + 2 ln 2. (e ln t = t) ] + y2

Moment síly, spojité zatížení

Trivium z optiky Vlnění

Hledáme lokální extrémy funkce vzhledem k množině, která je popsána jednou či několika rovnicemi, vazebními podmínkami. Pokud jsou podmínky

DYNAMIKA HMOTNÉHO BODU

Příklady elektrostatických jevů - náboj

14. cvičení z Matematické analýzy 2

Řešení testu 2b. Fyzika I (Mechanika a molekulová fyzika) NOFY ledna 2016

12 Trojný integrál - Transformace integrálů

Přijímací zkouška na navazující magisterské studium 2014

ÚLOHY Z ELEKTŘINY A MAGNETIZMU SADA 7

ELEKTROMAGNETICKÉ VLNY VE VOLNÉM PROSTŘEDÍ

1. Náhodný vektor (X, Y ) má diskrétní rozdělení s pravděpodobnostní funkcí p, kde. p(x, y) = a(x + y + 1), x, y {0, 1, 2}.

ELEKTŘINA A MAGNETIZMUS

Práce vykonaná v elektrickém poli, napětí, potenciál Vzájemná souvislost mezi intenzitou elektrického pole, napětím a potenciálem Práce vykonaná v

ε ε [ 8, N, 3, N ]

6. a 7. března Úloha 1.1. Vypočtěte obsah obrazce ohraničeného parabolou y = 1 x 2 a osou x.

GEOMETRICKÉ APLIKACE INTEGRÁLNÍHO POČTU

ZÁKLADY ROBOTIKY Transformace souřadnic

PŘÍKLADY K MATEMATICE 3 - VÍCENÁSOBNÉ INTEGRÁLY. x 2. 3+y 2

Cvičení z termomechaniky Cvičení 6.

ELEKTŘINA A MAGNETIZMUS Řešené úlohy a postupy: Ampérův zákon

MATEMATIKA III. π π π. Program - Dvojný integrál. 1. Vypočtěte dvojrozměrné integrály v obdélníku D: ( ), (, ): 0,1, 0,3, (2 4 ), (, ) : 1,3, 1,1,

18. x x 5 dx subst. t = 2 + x x 1 + e2x x subst. t = e x ln 2 x. x ln 2 x dx 34.

1. Parametrické vyjádření přímky Přímku v prostoru můžeme vyjádřit jen parametricky, protože obecná rovnice přímky v prostoru neexistuje.

a polohovými vektory r k

VKM/IM /2015. Zintegrujte. f (x, y) dx dy = f (x, y) = (y x) 2, Ω : x 2 + y 2 4, x 0.

Téma 1: Elektrostatika I - Elektrický náboj Kapitola 22, str

MATEMATIKA III. Program - Křivkový integrál

CVIČNÝ TEST 51. OBSAH I. Cvičný test 2. Mgr. Tomáš Kotler. II. Autorské řešení 6 III. Klíč 15 IV. Záznamový list 17

Řešení: Nejprve musíme napsat parametrické rovnice křivky C. Asi nejjednodušší parametrizace je. t t dt = t 1. x = A + ( B A ) t, 0 t 1,

ELEKTŘINA A MAGNETIZMUS Řešené úlohy a postupy: Kapacita a uložená energie

a) [0,4 b] r < R, b) [0,4 b] r R c) [0,2 b] Zakreslete obě závislosti do jednoho grafu a vyznačte na osách důležité hodnoty.

ANALÝZA A KLASIFIKACE DAT

1.7.2 Moment síly vzhledem k ose otáčení

PŘEDNÁŠKA 9 KŘIVKOVÝ A PLOŠNÝ INTEGRÁL 1. DRUHU

19 Eukleidovský bodový prostor

TECHNIKA VYSOKÝCH NAPĚŤÍ. #4 Elektrické výboje v elektroenergetice

Řešení úloh krajského kola 58. ročníku fyzikální olympiády Kategorie B Autor úloh: J. Thomas

Lineární algebra : Metrická geometrie

7 Lineární elasticita

má spojité parciální derivace druhého řádu ve všech bodech této množiny. Výpočtem postupně dostaneme: y = 9xy2 + 2,

Matematika 1 MA1. 1 Analytická geometrie v prostoru - základní pojmy. 4 Vzdálenosti. 12. přednáška ( ) Matematika 1 1 / 32

Přijímací zkouška na navazující magisterské studium 2017

ANALYTICKÁ GEOMETRIE LINEÁRNÍCH ÚTVARŮ V ROVINĚ

Veronika Chrastinová, Oto Přibyl

Technika vysokých napětí. Elektrické výboje v elektroenergetice

2.1 Shrnutí základních poznatků

ŠROUBOVICE. 1) Šroubový pohyb. 2) Základní pojmy a konstrukce

KLASICKÁ MECHANIKA. Předmětem mechaniky matematický popis mechanického pohybu v prostoru a v čase a jeho příčiny.

Záření KZ. Význam. Typy netermálního záření. studium zdrojů a vlastností KZ. energetické ztráty KZ. synchrotronní. brzdné.

Transkript:

EEKTŘINA A MAGNETIZMUS Řešené úlohy a postupy: Spojité ozložení náboje Pete Doumashkin MIT 006, překlad: Jan Pacák (007) Obsah. SPOJITÉ OZOŽENÍ NÁBOJE.1 ÚKOY. AGOITMY PO ŘEŠENÍ POBÉMU ÚOHA 1: SPOJITÉ OZOŽENÍ NÁBOJE ÚOHA 1: SPOJITÉ OZOŽENÍ NÁBOJE ÚOHA : EEKTICKÉ POE NABITÉ ÚSEČKY NA OSE SYMETIE 4 ÚOHA : EEKTICKÉ POE NABITÉ ÚSEČKY NA OSE SYMETIE 4 ÚOHA : EEKTICKÉ VE SMĚU KOMÉM K NABITÉ ÚSEČCE 4 ÚOHA : EEKTICKÉ VE SMĚU KOMÉM K NABITÉ ÚSEČCE 4 ÚOHA 4: NABITÁ PŮKUŽNICE 5 ÚOHA 4: NABITÁ PŮKUŽNICE 5

. Spojité ozložení náboje.1 Úkoly 1. Seznámení se s pojmy lineání, plošné a objemové hustoty náboje.. Spočítání intenzity elektického pole náboje ozloženého na úsečce ze dvou ůzných směů.. Ověření, že pokud ozmě úsečky jde k nule, dostaneme předpokládaný výsledek.. Algoitmy po řešení poblému Abychom byli schopni spočítat elektické pole vytvořené v postou spojitě ozloženým nábojem, musíme tento náboj ozdělit na menší části dq, každá část vytvoří příspěvek elektického pole de. Pokud spojité ozložení ozdělíme na bodové náboje, můžeme psát E 1 dq = d E = ˆ, 4πε 0 kde je vzdálenost od náboje dq k bodu P (tam kde měříme elektické pole E ) a ˆ je odpovídající jednotkový vekto. Obecně poto můžeme použít následující koky: (1) ozdělte nábojové ozložení na malé části dq, od kteých znáte příspěvek de. () Napište odpovídající příspěvky de po dq. Například příspěvek bodového náboje je 1 dq 1 dq de= ˆ = (duhý zápis je většinou výhodnější). 4πε 0 4πε0 () Přepište element náboje dq jako dl dq = σ da ρdv (délka) (plocha) (objem) v závislosti na dimenzi objektu, na kteém je náboj ozložen. (4) Nahaďte substituci dq ve výazu de. (5) Zvolte si vhodný systém souřadnic (katézský, cylindický nebo sféický) a vyjádřete si element difeenciálu ( dl, da nebo dv ) a v těchto souřadnicích (viz Tab..1), pokud si potřebujete zopakovat souřadné systémy, využijte předchozích řešených úloh. Katézské ( x, y, z ) Cylindické ( ρ, φ, z ) Sféické (, θ, φ ) dl dx, dy, dz dρ, ρdφ, dz d, dθ, sinθdφ da dxdy, dxdz, dxdz dρ dz, ρdφ dz, ρdφdρ ddθ, sinθddφ, sinθdθdφ dv dxdydz ρdρdφ dz sinθddθdφ Tabulka.1: Difeenciální elementy v jednotlivých systémech souřadnic.

(6) Přepište de v integačních poměnných, ze symetií zjistěte, kteé příspěvky se vyuší a kteé je třeba zahnout do integace. (7) Integujte výaz, abyste získali E. Úloha 1: Spojité ozložení náboje (1) Na plášť válce délky a poloměu, kde, je ovnoměně ozložen náboj. Na podstavách válce není žádný náboj. a. Ze zadaných paametů vyjádřete povchovou hustotu náboje σ? Poveďte ozměovou analýzu. b. Předpokládejte, že jste ve vzdálenosti mnohem větší, než je polomě válce. Válec tak vypadá jako nabitá úsečka. Jaká je lineání hustota náboje zdánlivé nabité úsečky? Poveďte ozměovou analýzu. () Objem válce délky a poloměu ( ) je ovnoměně vyplněn nábojem. a. Jaká je objemová hustota náboje ρ? Poveďte ozměovou analýzu. b. Předpokládejte, že jste ve vzdálenosti mnohem větší, než j polomě válce. Válec tak vypadá jako nabitá úsečka. Jaká je lineání hustota náboje zdánlivé nabité úsečky? Poveďte ozměovou analýzu. Úloha 1: Spojité ozložení náboje (1) () a. σ = /( π), b. = /. a. ρ = π b. =., Následující úlohy se budou zabývat elektickým polem kolem nabité úsečky. Analyticky jsme schopni toto pole spočítat pouze po dvě přímky v postou. V ostatních bodech musíme použít numeické metody po výpočet elektického pole. Celkovou epezentaci pole můžete vidět v jedné z vizualizací na adese http://www.aldebaan.cz/elmg/vizualizace_elst.html, kde si vybete osmou vizualizaci. Obázek dole ukazuje globální pole nabité úsečky zobazené šumovou textuou

Úloha : Elektické pole nabité úsečky na ose symetie Dát délky l je homogenně nabit celkovým nábojem. Spočítejte elektické pole v bodě P, kteý je ve vzdálenosti a od podélné osy úsečky. a. Zapište integál vyjadřující elektické pole v bodě P. b. Spočítejte tento integál. c. Obdžíme očekávaný výsledek, pokud půjde v limitě délka úsečky k nule? Úloha : Elektické pole nabité úsečky na ose symetie a. a+ ˆ dx E= k i, e a ( x ) a+ 1 b. = ke = ke x a ˆ ˆ E i i, a( a + ) c. Pokud půjde v limitě k nule, dostaneme, jak jsme očekávali, pole bodového náboje E = k ˆ e a i. Úloha : Elektické ve směu kolmém k nabité úsečce Na tyči délky je ovnoměně ozpostřen náboj po celé její délce. Vyjádřete intenzitu elektického pole E na ose kolmé k tyči ve vzdálenosti y od středu (viz ob. nahoře). Úloha : Elektické ve směu kolmém k nabité úsečce Uvažme malý element náboje dq umístěný na segmentu dx ve vzdálenosti x od počátku souřadnic (viz ob.). Z délkové hustoty náboje vyjádříme, že dq = dx, elektické pole 4

dq způsobené elementem dq tak je de= ke. Z obázku je zřejmé, že = xˆi+ yˆj a = x + y, takže dostaneme ( x + y ) ( ) dq dx de= k ˆ ˆ e = k e xi+ yj. Ze symetie poblému zjistíme, že x-ová složka elektického pole vymizí, poto celkové pole v daném bodě můžeme integovat jako Úloha 4: Nabitá půlkužnice Úloha 4: Nabitá půlkužnice dx e / ( x + y ) E = k y ˆj. Polokuhová tyč o poloměu je homogenně nabitá celkovým nábojem. a. Vyjádřete hodnotu elektického pole ve středu polokužnice. b. Spočítejte elektický potenciál ve středu polokužnice. Stejně jako v předchozím případě si vyjádříme elektické pole elementu dq, v tomto případě však budeme integovat podél úhlu θ. Element náboje tak můžeme vyjádřit jako dq = dθ, nyní můžeme napsat intenzitu elektického pole elementu dq: ( θ ˆ θ ˆ) dq dθ de= ke = k e cos i sin j. Ze symetie úlohy x-ová složka intenzity se odečte, integovat tak musíme pouze y-ovou složku Z toho π Ey = de = ke sinθdθ = ke. y oblouk 0 k E= E j = ˆ e y. Výpočet potenciálu je mnohem jednodušší, neboť všechen náboj je ve stejné vzdálenosti od středu, potenciál v tomto bodě je tedy V = ke. 5