Exam text content

O

o

 

 

 

 

 

 

 

 

 

TTY/FYS-1101 Insinöörifysiikka II, Paavilainen 1/2
Tentti 05.02.2018
e Tentin lisäksi tällä kokeella on myös mahdollista korvata kurssin 1. välikoe.
e Ympyröidyt kysymykset (1-5) kuuluvat tenttiin.
e Neliöidyt kysymykset (3-6, vain 4 kpl) kuuluvat välikokeeseen.
e Kokeessa saa käyttää laskinta, mutta se ei saa olla ohjelmoitava.
e Kääntöpuolella kaavoja ja alhaalla vakioita.
e Kirjoita paperiin onko kyseessä *TENTT”, *VÄLIKOF” vai *TENTTI ja VÄLIKOF”.

  

 

Röntgenputkessa elektroneja kiihdytetään 4.00 MV:n jännitteellä.
a) Laske kiihdytetyn elektronin relativistinen kokonaisenergia ja nopeuden suuruus. (4p)
) Laske kiihdytetyn elektronin relativistisen liikemäärän suuruus ja de Broglie-aallonpituus. (2p)

 

Mallinnetaan tietyn molekyylin elektronin kokemaa potentiaalienergiaa yksiulotteisella potentiaalilaati-
olla. Laatikossa olevan elektronin perustilan energiaksi saadaan tällöin E; = 0.464 eV.

a) Millainen energia on oltava fotonilla, joka virittää elektronin perustilalta tilalle n = 3? (2p)

) Mitä eri vaihtoehtoja elektronilla on palata tilalta n = 3 takaisin perustilalle, ja mitkä ovat eri vaih-
toehdoissa emittoituvien fotonien aallonpituudet? (4p)

Selitä lyhyesti (4-6 riviä/kohta riittää).
a) Miten eristeen lisääminen kondensaattorin levyjen väliin voi parantaa sen kykyä varastoida energiaa?
lainitse ainakin kaksi eristeen ominaisuutta, jotka parantavat tilannetta suhteessa ilmaeristykseen.

P
) Kelan induktanssi L määriteltiin L = 2 Selitä miksi L ei ole vakio, jos kelan sisus on täytetty

jollain ferromagneettisella materiaalilla.

Kuvan piirissä olevalla vastuksella R mitataan lämpöti-
aa hyödyntäen vastuksen resistanssin lämpötilariippuvuut-
ta. Vastuksen Ri=12.00 resistanssi ei riipu lämpötilasta. « |
Jännitelähteen € = 2.50 V ja sen sisäresistanssia ei tarvitse
uomioida.

Ri
a) Lämpötilan ollessa 15.0*C jännitelähteen läpi kulkee vir- nan

ta ] = 453 mA. Laske resistanssin R suuruus tuolloin.

) Vastuksen resistanssin lämpötilakerroin on 0.016 K"!.
Mikä on jännitelähteen läpi kulkevan virran suuruus 7 läm-
ötilassa 25.0*C?

 

 

 

 

Kuvan johdin koostuu kolmesta palasta, joista kaksi on suoria ja yk- f
I

si neljännesympyrä. Kummankin suoran osan pituus on / = 10.0cm.
Kaareva osa on neljännesympyrä, jonka säde on R = 20.0 cm. Johti-
messa kulkee kuvassa osoitettuun suuntaan virta J = 1.50 A. Laske

virran pisteeseen P aiheuttaman magneettikentän suunta ja suuruus

Biot-Savartin lain avulla. P on kaarevaa osaa vastaavan ympyrän R P
eskipiste ja sijaitsee samassa tasossa kuin johdinkin. I——>

 

Kaksi vierekkäistä, samansuuntaista metallilevyä on varattu yhtäsuurilla mutta vastakkaismerkkisillä

varauksilla. Levyjen etäisyys on 1.2 cm, ja niiden välissä on tyhjiö. Pintavaraustiheyksien suuruudet levyillä

ovat 12.0 nC/m?.
a) Laske potentiaaliero levyjen välillä.

b) Laske sähkökentän elektroniin tekemä työ, kun elektroni siirtyy levyltä toiselle.

 

    

Vakioita: h = 6.626 x 10% Js m, = 9.109 x 1073! kg
g =9.80m/s? h = 4.136 x 105 eVs .007276u
€0 = 8.854 x 10712 C?N-1m”? i == ji == 1055 x 10% Ja in = 1.008665 u
jo = 4 x 1077 TmA”! jp = 5.788 x 105 cV/T uc? = 9315 MeV

e=1.602 x 1079C k = 1.38065 x 103 J/K 1eV = 1.602 x 109]
c= 2.998 x 108 m/s = 1.660539 x 102 kg
FYS-1101 Insinöörifysiikka II, Paavilainen

Huom! Kaikki kaavat eivät ole yleispäteviä vaan soveltuvat vain eri

2/2

oistapauksiin.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A x B=(4,B.— A:B,)i+ (A.B, — A:B:)j + (AeB) — Ay Bz)k || Pallo: A= 4nr?, V=4nr3
A 1 a . oO A o 2 = 10g0xP
F=.-4; = < =g— =- -
Amen r? N o Vo C=e d E € z 4x r?
4 Foll- 14. o? 1 » < = oldIxf
==]! Ba z Poollu= efi — 0
z Go Z 4regr? i v 20 || * = 2 JB 4n 7?
Eo 1 ja. C = KCol|le = Keo — pof BS ni
Aneo J d0 || ; I 2ar
os S 35 — a] A] B = Bo+ M || B = K, Bo
2 e J = ngda || E=pJ M = Piotal
Bu = j 284 PT) = po [1+ a(7— T0)] v
ddg + dPp
2 13 Vene - m E=-N"| 6 E-d=-$?
fa dÄ = 2 R= a PT dt dt
E 1 400 Poa? V =IRI||P = Val f5-ä- v iee)
AE, T 40 Yy In = 5 Low y V=0 * / encl
Ne di
1 d 1 (da ; M=2"22lg,= MT"
a Xi n=— J — Og] — .t/RC : 2
AmEor v AnEo / T 4=0&(1—€ ) KAT di
Wasö = 90(Va-— Vi) =Va-W| |F=906xB+E) 1-"%e— =
z%
ä = J
V= Vn W = | Bd fn = | 3-84 v="11m|lu=
Ja - = = = 2 9
5. (0. dP=1d < B||7=jix B 5 =
Ox dy? Oz i=NIÄ i(1) = Ti — e?R/L)
1 v, +u L, = mih||Sz = msh
= E=cB mt s=nmi
V/Eolto te=1 uv), / e=0% U =-1,B = m43B
PEy(x,t) PE,(x.t) E=K+mce||E= am | 1
3 = 00 - (E) = sm
dx? OP EM + 0 e(E-EFr)/kT 4-1
E(z,t) = Emax J cos(kx — wt) EShj|ESpehf 9-0 I = 1,(eW/kT — 1)
B(x,t) = Bmax k cos(kx — wt) X= h/p||p=h/A Ep = (ZMn + Nm, -3M)c?
J=3||6=3"|[o=2x7 hT=£)- E] SESE] — 8*[0=(Mp- Mp-2mo
==. MA = dsin B", EC:|0 = (Mp — Mp)e?
S=-Ex<B 7
3 AzAp > h/2|| AFAI > h/2 0= (Mp — Mp - Myny)o
I = Say = 58€0CEmax n , 0
i P= [)1wPae|] [ 1yitdr=1] [9=(Ma+ Mp Mc- Mp)C
1 = (x — ut) v=y ol —0
; 22 2 NW G) = Noe || Tincan = * ="
2 =z E, = n 5 || 9 = [Zin (25) No mean = 5 = 19
V= y(t —ux/P)|| At = yAto 8mL L L AN (1)
p Ry A(t) = | = AN (2)
J-la O Ula) = Ey(e) dt
2 1/0 = E V = |p- Fats
, = p -B0W1TT Th] |? 0 |[7=R8ExD
Vr n