Exam text content

FYS.103 Yliopistofysiikka 3, syksy 2022 1/2
Etätentti 7.12.2022

e Kokeessa saa käyttää laskinta, mutta se ei saa olla ohjelmoitava.

e Kokeessa saa olla mukana itse käsin kirjoitettu lunttilappu (yksi A4, molemmat
puolet). Lunttilappu tulee palauttaa koepaperin mukana.

e Kääntöpuolella kaavoja ja vakioita.

(0) Tiettyä vastusta halutaan käyttää lämpötilamittarina, sillä sen resistanssin suuruus riippuu läm-
pötilasta. Tätä tarkoitusta varten vastus kytketään jännitelähteeseen, jonka € = 4.50 V ja sisä-
resistanssi 7 % (0. Mitattaessa vastuksen läpi kulkevaa virtaa saadaan tulokseksi 15.0 mA, kun
lämpötila on 10.0*C ja 16.2 mA lämpötilan ollessa 20.0*C.

a) Mikä on vastuksen resistanssin lämpötilakerroin?
b) Mikä on vastuksen läpi kulkevan virran suuruus lämpötilassa 25.0*C?

&) Positiivinen varaus (? = 2.0nC on jakautunut tasaisesti ympy-

rän kehälle viereisen kuvan mukaisesti. Varauksen () aiheutta-
ma potentiaali symmetria-akselin pisteessä P (x-akselilla ku-
vassa) voidaan kirjoittaa muodossa

 

 

1 9
= Am Va? + a? SN.

missä a = 5.0 cm on kehän säde ja x etäisyys ympyrän keskipisteestä. Varaus () kiihdyttää elekt-
ronia, joka kulkee x-akselia pitkin. Mikä on elektronin vauhti sen kulkiessa ympyrän keskipisteen
läpi, jos se lähtee levosta kaukaa ympyrästä (tn % 00) liikkeelle?

 

(8) Negatiivinen pistevaraus (g = —2.0nC) kulkee pitkän, I
suoran johtimen vieressä nopeudella, jonka suuruus on —
1.5 - 10* m/s ja suunta on sama kuin johtimessa kulkevan
virran (1 = 1.2A). 07

a) Laske varaukseen kohdistuvan magneettisen voiman suuruus, kun varauksen etäisyys johti-
men keskiakselista on 1.2 um. Voit laskea virtajohtimen aiheuttaman magneettikentän käyttäen
sopivaa kaavakokoelman kaavaa tai Ampären lain avulla. (4p)

b) Selvitä perustellen varaukseen kohdistuvan voiman suunta. (2p)

(4) Ympyränmuotoisen poikkileikkauksen omaava kela toimii vaihtojännitelähteenä. Kelan säde on
5.00 cm ja siinä on tasan 200 kierrosta. Kela on tasaisessa magneettikentässä, jonka suuruus on
0.250 T. Kelan taso on kohtisuorassa magneettikentän suuntaa vastaan ajan hetkellä t = 0 ja
sitä pyöritetään vakiokulmanopeudella 295 rad/s magneettikenttää vastaan kohtisuoran akselin
ympäri.

a) Kirjoita kelaan indusoituneen emf:n suuruus ajan funktiona.
b) Kela on kytketty vastukseen, siten että piirin kokonaisresistanssi on 6.2 k. Kuinka suuri
virta kulkee vastuksen läpi hetkellä ? = 50.0 ms?

G) Selitä lyhyesti (n. viisi riviä/kohta riittää).
a) Amperen lain avulla voidaan laskea pitkän suoran virtajohtimen aiheuttama magneettikenttä
johtimen ympärillä. Lasku perustuu siihen että reitti-integraali $ B-dl voidaan kirjoittaa muo-
dossa B2rr. Miksi näin voidaan tehdä, ja millainen reitti tällöin on valittu? (3p)
b) Millä tavoin eristeen lisääminen kondensaattorin levyjen väliin parantaa kondensaattorin omi-
naisuuksia? Mainitse ainakin kolme eristeen ominaisuutta, jotka parantavat tilannetta suhteessa
ilmaeristykseen. (3p)
 

FYS.103 Yliopistofysiikka 3, kaavakokoelma

g = 9.80m/s?

€o = 8.854 x 102 (PN'm?
jo & 4m x 1077 TmA*

e = 1.602 x 109 C

m, = 9.109 x 1073! kg

Jp = 5.788 x 1075 eV/T

k =13381 x 108 J/K

 

S

Ä < B= (A,B, — A,B,)ä + (A,B2 — A:B,)j + (AB, — AyB,)k

2/2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dF =Idl x B||7=ixB

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Poff; - 2 0=<4| |a=NIA
Ame r Vo 3 MPa
EN mal] = 2 = 2
5-0 E-= 1; p=- 4n n.
< Amcor 2 1 dB Wo 1 dl x?
— i. — L 12 =
B-" 6 U = 36 u 3<E a 72
m
2 L C= KClle=Ke B=!%|[B= juni
p=gd||/7 =pxE 7 JO b 7 - Za E -
= I7=7 B = Bo + M || B = KB.
90= /5 dÄ dt + = ko 0
J = ng04|| E =pJ M = Ft
J äai- Som 7 = poll + (7 — NI a =
€ B 2 a p
L €E=-N— JE dd =-——
=?" ||p="" dt dt
= 1 90 Uv = T ==
dna r || — = 2 a dO
= 133 V =IRI|P = Val j5 d= 10 (1045)
g 9 encl
= Ivy = /% =
v 21| 1</i Ym = >, out Yv=0 M Non, g m
Wan = 40(Va — 1) =U-W g= CE — e V/O) n ? dt
== =. .+- N&5 di
Va=-1= / B:ä F=g(öxB+E) 1-2" l||e=-17
= & - 5 dA 13] 2
> V OV « B” : =- = —
B=-(3+ 541 57%) U = 31P | = 5

 

i(1) = ia — eR/L)