Elektromagnetism KT (0)

Elektromagnetism KT



Elektromagnetism KT 1.1 Mis on elektrilaeng? Mis on elektrilaengu jäävuse seadus? ● Elektrilaeng ehk laeng on füüsikaline suurus, mis näitab, kui tugevasti keha osaleb elektromagnetilises vastastikmõjus. ● Elektrilaengu jäävuse seadus - elektriliselt isoleeritud süsteemi kogulaeng on jääv suurus. 2.1 Mis on p-n siire? Kuidas see töötab? Kus me seda kasutame? ● Kui tekitada pooljuhis kaks erineva juhtivusega osa, siis p- ja n- juhtivusega osade üleminekupiirkonda nimetatakse p-n siirdeks. ● Selline olukord saavutatakse erinevate lisandite sisseviimisega pooljuhtkristalli. Siirdel hakkab toimuma laengukandjate vahetus. Elektronid hakkavad soojusliikumisest põhjustatud difusiooni toimel liikuma p-osas olevatele vabadele
kohtadele, mille tulemusel enne neutraalne p-osa saab negatiivse laengu ja n-osa,
kaotades elektrone, samasuguse positiivse laengu. ● P-n siiret kasutatakse põhiliselt dioodides, transistorides ja teistes pooljuhtseadistes, kus vajatakse voolu kulgemist vaid ühes suunas. 3.1 Mis on elektriline mahtuvus? Kus me seda kasutame ja milleks see on vajalik? ● Elektrimahtuvus on füüsikaline suurus, mis iseloomustab kehade süsteemi võimet salvestada endasse laengut ja seeläbi tekitada elektrivälja. ● Elektrilist mahutavust kasutatakse elektrit juhtivates kehades ja kondensaatorites, mida omakorda kasutatakse paljudes tavalistes elektriseadmetes. Kondensaatoreid ja
mahutavust on vaja laengute hoidmiseks (vajadusel saab kasutada neid laenguid
tekitades hetkeliselt väga suuri elektrivoolusid, mis läbivad vooluringi). 4.1 Nimeta 4 magneti omadust/ magnetitega seotud nähtust. Mis on magneetumine? Magneti omadused/magnetitega seotud nähtused: ● Magnetitel on kaks poolust: põhja- ja lõunapoolus. Nimetused tulenevad sellest, et magnetnõel pöördub Maa magnetväljas selliselt, et see osutab geograafilisele
põhjapoolusele. ● Erinimeliste magnetpooluste vahel mõjub tõmbejõud, samanimeliste pooluste vahel aga tõukejõud. ● Lõigates magneti pooleks, tekib kaks uut magnetit, millel on mõlemal põhja- ja lõunapoolus. ● Pannes näiteks rauast keha lühiajaliselt magnetvälja, siis välja võtmisel võivad sellele rauale jääda magnetilised omadused.


Magneetumine on nähtus, mille korral magnetvälja paigutamise tulemusena hakkab aine ka
ise tekitama magnetvälja. Pannes näiteks rauast keha lühiajaliselt magnetvälja, siis välja
võtmisel võivad sellele rauale jääda magnetilised omadused. 5.1 Mis põhimõttel töötavad Faraday katsed? Kirjelda nii täpselt kui võimalik. Võid valida
ainult ühe katse ja selle näitel kirjeldada. ● Faraday katsed põhinevad elektromagnetilisel induktsioonil ehk elektromagnetismi põhiseadusel, mis ennustab, kuidas magnetväli interakteerub elektriahelaga
elektromotoorjõu tekitamiseks. ● Induktsioonivoolu tekitab juhtme liikumine magnetväljas. Faraday katsest püsimagneti liigutamine kohta, selgus, et liikuv püsimagnet tekitab voolu
lähedalasuvas juhtmes. ● Elektromagnetilist induktsiooni on võimalik uurida, kui kerida torukujulisele isoleerivale südamikule juhtmepool. Kõige lihtsam on magnetvälja muuta pannes
magneti pooli sisse. Mida enam on keerde poolil, seda paremini saab voolu muutust
mõõta. Parema käe rusikareegli abil võib veenduda selles, et induktsioonivoolu
magnetväli on vastupidine juhtmekeerus tugevnevale püsimagneti väljale. Induktsioonivool takistab sellesama magnetvälja kasvu, mis voolu esile kutsus. Vool
poolis kestab seni kuni magnetväli magnetväli muutub. Kui lõpeb liikumine/magnetvälja muutumine, siis saab laengukandjatele mõjuv Lorentzi jõud
nulliks, sest  v=0. ● Kehtib Lenzi reegel, mille kohaselt induktsioonivool soodustab alati olemasoleva olukorra säilimist ning toimib vastupidiselt voolu esile kutsuvale põhjusele. 6.1 Mis on trafo, kuidas see töötab ja milleks seda kasutatakse? ● Trafo on elektriseadis vahelduvpinge muutmiseks ja see töötab elektromagnetilise induktsiooni nähtusel. ● Primaarmähist (vooluallikaga ühendatud mähist) läbiv vahelduvvool tekitab muutuva magnetvälja, mida mähise sees olev raudsüdamik annab edasi sekundaarmähisesse (tarbijaga ühendatud mähisesse). Muutuv magnetväli tekitab sekundaarmähises muutuva elektromotoorjõu. Kui sekundaarmähisega ühendada tarbija, läbib teda muudetud pingega vahelduvvool. ● Trafot kasutatakse peamiselt energiatehnika, mõõtetehnika, signaaliedastustehnika ja võrgutoitega elektriseadmete vahelduvpinge muutmiseks. Näiteks elektrijaamades tõstetakse trafoga pinge vajalikule tasemele (näiteks 330 kV), sest generaatori pinge ei ole ülekande jaoks piisav.


7. Kaks laengut q1 ja q2 paiknevad teineteisest kaugusel r. Selle tulemusena mõjub nende
vahel jõud F. Võtke tabelist vastavalt versioonile andmed ja leidke puuvuv suurus. Antud                                   Lahendus F=16μN=1,6· N           Fe=k 10 −5 · 𝑞1·𝑞2 𝑟 2 ⇒ 𝑞1 = 𝐹𝑒·𝑟 2 𝑘·𝑞2 q2=3,7nC= 3,7 C        q1= =1,2 C) ·10 −9 1,6·10 −5 ·5·10 −2 ·5·10 −2 9·10 9 ·3,7·10 −9 ·10 −9 ( r=5cm=5 m ·10 −2 k=9 N ·10 9 𝑚 2 /𝐶 2 q1= ? Vastus: Laeng q1 on 1,2 (C) ·10 −9 8. Laeng liigub magnetväljas, mille induktsioon on B, ringikujulisel trajektooril, mille raadius
on r. Laengu liikumise kiirus on v. Võtke tabelist vastavalt versioonile andmed ja leidke
puuvuv suurus. Antud                                  Lahendus B=0,25 mT=0,25 Fl=qvBsin ja  Fk= ·10 −3 𝑇 α 𝑚𝑣 2 𝑟 r=9 mm=9 m             Fl=Fk         qvBsin = q= ja m=q: ·10 −3 α 𝑚𝑣 2 𝑟 ⇒ 𝑚𝑣 𝑟𝐵 𝑣 𝑟𝐵 v=4· m/s                      q= =m 10 5 𝑚·4·10 5 9·10 −3 ·0,25·10 −3 · 1, 78 · 10 11 sin =1                              m=q: kui tegemist on elektroni või prootoniga, siis α 4·10 5 9·10 −3 ·0,25·10 −3 Laeng (q)=?                       m=1,6 : =9 kg · 10 −19 4·10 5 9·10 −3 ·0,25·10 −3 · 10 −31 Vastus: See laeng on elektron, sest elektroni mass on 9 ∼ · 10 −31


9. Raam, mille pindala on S, asub magnetväljas, mille induktsioon on B. Antud raami normal
asub magnetinduktsiooniga nurga all β ja selle tulemusel tekib magnetvoog Φ. Võtke tabelist
vastavalt versioonile andmed ja leidke puuvuv suurus. Antud                               Lahendus S=25 =25 Φ=BScos 𝑐𝑚 2 ·10 −4 𝑚 2 β B= 30 mT=30 Φ=30 25 =5,3 (Wb) ·10 −3 𝑇 ·10 −3 · ·10 −4 · 𝑐𝑜𝑠 45° ·10 −5 β=45° Φ=? Vastus: Tekkiv magnetvoog on 5,3 (Wb) ·10 −5 10. Poolis, mille induktiivsus on L, muutub magnetvoog ΔΦ. Selle tulemusena muutus
juhtmes voolutugevus Δi. Magnetvoo muutuse põhjustas püsimagneti liigutamine aja jooksul
Δt tekitades endainduktsiooni elektromotoorjõu εi. Võtke tabelist vastavalt versioonile
andmed ja leidke puuvuv suurus. Antud                                        Lahendus ΔΦ=450 μWb=4,5· Wb   L= L=4,5· :8,1· =5,56 (H) 10 −4 ΔΦ Δ𝑖 10 −4 10 −2 ·10 −3 Δi=81 mA=8,1· A             εi=-L εi=-5,56 =-7,51 (V) 10 −2 Δ𝑖 Δ𝑡 ·10 −3 · 8,1·10 −2 6·10 −2 ·10 −3 Δt=60 ms= 6 s · 10 −2 L=? εi? Vastus: Pooli induktiivsus on 5,56 (H) ja endainduktsiooni elektromotoorjõud ·10 −3 -7,51 (V) ·10 −3


Lisa ülesanne: Loe jooniselt ja arvuta järgmised väärtused: Um, T, f, ω ja pinge efektiivväärtus. Ühele
ruudule vastab vertikaalselt 0,001a V ja horisontaalselt 0,005b s. Lisaks kirjutage antud
graafiku võrrand. a- isikukoodi 3 esimest numbrit [Nt: 50001020123, a=500] b- isikukoodi 2 viimast numbrit [Nt: 50001050123, b= 23] a= 603 b=16 Ühele ruudule vastab vertikaalselt 0,603 ja horisontaalselt 0,08 Um=4 0,603=2,412 (V) · T=12 0,08=0,96 (s) · f= f=1:0,96 1,04 (Hz) 1
𝑇 ≈ ω=2πf  ω=2π 1,04=2,08π 6,53 (rad/s) · ≈ pinge efektiivväärtus: Uef=Um: Uef=2,412: 1,71 (V) 2 2≈


graafiku võrrand: f(x)=2,412sin( 2π 0,96 · 𝑥) U(t)=2,412sin( 2π 0,96 · 𝑡)