Jakso 5
Transcription
Jakso 5
Jakso 5. Johteet ja eristeet Näytä tai jätä tarkistettavaksi tämän jakson tehtävät viimeistään maanantaina 17.8.2015. Teoriaa tähän jaksoon on Tuomo Nygrénin luentomonisteessa Luvuissa 4 ja 5. Tätä monistetta on Anita Aikio hiukan muokannut ja tähän on linkki sivulta https://wiki.oulu.fi/display/766319A/Etusivu (vaatii tunnukset) Yhteenveto teoriasta ja esimerkkilaskuja on lisämateriaalin sivulla https://wiki.oulu.fi/pages/viewpage.action?pageId=57082164 linkeissä JOHTEET ja ERISTEET. T 5.1 (pakollinen): Pallokuoren sisäsäde on a ja ulkosäde b. Mitä tapahtuu pallokuoressa, kun pallon keskipisteeseen tuodaan positiivinen pistevaraus Q, jos pallokuori on a) johdemateriaalia, b) eristemateriaalia. b Q a T 5.2 (pakollinen): Pallokuoren sisäsäde on a ja ulkosäde b. Pallon keskipisteessä on positiivinen pistevaraus Q. Pallokuori on johdemateriaalia. Seuraavissa kysymyksissä r tarkoittaa etäisyyttä pallon keskipisteestä. a) Minkä suuruinen ja suuntainen sähkökenttä on alueella r < a? b) Minkä suuruinen sähkökenttä on alueella a < r < b? c) Minkä suuruinen ja suuntainen sähkökenttä on alueella r > b? d) Minkä suuruinen varauskate on pallokuoren sisäpinnalla, missä r = a? e) Minkä suuruinen varaustiheys on pallokuoren sisällä? f) Minkä suuruinen varauskate on pallokuoren ulkopinnalla, r = b? T 5.3 (pakollinen): Pallokuoren sisäsäde on a ja ulkosäde b. Pallon keskipisteessä on positiivinen pistevaraus Q. Pallokuori on eristemateriaalia, jonka eristevakio on ε, ja siinä ei ole vapaita varauksia. Seuraavissa kysymyksissä r tarkoittaa etäisyyttä pallon keskipisteestä. a) Minkä suuruinen ja suuntainen E-kenttä on alueella r < a? b) Minkä suuruinen ja suuntainen E-kenttä on alueella a < r < b? c) Minkä suuruinen ja suuntainen E-kenttä on alueella r > b? d) Minkä suuruinen ja suuntainen D-kenttä on alueella r < a? e) Minkä suuruinen ja suuntainen D-kenttä on alueella a < r < b? f) Minkä suuruinen ja suuntainen D-kenttä on alueella r > b? g) Minkä suuruinen ja suuntainen P-kenttä on alueella r < a? h) Minkä suuruinen ja suuntainen P-kenttä on alueella a < r < b? i) Minkä suuruinen ja suuntainen P-kenttä on alueella r > b? j) Minkä suuruinen (polarisaatio)varauskate on pallokuoren sisäpinnalla, missä r = a? k) Minkä suuruinen (polarisaatio)varaustiheys on pallokuoren sisällä alueella a < r < b? l) Minkä suuruinen (polarisaatio)varauskate on pallokuoren ulkopinnalla, missä r = b? T 5.4: Eristelevy on asetettu sähkökenttään E0uˆ x alla olevan kuvan mukaisesti 60 asteen kulmaan xztasoon nähden. Eristevakio on ε. Määritä: a) E-kentän ja pinnan normaalin välinen kulma eristelevyssä, b) E-kentän suuruus eristelevyssä, c) D-kentän suuruus eristelevyssä, d) polarisoituman suuruus eristeessä, e) eristelevyyn indusoituneet varauskatteet. Käytä seuraavia lukuarvoja: E0 = 50,0 kV/m ja ε = 5,0. y E x T 5.5: Äärettömän laaja johtava taso on asetettu sähkökenttään E siten, että sähkökenttä on kohtisuorassa tasoa vastaan. a) Määritä tason pintoihin indusoitunut varauskate σ. b) Oletetaan, että pintavarausta on molemmissa pinnoissa kerroksena, jonka paksuus on d. Määritä varaustiheys ρ näissä kerroksissa olettaen, että ρ on vakio. d E d E Vastaukset kV C C C , 1,17 10 6 2 , 9,37 10 7 2 , 3,07 10 7 2 m m m m D-kentän ja P-kentän suunta eristelevyssä? T 5.4: 70,9 0 , 26,5 T 5.5: a) ja b) ja ja 3,07 10 7 C m2