Ett Y-kopplat tre fassystem med fasspänning 230

Tentamen i fysik för BI 2015-03-20 kl 14.00-19.00
Hjälpmedel: TeFyMa eller motsvarande tabell. Godkänd miniräknare.
Instruktioner: Varje uppgift ger max 3 poäng efter helhetsbedömning. Logiskt uppställda, renskrivna
och väl motiverade lösningar med tydligt motiverade svar krävs.
Om du inte gjort en deluppgift och behöver svaret för nästa gör ett antagande.
Varje uppgift ska lösas på ett separat papper, baksidorna får inte användas.
Lösningar kommer på hemsidan.
Glöm inte lägga ifrån dig mobiltelefonen.
1. Ägaren av en villa använder en värmepump för att överföra värmeenergi från grundvattnet till
villans radiatorer. Grundvattnet har temperaturen 8 oC och radiatorvattnet 60 oC. Villans
effektbehov är 3,0 kW. Värmepumpens verkliga värmefaktor är 1/2 av det ideala Carnot-värdet.
a) Vad är den verkliga värmefaktorn?
b) Rita en principskiss över värmepumpen och markera grundvatten- resp. radiatorsida.
c) Vad är värmepumpens effektförbrukning?
d) Vad är besparingen per dygn jämfört med direktverkande el om elpriset är 1 kr per kWh?
2. En cylinder med rörlig kolv innehåller 1,0 mol av en ideal enatomig gas med tryck 1,0 atm. Gasen
genomgår en termodynamisk process där volymen dubblas. Vad blir sluttryck och gasens
entropiändring om processen är:
a) isobar?
b) isoterm?
c) adiabatisk?
d) Skissa processerna i ett pV-diagram! Markera riktning och om värme tillförs eller bortförs!
3. Två uppgifter utan samband.
a) En värmeradiator med area 1,0 m2 är fritt placerad i ett rum. Radiatorn har emissionstal 0,95 och
yttemperatur 70 oC. Rummets väggar har temperaturen 18 oC. Vilken värmeefekt ger radiatorn
netto via strålning? Försumma konvektion.
b) En ’guldring’ är upphängd i en dynamometer (fjädervåg) som visar 13,0 g då ringen omges av
luft. När ringen sänks ner i vatten visar dynamometern 11,3 g. Beräkna ringens densitet! Är det
guld eller vilken metall skulle kunna finnas under förgyllning?
4. En vattentank har formen av en stående cylinder med höjd 2,0 m och diameter 0,50 m. Tanken har
ett luftningshål längst upp och ett avtappningshål med diameter 4,0 cm i botten. Vattnet får ses
som en ideal fluid.
a) Hur lång tid tar det att tappa 10,0 l från tanken när den är fylld till hälften?
b) Hur lång tid tar det att tappa allt vatten från en full tank?
5a. Den typ av plastfilm som används för att bevara livsmedel fäster bara på vissa material men på
andra fastnar den inte. Vad beror det på?
5b. I figuren till höger visas en knapp från ett tangentbord till en dator. Förklara
med hjälp av figuren hur datorn detekterar en knapptryckning.
5c. En tångamperemeter har en käft med en ferritkärna som kan slutas kring en
elektrisk växelströmsledare. En spole i tångamperemetern detekterar den magnetiska
flödesändringen och strömmen i ledaren beräknas som i en
transformator. Det gör att man kan mäta stora strömmar utan att
behöva vara inkopplad i kretsen.
Om strömmen i ledaren är liten kan man då öka det utslag som en
tångamperemeter gör?
Vad visar tångamperemetern om man klämmer runt kabeln till en golvlampa med en 10 watts
lysdiodlampa?
6.
En liten kompassnål är placerad 15 cm rakt norr om en lång rak vertikalt upphängd ledare. När
en likström går genom ledaren pekar kompassnålen inte längre mot norr utan har vridit sig 30o
mot väst (moturs) och pekar alltså i 330o. Det jordmagnetiska fältets horisontalkomponent är
30.10-6 T.
a)
Går strömmen uppåt eller nedåt i ledaren? Motivera! (Ledning: Enklast blir det om du ritar figur där
strömmen går ut eller in i pappret och kompassnålen ligger i papprets
plan)
b) Beräkna strömmen genom ledaren!
7.
Figuren visar en krets med batterier och motstånd. Beräkna spänningen
(potentialskillnaden) mellan punkterna a och b.
8. Bilden visar principen för en växelströmsgenerator. En tvåvarvig spole med area 1,0 dm2 roterar 50
varv per sekund i ett magnetfält med flödestäthet 2,0 T.
Resistansen i spolen försummas.
a) Rita en period av en sinuskurva med tid på x-axel och
ström på y-axel. Låt positiv strömriktning vara medurs i
figuren så som spolen för ögonblicket befinner sig.
Markera i kurvan ungefärliga läget för det ögonblick
bilden visar! (inga siffror behövs på axlarna)
b) Vad blir amplituden av den inducerade spänningen (kallas
också emk e och är lika med spänningen över motståndet i
figuren)?
c) Vilket arbete krävs för att vrida spolen ett varv om motståndet mellan borsten är på 2,0 Ω?