Algemene Natuurkunde II

Fout bij het aanmaken van de miniatuurafbeelding: Bestand is zoek

Om de steeds langere wordende pagina wat in te tomen vind je hier een voorgedefinieerd .txt bestandje om een examen in Latex in te geven. Je kan dan zeer eenvoudig de pdf uploaden. Media:Natuurkunde_II.txt‎ Media:Natuurkunde_II.pdf‎

Helemaal onderaan deze pagina zijn een aantal handige documenten te vinden waaronder een samenvattingen van het deeltje magnetisme in materie. Ook wel hoofdstuk 30b.

Academiejaar 2008-2009

Uit de eerste zittijd voor fysici en wiskundigen:

1. Media:Examen_natuurkunde_II_8_06_2009v.pdf
2. Media:Examen_natuurkunde_II_8_06_2009n.pdf‎
3. Media:Examen_natuurkunde_II_11_06_2009.pdf‎

Uit de tweede zittijd:

Academiejaar 2007-2008

Uit de eerste zittijd:

1. Media:Examen_natuurkunde_II_9_06_2008v.pdf
2. Media:Examen_natuurkunde_II_9_06_2008n.pdf
3. Media:Examen_natuurkunde_II_20_06_2008v.pdf
4. Media:Examen_natuurkunde_II_20_06_2008n.pdf
5. Media:Examen_natuurkunde_II_30_06_2008v.pdf

Uit de tweede zittijd:

1. Media:Examen_natuurkunde_II_27_08_2008v.pdf

Tweede zit 2006-2007, 31 augustus voormiddag

Hoofdvraag

(Mondeling met schriftelijke voorbereiding, 8 punten) Beschouw een stroomvoerende geleider met lengte l en een weerstand R. Gebruik het concept van de Poynting-vector om de energie te berekenen die wordt gedissipeerd over de draad.

kleine vraagjes

(schriftelijk, max 1/2blz , samen op 2ptn)

• Als we een nagel naderen met een magneet wordt die aangetrokken, onafhankelijk van de kant vanwaar we de magneet in de buurt brengen bij de nagel. Daarentegen als we een magneet in de buurt brengen van een andere magneet hebben we slechts in een richting aantrekking en in de andere afstoting. Verklaar dit fenomeen.
• Verklaar waarom we verschillende kleuren zien in een zeepbel

oefening 1

oef 51 uit H26 in Serway

oefening 2

Beschouw een kegel met lengte L en uniforme ladingsdichtheid rho en met een grondvlak met straal R. Veronderstel dat de kegel als een vormvast object roteert rond zijn as met een constant hoeksnelheid omega. Bereken dan het magnetisch dipoolmoment. (analoog als oef 72 in H30 in Serway)

Eerste zit 2006-2007, Liesje, 29 juni namiddag

Theorievragen

Hoofdvraag

(Mondeling met schriftelijke voorbereiding, 7 punten) Bespreek het aan en uit zetten van een RLketen. Leidt de formule voor de energiedichtheid van een magnetisch veld af aan de hand van de energiebalansen.

Kleine vraagjes

( schriftelijk, 3punten)

• Twee lampen, de ene 60W, de andere 100W. We schakelen ze eerst parallel en dan in serie, bespreek afzonderlijk welke lamp het hardste brandt.

• Als je een stroomgebruikend apparaat (bv. electrische kachel) uit het stopcontact trekt kan dit een vonk geven. Bespreek dit fenomeen.

• (figuur 35.20 in Serway) Welk soort zou je kiezen voor een camera en waarom?

Oefeningen

• Zoek de equivalenten weerstand voor de oneidige keten in de tekening als we tussen a en b een bron aanleggen. (Tip: zou het misschien kunnen dat de equivalente weerstand van het stuk rechts van c en d gelijk is aan de equivalente weerstand tussen a en b?)

Bestand:Natuurkundeexamen.JPG

• Een straal licht valt loodrecht in op een atmossfeer van een planeet. Als de straal binnenkomt is de brekingsindex gelijk aan die van vacuum, maar deze neemt lineair toe naarmate we dichter bij de planeet komen. De straal moet een afstand h afleggen in de atmosfeer. Als de straal bij de planeet is, is de brekingsindex gelijk aan n. Hoelang duurt het eer de straal op het opp van de planeet aankomt?

Eerste zit 2006-2007, 1eBach Wis, 22 juni voormiddag

Theorievragen

Hoofdvraag

(Mondeling met schriftelijke voorbereiding, 8 punten) De binnenste geleider van een coaxiale kabel heeft een straal $R_1$, de buitenste geleider heeft een straal $R_2$. Het ene uiteinde van de kabel wordt verbonden met een batterij met spanning $V_0$, en aan het andere uiteinde worden de twee geleiders via een weerstand R aan elkaar verbonden. Bereken voor het gebied tussen de geleiders E, B en S. Laat door de poyntingvector te integreren over het oppervlak tussen de twee cilinders zien dat er door de lege ruimte tussen $R_1$ en $R_2$ energie stroomt van de bron naar de weerstand en dit in een tempo van $V_0^2/R$. Is deze uitkomst verrassend? (Maak een duidelijke tekening en verklaar)

Kleine vraagjes

(Schriftelijk, 2 punten, maximum een halve bladzijde per vraag)

• Wat gebeurt er met het beeld in I indien het voorwerp van op een verre afstand (p>>R) naar het oppervlak bewogen wordt? Is het reëel, virtueel of verandert het, geef de plaats t.o.v. het scheidingsoppervlak. (Met hierbij figure 36.18 uit Serway)
• Wat gebeurt ermet de capaciteit van een condensator met diëlektricum indien de temperatuur stijgt. Leg uw antwoord uit.

Oefeningen

• (6 punten) Door een vierkante draadwinding met zijden L loopt een stroom I. Bereken de sterkte van het magnetisch veld B in punten op de lijn die loodrecht op het vierkant staat, en door het middelpunt gaat. Geef B als functie van x, waarbij x de afstand tot het middelpunt is, gemeten langs de loodlijn. In welke mate lijkt de vierkante stroomwinding vanaf zeer grote afstand (x >> L) op een magnetische dipool? Hoeveel bedraagt hier het dipoolmoment?

• (4 punten) Een laserstraal valt in op één eind van een stuk materiaal, zoals getoond wordt op de figuur. De brekingsindex van het materiaal is gelijk aan 1,48. Bepaal het aantal reflecties van de straal binnen het materiaal alvorens de straal er langs de andere kant weer uitkomt. Invalshoek 50°, korte zijde 3.10mm en lange zijde 42.0cm. (Met hierbij figure P35.55 uit Serway) (antwoord = 82 keer)

Eerste zit 2006-2007, 1eBach Wis/Fys, 12 juni voormiddag

Theorievragen

Hoofdvraag

We laden een geleidende bol met straal R op van lading 0 tot Q. Bepaal de energie van het systeem, en dit op drie manieren. Ten eerste met behulp van de definitie van potentiaalverschil, ten tweede door de bol te beschouwen als deel van een condensator en ten derde met behulp van het elektrisch veld.

(mondeling na schriftelijke voorbereiding - 6 punten)

Kleine vraagjes (maximum 1/2 pagina per vraag)

• Een gloeilamp in een circuit met een spanningsbron. Vier grafieken gegeven van I(U). Zeggen welke de juiste is.
• Twee condensatoren gegeven met links en rechts ervan een bepaalde spanning. Op zo een manier verbinden dat de equivalente condensator een zo hoog mogelijke spanning heeft.
• Drie formuleringen. Bij elke formulering zeggen welke wet van Maxwell erbij hoort en de grootheden uitleggen.
  • In een spoel die ronddraait in een uniform magnetisch veld wordt een veranderende emf geinduceerd.
  • De veldlijnen rond een lange geleider zijn cirkelvormig
  • Het statische elektrisch veld in een geleider is nul.

(alles samen op 4 punten)

Oefeningen

Oefening 1

Twee oneindig lange solenoïdes bevinden zich in een stroomkring zoals op figuur (nog toe te voegen!!!!!!!). De grootte van B binnen elke solenoïde is dezelfde en stijgt met een snelheid van 100 T/s. De nodige gegevens zijn aangeduid op de figuur. Wat is de stroom in iedere weerstand? (op 5 punten)

Oefening 2

Een bol met straal R heeft een uniforme ladingsdichtheid rho. Bepaal het magnetisch dipoolmoment van de bol wanneer die draait met een hoeknsnelheid omega rond de as door zijn oorsprong. Bepaal de ligging van het magnetisch dipoolmoment. (op 5 punten)

Eerste zit 2006-2007, 1eBach Wis/Fys, 11 juni voormiddag

Theorievragen

Hoofdvraag

Bespreek de veralgemening van de wet van Ampère naar de wet van Ampère-Maxwell (opladen van een condensator).

(mondeling na schriftelijke voorbereiding - 6 punten)

Kleine vraagjes (maximum 1/2 pagina per vraag)

• Teken het intensiteit verloop van het spletenexperiment van Young, toegepast op 4 spleten, met behulp van fasoren.

• Bespreek het fenomeen dat de lampjes niet branden als de uitzendende en de ontvangende dipoolantenne in de ruimte loodrecht op elkaar staan.

• Een vliegtuig krijgt, door het aardmagnetisch veld, een opgewekt potentiaalverschil over de vleugels. Kan dit gebruikt worden om een lamp te doen branden, door met een koperdraad de uiteinden van de vleugels met elkaar te verbinden?

(alles samen op 4 punten)

Oefeningen

Oefening 1

Twee loodrecht op elkaar staande geleiders, met een minimale afstand 0.5 cm ertussen (dus waar ze elkaar kruisen, aan het uiteinde van de korte geleider) bevatten elk een stroom: de ene 100A, de andere 200A. De ene is oneindig lang, de andere 0.1 m. Bereken de magnetische kracht op de geleider van 0.1 m.

(op 6 punten)

Oefening 2

Onder welke voorwaarden van de invalshoek komt een lichtstraal die invalt op een driehoekig prisma met bovenhoek phi er langs de andere kant weer uit?

(op 4 punten)

Eerste zit 2004 - 2005, Versie 1

Theorievraag

Leg het spletenexperiment van Young uit. Vermeld zeker de beginvoorwaarden en de interferentievoorwaarden. Bereken met behulp van fasoren het intensiteitsverloop voor 2 spleten en voor 3 spleten.

Oefeningen

Oefening 1

1. Kan een statisch magneetveld een puntlading in beweging zetten? Waarom (niet)? Kan een in de tijd variërend magneetveld een puntlading in beweging zetten? Verklaar kort je antwoord.
2. Waarom wordt een ijzeren nagel aangetrokken door een magneet?

Oefening 2

Neem een cilindrische condensator met binnenstraal a en buitenstraal b. Bewijs dat de helft van de energie opgeslagen door de condensator zich bevindt tussen de stralen a en $\sqrt{ab}$.

Oefening 3

(oefening 31.63 uit de serway)

Beschouw een lange stroomvoerende geleider waar een stroom I door vloeit. Een kort stukje geleider met lengte a bevindt zich op afstand b van de lange geleider en beweegt met een snelheid v. Veronderstel dat de lengte van de lange geleider veel groter is dan a + b. Bepaal de emf die geïnduceerd wordt in de korte geleider. Valt het stukje na een tijdje stil? Waarom (niet)?

 ...----------------------------------------------------------------> I
                            .
    (deze afstand is b)     .                 
                            . 
                            |
    (de lengte is a)        |    -> v
                            |

Eerste zit 2005 - 2006, Versie 1

Theorievraag

Bespreek de veralgemening van de wet van Ampère naar de wet van Ampère-Maxwell (opladen van een condensator).

Bijvragen:

1. Leg de wet van Ampère uit.
2. Vanwaar komt de uitdrukking voor Id
3. Wat als je een diëlektricum tussen de platen steekt? En wat bij een magnetische stof?(ervan uitgaande dat deze niet geleid)

(mondeling na schriftelijke voorbereiding - 8 punten)

Oefeningen

Oefening 1

1. Wat gebeurt er met de capaciteit van een condensator met diëlektricum indien de temperatuur stijgt? Leg je antwoord uit.
2. De demonstratie met de dipoolantenne toonde aan dat indien de uitzendende en de ontvangende antenne loodrecht op elkaar stonden, er geen enkel lampje brandde. verklaar dit fenomeen.

(schriftelijk - max 1/2 bladzijde per antwoord - 2 punten)

Oefening 2

Van een kegel, bestaande uit een materiaal met resistiviteit rho, werd de top afgesneden. Boven- en ondervlak zijn evenwijdig, en hebben respectievelijke straal a en straal b. De hoogte van de kegel is h. We veronderstellen dat een circulaire doorsnede een uniforme stroomdichtheid heeft. Bereken de weerstand tussen het boven- en het ondervlak.

Welke hoogte moet een cilinder met straal a hebben, om dezelfde weerstandswaarde te hebben?

(schriftelijk - 5 punten)

Oefening 3

Een oneindig lange, geïsoleerde cilinder met straal R, bestaande uit een isolerend materiaal, heeft een niet-homogene volumeladingsverdeling $\rho$:

$\rho ={\rho }_0\cdot (a-r/b)$

waarbij ${\rho }_0$, a en b positieve constanten zijn. Gebruik de wet van Gauss om het elektrisch veld te bepalen voor:

1. $r<R$
2. $r>R$

Maak een grafische voorstelling.

Bereken het elektrische veld als de cilinder "plots" geleidend werd en alle lading behouden bleef. Zet deze waarden ook uit op de grafische voorstelling.

(schriftelijk - 5 punten)

Eerste zit 2005 - 2006, Versie 2

(kan iemand die dit examen had (14/06/06 NM) dit eens nakijken aub? Ik heb ze niet 100% exact)

Theorievraag

Beschouw een opladende condensator in een RC keten.

Bepaal met behulp van de Poynting vector de energiedichtheid van het elektrisch veld in de condensator.

Bijvragen:

1. "Maak uw tekening eens wat groter"
2. Bij elke tussenstap kunnen uitleggen waarom je het doet, en wat het resultaat fysisch voorstelt
3. Wat zegt de wet van Ampère nu precies?

Opmerking: dit is een heel erg moeilijke vraag. Soms geeft Van Duppen hier een hint bij over welk oppervlak je S moet integreren - een niet zo evidente stap - maar soms doet hij dat ook niet.

(mondeling na schriftelijke voorbereiding - 8 punten)

Oefeningen

Oefening 1

1. Wat is het verschil tussen een reëel en een virtueel beeld? Hoe kan je dit concreet testen?
2. Waarop is het principe van Fermat gebaseerd?

(schriftelijk - max 1/2 bladzijde per antwoord - 2 punten)

Oefening 2

Een rechthoekig geleidend kader (afmetingen w x l) met weerstand R en massa M valt onder invloed van de weerstand vanuit rust in een magnetisch veld B loodrecht op het vlak van het kader. Hierdoor zal het een opwaartse kracht ondervinden. Bereken de eindsnelheid van het vallende kader. Waarom is deze snelheid recht evenredig met R en omgekeerd evenredig met $B^2$?

(schriftelijk - 6 punten)

Oefening 3

Een stuk plastiek met brekingsindex n wordt in wigvorm (lengte L, hoogte h, $\theta$ klein) uitgesneden. Er valt monochromatisch licht met golflengte $\lambda$ loodrecht op het bovenvlak. Beschrijf wat je ziet en hoe de interferentiepatronen ontstaan. Geef de maxima en minima in functie van x.

(schriftelijk - 4 punten)

Eerste zit 2005 - 2006, 23 juni voormiddag

Theorie

Theorie 1

(mondeling na schriftelijke voorbereiding - 8 punten)

We laden een geleidende bol met straal R op van lading 0 tot Q. Bepaal de energie van het systeem, en dit op drie manieren. Ten eerste met behulp van de definitie van potentiaalverschil, ten tweede door de bol te beschouwen als deel van een condensator en ten derde met behulp van het elektrisch veld.

Theorie 2

(schriftelijk - max 1/2 bladzijde per antwoord - 2 punten)

a) Bespreek de Poynting vector.

b) Waarop is het principe van Huygens gebaseerd?

Oefeningen

Oefening 1

(schriftelijk - 4 punten)

Neem een homogeen magnetisch veld B dat in de tijd afneemt met dB/dt=-K (met K een positieve constante). Neem een circulaire kring, loodrecht op B, met straal a, met daarop een weerstand R en een condensator C. Bepaal de maximale lading die op de condensator komt. Stel dat er op tijdstip t=0s geen lading op de condensator zit. Bepaal dan de tijd die nodig is om de helft van de maximale lading op de condensator te krijgen. Bepaal ook de hoeveelheid ernergie die in de weerstand gedissipeerd is nadat de condensator volledig opgeladen is.

Oefening 2

(schriftelijk - 6 punten)

Neem een oneindig isolerend vlak met variërende oppervlakteladingsdichtheid $\sigma$. Hierbij is $\sigma ={\sigma }_0\cdot \sin (\omega t)$, met dus frequentie f ($f=2\pi \omega$). Neem een cirkelvormig pad, evenwijdig met het vlak, met straal a en op afstand d van het vlak. Bepaal dan het magnetisch veld op het pad en zet E en B uit in functie van t.

Tweede zit 2005 - 2006, 28 augustus voormiddag

Theorie

Theorie 1

(mondeling na schriftelijke voorbereiding - 8 punten)

Bespreek de energiedichtheid van het magnetisch veld van een RL-keten die aan een batterij wordt gekoppeld (hint I epsilon = I²R + LI dI/dt, verklaar deze uitdrukking). Bespreek ook dat als de RL-keten wordt uitgeschakeld dat de energie van de zelfinductie volledig over de weerstand wordt gedissipeerd.

Theorie 2

(schriftelijk - max 1/2 bladzijde per antwoord - 2 punten)

a) Bespreek het fenomeen dat de lampjes niet branden als de uitzendende en de ontvangende dipoolantenne in de ruimte loodrecht op elkaar staan.

b) Bespreek de wet van Faraday in woorden (aan de hand van de formule in het formularium).

Oefeningen

Oefening 1

(schriftelijk - 4 punten)

oefening over optica voor een deel uit serway h37 nr 37 Het ging over twee glasplaten die een kleine afstand d van elkaar verwijderd waren. De eerste straal ging gewoon volledig rechtdoor terwijl de andere straal eerst reflecteerde aan het rechteroppervlak en dan aan het linkeroppervlak en dan uit de glasplaat ging. De vraag was bereken de minimale afstand d waarvoor er helder licht wordt waargenomen. Hebben we in de glasplaten een andere golflengte, frequentie, snelheid? Is de elektrische veldvector van doorgaand licht in mat glas anders dan die van gewoon glas?

Oefening 2

(schriftelijk - 6 punten)

oefening over magnetisme ook voor een deel uit serway h31 nr 63 (enige verschil was dat staafje langs andere kant van draad lag en de snelheidsvector v naar beneden was) alleen vraag ik me nog af er stond lijk iets van verticaal draadje en ik vroeg me nu af of dat op die stroomdraad sloeg of op dat klein draadje, in ieder geval op de tekening stond het lijk in de serway (en ook op oefn 3 van oefenzitting 10) (mocht iemand me uit mijn gepieker kunnen verlossen of het gewoon berekenen was voor wat er op de tekening stond, zou ik het leuk vinden, dus een horizontaal draadje dat met snelheid v naar beneden ging) + extra vragen: duid de polarisatie (+ en - aan) en stopt het draadje ooit met bewegen

Tussentijdse toets 23/04/07

1) Een condensator die gebruikt wordt in de radiotechniek bestaat uit $N$ halve schijfjes met straal $R$ op dezelfde as, geplaatst op een afstand $d$ van mekaar en elektronisch met elkaar verbonden. Deze opstelling vormt de ene helft van de condensator. Zoals te zien is op de figuur wordt er een zelfde constructie tussengeschoven, waarvan de plaatjes zich halfweg de afstand $d$ bevinden. Dit vormt de andere helft van de condensator. De tweede reeks plaatjes kan roteren in haar geheel. Bepaal de capaciteit in functie van de rotatiehoek $\theta$, waar $\theta =0$ overeenkomt met de maximale capaciteit. (deze vraag staat ook in serway pagina 823 oefening 10, zie aldaar voor de tekening).

2) Een cirkelvormige schijf met straal $r$ en dikte $d$ is gemaakt uit een materiaal met resistiviteit $\rho$. Er wordt een uniforme stroomdichtheid verondersteld voor elke doorsnede loodrecht op het lijnstuk $ab$. Bereken de elektrische weerstand tussen $a$ en $b$ en merk op dat deze onafhankelijk is van de straal.

Fout bij het aanmaken van de miniatuurafbeelding: Bestand is zoek

3) Beschouw een condensator $C_1$ zoals in vraag 1 met volgende eigenschappen:

• $N=100$
• $\theta =\pi /2$
• $d=1cm$
• $R=10cm$

Bedenkt ook dat ${ϵ}_0=8,85x10^{-12}{C}^2/N{m}^2$ is. Beschouw een tweede condensator $C_2$ waarbij be hoek $\theta =0$. Beschouw een weerstand $R$ zoals in vraag 2 met:

• $d=1cm$
• $\rho =0,05\mathrm{\Omega }m$

Nu zijn $C_1,R,C_2$ in serie geplaatst, in die volgorde, aan een spanningsbron van $12V$. Bepaal de tijdsevolutie van de ladingen opgeslagen in de condensatoren wanneer zij opladen.

Handige documenten

Twee samenvattingen van "theoretische" stukken (nou ja) uit Serway, mss heeft iemand er iets aan:

Elektromagnetische golven

Magnetische materialen

Oplossings gidsen van de serway te vinden op:

oplossingsgidsen Serway

mijn (uitgebreide) samenvatting van hoofdstukken 23,24,25,26,27,28,29,30,35 en 36(onvolledig) Inge

Samenvatting Inge