Algemene Natuurkunde II

Fout bij het aanmaken van de miniatuurafbeelding: Bestand is zoek

Algemene natuurkunde II is een groot vak waar je in de blok wel de nodige dagen zal moeten voor uittrekken. Het is zeker in je voordeel om dit vak bij te houden onder het jaar. Dit heeft ook als voordeel dat je in de oefenzitting de theorie achter de oefening begrijpt en snel kan terug vinden in de cursus.

Je kan gebruik maken van een uitgebreid formularium, het is dus niet de bedoeling om een wandelende encyclopedie der formules te worden. Toch kan het nuttig zijn de basisformules paraat te hebben. Onderaan de pagina zijn een aantal nuttige documenten te vinden, waaronder een samenvatting van het hoofstuk magnetisme in materie.

Gedurende de laatste jaren zijn er heel wat examens op deze wiki verschenen. Om de onoverzichtelijkheid wat tegen te gaan vindt 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

22 augustus 2011 voormiddag

Theorie

Bespreek de energiedichtheid van het magnetisch veld aan de hand van het opladen van een RL-keten die aan een batterij wordt gekoppeld. Toon aan dat de energie in de inductor volledig gedissipeerd wordt in de weerstand na het omschakelen van de schakelaar. Vergelijk RL-ketens en RC-ketens.

Oefeningen

1. Serway editie 8 oefening 28.71
2. Serway editie 8 oefening 29.41

28 juni 2011 voormiddag

Media:AN II ex 28.06.11 vrmd.pdf

24 juni 2011

Media:examen 24-06-2011.pdf

20 juni 2011 namiddag

Media:AN2-20juni2011.pdf

Tweede zit, 2009-2010

Woensdag 25 aug 2010

Theorie

Je hebt een ideale spoel met n windingen per lengte eenheid, waar een stroom I = I0 sin(!t). Bereken het geinduceerde elektrisch veld buiten en binnen de spoel, leg de wetten van Maxwell die je gebruikt uit. Maakt grafiekjes van E/x, E/t, B/t

Oefeningen

• twee kleine vraagjes:
  • waarom is het bij een buigingsrooster belangrijk dat de opening van de orde van de golflengte is?
  • wit licht gaat van medium 1 naar medium 2 met n1>n2: vlak voor het moment dat totale interne reflectie voorkomt is de hoek ~90°. welke kleur zie je het laatst en waarom?
• Oefening van een oneindig lange combinatie condensatoren.

afbeelding: [1]

• Magnetisch dipool moment zoeken van een stuk taart (schijfsegment met een dikte) met een lading op die rond een as draait, bevestigd aan de "punt".

(Iemand anders de tekeningen erbij zetten? Ik heb geen idee hoe je dat moet doen)

Vrijdag 3 september 2010

• Theorie

Bespreek de frauenhoferbuiging anan een nauwe spleet en bereken het intensiteitsprofiel aan de hand van fazoren (Maak een duidelijke tekening). Bepaal de hoekbreedte van het centrale maximum en bepaal wanneer het centrale maximum de ganse ruimte bedekt. Teken het intensiteitspatroon van een twee spleten buigingspatroon en verklaar kwalitatief.(8punten)

• Theorie schriftelijk

Van welk materiaal zou je op basis van de gegeven figuur een fototoestel lens maken en verklaar. (afbeelding pagina 160 van de slides)(1 punt)

Als de ontvanger en uitzender van een dipoolantenne loodrecht op elkaar staan, brandt er geen enkel lichtje. Verklaar dit fenomeen.(1punt)

• Oefeningen 3

We willen een resonante keten maken die bij 18,0 MHz resonantie vertoont. In onze keten gebruiken we een condensator van 220pF en als spoel gebruiken we een solenoïde(gevuld met lucht) met dicht aaneengesloten windingen die uit 12,0 m geïsoleerde draad met een diameter van 1,1 mm zijn gemaakt. Hoeveel windingen heeft deze spoel? (3punten)

• Oefeningen 4

Een stuk draad wordt tot een regelmatige veelhoek met n zijden gebogen, waarvan de hoekpunten een aftand R tot het middelpunt hebben. Er loopt een stroom I door de draad. Bereken de sterkte van het magnetisch veld in het middelpunt van de veelhoek. Toon aan dat de formule die je hebt afgeleid overgaat in de formule voor een cirkelvormige winding wanneer n zeer groot wordt. (7 punten)

Maandag 21 juni 2010 - Voormiddag Media:Examen_juni_2010.pdf

Maandag 14 juni 2010

Theorievraag

Bespreek de energiedichtheid van het magnetisch veld aan de hand van het opladen van een RL-keten die aan een batterij wordt gekoppeld. Toon aan dat de energie in de inductor volledig gedissipeerd wordt in de weerstand na het omschakelen van de schakelaar. Wat verandert aan je berekeningen als er ferromagnetisch materiaal in de spoel zit? (ook de min-tekens kunnen verklaren als je Kirchoff gebruikt)

Theorie, schriftelijk

1. Verklaar waarom je soms een vonk ziet als je de stekker van een stroomgebruikend apparaat uit het stopcontact trekt.
2. Hoe komt het dat lichtgolven buigen als ze door een nauwe spleet gaan? Komt dit fenomeen alleen voor bij lichtgolven, of kunnen andere golven ook buigen?

Oefeningen

Oefening 1

(+tekening) Je hebt een lange cilindrische buis van lengte l = 1.0 km, diameter 75,0 micro-meter, en refractie-index n=1,465. Hierdoor gaan 2 lichtstralen. Straal A loopt altijd rechtdoor, in het midden van de cilinder. Straal 2 wordt telkens gereflecteerd aan de mantel van de buis onder de kritische hoek Thèta. (dus straal B zigzagt zijn weg door de buis). Wat is het verschil in tijd dat de twee stralen nodig hebben om zich door de buis te bewegen. Bereken dit verschil in tijd voor de volgende twee gevallen a) als de buis zich in lucht bevindt met n=1 b) als de buis zich in een materiaal bevindt met n=1,460

Oefening 2

(+tekening) Gegeven is een hemisfeer (halve bol) met straal R. Er staat een homogeen elektrisch veld E loodrecht op het grondvlak van de hemisfeer, naar boven gericht. E staat dus evenwijdig met de centrale as van de hemisfeer en gaat dus eerst door het grondvlak van de hemisfeer en dan door de schil van de hemisfeer. Bereken de elektrische flux door de schil van de hemisfeer (dus niet door het grondvlak) uitdrukkelijk aan de hand van een fluxintegraal. (Op de tekening: kies Thèta als de hoek tot de centrale as, en deel de schil op in verschillende schijfjes)

Is er een makkelijkere manier om deze flux te berekenen?

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:

1. Media:Examen_natuurkunde_II_2_09_2009v.pdf‎

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

Academiejaar 2006-2007

Referenties naar oefeningen in Serway kunnen niet meer overeenkomen met de huidige nummering van oefeningen en hoofdstukken in Serway. Er is ondertussen een nieuwe herziene uitgave.

Uit de eerste zittijd:

1. Media:Examen_natuurkunde_II_11_06_2007v.pdf
2. Media:Examen_natuurkunde_II_12_06_2007v.pdf
3. Media:Examen_natuurkunde_II_22_06_2007v.pdf
4. Media:Examen_natuurkunde_II_29_06_2007n.pdf

Uit de tweede zittijd:

1. Media:Examen_natuurkunde_II_31_08_2007v.pdf

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

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
                            |

Tussentijdse toets 29/03/10

Media:Proefexamen_algemene_natuurkunde_II_2010.pdf

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

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

Samenvatting Inge