Fysik 2 (Uppdrag 5)

 

  1. En växelspänning med frekvensen 50 Hz har toppvärdet 75,0 V. En lampa med resistansen 125 ohm ansluts till växelspänningen.
  1. Bestäm strömmens effektivvärde och toppvärde.
  2. Teckna en formel för strömmen i kretsen
  3. Bestäm effekten (medeleffekten) i lampan.

Infoga din lösning nedan

a)

För att bestämma strömmens toppvärde så använder jag mig av formeln:
I(topp)=u(topp)/R  à 75V/125W=0,6A
Effektivvärdet får med formeln: le=i(topp)/ à 0,6/

  1. b)
    Ohms lag I=U/R

    c)
    Formeln för medeleffekten i lampan kan tas fram med hjälp av P=Ue*le. Jag saknar dock Ue i detta fall och något jag måste ta fram för att få fram medeleffekten. Detta genom att dividera utopp med roten ur 2. à Ue=u(topp)/à 75V/

Nu är det möjligt att använda formeln P=Ue*le à 53*0,42=22,26W

  1. En 1,50 m lång metallstav faller fritt och är under fallet hela tiden horisontell och orienterad i öst-västlig riktning. Det jordmagnetiska fältets vertikalkomposant på platsen är 50 µT och dess horisontalkomposant 15 µT.
    Hur stor är den spänning som induceras mellan stavens ändpunkter då farten är 10 m/s?

Redovisa din lösning nedan
Avgörande för att lösa den här uppgiften är att förstå hur metallstaven skär mot det magnetiska fältets vertikalkomposant. I och mde att det är vinkelrätt så blir magnetfältet (B) µT 15.
Med hjälp av e=Bvl så är det möjligt att ta fram spänningen.
E=15*10-6*10*1,5=2,25*10-4

 

  1. Nedan visas fyra magnetfält riktade åt olika håll. I vart och ett av dessa fält a) – d) finns en cirkulär slinga som kan rotera kring en axel AB. I vilken eller vilka av situationerna a) – d) induceras det en spänning över slingan? Förklara varför.

Redovisa din lösning nedan

I och med att spänning kräver en förändring i slingan vad gäller magnetiskt flöde så finner vi detta i 3 av de nämnde 4 fallen ovan, abc. Vad gäller D så är detta inte fallet vilket gör att spänning inte induceras. Ser man till det magnetiska fältet i D så är det olikt de övriga då den är riktad åt samma håll som slingans egna rotationshåll.

Figuren nedan visar två spolar som ligger nära varandra. Lägg märke till att de är lindade på olika sätt. Vilket eller vilka av nedanstående alternativ är korrekta?

a) Då strömbrytaren S sluts går det ström i ledaren från A till B.
b) Då strömbrytaren S sluts går det ström i ledaren från B till A.
c) Det går ström i ledaren AB endast då strömbrytaren S sluts eller öppnas.
d) Det går ström i ledaren AB hela tiden så länge S är sluten.

  1. Motivera ditt val!

Redovisa din lösning nedan

 

Inledningsvis så kan man ställa sig frågan vad bilderna egentligen säger. Den högra säger oss att kretsen har en strömbrytare som kan slutas. Sluts den så skapas ett magnetiskt fält med en högerriktning. Detta kommer såsmåning om att påverka den vänstra spolen då den är placerad precis bredvid. Högerhandsregeln säger då att det magnetiska fältet i den vänstra spolen då borde gå åt vänster. Alltså stämmer B.

Beroende på om strömbrytaren är stängd eller öppen så kommer den påverka flödet. När strömbrytaren stänger sig och öppnar sig så påverkas detta vilket ger en induktionsström genom den vänstra kretsen. (jag är tyvärr lite osäker på om detta är helt rätt) Alltså stämmer C

  1. Smältpunkten för järn är 1535°C. En järnkula med radien 2,0 cm har temperaturen 1535°C.
    Vid vilken våglängd är strålningen från järnkulan maximal?Hur stor effekt utstrålar från järnkulan?

Redovisa din lösning nedan

  1. a)
    Inledningsvis bör jag göra om Celsius till Kelvin i och med att jag kommer att använda mig av formlen
    Celsius+273=Kelvin K
    Våglängden blir då 2,9*10-3/1808=1,6*10-6 nm
  1. b)
    Effekten från järnkulan kan räknas ut med 3 delsteg, dels genom att ta fram arean, utstrålningseffekten och till sist effekten. Detta för att den avgörande formeln för att lösa problemet är: P=UA
    Arean är möjlig att ta fram via informationen som anges i frågan genom 4.
    Utstrålningseffekten kräver även om ”omkonstruktion” av ekvationen genom att istället se utstrålningseffekten som en funktion av sigma och temperatur. Alltså blir hela formeln istället för P=UA à annars känt som Stefan-boltzmanns lag.

Arean:
Utstrålningseffekten:
Effekt:

Svar: 3030 W

  1. I spektrum från en galax finns en linje från väteatomen, med våglängden 121,5 nm. Man tror att galaxen rör sig bort från oss med en hastighet som är 5% av ljushastigheten. Vilken våglängd har spektrallinjen när den observeras här?

Redovisa din lösning nedan

Inledningsvis är det känt att hastigheten är 5% av ljushastigheten.
Alltså v=0,05*3,0*108=1,5*107 km/s
c=3,0*108

Formler:
I och med formeln ovan är det möjligt för oss via delta lambda, alltså differensen att ta ut den aktuella våglängden då vi även har lamda0.
Uträkning
Skärmavbild 2017-03-24 kl. 00.55.48

Svar: 126,5 nm

  1. Jorden tar i dag emot strålningsintensiteten 1,4 kW/m2från solen. Solen liksom många andra stjärnor kommer att öka i storlek och samtidigt bli kallare. Någon gång långt in i framtiden kan en mätning visa att våglängden vid strålningsmaximum är lm= 610 nm och att solradien då ökat till 7,5.108 m.

Hur stor strålningsintensitet tar då jorden emot från solen? 

Man kan anta att solen strålar som en absolut svart kropp. Man kan också anta att jordens avstånd till solen är lika stort som nu.
Redovisa din lösning nedan

Denna fråga krävde en del fundering samt kändes det som många bollar i luften samtidigt. Dels måste man beakta den ökade solradien tillsammans med övriga uträkningar.
I och med att strålningsintensiteten är direkt kopplat till avståndet mellan två klot ex sol-jord så är en radie på solen en viktig faktor då arean omkring solen som mottar strålningsintensiteten ändras.

DATA:
Avstånd sol-jord: 1,496*1011 m
Sigma : 5,67·10−8

Om solens nya area är 7,5.108 m så innebär det att den ”nya” radien är 7,07*1018 m2
Det är därefter möjligt att undersöka sambandet emissionsmaximum, temperatur och svartkroppsstråle AKA Wiens lag. Den säger att  där B är Wiens förskjutningskonstant och T är temperaturen.
Genom den är det möjligt att ta ut temperaturen T till 4750 K.

Detta blir kritiskt för nästa steg. Jag använde mig här av Stefan-boltzmanns lag som säger att det finns samband mellan effekt, temperatur, area och sigmakonstanten.

I och med att avståndet mellan sol och jord går från mittpunkt till mittpunkt så blir den ändrade arean för solen i detta läge irrelevant då mittpunkten förblir densamma. Via formelsamlingens tabell är det möjligt att avläsa avståndet till 1,496*1011 m. Arean för detta skulle då bli:

Sätter vi den nya DATAn i formeln U=P/A:

Svar: 0,73 W/m2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Annonser

Kommentera

Fyll i dina uppgifter nedan eller klicka på en ikon för att logga in:

WordPress.com Logo

Du kommenterar med ditt WordPress.com-konto. Logga ut /  Ändra )

Google-foto

Du kommenterar med ditt Google-konto. Logga ut /  Ändra )

Twitter-bild

Du kommenterar med ditt Twitter-konto. Logga ut /  Ändra )

Facebook-foto

Du kommenterar med ditt Facebook-konto. Logga ut /  Ändra )

Ansluter till %s