Esame Scritto Fisica Generale T-B

Documenti analoghi
Esame Scritto Fisica Generale T-B

Esame Scritto Fisica Generale T-B

Esame Scritto Fisica Generale T-B

Secondo Parziale Fisica Generale T-B

Primo Parziale Fisica Generale T-B

Esame Scritto Fisica Generale T-B

Esame Scritto Fisica Generale T-B/T-2

Esame Scritto Fisica Generale T-B

Esame Scritto Fisica Generale T-B/T-2

Prova Scritta Elettromagnetismo (a.a. 2018/19, S. Giagu/F. Lacava/F. Piacentini)

Esame Scritto Fisica Generale T-B/T-2

Esame Scritto Fisica Generale T-B/T-2

Gli esperimenti condotti da Faraday hanno portato a stabilire l esistenza di una forza elettromotrice e quindi di una corrente indotta in un circuito

Esercizi di magnetismo

Nome: Cognome: Matricola:

Compito di Fisica 2 Ingegneria Elettronica e delle Telecomunicazioni 18 Gennaio 2018

Fisica Generale Modulo di Fisica II A.A Ingegneria Meccanica - Edile - Informatica Esercitazione 6 INDUZIONE ELETTROMAGNETICA

a/2+l/2 a/2-l/2 -a/2+l/2 -a/2-l/2

POLITECNICO DI MILANO Scuola di Ingegneria Industriale Fondamenti di Fisica Sperimentale, a.a II a prova in itinere, 25 giugno 2013

Fisica Generale II (prima parte)

Elettrostatica nel vuoto

Facoltà di Ingegneria Prova scritta di Fisica II - VO 15-Aprile-2003

( ) = E i. E i. = πr 2 db. = 1 2 r db

FISICA (modulo 1) PROVA SCRITTA 07/07/2014. ESERCIZI (Motivare sempre i vari passaggi nelle soluzioni)

Perchè non si è semplicemente assunto che il campo magnetico B abbia la direzione della forza magnetica agente su di un filo percorso da corrente?

Prof. F.Soramel Elementi di Fisica 2 - A.A. 2010/11 1

CAPITOLO 3 LA LEGGE DI GAUSS

FISICA (modulo 1) PROVA SCRITTA 02/02/2015. ESERCIZI (Motivare sempre i vari passaggi nelle soluzioni)

Facoltà di Ingegneria Prova scritta di Fisica II - 23 Settembre Compito A Esercizio n.1 O Esercizio n. 2 O

= E qz = 0. 1 d 3 = N

Fenomeni Magnetici. Campo Magnetico e Forza di Lorentz. Moto di cariche in campo magnetico. Momento e campo magnetico di una spira.

S N S N S N N S MAGNETISMO

Fisica Generale T2 - Prof. Mauro Villa CdL in Ingegneria Elettronica e Telecomunicazioni 27 Novembre 2017 Secondo parziale - Compito A

Il vettore densità di corrente è solenoidale V=RI

INDUTTANZA ENERGIA MAGNETICA

Esercizio 0.1. Elisabetta Bissaldi (Politecnico di Bari) A.A

Fisica II - Ingegneria Biomedica - A.A. 2017/ Appello del 14/6/2018. b) 26.9

σ int =. σ est = Invece, se il guscio è collegato a massa, la superficie esterna si scarica e la densità di carica σ est è nulla. E =.

ESAME DI FISICA II- Sessione 16/07/2013 Compito per l Ordinamento 270 e i VV.OO.

Induzione Elettromagnetica

Terza prova di esonero di Elettromagnetismo a.a. 2012/ Giugno 2013 proff. F. Lacava, F. Ricci, D. Trevese

La capacità del condensatore C è la serie del condensatore formato dalla parte con il liquido e della restante parte in vuoto C 1 =

POLITECNICO DI MILANO IV FACOLTÀ Ingegneria Aerospaziale Fisica Sperimentale A+B - III Appello 11 Febbraio 2008

1. Tre fili conduttori rettilinei, paralleli e giacenti sullo stesso piano, A, B e C, sono percorsi da correnti di intensità ia = 2 A,

FISICA (modulo 1) PROVA SCRITTA 23/06/2014

Rispondere per iscritto ai seguenti quesiti sul foglio protocollo. Tempo della prova: 55 minuti. 1

Argomenti per esame orale di Fisica Generale (Elettromagnetismo) 9 CFU A.A. 2012/2013

FISICA GENERALE II CdL in Scienza dei Materiali a.a. 2018/2019 Prof. Roberto Francini Programma del corso:

(a) ;

La forza di Lorentz è: una forza conservativa. una forza radiale. una forza a distanza. tutte le le risposte precedenti.

Cose da sapere - elettromagnetismo

CAPITOLO 7 SORGENTI DEL CAMPO MAGNETICO LEGGE DI AMPERE PROPRIETÀ MAGNETICHE DELLA MATERIA

Corsi di Laurea in Ingegneria per l ambiente ed il Territorio e Chimica. Esercizi 1 FISICA GENERALE L-B. Prof. Antonio Zoccoli

Compito di Fisica II del 14/09/2009

Dati numerici: f = 200 V, R 1 = R 3 = 100 Ω, R 2 = 500 Ω, C = 1 µf.

QUARTO APPELLO FISICA GENERALE T-2, Prof. G. Vannini Corso di Laurea in Ingegneria Elettrica e dell Automazione

Corso di Laurea in Biotecnologie Agro-Industriali Prova scritta di Fisica - A.A giugno 2018

QUINTA LEZIONE: corrente elettrica, legge di ohm, carica e scarica di un condensatore, leggi di Kirchoff

Nome: Cognome: Matricola:

Fisica II. 7 Esercitazioni

Prova Scritta Elettromagnetismo (a.a. 2017/18, S. Giagu/F. Lacava/F. Piacentini)

Prova scritta di Elettricità e Magnetismo ed Elettromagnetismo A.A. 2006/ Luglio 2007 (Proff. F. Lacava, C. Mariani, F. Ricci, D.

Campi magnetici generati da corrente

ESERCIZI DI RIEPILOGO

CAPITOLO 3 LA LEGGE DI GAUSS

Corrente elettrica. Marcello Borromeo corso di Fisica per Farmacia - Anno Accademico

LA LEGGE DI FARADAY-HENRY O DELL INDUZIONE ELETTROMAGNETICA

Fisica 2 per biotecnologie: Prova in itinere 16 Aprile 2012

Formulario Elettromagnetismo

Soluzioni della prova scritta di Fisica Generale

UNIVERSITA degli STUDI del SANNIO

CAPITOLO 8 LEGGE DI FARADAY

Olimpiadi di Fisica 2015 Campo elettrico Franco Villa

FISICA (modulo 2) PROVA SCRITTA 07/09/2015. ESERCIZI (Motivare sempre i vari passaggi nelle soluzioni)

FISICA GENERALE PER INFORMATICA Prova scritta, 12 Gennaio 2007

Verifica scritta di Fisica Classe V

Prova Scritta di Elettricità e Magnetismo e di Elettromagnetismo A. A Febbraio 2008 (Proff. F.Lacava, C.Mariani, F.Ricci, D.

Esercizi di Fisica LB: Induzione Elettromagnetica

Induzione magne-ca. La legge di Faraday- Neumann- Lenz e l indu7anza

Prova scritta di Fisica Scienze e Tecnologie dell Ambiente. Soluzioni

Esame di Fisica Data: 18 Febbraio Fisica. 18 Febbraio Problema 1

Corso di Fisica Per Informatica Esercitazioni 2009

Fisica 21 Gennaio 2013

Corso di Laurea in Scienze Ambientali Corso di Fisica Generale II a.a. 2013/14. Prova di esame del 7/7/ NOME

Politecnico di Milano Fondamenti di Fisica Sperimentale a.a Facoltà di Ingegneria Industriale - Ind. Aero-Energ-Mecc

FISICA (modulo 1) PROVA SCRITTA 08/09/2014. ESERCIZI (Motivare sempre i vari passaggi nelle soluzioni)

LA V TLEGGE T O R I DI AMPERE g. bonomi fisica sperimentale (mecc., elettrom.) Introduzione

Corso di Laurea in Scienze Ambientali Corso di Fisica Generale II a.a. 2013/14. Prova di esame del 23/2/ NOME

Induzione Elettromagnetica

Legge di Faraday. x x x x x x x x x x E x x x x x x x x x x R x x x x x x x x x x. x x x x x x x x x x. x x x x x x x x x x E B 1 Φ B.

Prova scritta del corso di Fisica con soluzioni

Corsi di Laurea in Ingegneria per l ambiente ed il Territorio e Chimica. Esercizi 2 FISICA GENERALE L-B. Prof. Antonio Zoccoli

Corso di Laurea in Biotecnologie Agro-Industriali Prova scritta di Fisica - A.A febbraio 2018

Soluzioni della prova scritta di Fisica Generale

Politecnico di Milano Fondamenti di Fisica Sperimentale (Prof. A. Farina) Seconda prova in itinere - 26/06/2012

!"#$"%&'%()*#+)%',%-'$'.)%+%/$0#"1'$'.)

Esercitazione 1 Legge di Ohm, induzione elettromagnetica, leggi di conservazione

PROBLEMA N.2 Il motorino elettrico

Quando si chiude l interruttore nel punto A, il condensatore inizia a caricarsi seguendo la legge

Transcript:

Esame Scritto Fisica Generale T-B (CdL Ingegneria Civile e Informatica [A-K]) Prof. M. Sioli IV Appello - 12/06/2013 Soluzioni Esercizi Ex. 1 Tre cariche puntiformi Q 1 = 2q, Q 2 = 4q e Q 3 = 6q (dove q = 1 nc) sono disposte nel piano xy su circonferenze di raggio R 1 = R, R 2 = 2R, R 3 = 3R (dove R = 1 cm), come mostrato in figura. a) Calcolare modulo, direzione e verso del campo elettrostatico nell origine O del sistema di riferimento. b) Data una carica puntiforme q di massa m = 10 10 kg posta in quiete nel punto d = (0, 0, 5R) e lasciata libera di muoversi lungo l asse z, determinare la velocità che essa possiede mentre attraversa l origine O. Le tre cariche iniziano a ruotare in senso orario sulle orbite circolari con velocità lineari v 1 = 3v, v 2 = 2v, v 3 = v (v = 10 4 m/s). c) Calcolare il campo di induzione magnetica in O. y Q 2 R 3 Q 1 R 1 Q 3 x R 2 Fig. E.1 1

Sol. 1 a) Le cariche puntiformi generano un campo esprimibile come: E i = Q i 4πε 0 ri 2 ˆr i dove r i è il vettore posizione che va dalla carica i-esima al punto in cui si vuole calcolare il campo. Applicando il principio di sovrapposizione: E(O) = E 1 + E 2 + E 3 dove E 1, E 2 ed E 3 sono i campi elettrici generati in O separatamente dalle cariche Q 1, Q 2 e Q 3. Tenendo in considerazione i segni delle cariche elettriche: E 1 = + 2q 4πε 0 î R 2 E 2 = + q 4πε 0 ĵ R 2 E 2 = 2 q 3 Si ottiene il risultato: E(O) = 4πε 0 R 2 î q 4πε 0 R 2 (4 3 î + ĵ) Il modulo del campo elettrico risulta quindi: E = Ex 2 + Ey 2 = 1.5 10 5 V/m Il vettore E forma con l asse x un angolo θ dato da: b) θ = arctan E y E x = 36.9 Si impone la conservazione dell energia totale, per cui U = K. La velocità che la particella possiede mentre passa per il punto O è dunque data da: U ini = U fin + 1 2 m v2 fin L energia potenziale della carica puntiforme, per il principio di sovrapposizione, è data dalla somma dei potenziali generati dalle cariche Q i moltiplicata per la carica in moto q: U ini = q (V 1 (d) + V 2 (d) + V 3 (d)) U fin = q (V 1 (O) + V 2 (O) + V 3 (O)) 2

Si ottiene: U ini = 6.1 10 7 J U fin = 1.8 10 6 J L energia potenziale che la carica possiede nel punto iniziale è minore dell energia potenziale nel punto finale: la carica puntiforme posta nel punto d non si muoverà verso l origine O. Infatti non esiste nessun valore reale di v fin tale che: c) 1 2 m v2 fin < 0 = La carica non attraversa l origine O Dalla I legge di Laplace si ricava il campo di induzione magnetica generato nell origine O da una carica puntiforme in rotazione in senso orario: B i (O) = µ 0 4π Q v i r i i ri 3 = µ 0 4π Q i dove r i è il vettore posizione che va dal punto in cui si vuole calcolare il campo alla carica i-esima. Il contributo al campo magnetico generato da ogni carica è: B 1 = µ 0 4π 6q v ˆk R B 2 2 = + µ 0 4π 2q v ˆk R B 2 3 = µ 0 2 4π 3 q v ˆk R 2 Pertanto, il campo in O risulta: v i ri 2 ˆk con modulo B = 4.7 10 8 T. B(O) = 14 3 µ 0 4π q v R 2 ˆk Ex. 2 Una maglia è costituita da N = 10 generatori identici, ciascuno di f.e.m. E = 10 V e resistenza interna r (equivalente alla serie di un generatore ideale e di una resistenza r). Gli N generatori sono collegati in serie con verso concorde delle f.e.m. a) Calcolare la d.d.p. fra due punti A e B qualunque del circuito. Una seconda maglia è costituita dagli stessi N generatori disposti in serie, tutti con verso concorde tranne uno. b) Quanto vale la d.d.p. ai capi del generatore collegato in modo invertito rispetto a tutti gli altri? 3

Sol. 2 a) Si scrive l equazione del circuito sfruttando la legge delle maglie: E = ir = NE = N ir da cui si ricava la corrente che circola attraverso tutti i generatori: i = E r Si può notare che la corrente della maglia è la stessa che si avrebbe se si chiudesse un unico generatore in corto circuito su se stesso. Supponendo che tra A e B ci siano n < N generatori, si scrive la d.d.p. V A V B : V A V B + n E = n ir Andando a sostituire l espressione della corrente i, segue che la d.d.p. V A V B è nulla per qualsiasi punto A e B: b) V A V B = 0 In questo caso l equazione della maglia è E = (N 1) E E = N ir da cui (N 2) E i = N r Si scrive la d.d.p. V A V B ai capi del generatore invertito: da cui Ex. 3 V A V B E = ir = V A V B = (N 2) E (N 2) E r = N r N (2N 2) E N = 18 V Un solenoide toroidale, dotato di resistenza R = 6 Ω, è costituito da N = 1000 spire di raggio r = 1 mm. Il raggio medio del toroide è r tor = 10 cm. Un filo indefinito passa per il centro del toroide perpendicolarmente al piano che lo contiene. Nel filo circola una corrente i = kt, con k = 100 A/s. 4

a) Calcolare la f.e.m. indotta nel toroide; b) Calcolare esplicitamente il coefficiente di autoinduzione del solenoide; c) Determinare l andamento della corrente indotta in funzione del tempo. (Suggerimento: dato che r r tor, il campo magnetico all interno del toroide può essere considerato uniforme.) Sol. 3 a) Dalla I legge di Laplace si ricava il campo magnetico generato dal filo (legge di Biot-Savart): B filo ( r) = µ 0 i 2π r ûθ dove û θ è il versore tangente alle circonferenze centrate sul filo. Data la direzione del campo B, il suo flusso attraverso il solenoide è pari al flusso attraverso l area di una spira moltiplicato per il numero di spire: Φ( B filo ) = µ 0 i N π r 2 La f.e.m. indotta nel toroide è dunque: b) E = dφ dt = µ 0N π r 2 k = 6.3 10 7 V Il coefficiente di autoinduzione, o induttanza, è definito come la costante di proporzionalità fra il flusso del campo magnetico e la corrente elettrica: Φ( B tor ) = L i tor dove B tor è il campo generato all interno del solenoide dalla corrente i tor che circola nelle spire: Si ricava dunque l induttanza: Φ( B tor ) = Nπr 2 B tor = µ 0N 2 πr 2 i tor L = Φ( B tor ) i tor = µ 0N 2 πr 2 = 6.3 10 6 H 5

c) L equazione del circuito dato dall induttanza e dalla resistenza del toroide, alimentate dalla f.e.m. indotta, è: E L di tor dt = i tor R Risolvendo l equazione di maglia si ricava la corrente i tor, che ha un andamento esponenziale dovuto all autoinduzione nel solenoide: i tor (t) = E R (1 e t τ ) dove τ è la costante di tempo τ = L/R = 1.05 10 6 s. 6