Fotoelektrisk effekt, vindmølle med spole og ballkast

Del 1, uten hjelpemidler, med vedlegg

Fotoelektrisk effekt, vindmølle med spole og ballkast

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

Beskriv fenomenet fotoelektrisk effekt.

En enkel vindmølle består av en propell, en aksling og en spole. Når propellen dreies, sørger akslingen for at spolen dreier like mye.

Vindmølle med propell og aksling som dreier en spole med N = 200 vindinger i et magnetfelt B inn i papiret

Spolen har et tverrsnittareal på 0,0050 m2 og har N=200 vindinger. Spolen roterer med konstant vinkelfart i et homogent magnetfelt med flukstetthet B=0,10 T.

Hva er maksimalverdien for fluksen gjennom spolen?

Hvilken strømretning får vi i spolen når den dreies litt videre fra posisjonen vist i figuren ovenfor? Er det da viktig å vite hvilken vei spolen dreies? Propellen gjør 5 omdreiinger på ett sekund.

Hva er maksimalverdi for den elektromotoriske spenningen i spolen?

En elev kaster en ball fra en høyde h over et horisontalt underlag. Startfarten i horisontal retning er 8,0 m/s, og startfarten i vertikal retning er 4,0 m/s oppover. Ballen lander etter 1,0 s. Bruk g=10 m/s2 for tyngdeakselerasjonen. Se bort fra luftmotstand.

Elev som kaster en ball fra høyden h over underlaget

Bestem høyden h.

Bestem lengden på kastet.

Fasit

Fotoner med energi hf større enn løsrivingsarbeidet W slår løs elektroner fra en metalloverflate.

1) Φmaks=5,0⋅10−4 Wb 2) Med klokka sett fra samme side som i figuren; det spiller ingen rolle hvilken vei spolen dreies. 3) εmaks=π V≈3,1 V

1) h=1,0 m 2) x=8,0 m

LøsningsforslagKI-generert

Fotoelektrisk effekt er at elektroner blir slått løs fra en metalloverflate når den blir belyst med elektromagnetisk stråling med høy nok frekvens.

Einstein forklarte fenomenet med at lyset består av fotoner med energi E=hf. Ett foton gir all energien sin til ett elektron. Elektronet blir slått løs bare hvis fotonenergien er minst like stor som løsrivingsarbeidet W for metallet, og overskuddet blir kinetisk energi:

Ek,maks=hf−W

Dette forklarer det vi observerer:

  • Under grensefrekvensen f0=W/h blir ingen elektroner slått løs, uansett hvor sterkt lyset er.
  • Sterkere lys (flere fotoner) gir flere løsrevne elektroner, men ikke større maksimal kinetisk energi.
  • Høyere frekvens gir større maksimal kinetisk energi.
  • Elektronene blir slått løs med én gang, uten tidsforsinkelse.

Bølgemodellen for lys kan ikke forklare disse observasjonene, så fotoelektrisk effekt viser at lys også har partikkelegenskaper.

Fluksen gjennom spolen er størst når spolens plan står vinkelrett på magnetfeltet, slik som i figuren:

Φmaks=BA=0,10 T⋅0,0050 m2=5,0⋅10−4 Wb

I figuren er fluksen gjennom spolen størst. Når spolen dreies litt videre om akslingen, blir vinkelen mellom feltet og normalen til spolen større, og fluksen avtar — uansett hvilken vei spolen dreies. Etter Lenz’ lov gir den induserte strømmen et magnetfelt som motvirker at fluksen avtar, altså et felt inn i papiret inne i spolen. Det gir strøm med klokka sett fra samme side som i figuren. Det er ikke viktig å vite hvilken vei spolen dreies, fordi fluksen avtar i begge tilfeller.

Propellen gjør f=5 Hz, så vinkelfarten er ω=2πf=10π s−1. Med Φ=BAcos⁡(ωt) gir Faradays lov

ε=−NdΦdt=NBAωsin⁡(ωt)

Maksimalverdien er

εmaks=NBAω=200⋅5,0⋅10−4 Wb⋅10π s−1=π V≈3,1 V

Ballen har bare tyngdekraften som virker på seg, så den horisontale farten er konstant og den vertikale akselerasjonen er g nedover. Vi velger positiv retning oppover og origo på underlaget. Den vertikale posisjonen er

y(t)=h+v0yt−12gt2

Ballen lander ved t=1,0 s, så y=0:

0=h+4,0 m/s⋅1,0 s−12⋅10 m/s2⋅(1,0 s)2⇒h=5,0 m−4,0 m=1,0 m

Horisontalt er farten konstant:

x=v0xt=8,0 m/s⋅1,0 s=8,0 m

Forstå oppgaven med en KI

Du får en ferdig tekst du limer inn i den KI-chatboten du bruker. Teksten inneholder oppgaven og en instruks om at chatboten skal hjelpe deg å tenke selv — stille spørsmål, gi ett hint av gangen og la deg gjøre regningen.

Anbefalt. Chatboten får beskjed om å bruke det til å veilede deg riktig vei — ikke til å røpe svaret. Du kan slå det av hvis du vil være helt sikker på at ingenting lekker.

Hva du bør vite
  • Ingenting sendes herfra. Teksten kopieres bare til utklippstavla på enheten din. Det du limer inn i en chatbot, går til den tjenesten — og de har sine egne regler for hva de lagrer.
  • Ikke lim inn personopplysninger — navn, skole eller noe annet om deg selv eller andre. Oppgaveteksten holder.
  • KI kan ta feil, også i fysikk. Sjekk alltid mot løsningsforslaget her på siden.
  • Er du usikker på om du har lov til å bruke KI på skolearbeidet ditt, spør læreren din først.
Vedlegg

Vedleggene i oppgavesettet til Fysikk 2 V2023. De kunne brukes på hele eksamen, også del 1 (om hjelpemidlene).

Åpne på egen side: Faktavedlegg · Formelvedlegg · Programmeringsvedlegg

Tastatursnarveier

Navigasjon

⌘K / Ctrl+K
Åpne søk
G F
Gå til Fag
G E
Gå til Eksamener
G T
Gå til Temaer
G K
Gå til Kompetansemål
G H
Hjem
?
Vis snarveier

I oppgave

←/→ · J/K
Forrige / neste oppgave
0
Marker som ikke prøvd
1
Marker som prøvd
2
Marker som trenger hjelp
3
Marker som ferdig
S
Vis / skjul løsningsforslag
A
Legg til i liste
N
Skriv notat
Esc
Tilbake / avslutt