ξ-Blog

Lektion Fy1 måndag 30 januari – Resistans mm

Nikodemus Karlsson — Mon, 30 Jan 2012 14:06:41 +0000

Dagens lektion ägnades åt begreppen resistivitet, resistans, samt Ohms lag. Vi konstaterade att resistivitet är en materialegenskap och att resistansen beror på materialets längd och tvärsnittsarea. Ohms lag, som vi introducerade redan förra veckan, anger sambandet mellan spänning, ström och resistans. Det som kan vara lite ”lurigt” är när flera resistorer är seriekopplade med varandra – då får man olika spänning över respektive resistor (pga att det går samma ström genom dem i en seriekoppling).

Vi behandlade framför allt avsnittet 9.5 idag, men just idag tog vi inget om supraledning i det avsnittet. Vi påbörjade också avsnitt 9.6 – närmare bestämt sid. 273.

Dagens sidor är alltså sid. 268 – 273, utom supraledning. Utöver förra veckans uppgifter (finns längst ned i detta inlägg) rekommenderas även uppgift 9.32 (sid. 295, uppgift 10 och 11 (sid. 298) samt uppgift 3 (sid. 299).

Impuls, rörelsemängd och lite el

Nikodemus Karlsson — Sun, 22 Jan 2012 18:33:59 +0000

Denna vecka, vecka 4, kommer vi att slutföra Kapitel 6 som vi påbörjade under den förra perioden vi läste fysik. Vi kommer att gå igenom begreppet impuls och koppla det både till kraft och till rörelsemängd. Några uppgiftstyper till impulsbegreppet kommer att vara:

Beräkna impulsen som behövs för att ett föremål ska få en given hastighetesförändring
Beräkna kraften som behövs för att ett föremål ska få en given hastighetesförändring
Beräkna tiden under vilken tid måste en kraft verka för att ett föremål ska få en given hastighetesförändring
Givet en F-t-graf – bestäm impulsen som den verkande kraften ger
Tolkningar av positivt och negativt tecken på en beräknad kraft

I nedanstående video ges en genomgång av teori och några exempel på impulsbegreppet (videon är på engelska, och ordet ”momentum” betyder rörelsemängd).

Vi kommer också att gå igenom hur det kommer sig att rörelsemängden bevaras i ett system. Till detta hör också begreppen elastisk och oelastisk stöt. Några uppgiftstyper till detta avsnitt kommer att vara:

Beräkna rörelsemängden i ett system av partiklar (föremål) som rör sig i olika riktningar längs en linje
Beräkna hastighet till storlek och riktning hos ett föremål som kolliderat med ett annat föremål
Avgöra om en stöt är elastisk eller oelastisk

Då vi på fredag ska till Vetenskapens hus, för att bl a laborera med solceller, behöver vi också starta upp med några grundläggande lagar kring ström, spänning, resistans och effekt – det kommer vi att göra på onsdag.

Vetenskapens hus - Solcellens effektivitet

Vetenskapens hus - laborationen Undersök toner

Aktuella sidor i boken Ergo Fysik 1

Rörelsemängd och impuls (Kap. 6): s. 153 – 162
Ström, spänning mm (Kap. 9): s. 268, 269, 285, 288, 289

Rekommenderade uppgifter, Rörelsemängd

Räkna fysik, s. 166 – 167: 6.02, 6.03, 6.05, 6.08, 6.13
Diskutera fysik, s. 168 – 169: 4, 7, 9, 10, 12
Uppskatta fysik, s. 171: 2 (Denna uppgift kan lösas på A-nivå!)

Rekommenderade uppgifter, Elektricitet

Räkna fysik, s. 294 och 297: 9.27, 9.30, 9.48, 9.49

Fysik 1 – Planering av fortsättningen och repetition

Nikodemus Karlsson — Fri, 20 Jan 2012 07:34:53 +0000

Nu är det dags för fortsättningen av Fysik 1. Det finns en planering på vår planeringssida som vi kommer att gå igenom under den första lektionen. Under vår första lektion på denna fortsättning kommer vi också att repetera en del grundläggande begrepp från den förra perioden vi läste fysik. Denna repetition finns här.

Potensfunktioner – inför laboration

Nikodemus Karlsson — Tue, 10 Jan 2012 20:34:04 +0000

Nästa vecka kommer vi att göra en laboration som går ut på att undersöka hur effekt (P) som avges i en glödtråd och en och glödtrådens temperatur (T) är relaterade till varandra. Vi kommer att se att dessa storheter inte direkt förhåller sig till varandra i ett linjärt samband, utan av typen är proportionellt mot P. Vi kommer att vilja ta reda på talet n med hjälp av mätvärden och algebraisk hantering av dessa.

Om man bara ritar grafen till funktionen kommer man inte att kunna avgöra vilket tal som n kommer att vara; verktyget vi använder kommer att vara logaritmering. Inför denna laboration vill jag att var och en uppdaterar sig på vad som händer när en potensfunktion logaritmeras. Detta i form av en uppgift som ska lösas i ett övningsdokument (Excel-fil).

Nedan finns länkar till uppgiften och till övningsdokumentet som påvisar hur potensfunktioner kan logaritmeras och ritas upp. Dessutom finns en pdf-fil av detta Excel-dokument (om Excel-filen inte går att öppna pga versionsproblem). Testa gärna även metoden på en exponentialfunktion, vi kommer att göra det gemensamt i samband med en laboration som behandlar joniserande strålnings avtagande genom en blybarriär senare under kursen.

Effektivvärde för växelström och -spänning

Nikodemus Karlsson — Sun, 11 Dec 2011 18:07:12 +0000

Redan i Fysik A har vi studerat likström och likspänning. Det trevliga med dessa är att de är konstanta, och att de inte varierar som funktion av tiden. Det gör att vi enkelt kan beräkna en krets utvecklade effekt (minns ), då ström och spänning ju är konstanta.

En växelspänning varierar spänningen periodiskt (titta på denna Wolfram-demonstration som visar hur en växelspänning skapas, kräver Wolfram CDF-Player), för en sinusformad spänning gäller att , vilket innebär att spänningen varierar såväl till storlek och riktning (innebörden av är spänningens toppvärde, och är dess vinkelhastighet, för vilken sambandet gäller mellan vinkelhastighet och frekvens ). Då spänning (och därmed ström) kommer att variera kommer också effekten hos den anslutna apparaten att variera med tiden. Den korta historien är att den ström och spänning som används vid beräkningarna är

och

Dessa värden på och kallas effektivvärdet av spänningen respektive strömmen, och motsvarar den effekt en apparat kommer att utveckla som om den drevs med likspänningen och likströmmen .

Variation av spänning med markerat topp- och effektivvärde

Orsaken till att toppvärdet divideras med utreds nedan i detta inlägg.

Nedanstående kan läsas i mån av intresse, det motiverar varför sambandet mellan topp- och effektivvärde ser ut som det gör. Jag kommer inte att avkräva någon sådan redovisning i Fysik B, kanske någon har nytta utav det senare.

Om vi tittar på växelströmmen så gäller att effekten som utvecklas i en apparat med resistansen är . Varierar nu strömmen enligt funktionen , så gäller för effekten att

Medeleffekten får vi genom att summera antalet effektbidrag och dividera med det tidsintevall summeringen sker över. Eftersom effekten förändras kontinuerligt enligt ovanstående funktion så gäller att vi måste summera kontinuerligt, alltså integrera, över en period :

(När ovanstående integral evalueras utnyttjas att , hur kommer det sig?).

Eftersom (det är så effektivvärdet av strömmen definieras!) så erhålls

Motsvarande samband kan visas gälla för spänningens topp- och effektivvärde.

Planering för induktionsavsnittet

Nikodemus Karlsson — Sun, 04 Dec 2011 16:05:15 +0000

I tidigare inlägg i kursen har vi sett Michael Faradays upptäckt av induktionslagen samt två videoillustrationer som visar Lenz lag. På lektioner har vi också sett exempel på både induktionslagen (när vi betraktade en galvanometer som gav utslag när vi rörde en magnet i närheten av en spole) och Lenz lag (som bl a visades genom att en magnet föll långsamt genom ett icke-magnetiskt rör). Här följer nu en formell planering för avsnittet Induktion.

Måndag den 28 november: Introduktion till induktion. Se detta tidigare inlägg.
Teoriavsnitt 9.1 och 9.2 i Heureka! B.
Uppgifter: 9.1, 9.3, 9.5 och 9.8.

Onsdag den 30 november: Lenz lag. Se animeringar och detta dokument som visar i vilken riktning en ström induceras när en magnet faller genom en spole.
Teoriavsnitt: 9.3 i Heureka! B.
Uppgifter: 9.9, 9.11 och 9.15.

Måndag den 5 december: Magnetiskt flöde och induktionslagen på annan form. Vi tittar på effekterna av ett magnetfält som varieras, men utan att fysiskt röra sig (i kontrast till lektionen den 28 november). Vi tittar på effekterna dels med en galvanometer och dels med ett oscilloskop. Dessutom kommer senaste provet och laborationsrapporterna att återlämnas.
Teoriavsnitt: 9.4 och 9.5
Uppgifter: 9.16, 9.17, 9.18 och 9.21.

Tisdag den 6 december: Laboration – några olika induktionsförsök.

Onsdagen den 7 december: Självinduktion och induktans. Detta tar vi på en orienterande nivå, vi kommer att utgå från ett experiment och konstatera s.k induktans hos spolar. Resultatet viktigt, dock kommer vi inte att gå igenom härledningen. Innebörden av minustecknet kommer att uppenbara sig på laborationen.
Teoriavsnitt: 9.7 (dock ej härledningen) och 9.8
Uppgifter: 9.23, 9.25, 9.26 och 9.28

Måndag den 12 december: Växelström och generatorer. Egentligen har vi talat om det mesta i detta avsnitt tidigare, men här kompletterar vi med en ströms och spännings s.k effektivvärde samt tittar på hur det magnetiska flödet förändras vid rotation av en slinga. En kortare genomgång av oscilloskopet kommer vi också att göra. En demonstration på hur spänningen varierar med tiden när en slinga roterar i ett magnetiskt fält finns här.
Teoriavsnitt: 9.9 och 9.10
Uppgifter: 9.32, 9.33, 9.35 och 9.36.

Tisdag den 13 december: Laboration – några olika induktionsförsök (behövs även på Lucia, då många luciakronor numera bygger på elektriskt ljus:))

Onsdagen den 14 december: Transformatorn. Vi kommer att gå igenom elektriska transformatorer och härleda samband för ström och spänning som överförs i dessa.
Teoriavsnitt: 9.11
Uppgifter: Separat övningsuppgift på trasnformatorer samt eventuella frågor på tidigare uppgifter.

Jullov

Direkt efter lovet kör vi igång med Kapitel 10 i boken.

Lenz lag

Nikodemus Karlsson — Wed, 30 Nov 2011 19:13:04 +0000

De videoklipp som illustrerar Lenz lag som jag visade på lektionen idag finns nedan. Nästa lektion kommer vi att tala magnetiskt flöde, och härleda ett samband mellan flödesförändring per tidsenhet och inducerad ems.

Läge märke till de små graferna i respektive videoklipp.

Exponential- och potensfunktioner

Nikodemus Karlsson — Tue, 29 Nov 2011 09:19:14 +0000

I planeringen för avsnittet Funktioner och grafer utlovar jag möjlighet att utforska två viktiga typer av funktioner: potens- och exponentialfunktioner. Jag har gjort iordning två Wolfram-demonstrationer (vilka kräver gratisprogrammet Wolfram cdf-player). Ladda hem potensfunktionsdemonstrationen här, och exonentialfunktionsdemon här.

Repetitionsuppgifter Kapitel 2

Nikodemus Karlsson — Mon, 28 Nov 2011 12:21:12 +0000

Repetitonsuppgifter Kapitel 2 i Matematik 1c. Uppgifterna nedan (boken Matematik 5000, 1c) ligger på en nivå över E. Som vanligt: läs genomgångarna (texten och de lösta exemplen i boken) till avsnittet ordentligt, och ta hjälp därifrån för att lösa uppgifterna om du kör fast.

Följande uppgifter är bra repetition på Kapitel 2 (procent) i Matematik 1c

2114, 17, 22, 28, 30, 39 (utan räknare)

2215, 17, 29, 32, 34, 37, 42, 43

2308, 2309, 10, 17, 26, 33, 34,

Blandade övningar kapitel 2

4, 5, 6, 9, 10, 12, 13, 15, 18

Blandade övningar kapitel 1 – 2

2, 6, 7, 14, 16, 19, 20

Michael Faradays upptäckt av induktionslagen

Nikodemus Karlsson — Sun, 27 Nov 2011 21:05:34 +0000

Michael Faraday (engelsk naturfilosof, 1791 – 1867) upptäckte år 1821 det eftersökta sambandet mellan magnetism och produktion av elektricitet (H.C. Ørstedt hade år 1820 upptäckt det omvända, nämligen att elektricitet gav upphov till magnetism), det som idag kallas induktionslagen. Läs mer om Faradays experiment här.

Dessa upptäckter är den grund som avsnittet om induktion tar avstamp i. Vi kommer under avsnittets gång att se att induktionslagen kan uttryckas på tre olika sätt.