Tentin tekstisisältö

 

SMG-1400 SÄHKÖMAGNEETTISET KENTÄT JA AALLOT 2

Tentti 20.12.2011 Saku Suuriniemi.

Ei muistiinpanoja, ei laskimia. Kaikki tehtävät 6 pistettä.

Huom! Tehtävistä 1 ja 2 on saatava yhteensä 9 pistettä, jotta tenttisuoritus hyväksytään.

 

1. Kokoa kuusi kurssin sisältöä koskevaa väitettä: käytä kukin lauseen alku kerran ja loppu
korkeintaan kerran. Mielekkäästä ja paikkansapitävästä lauseesta aina yksi piste, muuten

nolla. Vastaus konseptipaperille numerojärjestyksessä muodossa 1X, 2Y, 3Z,

 

1 Hertzin dipoli £ A — vaatii kenttien jatkuvuuden.

2 Rajapintaehto A B heijastaa aallon täydellisesti.

3 Aallon läpäisy rajapinnalla &f määräytyy ominaisimpedansseista.

4 Magneettivuon aikamuutoso D — tarvitaan väliaineen vaihtumiskohdassa.

5 Induktiovirta € E on sähköisesti pieni antenni.

6 Ideaalijohde B F muuttaa sähkömagneettista energiaa lämmöksi.

A saa aikaan sähkömotorisen voiman silmukassa.

 

2. (2p kukin) Selitä seuraavat termit enintään kahdella virkkeellä/termi:
(a) Tunkeutumissyvyys, (b) lineaarinen polarisaatio ja (c) tasoaalto.

3. Oikein vai väärin? Perustele lyhyesti tai anna esimerkki.
(a) Mikroaaltoja voi ohjata muovilinsseillä. (b) Virranahto vaatii varaustiheyden p aikamuu-
toksia. (c) Lineaarinen väliaine tarkoittaa että ko. aineessa ei tapahdu mitään muutoksia säh-
kömagneettisten kenttien vaikutuksesta. (d) Rajapinnan läpäisseen aallon sähkökentän ampli-
tudi voi olla suurempi kuin rajapintaan osuneen (ja osittain heijastuneen) aallon. (e) Pintavir-
rantiheys vaatii idealijohteen. (f) Eristeessä ei tapahdu sähkömagneettista induktiota, koska
siihen ei voi syntyä induktiovirtaakaan.

4. Analysoi Poyntingin teoreemalla

1 1d

d
- [2.34v-55% /2-Dav+55 jm avi |mxm män
v v v ov

seuraavat tilanteet: (a, 2p) Muuntajan ensiön virta nostetaan virtalähteellä nollasta arvoon
19 ja toisioon ei ole kytketty mitään. (b, 1p) Virtaa 10 ylläpidetään ensiössä. (c, 3p) Toisio
oikosuljetaan, minkä jälkeen ensiövirta katkaistaan.

Ohje: Järjestelmä koostuu virtalähteestä, ensiö- ja toisiojohdoista, muuntajan rautasydämestä
ja vastuksesta. Kerro mitkä teoreeman termit ovat tapauksessa hallitsevia ja mitkä mitättömiä.
Ota johtojen häviöt huomioon ja jätä (c)-kohdassa ensiön tapahtumat huomiotta.

5. Sähkömagneettinen aalto, amplitudi E;, osuu ilmasta metallilevyyn, jonka johtavuus on g.
Olkoon pinnan z-koordinaatti 0. Osa aallosta heijastuu, ja heijastuskerroin on I'. Läpäisseen
aallon sähkökentän lauseke (jossa E; riippuu tulevasta aallosta) on

E;(r,t) = imo 04/5520)
(a) Kuinka paksu levy tarvitaan, jotta aalto vaimenisi kaikessa tässä rytäkässä amplitudiltaan

1/100-osaan saapuvasta aallosta? (b) Laske levyssä aallon magneettikenttä aikaharmonisen
Faradayn lain avulla.