FIZIKA LABOR I. ZH
FIZIKA LABOR I. ZH
FIZIKA LABOR I. ZH
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
<strong>ZH</strong>1 1998. október 12. H1<br />
1. Egy benzinkútnál egyféle benzin kapható csak, literje 166 Ft-ba kerül. Az egyes autósok által<br />
tankolt benzin mennyisége normális eloszlást követ. Fizetéskor az autósokat kellemes meglepetés<br />
éri: aki legalább 1000 Ft-ért tankolt, kap egy matricát, és aki legalább 3000 Ft-ért, az kap még egy<br />
csokit is. Egy nap átlagosan 894 autó tankol a kútnál, és ebből csak hárman nem kapnak semmit se.<br />
Az autósok fele 25 l-nél több benzint szokott venni.<br />
Körülbelül hányan kapnak egy átlagos napon csokit<br />
2. Megmértük hétszer egy ellenállás értékét és a következő értékeket kaptuk:<br />
40,3 Ω; 40,7 Ω; 39,2 Ω; 39,0 Ω; 40,3 Ω; 40,8 Ω és 39,7 Ω.<br />
a. Adjuk meg az ellenállás értékét és hibáját 99%-os konfidenciaszinten!<br />
b. A fenti R 1 ellenállást sorbakötjük egy R 2 = (80±4) Ω−os<br />
ellenállással, és párhuzamosan hozzájuk kötünk egy<br />
R 3 = (80±2) Ω-os ellenállást.<br />
Mennyi az eredő ellenállás és annak hibája (R 2 és R 3<br />
hibája is 99%-os konfidenciaszintre van megadva.)<br />
3.<br />
R 1 = 500 Ω<br />
R 2 = 500 Ω<br />
R 3 = 100 Ω<br />
R 4 = 400 Ω<br />
E 2 = 6 V<br />
E 3 = 2 V<br />
Az ampermérők ideálisak.<br />
Az A 1 ampermérőn I 1 = 4 mA, az A 2 ampermérőn I 2 = 8 mA áram folyik a jelzett irányban.<br />
a. Mekkora az E 1 elektromotoros erő<br />
b. Adjuk meg az U AB , U AC , U AD feszültségeket!<br />
c. Mekkora a teljesítmény az R 3 ellenálláson<br />
4.<br />
R 1 = 750 Ω<br />
L = 0,2 H<br />
R 2 = 250 Ω<br />
C = 800 nF<br />
Adjuk meg az áram időfüggését az ohmos ellenállásokon!<br />
Mennyi az összteljesítmény<br />
Az A és B pontok közé kapcsolt generátor feszültsége<br />
U g = 24 cos 5000t [V].
Megoldások <strong>ZH</strong>1 1998. október 12. H1:<br />
1. Mivel az eloszlás szimmetrikus, és tudjuk, hogy az autósok fele 25 l-nél kevesebbet tankol<br />
(erre az értékre szimmetrikus az eloszlás), ez lesz a várható érték: µ = 25 l<br />
A szórást abból határozzuk meg, hogy 894-ből 3-an kevesebbet tankolnak, mint 1000/166 ≈ 6,024 l:<br />
6,024 − 25<br />
P(x
<strong>ZH</strong>1 1998. október 12. H2<br />
1. Teniszezők edzéséhez felszereltek egy adogatógépet a háló közepéhez, mely véletlenszerűen<br />
adogat különböző irányokba. Azt figyeljük, milyen ϕ szöget zár be a labda kezdősebességének<br />
vízszintes vetülete a hálóra merőleges felezővonallal. Annak valószínűsége, hogy a gép egy<br />
bizonyos ϕ szög alatt adja a labdát, a szög koszinuszának négyzetével arányos. A valószínűségi<br />
sűrűségfüggvény:<br />
⎧<br />
π<br />
⎪0<br />
haϕ<br />
<br />
π<br />
⎩⎪<br />
0<br />
2<br />
a. Mi a valószínűsége annak, hogy a hálóhoz képest legfeljebb15°-os szög alatt adja a labdát<br />
b. Mi a valószínűsége annak, hogy a labda pont a hálóra merőlegesen indul<br />
c. Adjuk meg a valószínűségi eloszlásfüggvényt!<br />
2. Megmérjük ötször egy ellenállás értékét és a következő értékeket kapjuk:<br />
42 Ω; 40 Ω; 39 Ω; 42 Ω; 37 Ω. a. Adjuk meg R értékét és hibáját 90%-os konfidenciaszinten!<br />
b. Párhuzamosan kötjük ezt az ellenállást egy R 2 = (36,0±1,0) Ω-os és<br />
egy R 3 = (60,0±4,0) Ω-os ellenállással. Adjuk meg az eredő ellenállás<br />
értékét és annak hibáját! (R 2 és R 3 hibája is 90%-os konfidenciaszintre<br />
van megadva.)<br />
3. R 2 = 500 Ω<br />
R 3 = 100 Ω<br />
R 4 = 400 Ω<br />
E 1 = 12 V<br />
E 2 = 6 V<br />
E 3 = 2 V<br />
Az ampermérők ideálisak.<br />
Az A 1 ampermérőn I 1 = 4 mA, az A 2 ampermérőn I 2 = 8 mA áram folyik a jelzett irányban.<br />
a. Mekkora az R 1 ellenállás értéke<br />
b. Mekkora a feszültség az A 3 ampermérőn<br />
c. Mekkora a teljesítmény az R 3 -as ill. az R 4 -es ellenállásokon<br />
4. R 1 = 300 Ω<br />
R 2 = 208 Ω<br />
L = 44,4 mH<br />
C = 0,25 µF<br />
Az AO kétpóluson folyó áram időfüggése:<br />
I = 0,5 A cos(10000 t)<br />
a. Határozzuk meg a BO és az AO kétpólusok komplex impedanciáját!<br />
b. Mennyi az impedanciák abszolút értéke és fázisa<br />
c. Írjuk fel az A,O és B,O pontok közötti feszültség időfüggését!
Megoldások <strong>ZH</strong>1 1998. október 12. H2:<br />
1c.<br />
⎧<br />
⎪<br />
⎪<br />
⎪<br />
⎪<br />
F( ϕ)<br />
= ⎨<br />
⎪<br />
⎪<br />
⎪<br />
⎪<br />
⎩<br />
ϕ<br />
∫<br />
−π / 2<br />
0<br />
2 2 2 cos 2ϕ + 1 1 ⎡sin 2ϕ<br />
⎤ sin 2ϕ<br />
ϕ 1 π π<br />
cos ϕ dϕ =<br />
dϕ =<br />
= + + ha − < ϕ ≤<br />
2<br />
⎢ + ϕ<br />
π<br />
π<br />
∫<br />
π 2<br />
⎥<br />
⎣ ⎦ 2π<br />
π 2 2 2<br />
1<br />
ϕ<br />
ha<br />
π<br />
ϕ < −<br />
2<br />
−π / 2<br />
−π / 2<br />
ϕ<br />
π<br />
ha ϕ ><br />
2<br />
( )<br />
a.<br />
⎛ sin − 5π<br />
6<br />
P(-π/2 < ϕ ≤ -5π/12) + P(5π/12 ≤ ϕ < π/2) = 2 F(-5π/12) = 2⎜<br />
⎝ 2π<br />
b. P(ϕ=0) = 0<br />
2a. R 1<br />
= 40,0 Ω, s R1<br />
=<br />
b. R e =<br />
∆R 1 = t⋅s R1<br />
≈ 2,032 Ω,<br />
∂R<br />
R<br />
1<br />
+ R<br />
2<br />
+ R<br />
3<br />
R R + R R + R R<br />
1<br />
2<br />
1<br />
3<br />
2 2 2 2 2<br />
2 + 0 + 1 + 2 + 3<br />
≈ 0,9487, t(N=5, P=0,9) = 2,132,<br />
5⋅<br />
4<br />
2<br />
3<br />
R 1 = (40±2) Ω vagy (40,0±2,0) Ω<br />
, R<br />
e<br />
= 14,4 Ω<br />
⎛ R<br />
1<br />
+ R<br />
2<br />
+ R<br />
3<br />
⎞<br />
∂<br />
⎜<br />
2<br />
R R R R R R<br />
⎟<br />
⎝ 1 2<br />
+<br />
1 3<br />
+<br />
2 3 ⎠ ⎛ R<br />
2<br />
R<br />
3<br />
⎞<br />
=<br />
=<br />
= 0,36<br />
R<br />
⎜<br />
1<br />
R<br />
1R<br />
2<br />
R<br />
1R<br />
3<br />
R<br />
2R<br />
⎟<br />
∂<br />
⎝ + +<br />
3 ⎠<br />
⎛ R<br />
1<br />
+ R<br />
2<br />
+ R<br />
3<br />
⎞<br />
∂<br />
⎜<br />
2<br />
R R R R R R<br />
⎟<br />
⎝ 1 2<br />
+<br />
1 3<br />
+<br />
2 3 ⎠ ⎛ R<br />
1<br />
R<br />
3<br />
⎞<br />
=<br />
=<br />
= 0,4<br />
R<br />
⎜<br />
2<br />
R<br />
1R<br />
2<br />
R<br />
1R<br />
3<br />
R<br />
2R<br />
⎟<br />
∂<br />
⎝ + +<br />
3 ⎠<br />
⎛ R<br />
1<br />
+ R<br />
2<br />
+ R<br />
3<br />
⎞<br />
∂<br />
⎜<br />
2<br />
R R R R R R<br />
⎟<br />
⎝ 1 2<br />
+<br />
1 3<br />
+<br />
2 3 ⎠ ⎛ R<br />
1<br />
R<br />
2<br />
⎞<br />
=<br />
=<br />
= 0,24<br />
R<br />
⎜<br />
3<br />
R<br />
1R<br />
2<br />
R<br />
1R<br />
3<br />
R<br />
2R<br />
⎟<br />
∂<br />
⎝ + +<br />
3 ⎠<br />
∂ R , ∆R e<br />
2<br />
1 = 2 Ω,<br />
∂R<br />
1<br />
= 0,1296<br />
∂ R<br />
e<br />
2 , ∆R 2 = 1 Ω,<br />
∂R<br />
2<br />
= 0,16<br />
∂ R<br />
e<br />
2 , ∆R 3 = 4 Ω,<br />
3<br />
∆R<br />
e<br />
=<br />
⎛ ∂R<br />
⎜<br />
⎝ ∂R<br />
e<br />
1<br />
⎞<br />
⋅ ∆R<br />
1<br />
⎟<br />
⎠<br />
2<br />
⎛ ∂R<br />
+<br />
⎜<br />
⎝ ∂R<br />
e<br />
2<br />
⋅ ∆R<br />
2<br />
⎞<br />
⎟<br />
⎠<br />
2<br />
⎛ ∂R<br />
+<br />
⎜<br />
⎝ ∂R<br />
e<br />
3<br />
⋅ ∆R<br />
3<br />
⎟ ⎞<br />
⎠<br />
2<br />
= 0,0576<br />
5 1⎞<br />
− + ⎟ ≈ 0,75 %<br />
12 2⎠<br />
≈ 0,382 Ω, R e = (14,4±0,4) Ω<br />
3a. csomóponti törvényből R 2 árama I 1 + I 2 = 12 mA, balról jobbra folyik<br />
nézzük azt a hurkot, amelyiket E 1 , R 1 , A 3 (rövidzár) és R 2 alkot:<br />
- (I 1 + I 2 ) R 2 – I 1 R 1 + E 1 = -12⋅10 -3 ⋅500 - 4⋅10 -3 ⋅R 1 + 12 = 0 ⇒ R 1 = 1500 Ω<br />
b. U A3 = 0 V, mert A 3 ideális ampermérő, zérus az ellenállása<br />
c. R 3 : mivel A 3 rövidzár, a jobb felső hurokban E 2 feszültség jut R 3 -ra, P R3 = E 2 2 /R 3 = 0,36 W<br />
R 4 : az R 2 , E 3 , A 2 (rövidzár) és R 4 alkotta alsó hurokban<br />
–(I 2 +I 1 )R 2 –I R4 R 4 +E 3 = –12⋅10 -3 ⋅500–I R4 ⋅400+2 = 0 ⇒ I R4 = –0,01 A, P R4 = I 2 R4 ⋅R 4 = 0,04 W<br />
[vagy: a külső ágakból alkotott hurokra -I 1 R 1 +E 1 -E 3 -I R4 R 4 = -4⋅10 -3 ⋅1500+12-2-400I R4 = 0 ...]<br />
1 1 1<br />
1 i 4 3i<br />
4a.<br />
Ci 10 0,25 10 i<br />
Z ~1 Z ~1<br />
4<br />
− 6<br />
+<br />
= + = + ω = + ⋅ ⋅ = + = ,<br />
BO<br />
R1<br />
C<br />
R1<br />
300<br />
300 400 1200<br />
1200 4 3i 1200<br />
Z ~ −<br />
BO<br />
= ⋅ = (4 − 3i) = 48(4 − 3i) = 192 −144i<br />
4 + 3i 4 − 3i 25<br />
~<br />
Z AO = Z ~ BO + R 2 + iωL = (192-144i) + 208 + 444i = 400+300i =100(4+3i) Ω<br />
b. Z AO = 100<br />
2 2<br />
4 + 3 = 500 Ω, ϕ AO = arc tg 300/400 = arc tg 3/4 = 0,6435<br />
Z BO = 48<br />
2 2<br />
4 + 3 = 240 Ω, ϕ BO = arc tg (-144/192) = arc tg (-3/4) = -0,6435<br />
c. U AO,0 = Z AO ⋅ I 0 = 500⋅0,5 = 250 V, ϕ UAO = ϕ I + ϕ ZAO = 0+0,6435 = 0,6435<br />
U BO,0 = Z BO ⋅ I 0 = 240⋅0,5 = 120 V, ϕ UBO = ϕ I + ϕ ZBO = 0-0,6435 = -0,6435<br />
U AO = 250 cos(10000t + 0,6435) [V], U BO = 120 cos(10000t - 0,6435) [V]
Fizika labor <strong>ZH</strong>1 1998. október 13. K<br />
1. Önkormányzati választások lesznek a Négyszögletű Kerek Erdőben. Egy közvéleménykutatás<br />
során megkérdeztek 1000 erdőlakót, véleményük szerint mi lesz a választások eredménye.<br />
Mindenki azt mondta meg, hogy szerinte Mikkamakka hány százalékot fog kapni. Ezek a<br />
százalékok közelítőleg normális eloszlást mutatnak. Az 1000 megkérdezettből 330 szerint<br />
Mikkamakka 31%-ot se fog kapni, 17 szerint viszont 95%-nál is többen fognak rá szavazni.<br />
a. Feltéve, hogy a válaszoknak megfelelően alakulnak a szavazatok is, a szavazatok hány százalékát<br />
kapja Mikkamakka a legnagyobb valószínűséggel<br />
b. Mi a valószínűsége annak, hogy Mikkamakka 50%-nál több szavazatot kap<br />
2.a. Megmérjük hatszor egy telep elektromotoros erejét és a következő értékeket kapjuk: 5,9 V, 6,2<br />
V, 6,2 V, 6,0 V, 5,8 V, 5,9 V. Adjuk meg E értékét és hibáját 80%-os konfidenciaszinten!<br />
b. A telepre rákötünk egy R = 10 Ω-os ellenállást. Határozzuk meg az általa felvett teljesítményt és<br />
annak hibáját szintén 80 %-os konfidenciaszinten! A telep belső ellenállása R b = 2 Ω, az<br />
ellenállások hibája 80%-os konfidenciaszinten 0,5 Ω.<br />
3. R 1 = 100 Ω<br />
R 2 = 50 Ω<br />
R 3 = 300 Ω<br />
R 4 = 800 Ω<br />
R 5 = 500 Ω<br />
ε 1 = 120 V<br />
ε 2 = 12 V<br />
ε 3 = 50 V<br />
a. Milyen irányú és nagyságú áram folyik az R 4 és az R 5 ellenálláson<br />
b. Mennyi az U AB feszültség<br />
4. a. Számítsuk ki a ~ Z AB komplex<br />
impedanciát ω = 10000 1/s körfrekvencián!<br />
b. Az A, B pontok közé egy<br />
váltófeszültségű generátort kapcsolunk.<br />
A feszültség időfüggése:<br />
U AB = 40 cos 10000t.<br />
Adjuk meg az áramerősség időfüggését!<br />
c. Mekkora teljesítmény disszipálódik az<br />
áramkörben
Megoldások <strong>ZH</strong>1 1998. október 13. K:<br />
1a. 330-an azt mondják, hogy 31%-nál kevesebb szavazatot fog kapni:<br />
P(x0,32) = 1 - F(0,32) = 1 - 0,62552 ≈ 37 %<br />
2a. E = 6,0 V , s =<br />
E<br />
∆E = t⋅s ≈ 0,1 V,<br />
E<br />
2<br />
2<br />
2<br />
2<br />
2<br />
2<br />
0,1 + 0,2 + 0,2 + 0 + 0,2 + 0,1<br />
≈ 0,0683, t(N=6, P=0,8) = 1,476,<br />
6⋅5<br />
E = (6,0 ± 0,1) V<br />
b. P = I 2 R = ⎛ E ⎞<br />
⎜ R<br />
, P = 2,5 W<br />
⎜<br />
⎝ R + R ⎟⎟ b ⎠<br />
⎛ 2<br />
E R ⎞<br />
∂ ⎜ ⎟<br />
2<br />
R + R<br />
b ⎠<br />
=<br />
∂ E<br />
2<br />
∂ P<br />
⎜ ( ) 2ER<br />
=<br />
⎝<br />
≈ 0,833<br />
2<br />
∂ E<br />
( R + R )<br />
∆E = 0,1 V<br />
⎛<br />
∂ ⎜<br />
E<br />
2<br />
R<br />
⎞<br />
⎟<br />
b<br />
∂<br />
2 2<br />
P ⎝ ( R + R b ) E ( R b − R)<br />
=<br />
⎠<br />
=<br />
≈ 0,167<br />
3<br />
∂ R ∂ R ( R + R )<br />
∆R = 0,5 Ω<br />
E<br />
2<br />
R<br />
b<br />
∂<br />
2<br />
( R R )<br />
2<br />
P ⎝ + b E R<br />
=<br />
⎠<br />
= − ≈ 0,417<br />
3<br />
R ∂ R ( R + R )<br />
∆R b = 0,5 Ω<br />
∂<br />
b<br />
⎛<br />
∂ ⎜<br />
b<br />
2<br />
⎞<br />
⎟<br />
2<br />
b<br />
⎛ ∂ P ⎞ ⎛ ∂ P ⎞ ⎛ ∂ P<br />
P E<br />
R<br />
R b<br />
E<br />
R<br />
R ⎟ ⎞<br />
∆ =<br />
⎜ ⋅∆<br />
⎟ +<br />
⎜ ⋅∆<br />
⎟ +<br />
⎜ ⋅ ∆ = 0,24 W, P = (2,50 ± 0,24) W<br />
⎝ ∂ ⎠ ⎝ ∂ ⎠ ⎝ ∂ b ⎠<br />
3. a felső hurokban pozitív, a két alsóban negatív irányban felvett hurokáramokkal<br />
a hurokegyenletek: - R 2 (I 1 +I 2 ) - E 2 - R 4 (I 1 +I 3 ) - R 1 I 1 + E 1 = 0<br />
- R 2 (I 1 +I 2 ) - E 2 - R 5 I 2 = 0<br />
- R 4 (I 1 +I 3 ) + E 3 - R 3 I 3 = 0<br />
⇒ I 1 = 0,2 A, I 2 = -0,04 A, I 3 = -0,1 A<br />
a. R 4 -en I 1 + I 3 = 0,2-0,1 = 0,1 A folyik balról jobbra,<br />
R 5 -ön I 2 = -0,04 A balra, azaz 0,04 A folyik balról jobbra<br />
b. U AB = -I 2 ⋅R 5 +(I 1 +I 3 )⋅R 4 = 0,04⋅500+0,1⋅800 = ε 1 -I 1 R 1 = 120-0,2⋅100 = 100 V<br />
~ − 3<br />
L =<br />
2<br />
4a. Z = ωLi<br />
= 10000 ⋅50<br />
⋅10<br />
i 500i<br />
,<br />
1 1 200<br />
Z ~ C<br />
= =<br />
=<br />
−6<br />
ωCi<br />
10000 ⋅ 0,5 ⋅10<br />
i i<br />
1<br />
1 i 1 7i 1<br />
Z ~ 1<br />
Z ~1 Z ~1<br />
−<br />
= + + = + + =<br />
R<br />
R 500 200 500i + 500 1000(1 + i)<br />
e C L<br />
+<br />
~ 1000(1 + i) −1−<br />
7i 1000<br />
Ze<br />
= ⋅ = ( 6 − 8i) = 40(3 − 4i)<br />
;<br />
−1+<br />
7i −1−<br />
7i 50<br />
Z e = 200 Ω, ϕ = arc tg -4/3 = -0,9273<br />
b. I AB,0 = 40/Z e = 0,2 A, ϕ I = ϕ U –ϕ = 0-(-0,9273)=0,9273, I AB = 0,2 A ⋅ cos(10000t+0,9273)<br />
c. P = U eff I eff cos ϕ = 40 02 ,<br />
⋅ ⋅cos(-0,9273) = 2,4 W<br />
2 2
Fizika labor <strong>ZH</strong>1 1998. október 14. SZ<br />
1. A cukrászdában a fagylaltgombócok tömegeloszlásának valószínűségi sűrűségfüggvénye f(m):<br />
(A tömeg grammban értendő.)<br />
⎧0 ha m < 30g<br />
⎪<br />
−3 2<br />
f(m) = ⎨0,75⋅10 [100 −(m −40) ] ha 30 g ≤ m 50 g<br />
⎪<br />
⎩0 ha m > 50g<br />
a. Mi egy gombóc fagylalt tömegének várható értéke<br />
b. Számítsuk ki a varianciát és a szórást!<br />
c. Mi a valószínűsége, hogy 45 g-osnál nagyobb gombócot kapjunk<br />
d. Mi a négygombócos fagyi tömegének várható értéke és szórása<br />
2. Meg akarjuk határozni egy kondenzátor kapacitását. A következő értékeket kapjuk: 245 µF, 242<br />
µF, 234 µF, 269 µF, 252 µF, 262 µF és 246 µF. Adjuk meg a kapacitás értékét és hibáját 99,5%-os<br />
konfidenciaszinten!<br />
Párhuzamosan kötjük a fenti kondenzátort egy L = 0,15 mH önindukciós együtthatójú tekerccsel.<br />
Mekkora lesz az eredő impedancia abszolút értéke és hibája ω = 4000 1/s körfrekvenciánál A<br />
körfrekvencia hibája elhanyagolható, az önindukciós együttható hibája 99,5%-os konfidenciaszinten<br />
0,01 mH.<br />
3. R 1 = 500 Ω<br />
R 2 = 500 Ω<br />
R 3 = 1000 Ω<br />
R 4 = 400 Ω<br />
E 1 = 4 V<br />
E 2 = 3 V<br />
E 3 = 1 V<br />
E 4 = 2 V<br />
Az ampermérők ideálisak.<br />
a. Mekkora áram folyik az egyes ampermérőkön keresztül és milyen irányba<br />
b. Adjuk meg az U AB és U AC feszültségeket!<br />
4. Egy váltóáramú generátorra sorosan rákötünk egy<br />
kondenzátort és egy veszteséges tekercset (olyan<br />
tekercs, melynek ohmos ellenállása is van).<br />
L = 0,2 H<br />
R = 200 Ω<br />
U gen = 24 cos(2000t) [V]<br />
a. Mekkora kondenzátor kapacitása, ha<br />
(1) az áram azonos fázisban van a generátor feszültségével,<br />
(2) a tekercs feszültsége (U RL ) π/2-vel siet a generátorfeszültséghez képest<br />
b. Mekkora az áramkörben disszipálódó teljesítmény a két esetben<br />
c. Vázoljuk az áramok és feszültségek vektorábráját mindkét esetre!
Megoldások <strong>ZH</strong>1 1998. október 14. SZ:<br />
1a. A sűrűségfüggvény m = 40 -re szimmetrikus ⇒ µ = 40 g ;<br />
50<br />
−3 2<br />
vagy: E[m] = µ = ∫ ⋅0 75⋅10 [ 100 − − 40 ]<br />
30<br />
m , ( m ) dm =…= 40 g<br />
50<br />
2<br />
−3<br />
2<br />
b. Var[m] = m − 40) ⋅ 0,75⋅10<br />
[ 100(m − 40) ]<br />
∫<br />
( dm =…= 20, σ = Varm [ ]≈ 4,5 g<br />
30<br />
50<br />
∫ m dm =…= 15,6 %<br />
−<br />
c. P(m>45) = 0, 75⋅10 3 [ 100 −( −40)<br />
2 ]<br />
45<br />
d. E[m+m+m+m] = 4 E[m] = 160 g<br />
Var[m+m+m+m] = 4 Var[m] = 80, s = 80 ≈ 8,9 g<br />
2a. C = 250 µF, s C<br />
= 4,56, t = 4,317, ∆C = 19,69 µF, C = (250±20) µF<br />
b.<br />
1 LC 1<br />
~ 1 i C<br />
Z<br />
~ 1 Z ~1<br />
− ω<br />
2 +<br />
= + = ω + = ,<br />
Z iωL<br />
iωL<br />
e<br />
C<br />
L<br />
∂ 3 2<br />
Z e ω L = 9000, ∆C = 20⋅10 -6<br />
∂C<br />
∂ Z<br />
∂ L<br />
= −<br />
e =<br />
∆Z e =<br />
2<br />
( 1 − ω LC ) 2<br />
ω<br />
2<br />
( 1−<br />
ω LC)<br />
2<br />
~<br />
Z<br />
e =<br />
= 25000, ∆L = 0,01⋅10 -3<br />
iL ω<br />
1 − ω<br />
2<br />
LC<br />
∂<br />
2<br />
2<br />
Ze<br />
⎞ ⎛ ∂ Ze<br />
⎞ ≈ 0,308 Ω, Z e = (1,5 ± 0,3) Ω<br />
⎛<br />
⎜ ⋅ ∆C<br />
C<br />
⎟<br />
⎝ ∂ ⎠<br />
+<br />
⎜ ⋅ ∆L<br />
L<br />
⎟<br />
⎝ ∂ ⎠<br />
⇒<br />
Z<br />
e =<br />
ωL<br />
1 − ω<br />
2<br />
LC<br />
, Z<br />
e<br />
= 1,5 Ω<br />
3. a bal felső és a jobb oldali hurokban I 1 ill. I 3 negatív, a bal alsóban I 2 pozitív irányú<br />
hurokáramokkal a hurokegyenletek: E 1 - R 1 I 1 - E 2 - R 3 (I 1 -I 3 ) - R 2 (I 1 +I 2 ) = 0<br />
- R 2 (I 1 +I 2 ) + E 3 + E 4 = 0<br />
E 4 - R 3 (I 3 -I 1 ) + E 2 - R 4 I 3 = 0<br />
⇒ I 1 = 2 mA, I 2 = 4 mA, I 3 = 5 mA<br />
a. A 1 -en I 3 -I 1 = 3 mA folyik felfelé, A 2 -n I 2 = 4 mA folyik jobbra, A 3 -on I 3 = 5 mA folyik lefelé<br />
b. U AB = - I 1 R 1 + E 1 = -0,002⋅500 + 4 = 3 V,<br />
U AC = U AB –(I 1 +I 2 )R 2 = 3-0,006⋅500 = 0 V = E 2 + R 3 (I 1 -I 3 ) = 3 - 1000⋅0,003<br />
4a. Z ~ LR = ωLi + R = 2000⋅0,2i + 200 = 200 + 400i<br />
~<br />
(1) ekkor az eredő impedancia valós ⇒ Z C1 = - Im{ Z ~ LR } = - 400i, C 1 = 1,25 µF<br />
(2) ekkor Z ~ ~<br />
LR és Z e = 200 + (400-Z C2 )i merőlegesek egymásra, vagyis skalárszorzatuk zérus:<br />
~<br />
Z LR ⋅ Z ~ e = 200⋅200+400⋅(400-Z C2 ) = 0 ⇒ Z C2 = 500, C 2 = 1 µF<br />
b. a teljesítmény: P 1 = U gen , eff<br />
2 2<br />
⎛ 24 ⎞ 1<br />
= ⎜ ⎟ ⋅ = 1,44 W<br />
R ⎝ 2⎠<br />
200<br />
2 ~<br />
2<br />
U gen,eff<br />
⋅ Re ( Ze<br />
) ⎛ 24 ⎞ 200<br />
P 2 =<br />
= ⎜ ⎟ ⋅ = 1,152 W<br />
2<br />
2<br />
Z<br />
⎝ 2⎠<br />
e<br />
( 100 5)<br />
c.
Fizika labor <strong>ZH</strong>1 1998. október 15. CS<br />
1. A Kukutyinba vivő busz menetsűrűsége csúcsidőben a menetrend szerint 2-7 perc. Persze előfordul az is,<br />
hogy a megadott intervallumnál sűrűbben vagy ritkábban követik egymást a buszok. Két egymást követő<br />
busz között eltelt idő eloszlásának valószínűségi sűrűségfüggvénye<br />
⎧ 0 ha t<<br />
0<br />
⎪<br />
005 , t ha 0≤ t<<br />
2<br />
⎪<br />
ft () = ⎨ 01 ,<br />
ha 2≤ t<<br />
7<br />
⎪<br />
0, 1875 −0,<br />
0125t ha 7 ≤ t<<br />
15<br />
⎪<br />
⎩ 0 ha t≥<br />
15<br />
a. Ha éppen elment az orrunk előtt egy busz, mi a valószínűsége annak, hogy a menetrendben megjelölt<br />
intervallumon belül jön a következő busz<br />
Mi annak a valószínűsége, hogy annál hamarabb, illetve annál később jön<br />
b. Mi a követési idő várható értéke<br />
c. Mi annak a valószínűsége, hogy hamarabb érkezzen a következő busz, mint a követési idő várható értéke<br />
2. Ellenálláshőmérő α hőmérsékleti koefficiensét szeretnénk meghatározni. A hőmérő ellenállása a<br />
hőmérsékletnek lineáris függvénye:<br />
R T2 = R T1 (1 + α (T 2 -T 1 )), ahol R T1 ill. R T2 az ellenállás T 1 ill. T 2 hőmérsékleten.<br />
Az ellenálláshőmérőt betesszük egy termosztátba, melynek megmértük hatszor a hőmérsékletét: 76,5 °C,<br />
77,8 °C, 77,3 °C, 77,0 °C, 76,8 °C és 76,6 °C.<br />
Adjuk meg a termosztát hőmérsékletét és hibáját 95%-os konfidenciaszinten!<br />
Kellő várakozási idő után (amikor a hőmérő már felvette a temosztát hőmérsékletét) megmérjük az<br />
ellenállást a termosztátban: R T2 = (128,0±0,2) Ω. Utána hasonlóan megmérjük az ellenállást jeges vízben is:<br />
R T1 = (100,2±0,2) Ω. (A hibák 95%-os konfidenciaszintre vannak megadva. A jeges víz hőmérséklete<br />
pontosan 0 °C -nak vehető.)<br />
Adjuk meg a hőmérsékleti koefficiens értékét és hibáját!<br />
3. Minden ellenállás értéke R=110 Ω, és minden telep<br />
elektromotoros ereje ε = 121 V.<br />
a. Mit mutat az ideális (zérus ellenállású)<br />
ampermérő Jelöljük be az áramirányt!<br />
b. Mit mutatnak az ideális (végtelen ellenállású)<br />
voltmérők<br />
c. Mit mutatna V 1 , ha ellenállása R v = 600 Ω<br />
lenne<br />
4. Egy váltóáramú generátorra sorosan rákötünk egy veszteséges tekercset (olyan tekercs, melynek ohmos<br />
ellenállása is van) meg egy kondenzátort és egy ellenállást párhuzamosan.<br />
L = 25 mH<br />
R L = 50 Ω<br />
C = 5 µF<br />
R = 100 Ω<br />
A tekercsen átfolyó áram I L = 0,1 cos(2000t) [A]<br />
a. Adjuk meg a generátor U gen , a veszteséges tekercs U LR és a<br />
kondenzátor U C feszültségét az idő függvényében!<br />
b. Ábrázoljuk az előbbi mennyiségeket!<br />
c. Mekkora a teljesítmény a veszteséges tekercsen ill. a<br />
kondenzátoron
Megoldások <strong>ZH</strong>1 1998. október 15. CS:<br />
1a. pl. grafikus integrálással: a menetrend szerint: P(2≤t≤7) = 0,1 (7-2) = 0,5 = 50 %,<br />
hamarabb: P(t7) = (15-7)⋅0,1 / 2 = 0,4 = 40 %<br />
2<br />
b.<br />
2<br />
2<br />
= ∫ + ∫ + ∫ −<br />
= =<br />
E [t]<br />
0<br />
0,05t<br />
dt<br />
7<br />
2<br />
0,1t dt<br />
15<br />
7<br />
(0,1875t<br />
0,0125t ) dt<br />
...<br />
6,25 perc<br />
c. P(t
Fizika labor <strong>ZH</strong>1 1998. december 16. PÓT<br />
1. Megkérdeztek 1300 kismamát arról, mennyit szoktak aludni. Csak 204-en válaszolták azt, hogy<br />
ők legalább napi 8 órát alszanak, 87-en viszont azt mondták, hogy ők bizony legfeljebb 5 órát<br />
tudnak aludni naponta. A válaszként adott alvásidők közelítőleg normálist eloszlást mutatnak.<br />
a) Írjuk fel a valószínûségi eloszlásfüggvényt!<br />
b) Várhatóan hányan töltenek napi 7 - 7,5 órát alvással<br />
2. Egy hálózatban ötször megmértük a feszültséget két párhuzamosan kötött ellenálláson és az<br />
alábbi értékeket kaptuk:<br />
18,2 V 17,5 V 17,9 V 18,3 V 18,1 V<br />
a) Adjuk meg a feszültség értékét a 95%-os konfidenciaszinthez tartozó hibaintervallummal<br />
együtt!<br />
b) Határozzuk meg a két ellenálláson az összteljesítményt és annak hibáját, ha a két ellenállás<br />
értéke<br />
R 1 = (120±2) Ω és R 2 = (90±2) Ω! (Ezek a hibák is 95%-os konfidenciaszintre adottak.)<br />
3.<br />
R 1 = 600 Ω<br />
R 2 = 500 Ω<br />
R 3 = 2000 Ω<br />
R 4 = 2000 Ω<br />
E 1 = 1 V<br />
Az ampermérők ideálisak.<br />
Az A 1 ampermérőn I 1 = 4 mA, az A 2 ampermérőn I 2 = 2 mA áram folyik a jelzett irányban.<br />
a) Mekkora az E 2 és az E 3 elektromotoros erő<br />
b) Adjuk meg az U AB feszültséget!<br />
c) Mekkora a teljesítmény az R 2 ellenálláson<br />
4.<br />
Az AB kétpólust váltófeszültségû generátorra kötjük. Az AB<br />
pontok között a feszültség amplitúdója UAB =125 V. ω=2500/s.<br />
a) Határozzuk meg az egyes ágakban folyó komplex<br />
áramerősségeket!<br />
b) Számítsuk ki a komplex generátoráramot!<br />
c) Számítsuk ki az AB kétpólus komplex impedanciáját!<br />
d) Mennyi a fáziskülönbség a generátorfeszültség és a<br />
generátoráram között
Megoldások <strong>ZH</strong>1 1998. december 16. PÓT:<br />
1a. P(t>8)=204/1300=0,15692=1-P(t