background image

Układy współrzędnych

 

 

Zadanie 1.1 

Dany jest punkt we współrzędnych kartezjańskich P(1, 1, √2). 

a)  Naszkicuj rzut perspektywiczny, zaznaczając położenie punktu P. 
b)  Znajdź współrzędne cylindryczne (ρ

0

, φ

0

z

0

) oraz sferyczne (r

0

, θ

0

, φ

0

) punktu P. 

Zadanie 1.2 

Dany jest punkt we współrzędnuch cylindrycznych P(1, 0.5π, 1). Znajdź współrzędne kartezjańskie oraz 
sferyczne tego punktu.

 

 

Zadanie 1.3 

Oblicz iloczyn skalarny wersorów: 

 

a) 

x

ρ

i i





 

 

b) 

z

θ

i i





 

 

c) 

ρ

r

i i





 

w punkcie o współrzędnych kartezjańskich (1,1,1). 
 

Analiza wektorowa 

Zadanie 1.4 

Dana  jest  funkcja  skalarna 

(

)

z

y

x

z

y

x

f

+

+

=

,

,

  oraz  pole  wektorowe 

(

)

x

y

z

F

x

y i

y i

z i

=

+

+

+









Obliczyć: 

a) 

f

   

b) 

F



  

c) 

F



×

 

d) 

f

2

 

e) 

F



2

 

f) 

(

)

F

f



 

g) 

( )

2

f

 

h) 

(

)

2

e

x

f

 

 

Zadanie 1.5 

Znajdź  kierunek  najszybszego  wzrostu  pola  skalarnego 

2

2

2

z

y

x

U

+

+

=

.  Wykonaj  obliczenia  dla 

punktu P

0

(4, 3, 0). 

 
Zadanie 1.6 

Obszar pewnego pokoju opisany jest we współrzędnych kartezjańskich. W punkcie P

0

(20 m, 15 m, 2 m) 

zmierzono  temperaturę  T(P

0

)  =  312  K  oraz  jej  gradient 

( )

(

)

0

K

P

m

x

z

T

i

i

=

+





.  Znajdź  przybliżoną 

wartość temperatury w punkcie P

1

(21 m, 14 m, 3 m). 

 

Zadanie 1.7 

Oblicz strumień wektora położenia 

r

 przez sferę o promieniu r

0

 =5. 

 

Zadanie 1.8 

Oblicz  strumień  wektora  położenia 

r

  przez  powierzchnię  sześcianu  o  boku  a  =  5.  Trzy  krawędzie 

sześcianu leżą na dodatnich półosiach układu współrzędnych 0xyz

background image

Zadanie 1.9 

Oblicz  cyrkulację  wektora 

(

)

2

x

A

y i

=

+





  po  ścieżce  wyznaczonej  przez  krawędzie  kwadratu  l  x  l

którego dwie krawędzie leżą na osiach Ox oraz Oy. Wybierz prawoskrętną cyrkulację wokół osi Oz

 

Zadanie 1.10 

Oblicz strumień wektora 

(

)

2

3

5

3

x

y

z

A

x i

x i

y

i

=

+

+

+









 przez powierzchnię kuli o promieniu a i środku 

w początku układu współrzędnych 0xyz

 

Parametry ośrodków 

 
Zadanie 1.11 

Wyznacz kąt pomiędzy wektorami 

E



 i 

D



 w ośrodku o danym tensorze przenikalności elektrycznej: 

0

1

0

0

0

1

0

0

0

4

ε

ε

=

  

Oblicz maksymalny kąt pomiędzy tymi wektorami, jeśli: 

a) 

x

x

z

z

E

E i

E i

=

+







 

b) 

y

y

E

E i

=





 

Zinterpretuj otrzymane wyniki. 

 

Zadanie 1.12 

W  pewnym  punkcie  w  półprzewodniku  znana  jest  amplituda  zespolona  wektora  natężenia  pola 

elektrycznego: 

V

2

m

z

E

i

=





.  Półprzewodnik  ten  jest  materiałem  anizotropowym  o  przenikalności 

elektrycznej danej następującym tensorem: 

0

2

0

3j

0

1

0

3j 0

2

ε

ε

=

Znajdź wektor indukcji elektrycznej 

D

E

ε

=





Wyznacz chwilową wartość natężenia pola elektrycznego oraz indukcji elektrycznej w chwilach: 

a) 

ω

t

1

 

π/6 

b) 

ω

t

2

 = 3

π/2 

 

Zadanie 1.13 

W  półprzewodniku  o  parametrach  z  poprzedniego  zadania  znana  jest  amplituda  zespolona  wektora 

indukcji elektrycznej: 

9

C

2 10

m

z

D

i

= ⋅





. Znajdź wektor natężenia pola elektrycznego. 

 

Zadanie 1.14 

W pewnym punkcie w namagnesowanym ferrycie o właściwościach opisanych tensorem Poldera: 

0

0

0

0

1

j

0

j

1

b

a

a

µ

µ

µ

µ

µ

=

 

dana  jest  amplituda  zespolona  natężenia  pola  magnetycznego: 

j

x

y

H

i

i

=

+







.  Znajdź  wektor  indukcji 

magnetycznej 

B



 w ferrycie. Wyznacz kąt pomiędzy wektorami 

B



 i 

H



background image

 

 
 
 

Warunki istnienia pól elektromagnetycznych 

 

Zadanie 1.15 

Sprawdź,  czy  wyrażenie 

(

)

0

sin

cos

ρ

φ

E

E

ωt

βρ i

ρ

=





  może  opisywać  natężenia  pola  elektrycznego  w 

próżni.  

 

Zadanie 1.16 

Sprawdź, czy następujące wyrażenie może stanowić opis pola indukcji pola magnetycznego w pewnym 

ośrodku nieograniczonym i bez źródeł: 

(

)

0

cos

z

B

B y

ωt

βz i

=





.  

 

Zadanie 1.17 

Sprawdź,  czy  w  próżni  może  istnieć  pole  elektromagnetyczne,  którego  wektor  natężenia  pola 

elektrycznego opisany jest wyrażeniem: 

sin(

)

x

E

A

z

t i

β

ω

=





. Jeśli tak, to pod jakim warunkiem?  

 

Zadanie 1.18 

Dany  jest  wektor  natężenia  pola  magnetycznego 

sin

sin

y

H

A

ax

ωt i

=





.  Jaka  musi  być  wartość 

parametru  a,  przy  której  pole  to  może  istnieć  w  ośrodku  o  parametrach 

,  , 

0

µ ε σ

=

?  Znajdź  wyrażenie 

opisujące wektor natężenia pola elektrycznego. 

 

Zadanie 1.19 

Oblicz  względną  przenikalność  elektryczną  ε

 

bezstratnego  dielektryka,  w  którym  natężenia  pola 

elektrycznego  opisane  jest  wyrażeniem 

(

)

6

V

1000 sin 10

0 01

m

.

x

E

t

z i

=





.  Oblicz  natężenie  pola 

magnetycznego. 

 

Zadanie 1.20 

Czy  amplituda  zespolona  pola  elektrycznego  wypromieniowanego  przez  pewną  antenę  w  próżni  może 

być opisana wyrażeniem 

j

0

sin

e

βr

θ

θ

E

E

i

r

=





? Jeśli tak, to oblicz wartość parametru β dla częstotliwości 

10 GHz. Uwaga: przeprowadź obliczenia dokładne oraz przybliżone z pominięciem wyrazów o wyższych 

potęgach r w mianowniku. 

 

 

Zadanie 1.21 

Dane jest natężenie pola elektrycznego w próżni 

(

)

2

V

e

m

x vt

y

E

i

=





. Oblicz wartość parametru v oraz  

znajdź wyrażenie opisujące natężenie pola magnetycznego. 

 
 
 
 
 

background image

 

Własności pól elektromagnetycznych 

 

Zadanie 1.22 

W materiale o parametrach 

1

1, 

1, 

0 05

m

.

r

r

µ

ε

σ

=

=

=

 prąd przesunięcia opisany jest wyrażeniem 

(

)

2

2

A

2 10 cos

m

d

x

J

ωt

βz i

= ⋅





,  natomiast prąd  przewodzenia 

(

)

2

2

A

10 sin

m

σ

x

J

ωt

βz i

=





Znajdź natężenie pola elektrycznego i magnetycznego oraz częstotliwość. Przyjmij 

β

ω µε

=

 

Zadanie 1.23 

W  dielektryku  niejednorodnym  o  przenikalności  elektrycznej 

(

)

0

sin 

cos 

ε

ε

x

y

=

+

  istnieje  statyczne 

pole  elektryczne  o  natężeniu 

(

)

0

cos 

sin 

x

y

E

E i

x

i

y

=

+







.  Znajdź  rozkład  ładunków  objętościowych 

ρ

v

(x,y).  

 

Zadanie 1.24 

Względna  przenikalność  magnetyczna  jednorodnego,  bezstratnego  ośrodka  dana  jest  tensorem 
diagonalnym  µ 

x

=  1,  µ

=  4,  µ

=  1.  Czy  w  tym  ośrodku  można  wzbudzić  statyczne  pole  indukcji 

magnetycznej dane wzorem: 

(

)

x

i

y

i

B

r

t

B

y

x

sin

sin

)

,

(

0









+

=

 [T]? Jeśli tak, to: 

• 

jakie źródła są potrzebne to wygenerowania takiego pola? 

• 

jaki jest kąt między polem indukcji magnetycznej a polem natężenia pola magnetycznego?  

Odpowiedzi należy uzasadnić korzystając z właściwych równań Maxwella.