Added topic tags to some S&J-4 problems + minor typos
authorW. Trevor King <wking@drexel.edu>
Tue, 25 Aug 2009 06:29:00 +0000 (02:29 -0400)
committerW. Trevor King <wking@drexel.edu>
Thu, 17 Sep 2009 16:50:48 +0000 (12:50 -0400)
27 files changed:
latex/problems/Serway_and_Jewett_4/problem23.01.tex
latex/problems/Serway_and_Jewett_4/problem23.02.tex
latex/problems/Serway_and_Jewett_4/problem23.06.tex
latex/problems/Serway_and_Jewett_4/problem23.07.tex
latex/problems/Serway_and_Jewett_4/problem23.10.tex
latex/problems/Serway_and_Jewett_4/problem23.12.tex
latex/problems/Serway_and_Jewett_4/problem23.13.tex
latex/problems/Serway_and_Jewett_4/problem23.22.tex
latex/problems/Serway_and_Jewett_4/problem23.53.tex
latex/problems/Serway_and_Jewett_4/problem23.64.tex
latex/problems/Serway_and_Jewett_4/problem24.07.tex
latex/problems/Serway_and_Jewett_4/problem24.08.tex
latex/problems/Serway_and_Jewett_4/problem24.09.tex
latex/problems/Serway_and_Jewett_4/problem24.22.tex
latex/problems/Serway_and_Jewett_4/problem24.25.tex
latex/problems/Serway_and_Jewett_4/problem27.15.tex
latex/problems/Serway_and_Jewett_4/problem28.04.tex
latex/problems/Serway_and_Jewett_4/problem28.06.tex
latex/problems/Serway_and_Jewett_4/problem28.09.tex
latex/problems/Serway_and_Jewett_4/problem28.10.tex
latex/problems/Serway_and_Jewett_4/problem28.13.tex
latex/problems/Serway_and_Jewett_4/problem28.14.tex
latex/problems/Serway_and_Jewett_4/problem28.15.tex
latex/problems/Serway_and_Jewett_4/problem28.16.tex
latex/problems/Serway_and_Jewett_4/problem28.25.tex
latex/problems/Serway_and_Jewett_4/problem28.56.tex
latex/problems/Serway_and_Jewett_4/problem28.57.tex

index 32801634623bac531936e545295abe05fd993c59..449a4964053f498ab7ca7174f63b0914566b9824 100644 (file)
@@ -1,10 +1,10 @@
-\begin{problem*}{23.1}
+\begin{problem*}{23.1} % induction
 A flat loop of wire consisting of a single turn of cross-sectional
 area $A=8.00\U{cm$^2$}$ is perpendicular to a magnetic field that
 increases uniformly in magnitude from $B_i = 0.500\U{T}$ to $B_f =
 2.50\U{T}$ in $1.00\U{s}$.  What is the resulting induced current if
 the loop has a resistance of $R = 2.00\Omega$.
-\end{problem*} % problem 23.1
+\end{problem*}
 
 \begin{solution}
 By Faraday's law
index df069ac645cdacf5150b8e9aef53b5068a827339..959c80a1be54c8c9904bd5a3c996b678d9d6f5c1 100644 (file)
@@ -1,10 +1,10 @@
-\begin{problem*}{23.2}
+\begin{problem*}{23.2} % induction
 An $N = 25$ turn circular coil of wire has diameter $d = 1.00\U{m}$.
 It is placed with it's axis along the direction of the Earth's
 magnetic field of $B = 50.0\U{$\mu$T}$, and then in $t = 0.200\U{s}$
 it is flipped 180\dg.  An average emf of what magnitude is generated
 in the coil?
-\end{problem*} % problem 23.2
+\end{problem*}
 
 \begin{solution}
 The flux before the flip is
index 6e6618a6124ca4ed5aeb9da51906702d8949e815..4b12081666191724ab85da1fdcde375cbeef5790 100644 (file)
@@ -1,10 +1,10 @@
-\begin{problem*}{23.6}
+\begin{problem*}{23.6} % transformers
 A coil of $N=15$ turns and radius $R=10.0\U{cm}$ surrounds a long
 solenoid of radius $r=2.00\U{cm}$ and $n=1.00\E{3}\U{turns/m}$
 (Fig.~P23.6).  The current in the solenoid changes as
 $I=(5.00\U{A})\sin(120t)$.  Find the induced emf in the $15$ turn coil
 as a function of time.
-\end{problem*} % problem 23.6
+\end{problem*}
 
 \begin{solution}
 Because the solenoid is long, we can pretend it is infinite, so all
index 57fa317ee9eea832d14a7d745d3e5e7342267aff..5cf3b0c9336f889b7981289bb48ff178079694d9 100644 (file)
@@ -1,11 +1,11 @@
-\begin{problem*}{23.7}
+\begin{problem*}{23.7} % induction
 An $N=30$ turn circular coil of radius $r = 4.00\U{cm}$ and resistance
 $R = 1.00\Omega$ is placed in a magnetic field directed perpendicular
 to the plane of the coil.  The magnitude of the magnetic field varies
 with time according to $B = 0.0100t + 0.0400t^2$, where $t$ is in
 seconds and $B$ is in Tesla.  Calculate the induced emf in the coil
 at $t= 5.00\U{s}$.
-\end{problem*} % problem 23.7
+\end{problem*}
 
 \begin{solution}
 The magnetic flux through the loop is
index 2ce4c195b1c7e0d5d5671d85392c83639af493da..4b7aead4578f150eb1f55293453d5801afc0c657 100644 (file)
@@ -1,4 +1,4 @@
-\begin{problem*}{23.10}
+\begin{problem*}{23.10} % induction
 A piece of insulated wire is shaped into a figure eight as shown in
 Figure P23.10.  The radius of the upper circle is $r_s = 5.00\U{cm}$
 and that of the lower circle is $r_b = 9.00\U{cm}$.  The wire has a
@@ -7,7 +7,7 @@ A uniform magnetic field is applied perpendicular to the plane of the
 two circles, in the direction shown.  The magnetic field is increasing
 at a constant rate of $dB/dt = 2.00\U{T/s}$.  Find the magnitude and
 direction of the induced current in the wire.
-\end{problem*} % problem 23.10
+\end{problem*}
 
 \begin{solution}
 Pick a direction for the current to be counterclockwise in the bottom
index 7a3f495248d2f8438617dd2abd5fd4504ad7afe0..649d182c1ca0299d8d6db8d25be46f7b8367e212 100644 (file)
@@ -1,4 +1,4 @@
-\begin{problem*}{23.12}
+\begin{problem*}{23.12} % rail guns
 Consider the arrangement shown in Figure P23.12.  Assume that $R =
 6.00\Omega$, $l = 1.20\U{m}$, and a uniform $B=2.50\U{T}$ magnetic
 field is directed into the page.  At what speed should the bar be
index 8d9bff2070ad2d1937140a215f41669394dcdd51..2c776a3a35848a9f71b99cf5a03be65662d08395 100644 (file)
@@ -1,4 +1,4 @@
-\begin{problem*}{23.13}
+\begin{problem*}{23.13} % rail guns
 Figure P23.12 shows a top view of a bar that can slide without
 friction.  The resistor is $R = 6.00\Omega$, and a $B = 2.50\U{T}$
 magnetic field is directed perpendicularly downward, into the paper.
@@ -6,7 +6,7 @@ Let $l = 1.20\U{m}$.
 \Part{a} Calculate the applied force required to move the bar to the
 right at a constant speed $v = 2.00\U{m/s}$.
 \Part{b} At what rate is energy delivered to the resistor?
-\end{problem*} % problem 23.13
+\end{problem*}
 
 \begin{solution}
 \Part{a}
index df188449ceb744e30fd9c695c1751cc7988bc1b2..28d98962bffb5e82d21281b53b1396916f4ffd4a 100644 (file)
@@ -1,14 +1,14 @@
-\begin{problem*}{23.22}
+\begin{problem*}{23.22} % induction
 A rectangular coil with resistance $R$ has $N$ turns, each of length
 $l$ and width $w$ as shown in Figure P23.22.  The coil moves in a
 uniform magnetic field \vect{B} with constant velocity $v$.  What are
-the magnitude and direction of the total magnetic force on the coild
+the magnitude and direction of the total magnetic force on the coil
 as it
  \Part{a} enters,
  \Part{b} moves within, and
  \Part{c} leaves
  the magnetic field.
-\end{problem*} % problem 23.22
+\end{problem*}
 
 \begin{solution}
 \Part{a}
index 0bc23c28e3a29c66bb1537860a25916fa5cb5620..d494e1292af52434fe33f08e37975ff69ac1802c 100644 (file)
@@ -1,4 +1,4 @@
-\begin{problem*}{23.53}
+\begin{problem*}{23.53} % cyclotrons
 A particle with a mass of $m = 2.00\E{-16}\U{kg}$ and a charge of $q =
 30.0\U{nC}$ starts from rest, is accelerated by a strong electric
 field, and is fired from a small source inside a region of uniform
@@ -8,7 +8,7 @@ particle encloses a magnetic flux of $\Phi_B = 15.0\U{$\mu$Wb}$.
 \Part{a} Calculate the speed of the particle.
 \Part{b} Calculate the potential difference through which the particle
 accelerated inside the source.
-\end{problem*} % problem 23.53
+\end{problem*}
 
 \begin{solution}
 \Part{a}
index c87a321d44010dad3ad25557c2bd7ee57d8693d9..015143f200b4c233d2c4ba706064ba3ccb240d37 100644 (file)
@@ -1,4 +1,4 @@
-\begin{problem*}{23.64}
+\begin{problem*}{23.64} % inductor energy
 A novel method of storing energy has been proposed.  A huge,
 underground, superconducting coil, $d = 1.00\U{km}$ in diameter, would
 be fabricated.  It would carry a maximum current of $I=50.0\U{kA}$
@@ -7,7 +7,7 @@ through each winding of an $N = 150$ turn Nb$_3$Sn solenoid.
 what would be the total energy stored?
 \Part{b} What would be the compressive force per meter length acting
 between two adjacent windings $r = 0.250\U{m}$ apart?
-\end{problem*} % problem 23.64
+\end{problem*}
 
 \begin{solution}
 \Part{a}
index 4112ccb949c191d4421f854084034cdedf1fd04d..0b3e684b272be0413edcf6bfbb8e0935e8ca6fc7 100644 (file)
@@ -1,4 +1,4 @@
-\begin{problem*}{24.7}
+\begin{problem*}{24.7} % EM waves
 Figure 24.3 shows a plane electromagnetic sinosoidal wave propogating
 in the $x$ direction.  Suppose the wavelength is $50.0\U{m}$ and the
 electric field vibrates in the $xy$ plane with an amplitude of
@@ -11,7 +11,7 @@ its magnidude in the form
 \begin{equation}
  B = B_\text{max}\cos(kx-\omega t)
 \end{equation}
-\end{problem*} % problem 24.7
+\end{problem*}
 
 \begin{solution}
 \Part{a}
index d3d54faf78f1ba9019ec58c9fe4f6f6d171dc525..4f35cc08dbde1206d25a8b78ef327a12bf806551 100644 (file)
@@ -1,4 +1,4 @@
-\begin{problem*}{24.8}
+\begin{problem*}{24.8} % EM waves
 In SI units, the electric field in an electromagnetic wave is described by
 \begin{equation}
   E_y = 100\sin(1.00\E{7}x - \omega t)
@@ -6,7 +6,7 @@ In SI units, the electric field in an electromagnetic wave is described by
 Find \Part{a} the amplitude of the corresponding magnetic field
 oscillations, \Part{b} the wavelength $\lambda$, and \Part{c} the
 frequency $f$.
-\end{problem*} % problem 24.8
+\end{problem*}
 
 \begin{solution}
 \Part{a}
index bd71e29b7556979b07af7b4fbe957cb763c718af..1d62f72f92a0395eb35f14569a8d736870ead2ac 100644 (file)
@@ -2,7 +2,7 @@
 \newcommand{\Bm}{B_\text{max}}
 \newcommand{\ctrig}{\cos(kx-\omega t)}
 \newcommand{\strig}{\sin(kx-\omega t)}
-\begin{problem*}{24.9}
+\begin{problem*}{24.9} % EM waves, Maxwell's equations
 Verify by substitution that the following equations are solutions to
 Equations 24.15 and 24.16 respectively:
 \begin{align}
@@ -13,7 +13,7 @@ Equations 24.15 and 24.16 respectively:
   \npderiv{2}{x}{E} &= \epsilon_0\mu_0 \npderiv{2}{t}{E} \tag{24.15} \\
   \npderiv{2}{x}{B} &= \epsilon_0\mu_0 \npderiv{2}{t}{B} \tag{24.16}
 \end{align*}
-\end{problem*} % problem 24.9
+\end{problem*}
 
 \begin{solution}
 This is just an excercise in partial derivatives.
index 16069e6611f345079bcb6e1f803bee215bb7de91..d0bd409139961c8ca3dedb7cc0f0b2f31bfb3b2e 100644 (file)
@@ -1,10 +1,10 @@
-\begin{problem*}{24.22}
+\begin{problem*}{24.22} % power <-> EM fields
 An AM radio station broadcasts isotropically (equally in all
 directions) with an average power of $4.00\U{kW}$.  A dipole recieving
 antenna $65.0\U{cm}$ long is at a location $4.00\U{miles}$ from the
 transmitter.  Compute the amplitude of the emf that is induced by this
 signal between the ends of the recieving antenna.
-\end{problem*} % problem 24.22
+\end{problem*}
 
 \begin{solution}
 To find the signal intensity at our antenna, we note that the power
index dffb1c54ec5870571cce4d8c6394b85f4dee40ef..2455c0a5e4522c9f586c28e46fb98d1135baf1fb 100644 (file)
@@ -1,12 +1,12 @@
-\begin{problem*}{24.25}
+\begin{problem*}{24.25} % Poynting vector, power <-> EM fields
 The filament of an incandescent lamp has a $150\U{\Ohm}$ resistance
 and carries a direct current of $1.00\U{A}$.  The filament is
 $8.00\U{cm}$ long and $0.900\U{mm}$ in radius.  \Part{a} Calculate
-thte Poynting vector at the surface of the filament, associated with
+the Poynting vector at the surface of the filament, associated with
 the static electric field producing the current and the curret's
 static magnetic field.  \Part{b} Find the magnitude of the static
 electric and magnetic fields at the surface of the filament.
-\end{problem*} % problem 24.25
+\end{problem*}
 
 \begin{solution}
 \Part{a}
index 301f497b380e3318c8a144e2ecc58e4252546dfa..ed5d1fef63798ee568c521ef53c85dc69990dd1b 100644 (file)
@@ -1,4 +1,4 @@
-\begin{problem}
+\begin{problem} % thin film interference
 An oil film ($n = 1.5$) floats on the surface of a bowl of water.  The
 film is illuminated by a white light placed directly above the bowl.
 Red light at $\lambda = 650\U{nm}$ is the most strongly reflected
index 4010ba63d33e7255318f35ddfbeaafe5cd559e24..e3aa41e3e87c16a87c92def67b3fc6e7da4bf4c8 100644 (file)
@@ -1,10 +1,10 @@
-\begin{problem*}{28.4}
+\begin{problem*}{28.4} % photon energy
 Calculate the energy, in electron volts, of a photon whose frequency
 is \Part{a} $620\U{THz}$, \Part{b} $3.10\U{GHz}$, and \Part{c}
 $46.0\U{MHz}$.  \Part{d} Determine the corresponding wavelengths for
 these photons and state the classification of each on the
 electromagnetic spectrum.
-\end{problem*} % problem 28.4
+\end{problem*}
 
 \begin{solution}
 \begin{center}
index 910f1be57d4e50e38e10ec8bdda9c3267ca45e35..7e13f681d75dcee7714e5ed5c1314530ff411010 100644 (file)
@@ -1,10 +1,10 @@
-\begin{problem*}{28.6}
+\begin{problem*}{28.6} % photon energy
 The average threshold of dark-adapted (scotopic) vision is
 $4.00\E{-11}\U{W/m$^2$}$ at a central wavelength of $500\U{nm}$.  If
 light having this intensity and wavelength enters the eye and the
 pupil is open to its maximum diameter of $8.50\U{mm}$, how many
 photons per second enter the eye?
-\end{problem*} % problem 28.6
+\end{problem*}
 
 \begin{solution}
 The total power into the eye is
index 8e98c143d6e4dfc6f18ab79c262aa278edc172b3..7229afae2094417dcd3cbf795b68820cd9059560 100644 (file)
@@ -1,9 +1,9 @@
-\begin{problem*}{28.9}
+\begin{problem*}{28.9} % photoelectric effect
 Molybdenum has a work function of $4.20\U{eV}$.  \Part{a} Find the
 cutoff wavelength and cutoff frequency for the photoelectic
 effect.  \Part{b} What is the stopping potential if the incident light
 has a wavelength of $180\U{nm}$?
-\end{problem*} % problem 28.9
+\end{problem*}
 
 \begin{solution}
 \Part{a}
index 50cafdfe64ca35c18e9091459aae3385e4209fbd..0398dad03b8ec1e8510887481b18ca7c67029302 100644 (file)
@@ -1,9 +1,9 @@
-\begin{problem*}{28.10}
+\begin{problem*}{28.10} % photoelectric effect
 Electrons are ejected from a metallic surface with speeds ranging up
 to $4.60\E{5}\U{m/s}$ when light with a wavelength of $625\U{nm}$ is
 used.  \Part{a} What is the work function of the surface?  \Part{b}
 What is the cutoff frequency for this surface?
-\end{problem*} % problem 28.10
+\end{problem*}
 
 \begin{solution}
 \Part{a}
index 8d8a4317414a47ef422665562003786a1cfb6aa2..79311350a2772574a32c1de6013f962dd07c1fc6 100644 (file)
@@ -1,9 +1,9 @@
-\begin{problem*}{28.13}
+\begin{problem*}{28.13} % photoelectric effect
 An isolated copper sphere of radius $5.00\U{cm}$, initially uncharged,
 is illuminated by ultraviolet light of wavelength $200\U{nm}$.  What
 charge will the photoelectric effect induce on the sphere?  The work
 function for copper is $4.70\U{eV}$.
-\end{problem*} % problem 28.13
+\end{problem*}
 
 \begin{solution}
 As light lands on the sphere, electrons are blasted off into oblivion.
index bc1032dabb41b72ad71693344419b8df3479f6a3..6009fc103547a585625c22ddbc6b699347dfa415 100644 (file)
@@ -1,6 +1,6 @@
-\begin{problem*}{28.14}
+\begin{problem*}{28.14} % photon energy
 Calculate the energy and momentum of a photon of wavelength $700\U{nm}$.
-\end{problem*} % problem 28.14
+\end{problem*}
 
 \begin{solution}
 You should be familiar with these equations by now (after our time
index e033770383250df7e0cbd0874e35028b02d98aae..327c15721acf515f452c7b0910879dac197e859a 100644 (file)
@@ -1,10 +1,10 @@
-\begin{problem*}{28.15}
+\begin{problem*}{28.15} % Compton effect
 X-rays having an energy of $300\U{keV}$ undergo Compton scattering
 from a target.  The scattered rays are detected at $37.0\dg$ relative
 to the incident rays.  Find \Part{a} the Compton shift at this
 angle, \Part{b} the energy of the scattered x-ray, and \Part{c} the
 energy of the recoiling electron.
-\end{problem*} % problem 28.15
+\end{problem*}
 
 \begin{solution}
 \Part{a}
index 62ef19b819088a13a266d5a6cef7561eb19c75b1..b504bb069fa8c025d8b046ae2b72c25130be5b3b 100644 (file)
@@ -1,8 +1,8 @@
-\begin{problem*}{28.16}
+\begin{problem*}{28.16} % Compton effect
 A $0.110\U{nm}$ photon collides with a stationary electron.  After
 the collision, the electron moves forward and the photon recoils
 backward.  Find the momentum and the kinetic energy of the electron.
-\end{problem*} % problem 28.16
+\end{problem*}
 
 \begin{solution}
 The photon scatters by $180\dg$, so from the Compton shift equation
index 61564d39e99b0d5ba182872f2b1851459bd80eb5..16b3503eabb36fab9d5e2c062d75c94bb57b8bad 100644 (file)
@@ -1,9 +1,11 @@
-\begin{problem}
+\begin{problem*}{28.25} % diffraction, resolution
 The resolving power of a microscope depends on the wavelength of light
 used.  If one wished to ``see'' an atom, a resolution of approximately
 $1.00\E{-11}\U{\m}$ would be required.  \Part{a} If electrons are used
-(in an electron microscope), what minimum kinetic energy is required for the electrons?  \Part{b} If photons are used, what minimum photon energy is needed to obtain the required resolution?
-\end{problem} % Problem 28.25
+(in an electron microscope), what minimum kinetic energy is required
+for the electrons?  \Part{b} If photons are used, what minimum photon
+energy is needed to obtain the required resolution?
+\end{problem*}
 
 \begin{solution}
 \Part{a}
index 32ab154e9234e5170d7ea1963c20d580d8123d8b..1d82488c43ae31d216c547b7689ae23902b88c14 100644 (file)
@@ -1,6 +1,6 @@
-\begin{problem*}{28.56}
+\begin{problem*}{28.56} % photoelectric effect
 Figure P28.56 shows the stopping potential versus the incident photon
-frequency for the photoelectric effect for sodupm.  Use the graph to
+frequency for the photoelectric effect for sodium.  Use the graph to
 find \Part{a} the work function, \Part{b} the ratio $h/e$,
 and \Part{c} the cutoff wavelength.  The data are taken from
 R.A.~Millikan, \emph{Physical Review} 7:362 (1916).
index c3f374a553c16574626c5dda1fd5688bfed7fa55..4804571eb5d0c4ce90da77f849a8ef502e04b283 100644 (file)
@@ -1,4 +1,4 @@
-\begin{problem*}{28.57}
+\begin{problem*}{28.57} % photoelectric effect
 The following table shows data obtained in a photoelectric
 experiment.  \Part{a} Using these data, make a graph similar to Active
 Figure 28.9 that plots as a straight line.  From the graph,