Dynamiczna energia elektryczna: pełna dyskusja materiałowa + przykładowy problem

Dynamiczna elektryczność to przepływ naładowanych cząstek w postaci prądu elektrycznego, który może wytwarzać energię elektryczną.

Energia elektryczna może przepływać z punktu o wyższym potencjale do punktu o niższym potencjale, jeśli oba punkty są połączone w obwodzie zamkniętym.

Prąd elektryczny pochodzi z przepływu elektronów, które przepływają w sposób ciągły od bieguna ujemnego do bieguna dodatniego, od wysokiego potencjału do niskiego potencjału ze źródła różnicy potencjałów (napięcia).

Aby uzyskać więcej informacji, rozważ następujący obraz:

Na zdjęciu powyżej jest uważane za bardziej berpontensial wyższa niż B . Prąd elektryczny występuje od A do B, jest to spowodowane potencjalnym wysiłkiem równoważenia między A i B.

W analizie dynamicznych obwodów elektrycznych należy wziąć pod uwagę elementy obwodu, takie jak źródła zasilania i rezystancja, układ obwodów oraz prawa, które mają zastosowanie do obwodu.

Opór elektryczny

Rezystancja (R) jest elementem, który reguluje ilość prądu elektrycznego przepływającego przez obwód.

Wielkość rezystora nazywana jest rezystancją, która ma jednostki w omach (Ω). Przyrządem pomiarowym używanym do pomiaru rezystancji jest omomierz.

Każdy materiał ma inną wartość oporu. Na podstawie właściwości rezystywności materiału materiał dzieli się na trzy, a mianowicie

Przewodnik ma mały opór, dzięki czemu może dobrze przewodzić prąd. Na przykład materiały metalowe, takie jak żelazo, miedź, aluminium i srebro.
Izolatory mają dużą rezystancję, więc nie mogą przewodzić prądu. Na przykład drewno i plastik.
Tymczasem półprzewodniki to materiały, które mogą pełnić rolę przewodników, a także izolatorów. Na przykład węgiel, krzem i german.

Z właściwości tych materiałów, które są często używane jako bariera przewodząca, jest przewodnik.

Wartość rezystancji materiału przewodnika jest proporcjonalna do długości drutu (l) i jest odwrotnie proporcjonalna do pola przekroju poprzecznego drutu (A). Matematycznie można to sformułować w następujący sposób:

Gdzie jest rezystancja typu, L to długość przewodnika, a A to przekrój przewodu.

Dynamiczne wzory elektryczne

Formuła silnego prądu elektrycznego (I)

Prąd elektryczny występuje, gdy następuje transfer elektronów, jak opisano powyżej. Oba obiekty są naładowane, jeśli zostaną podłączone do przewodnika, wytworzą prąd elektryczny.

Prąd elektryczny jest symbolizowany przez literę I , ma jednostki Ampera (A) , więc wzór na siłę prądów w dynamicznej elektryczności jest następujący:

I = Q / t

Informacja:

I = prąd elektryczny (A)
Q = ilość ładunku elektrycznego (Coulomb)
t = przedział (y) czasu

Wzory dla różnych potencjałów lub źródeł napięcia (V)

Opierając się na powyższym opisie, prąd elektryczny ma definicję liczby elektronów poruszających się w określonym czasie.

Różnica potencjałów spowoduje przeniesienie elektronów, ilość energii elektrycznej potrzebnej do przepływu każdego ładunku elektrycznego z końca przewodnika nazywana jest napięciem elektrycznym lub różnicą potencjałów .

Źródło napięcia lub różnica potencjałów ma symbol V , w woltach . Matematycznie wzór na dynamiczną różnicę potencjałów elektrycznych jest następujący:

V = W / Q

Informacja:

V = różnica potencjałów lub napięcie źródła zasilania (V)
W = energia (dżule)
Q = szarża (kulomb)

Wzór na opór elektryczny (R)

Opór lub rezystor symbolizowany przez R , w omach, ma wzór:

R = ρ. l / A

Informacja:

R = opór elektryczny (omy)
ρ = rezystancja właściwa (om.mm2 / m)
A = pole przekroju poprzecznego drutu (m2)

Wzór prawa Ohma (Ω).

Prawo Ohma to prawo, które mówi, że różnica napięcia na przewodniku będzie proporcjonalna do przepływającego przez niego prądu.

Przeczytaj także: Obraz sieci Cube, komplet + przykłady

Prawo Ohma łączy siłę prądu elektrycznego, różnicę potencjałów i opór. Ze wzorem:

I = V / R lub R = V / I lub V = I. R

Informacja:

I = prąd elektryczny (A)
V = różnica potencjałów lub napięcia źródła zasilania (V)
R = opór elektryczny (omy)

Aby ułatwić zapamiętanie tej formuły, zależność trzech zmiennych można opisać następującym trójkątem:

Prawo obwodowe Kirchoffa

Prawo obwodu Kirchoffa to prawo określające zjawiska prądów i napięć w obwodzie elektrycznym. Prawo obwodu Kirchoffa 1 dotyczy przepływu prądu do punktu obwodu, a Prawo obwodu Kirchoffa 2 dotyczy różnic napięcia.

Prawo obwodu Kirchoffa 1

Dźwięk prawa obwodu Kirchoffa 1 brzmi: „W dowolnym punkcie rozgałęzienia obwodu elektrycznego, ilość prądu wpływającego do tego punktu jest równa ilości prądu wychodzącego z tego punktu lub całkowita ilość prądu w punkcie wynosi 0”

Matematycznie prawo Kirchoffa 1 wyraża się następującym równaniem:

lub

Wartość wypływu oznaczana jest znakiem ujemnym, a wartości napływu dodatnia.

Aby uzyskać więcej informacji, spójrz na poniższy obrazek:

Powyższy obrazek przedstawia zastosowanie Kirchoffa 1 w analizie obwodów elektrycznych, gdzie suma prądów dopływających i ₂ oraz i ₃ będzie taka sama jak suma odpływów i ₁ i i ₄ .

Prawo obwodu Kirchoffa 2

Dźwięk prawa obwodu Kirchoffa brzmi: „Suma kierunkowa (patrząc na orientację znaków dodatnich i ujemnych) różnicy potencjałów elektrycznych (napięcia) wokół obwodu zamkniętego jest równa 0 lub prościej, suma siły elektromotorycznej w środowisku zamkniętym jest równa liczbie spadków. potencjał w tym kręgu ”

Matematycznie prawo Kirchoffa 2 wyraża się następującym równaniem:

lub

Dynamiczna analiza obwodu elektrycznego

W analizie dynamicznych obwodów elektrycznych należy wziąć pod uwagę kilka ważnych terminów, a mianowicie:

Pętla

Pętla to zamknięty cykl, który ma punkt początkowy i końcowy w tym samym komponencie. W jednej pętli przepływa tylko jeden prąd elektryczny, a wartość różnicy potencjałów w elementach elektrycznych pętli może być różna.

Węzeł

Skrzyżowanie lub węzeł to miejsce spotkania dwóch lub więcej elementów elektrycznych. Węzeł staje się miejscem spotkań prądów elektrycznych o różnej wielkości i w każdym węźle obowiązuje prawo Kirchoffa 1

Analiza dynamicznych obwodów elektrycznych rozpoczyna się od identyfikacji pętli i złączy w obwodzie. Do analizy pętli można użyć prawa Kirchoffa 2, a do analizy skrzyżowań lub węzłów - prawa Kirchoffa 1

Kierunek pętli można określić niezależnie, ale generalnie kierunek pętli jest zgodny z kierunkiem prądu ze źródła napięcia, które jest najbardziej dominujące w obwodzie. Prąd ma znak dodatni, jeśli jest to ten kierunek pętli i znak ujemny, jeśli jest przeciwny do kierunku pętli.

W komponencie z EMF jest dodatni, jeśli biegun dodatni zostanie znaleziony dla pętli i odwrotnie, jest ujemny, jeśli najpierw zostanie znaleziony biegun ujemny w pętli.

Przykład analizy obwodu elektrycznego można wykonać na poniższym rysunku:

Informacja:

I ₃ to prąd z punktu A do B.

Pętla 1

Źródło napięcia 10 V (V1), które ma ujemną siłę elektromagnetyczną, ponieważ biegun ujemny jest napotkany jako pierwszy
Prąd I1 płynie w kierunku pętli, a prąd I3 w kierunku pętli
Istnieje składnik R1, który płynie z prądem I1
Istnieje składnik R2, który płynie z prądem I3
Równanie Kirchoffa 2 w pętli 1:

Przeczytaj także: Mięśnie gładkie: wyjaśnienie, rodzaje, cechy i zdjęcia

Pętla 2

Źródło napięcia 5 V (V2), które ma dodatnią siłę elektromagnetyczną, ponieważ biegun dodatni jest napotkany jako pierwszy
Prąd I2 płynie w kierunku pętli, a prąd I3 w kierunku pętli
Istnieje składnik R2, który płynie z prądem I3
Istnieje składnik R3, który jest zasilany prądem I2
Równanie Kirchoffa 2 w pętli 2:

Węzeł A

Występuje rozruch I1
Istnieją wyjścia I2 i I3
Równanie Kirchoffa 1 na Węźle A:

Przykłady dynamicznych problemów elektrycznych

Problem 1:

Spójrz na obrazek poniżej!

Jaki jest przepływ prądu elektrycznego zawarty w oporze R2?

Dyskusja

Wiesz: R1 = 1 Ω; R2 = 3 Ω; R3 = 9 Ω; V = 8 V.

Zapytany: I2 =?

Odpowiedź:

Ten przykład dynamicznych problemów z elektrycznością można rozwiązać, znajdując najpierw całkowitą liczbę rezystancji. Aby to zrobić, możesz wykonać poniższe czynności:

1 / Rp = 1 / R2 + 1 / R3

= (1/3) + (1/9)

= (3/9) + (1/9)

= 4/9

Rp = 9/4 Ω

Całkowity opór (Rt) = R1 + Rp

= 1 + 9/4

= 13/4 Ω

Następnym krokiem jest znalezienie całkowitego prądu zgodnie z prawem Ohma, jak poniżej:

I = V / Rt

= 8 / (13/4)

= 32/13 A.

Ostatnim krokiem jest obliczenie prądu płynącego w R2 za pomocą następującego wzoru:

I2 = R3 / (R2 + R3) x I

= (9 / (3 + 9)) x (32/13)

= (9/13) x (32/13)

= 1,7 A.

Czyli w rezystancji R2 występuje prąd elektryczny o natężeniu 1,7 A.

Problem 2:

Ilość każdego rezystora, która wynosi 3 w szeregu, to 4 Ω, 5 Ω i 7 Ω. Następnie jest bateria, która jest podłączona na obu końcach z dużym GGL 6 V i rezystancją wewnętrzną 3/4 Ω. Obliczyć napięcie w obwodzie?