Dynamisk elektricitet: Komplet materialediskussion + Eksempel på problem

Dynamisk elektricitet er en strøm af ladede partikler i form af en elektrisk strøm, der kan producere elektrisk energi.

Elektricitet kan strømme fra et punkt med højere potentiale til et punkt med lavere potentiale, hvis de to punkter er forbundet i et lukket kredsløb.

Elektrisk strøm kommer fra strømmen af elektroner, der løber kontinuerligt fra den negative pol til den positive pol, fra højt potentiale til lavt potentiale fra kilden til potentialeforskellen (spænding).

For flere detaljer, overvej følgende billede:

Billedet ovenfor sigerA er potentielt højere end B. Elektrisk strøm forekommer fra A til B, dette skyldes den potentielle afbalanceringsindsats mellem A og B.

I analysen af dynamiske elektriske kredsløb, der skal overvejes, er kredsløbskomponenter såsom strømkilder og modstand, kredsløbsarrangement og de love, der gælder for kredsløbet.

Elektrisk modstand

Modstanden (R) er en komponent, der fungerer til at regulere mængden af elektrisk strøm, der strømmer gennem kredsløbet.

Mængden af modstand kaldes modstanden, der har enheder på ohm (Ω). Måleinstrumentet, der bruges til at måle modstand, er et ohmmeter.

Hvert materiale har en anden modstandsværdi. Baseret på materialets resistivitetsegenskaber opdeles et materiale i tre, nemlig

Lederen har en lille modstand, så den kan lede elektricitet godt. For eksempel metalmaterialer såsom jern, kobber, aluminium og sølv.
Isolatorer har stor modstand, så de kan ikke lede elektricitet. For eksempel træ og plast.
I mellemtiden er halvledere materialer, der kan fungere som ledere såvel som isolatorer. For eksempel kulstof, silicium og germanium.

Fra egenskaberne af disse materialer, som ofte bruges som en ledende barriere, er en leder.

Værdien af ledermaterialets modstand er proportional med længden af ledningen (l) og er omvendt proportional med ledningens (A) tværsnitsareal. Matematisk kan det formuleres som følger:

Hvor er typemodstanden, L er lederens længde, og A er lederens tværsnit.

Dynamiske elektriske formler

Stærk elektrisk strømformel (I)

Elektrisk strøm opstår, når der er en overførsel af elektroner som beskrevet ovenfor. Begge genstande er opladet, hvis de er forbundet til en leder, vil de producere en elektrisk strøm.

Den elektriske strøm er symboliseret med bogstaverjeg, har enhederAmpere (A), så formlen for den nuværende styrke i dynamisk elektricitet er:

I = Q / t

Information:

I = elektrisk strøm (A)
Q = mængden af elektrisk ladning (Coulomb)
t = tidsinterval (er)

Formler til forskellige potentialer eller spændingskilder (V)

Baseret på ovenstående beskrivelse har elektrisk strøm en definition af antallet af elektroner, der bevæger sig inden for en bestemt tid.

Den potentielle forskel vil medføre overførsel af elektroner, den mængde elektrisk energi, der kræves for at strømme hver elektrisk ladning fra enden af lederen kaldes elektrisk spænding eller potentialforskel.

Spændingskilden eller potentialforskellen har et symbolV, med enhederVolt. Matematisk er formlen for dynamisk elektrisk potentialeforskel:

V = W / Q

Information:

V = potentialforskel eller strømkildes spænding (Volt)
W = energi (Joule)
Q = opladning (Coulomb)

Elektrisk modstandsformel (R)

Modstanden eller modstanden er symboliseret ved Rmed enheder af ohm har formlen:

R = ρ. l / A

Information:

R = elektrisk modstand (ohm)
ρ = specifik modstand (ohm.mm2 / m)
A = ledningens tværsnitsareal (m2)

Ohms lovformel (Ω).

Ohms lov er en lov, der siger, at forskellen i spænding på tværs af lederen vil være proportional med strømmen, der passerer gennem den.

Læs også: Billede af terningsnet, komplette + eksempler

Ohms lov forbinder styrken af elektrisk strøm, potentialforskel og modstand. Med formlen:

I = V / R eller R = V / I eller V = I. R

Information:

I = elektrisk strøm (A)
V = forskel i potentiale eller strømkildespænding (Volt)
R = elektrisk modstand (ohm)

For at gøre det lettere at huske denne formel kan forholdet mellem de tre variabler beskrives ved hjælp af følgende trekant:

Kirchoffs kredsløb

Kirchoffs kredsløb er en lov, der angiver fænomenerne strømme og spændinger i et elektrisk kredsløb. Kirchoff's Circuit Law 1 beskæftiger sig med strømmen til kredsløbets punkt, og Kirchoff 2 Circuit Law beskæftiger sig med forskellen i spænding.

Kirchoffs kredsløb 1

Lyden af kredslovsloven Kirchoff 1 er "På ethvert punkt af forgrening i et elektrisk kredsløb er strømmen, der kommer ind i det punkt, lig med mængden af strøm, der kommer ud af det punkt, eller den samlede strømmængde ved et punkt er 0 "

Matematisk Kirchoffs lov 1 udtrykkes ved følgende ligning:

eller

Værdien af udstrømningen tildeles et negativt tegn, mens værdien af tilstrømningen får et positivt tegn.

For flere detaljer, se på følgende billede:

Ovenstående billede viser Kirchoff 1-applikationen i elektrisk kredsløbsanalyse, hvor mængden af start i₂ og jeg₃ vil svare til summen af udstrømningen i₁ og jeg₄.

Kirchoffs kredsløb 2

Lyden af Kirchoffs 2 kredsløbslov er "Retningssummen (kigger på orienteringen af de positive og negative tegn) af den elektriske potentialforskel (spænding) omkring et lukket kredsløb er lig med 0 eller mere simpelt summen af elektromotivet kraft i et lukket miljø svarer til antallet af fald. potentialet i den cirkel "

Matematisk Kirchoff 2s lov udtrykkes ved følgende ligning:

eller

Dynamisk elektrisk kredsløbsanalyse

I analysen af dynamiske elektriske kredsløb er der flere vigtige udtryk, der skal overvejes, nemlig:

Sløjfe

En sløjfe er en lukket cyklus, der har et startpunkt og et slutpunkt i den samme komponent. I en sløjfe strømmer der kun en elektrisk strøm, og værdien af potentialforskellen i de elektriske komponenter i sløjfen kan være forskellig.

Knudepunkt

Et knudepunkt eller knudepunkt er mødestedet mellem to eller flere elektriske komponenter. Noder er mødestederne for elektriske strømme af forskellig størrelse, og ved hver knude finder Kirchoffs lov 1 anvendelse

Analyse af dynamiske elektriske kredsløb begynder med at identificere sløjferne og krydsene i kredsløbet. Kirchoff 2's lov kan bruges til at analysere sløjfer og til at analysere kryds eller knudepunkter, Kirchoffs lov 1 bruges

Sløjfens retning kan bestemmes uafhængigt, men generelt er sløjfens retning i strømretningen fra den spændingskilde, der er mest dominerende i kredsløbet. Strømmen har et positivt tegn, hvis det er i samme retning som sløjfen og et negativt tegn, hvis det er modsat sløjferetningen.

I komponenten med EMF er det positive tegn, hvis den positive pol findes sløjfen først, og omvendt er negativ, hvis den negative pol findes sløjfen først

Et eksempel på en elektrisk kredsløbsanalyse kan udføres med følgende figur:

Information:

jeg₃ er strømmen fra punkt A til B.

Sløjfe 1

En spændingskilde på 10V (V1), som har en negativ EMF, fordi den negative pol først opstår
Strøm I1 er i retning af sløjfen, og strøm I3 er i retning af sløjfen
Der er en komponent R1, der strømmer med strøm I1
Der er en komponent R2, der strømmer med strøm I3
Kirchoff 2s ligning i løkke 1:

Læs også: Glatte muskler: Forklaring, Typer, Funktioner og Billeder

Sløjfe 2

5V (V2) spændingskilde, som har en positiv GGL, fordi den positive pol først opstår
Strøm I2 er i retning af sløjfen, og strøm I3 er i retning af sløjfen
Der er en komponent R2, der strømmer med strøm I3
Der er en komponent R3, der får strøm fra strømmen I2
Kirchoff 2's ligning i løkke 2:

Knude A

Der er en start I1
Der er udgange I2 og I3
Kirchoffs ligning 1 på node A:

Eksempler på dynamiske elektriske problemer

Opgave 1:

Se på billedet nedenfor!

Hvad er strømmen af elektrisk strøm indeholdt i modstand R2?

Diskussion

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

Spurgte: I2 =?

Svar:

Dette eksempel på dynamiske elektricitetsproblemer kan løses ved først at finde det samlede antal modstande. For at gøre dette kan du bruge trinnene som nedenfor:

1 / Rp = 1 / R2 + 1 / R3

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

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

= 4/9

Rp = 9/4 Ω

Total modstand (Rt) = R1 + Rp

= 1 + 9/4

= 13/4 Ω

Det næste trin er at finde den samlede strøm med Ohms lov som nedenfor:

I = V / Rt

= 8/(13/4)

= 32/13 A.

Det sidste trin er at beregne strømmen, der flyder i R2 med følgende formel:

I2 = R3 / (R2 + R3) x I

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

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

= 1,7 A.

Så på R2-modstand strømmer der en elektrisk strøm ved 1,7 A.

Opgave 2:

Mængden af hver modstand, der udgør 3 i en serie, er 4 Ω, 5 Ω og 7 Ω. Så er der et batteri, der er forbundet i begge ender med en stor GGL på 6 Volt og en intern modstand på 3/4 Ω. Beregn spændingen på kredsløbet?