Dynamisk elektricitet: komplett materialdiskussion + exempelproblem

Dynamisk elektricitet är ett flöde av laddade partiklar i form av en elektrisk ström som kan producera elektrisk energi.

Elektricitet kan strömma från en punkt med högre potential till en punkt med lägre potential om de två punkterna är anslutna i en sluten krets.

Elektrisk ström kommer från flödet av elektroner som strömmar kontinuerligt från den negativa polen till den positiva polen, från hög potential till låg potential från källan till potentialskillnaden (spänning).

För mer information, överväga följande bild:

Bilden ovan sägs vara en mer berpontensial högre än B . En elektrisk ström uppstår från A till B, detta beror på den potentiella balanseringsansträngningen mellan A och B.

I analysen av dynamiska elektriska kretsar som måste beaktas är kretskomponenter som strömkällor och motstånd, kretsarrangemang och lagarna som gäller kretsen.

Elektrisk resistans

Motståndet (R) är en komponent som fungerar för att reglera mängden elektrisk ström som strömmar genom kretsen.

Mängden av motstånd kallas motståndet som har enheter av Ohm (Ω). Mätinstrumentet som används för att mäta motstånd är en ohmmeter.

Varje material har olika motståndsvärde. Baserat på materialens resistivitetsegenskaper är ett material uppdelat i tre, nämligen

Ledaren har ett litet motstånd så att den kan leda elen bra. Till exempel metallmaterial som järn, koppar, aluminium och silver.
Isolatorer har ett stort motstånd, så de kan inte leda elektricitet. Till exempel trä och plast.
Medan halvledare är material som kan fungera som ledare, liksom isolatorer. Till exempel kol, kisel och germanium.

Från egenskaperna hos dessa material, som ofta används som en ledande barriär, är en ledare.

Värdet på ledarmaterialets motstånd är proportionellt mot ledningens längd (l) och är omvänt proportionellt mot trådens (A) tvärsnittsarea. Matematiskt kan den formuleras enligt följande:

Var är typmotståndet, L är ledarens längd och A är ledarens tvärsnitt.

Dynamiska elektriska formler

Stark elektrisk strömformel (I)

Elektrisk ström uppstår när det sker en elektronöverföring som beskrivs ovan. Båda föremålen är laddade, om de är anslutna till en ledare producerar de en elektrisk ström.

Den elektriska strömmen symboliseras av bokstaven I , har enheter Ampere (A) , så formeln för strömstyrkan i dynamisk elektricitet är:

I = Q / t

Information:

I = elektrisk ström (A)
Q = mängden elektrisk laddning (Coulomb)
t = tidsintervall (er)

Formler för olika potentialer eller spänningskällor (V)

Baserat på beskrivningen ovan har elektrisk ström en definition av antalet elektroner som rör sig under en viss tid.

Potentialskillnaden kommer att orsaka överföring av elektroner, mängden elektrisk energi som krävs för att strömma varje elektrisk laddning från ledarens ände kallas elektrisk spänning eller potentialskillnad .

Spänningskällan eller potentialskillnaden har symbolen V , i enheter av volt . Matematiskt är formeln för dynamisk elektrisk potentialskillnad:

V = W / Q

Information:

V = potentialskillnad eller strömkällspänning (Volt)
W = energi (Joule)
Q = laddning (Coulomb)

Elektrisk motståndsformel (R)

Motståndet eller motståndet symboliserat av R , i ohm, har formeln:

R = ρ. l / A

Information:

R = elektriskt motstånd (ohm)
ρ = specifikt motstånd (ohm.mm2 / m)
A = trådens tvärsnittsarea (m2)

Ohms lagformel (Ω).

Ohms lag är en lag som säger att skillnaden i spänning över ledaren kommer att vara proportionell mot strömmen genom den.

Läs också: Bild av kubnät, Komplett + exempel

Ohms lag förbinder styrkan hos elektrisk ström, potentialskillnad och motstånd. Med formeln:

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

Information:

I = elektrisk ström (A)
V = skillnad i potential- eller strömkällspänning (Volt)
R = elektriskt motstånd (ohm)

För att göra det lättare att komma ihåg denna formel kan förhållandet mellan de tre variablerna beskrivas av följande triangel:

Kirchoffs kretslag

Kirchoffs kretslag är en lag som anger fenomenet strömmar och spänningar i en elektrisk krets. Kirchoffs kretslag 1 behandlar strömflödet till kretsens punkt och Kirchoff 2 kretslag behandlar spänningsskillnader.

Kirchoffs kretslag 1

Ljudet från kretslagen Kirchoff 1 är "Vid vilken punkt som helst i en elektrisk krets, är mängden ström som går in i den punkten lika med mängden ström som lämnar den punkten eller den totala strömmen vid en punkt är 0"

Matematiskt uttrycks Kirchoffs lag 1 genom följande ekvation:

eller

Värdet på utflödet ges ett negativt tecken, medan värdet på inflödet ges ett positivt tecken.

För mer information, se följande bild:

Bilden ovan visar Kirchoff 1-applikationen i elektrisk kretsanalys, där summan av inkommande strömmar i ₂ och i ₃ kommer att vara densamma som summan av utflöden i ₁ och i ₄ .

Kirchoffs kretslag 2

Ljudet från Kirchoff 2: s kretslag är "Riktningssumman (tittar på orienteringen av de positiva och negativa tecknen) av den elektriska potentialskillnaden (spänning) runt en sluten krets är lika med 0, eller enklare, summan av den elektromotoriska kraften i en sluten miljö motsvarar antalet minskningar. potential i den cirkeln "

Matematiskt Kirchoff 2: s lag uttrycks av följande ekvation:

eller

Dynamisk elektrisk kretsanalys

Vid analysen av dynamiska elektriska kretsar finns det flera viktiga termer som måste beaktas, nämligen:

Slinga

En slinga är en sluten cykel som har en startpunkt och en slutpunkt i samma komponent. I en slinga flyter bara en elektrisk ström och värdet på potentialskillnaden i slingans elektriska komponenter kan vara annorlunda.

Korsning

En korsning eller nod är mötesplatsen mellan två eller flera elektriska komponenter. Noden blir en mötesplats för elektriska strömmar av olika storlek och vid varje nod kommer Kirchoffs lag 1 att gälla

Analys av dynamiska elektriska kretsar börjar med att identifiera slingorna och korsningarna i kretsen. För att analysera slingor kan Kirchoffs lag 2 användas, och för att analysera korsningar eller noder används Kirchoffs lag 1

Slingans riktning kan bestämmas oberoende, men i allmänhet är slingans riktning i strömriktningen från den spänningskälla som är mest dominerande i kretsen. Strömmen har ett positivt tecken om det är samma riktning som slingan och ett negativt tecken om den är motsatt slingans riktning.

I komponenten med EMF, är positiv om den positiva polen finns för slingan och vice versa är negativ om den negativa polen hittas i slingan först.

Ett exempel på en elektrisk kretsanalys kan göras med följande bild:

Information:

I ₃ är strömmen från punkt A till B.

Slinga 1

En 10V (V1) spänningskälla som har en negativ EMF eftersom den negativa polen påträffas först
Ström I1 är i slingans riktning och ström I3 är i slingans riktning
Det finns en komponent R1 som flyter med ström I1
Det finns en komponent R2 som strömmar med ström I3
Kirchoff 2: s ekvation i slinga 1:

Läs också: Släta muskler: förklaring, typer, funktioner och bilder

Slinga 2

5V (V2) spänningskälla som har en positiv GGL eftersom den positiva polen påträffas först
Ström I2 är i slingans riktning och ström I3 är i slingans riktning
Det finns en komponent R2 som strömmar med ström I3
Det finns en komponent R3 som matas av strömmen I2
Kirchoff 2: s ekvation i slinga 2:

Nod A

Det finns en start I1
Det finns avfart I2 och I3
Kirchoffs ekvation 1 på nod A:

Exempel på dynamiska elektriska problem

Problem 1:

Titta på bilden nedan!

Vad är flödet av elektrisk ström i motstånd R2?

Diskussion

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

Frågade: I2 =?

Svar:

Detta exempel på dynamiska elproblem kan lösas genom att först hitta det totala antalet motstånd. För att göra detta kan du använda stegen nedan:

1 / Rp = 1 / R2 + 1 / R3

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

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

= 4/9

Rp = 9/4 Ω

Total resistans (Rt) = R1 + Rp

= 1 + 9/4

= 13/4 Ω

Nästa steg är att hitta den totala strömmen med Ohms lag enligt nedan:

I = V / Rt

= 8 / (13/4)

= 32/13 A.

Det sista steget är att beräkna strömmen som flyter i R2 med en formel som följande:

I2 = R3 / (R2 + R3) x I

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

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

= 1,7 A.

Så i R2-motstånd flyter en elektrisk ström vid 1,7 A.

Problem 2:

Mängden för varje motstånd, som uppgår till 3 i en serie, är 4 Ω, 5 Ω och 7 Ω. Sedan finns det ett batteri som är anslutet i båda ändar med en stor GGL på 6 Volt och ett internt motstånd på 3/4 Ω. Beräkna spänningen på kretsen?