Dynamická elektrina: kompletná diskusia o materiáli + príklad problému

Dynamická elektrina je tok nabitých častíc vo forme elektrického prúdu, ktorý môže produkovať elektrickú energiu.

Elektrická energia môže prúdiť z bodu s vyšším potenciálom do bodu s nižším potenciálom, ak sú dva body spojené v uzavretom okruhu.

Elektrický prúd pochádza z toku elektrónov, ktoré nepretržite prúdia zo záporného pólu na kladný pól, z vysokého potenciálu na nízky potenciál zo zdroja potenciálneho rozdielu (napätia).

Ďalšie podrobnosti nájdete na nasledujúcom obrázku:

Obrázok vyššie hovoríA je potenciálne vyššia ako B. Elektrický prúd sa vyskytuje z A do B, je to kvôli potenciálnej vyrovnávacej sile medzi A a B.

Pri analýze dynamických elektrických obvodov je potrebné brať do úvahy komponenty obvodu, ako sú zdroje energie a odpor, usporiadanie obvodov a zákony, ktoré sa na tento obvod vzťahujú.

Elektrický odpor

Odpor (R) je komponent, ktorý reguluje množstvo elektrického prúdu pretekajúceho obvodom.

Veľkosť odporu sa nazýva odpor, ktorý má jednotky ohmov (Ω). Meracím prístrojom používaným na meranie odporu je ohmmeter.

Každý materiál má inú hodnotu odporu. Na základe vlastností odporu materiálu sa materiál delí na tri, a to

Vodič má malý odpor, takže môže dobre viesť elektrinu. Napríklad kovové materiály ako železo, meď, hliník a striebro.
Izolátory majú veľký odpor, takže nemôžu viesť elektrinu. Napríklad drevo a plast.
Polovodiče sú zatiaľ materiály, ktoré môžu pôsobiť ako vodiče aj ako izolátory. Napríklad uhlík, kremík a germánium.

Z vlastností týchto materiálov, ktoré sa často používajú ako vodivá bariéra, je vodič.

Hodnota odporu materiálu vodiča je úmerná dĺžke drôtu (l) a je nepriamo úmerná ploche prierezu drôtu (A). Matematicky to možno formulovať nasledovne:

Kde je typový odpor, L je dĺžka vodiča a A je prierez vodiča.

Dynamické elektrické vzorce

Vzorec silného elektrického prúdu (I)

Elektrický prúd nastáva, keď dôjde k prenosu elektrónov, ako je opísané vyššie. Oba objekty sú nabité, ak sú pripojené k vodiču, bude produkovať elektrický prúd.

Elektrický prúd je symbolizovaný písmenamiJa, má jednotkyAmpér (A), takže vzorec pre prúdovú silu v dynamickej elektrine je:

I = Q / t

Informácie:

I = elektrický prúd (A)
Q = množstvo elektrického náboja (Coulomb)
t = časový interval (intervaly)

Vzorce pre rôzne potenciály alebo zdroje napätia (V)

Na základe vyššie uvedeného popisu má elektrický prúd definíciu počtu elektrónov, ktoré sa pohybujú v určitom čase.

Rozdiel potenciálov spôsobí prenos elektrónov, množstvo elektrickej energie potrebnej na prúdenie každého elektrického náboja z konca vodiča sa nazýva elektrické napätie alebo rozdiel potenciálov.

Zdroj napätia alebo rozdiel potenciálov má symbolV., s jednotkamiVolt. Matematicky vzorec pre rozdiel dynamického elektrického potenciálu je:

V = W / Q

Informácie:

V = potenciálny rozdiel alebo napätie zdroja energie (volt)
W = energia (Joule)
Q = náboj (Coulomb)

Vzorec elektrického odporu (R)

Odpor alebo odpor je symbolizovaný symbolom R, s jednotkami ohmov, má vzorec:

R = ρ. l / A

Informácie:

R = elektrický odpor (ohmy)
ρ = špecifický odpor (ohm.mm2 / m)
A = plocha prierezu drôtu (m2)

Vzorec Ohmovho zákona (Ω).

Ohmov zákon je zákon, ktorý hovorí, že rozdiel napätia na vodiči bude úmerný prúdu, ktorý ním prechádza.

Prečítajte si tiež: Obrázok kockových sietí, úplné + príklady

Ohmov zákon spája silu elektrického prúdu, rozdiel potenciálov a odpor. Podľa vzorca:

I = V / R alebo R = V / I alebo V = I. R

Informácie:

I = elektrický prúd (A)
V = rozdiel v potenciáli alebo napätí zdroja energie (Volt)
R = elektrický odpor (ohmy)

Aby sme si tento vzorec ľahšie zapamätali, možno vzťah troch premenných opísať nasledujúcim trojuholníkom:

Kirchoffov zákon o obvode

Kirchoffov zákon o obvode je zákon, ktorý udáva javy prúdov a napätí v elektrickom obvode. Kirchoffov zákon o obvode 1 sa zaoberá tokom prúdu do bodu obvodu a zákon o obvode Kirchoff 2 sa zaoberá rozdielom napätia.

Kirchoffov zákon o obvode 1

Zvuk obvodu zákona Kirchoff 1 je „V ktoromkoľvek bode rozvetvenia v elektrickom obvode sa množstvo prúdu vstupujúceho do tohto bodu rovná množstvu prúdu vychádzajúcemu z tohto bodu alebo celkové množstvo prúdu v bode je 0 „

Matematicky je Kirchoffov zákon 1 vyjadrený nasledujúcou rovnicou:

alebo

Hodnota odtoku sa označuje záporne, zatiaľ čo hodnota prítoku sa uvádza kladne.

Viac podrobností nájdete na nasledujúcom obrázku:

Vyššie uvedený obrázok zobrazuje aplikáciu Kirchoff 1 v analýze elektrických obvodov, kde množstvo nábehu i₂ a i₃ sa bude rovnať súčtu odtokov i₁ a i₄.

Kirchoffov obvodový zákon 2

Zvuk Kirchoffovho zákona o 2 obvodoch je „Smerový súčet (pri pohľade na orientáciu kladných a záporných znamienok) rozdielu elektrického potenciálu (napätia) okolo uzavretého obvodu je rovný 0, alebo jednoduchšie, súčet elektromotora sila v uzavretom prostredí je ekvivalentná počtu poklesov. potenciál v tomto kruhu "

Matematicky je zákon Kirchoffa 2 vyjadrený nasledujúcou rovnicou:

alebo

Dynamická analýza elektrických obvodov

Pri analýze dynamických elektrických obvodov je potrebné brať do úvahy niekoľko dôležitých pojmov, a to:

Slučka

Smyčka je uzavretý cyklus, ktorý má začiatočný bod a koncový bod v tej istej súčasti. V jednej slučke preteká iba jeden elektrický prúd a hodnota rozdielu potenciálov v elektrických komponentoch slučky môže byť odlišná.

Križovatka

Križovatka alebo uzol je miestom stretnutia dvoch alebo viacerých elektrických komponentov. Uzly sú miestami stretnutí elektrických prúdov rôznej veľkosti a na každý uzol sa bude vzťahovať Kirchoffov zákon 1

Analýza dynamických elektrických obvodov sa začína identifikáciou slučiek a spojov v obvode. Zákon Kirchoff 2 možno použiť na analýzu slučiek a na analýzu spojov alebo uzlov sa použije zákon Kirchoff 2

Smer slučky je možné určiť nezávisle, ale všeobecne je smer slučky v smere prúdu od zdroja napätia, ktorý je v obvode najdominantnejší. Prúd má kladné znamienko, ak je rovnakým smerom ako slučka, a záporné znamienko, ak je v opačnom smere ako slučka.

V súčasti s EMF je kladné znamienko, ak sa najskôr nájde kladný pól v slučke, a naopak, záporné, ak sa záporný pól nájde v slučke ako prvý

Príklad analýzy elektrického obvodu je možné vykonať na nasledujúcom obrázku:

Informácie:

Ja₃ je prúd z bodu A do bodu B.

Slučka 1

Zdroj napätia 10 V (V1), ktorý má záporný EMF, pretože k zápornému pólu dôjde skôr
Prúd I1 je v smere slučky a prúd I3 je v smere slučky
Existuje komponent R1, ktorý preteká prúdom I1
Existuje komponent R2, ktorý preteká prúdom I3
Kirchoffova rovnica 2 v slučke 1:

Prečítajte si tiež: Hladké svaly: Vysvetlenie, typy, funkcie a obrázky

Slučka 2

5V (V2) zdroj napätia, ktorý má pozitívny GGL, pretože s kladným pólom sa stretnete skôr
Prúd I2 je v smere slučky a prúd I3 je v smere slučky
Existuje komponent R2, ktorý preteká prúdom I3
Existuje komponent R3, ktorý je napájaný prúdom I2
Kirchoffova rovnica v slučke 2:

Uzol A

Je tu zapínací prúd I1
Existujú východy I2 a I3
Kirchoffova rovnica 1 na uzle A:

Príklady dynamických elektrických problémov

Problém 1:

Pozri sa na obrázok nižšie!

Aký je tok elektrického prúdu obsiahnutý v odpore R2?

Diskusia

Poznáte to: R1 = 1 Ω; R2 = 3 Ω; R3 = 9 Ω; V = 8 V

Otázka: I2 =?

Odpoveď:

Tento príklad problémov s dynamickou elektrinou je možné vyriešiť tak, že sa najskôr zistí celkový počet odporov. Môžete to urobiť takto:

1 / Rp = 1 / R2 + 1 / R3

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

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

= 4/9

Rp = 9/4 Ω

Celkový odpor (Rt) = R1 + Rp

= 1 + 9/4

= 13/4 Ω

Ďalším krokom je nájsť celkový prúd s Ohmovým zákonom, ako je uvedené nižšie:

I = V / Rt

= 8/(13/4)

= 32/13 A.

Posledným krokom je výpočet prúdu tečúceho v R2 pomocou nasledujúceho vzorca:

I2 = R3 / (R2 + R3) x I

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

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

= 1,7 A.

Takže na odpore R2 je elektrický prúd tečúci pri 1,7 A.

Problém 2:

Množstvo každého odporu, ktoré predstavuje 3 za sebou, je 4 Ω, 5 Ω a 7 Ω. Potom existuje batéria, ktorá je na oboch koncoch pripojená k veľkému GGL 6 V a vnútornému odporu 3/4 Ω. Vypočítajte napätie na obvode?