Elettricità dinamica: discussione materiale completa + problema di esempio

L'elettricità dinamica è un flusso di particelle cariche sotto forma di corrente elettrica che può produrre energia elettrica.

L'elettricità può fluire da un punto di potenziale maggiore a un punto di potenziale inferiore se i due punti sono collegati in un circuito chiuso.

La corrente elettrica proviene dal flusso di elettroni che fluiscono continuamente dal polo negativo al polo positivo, da alto potenziale a basso potenziale dalla sorgente della differenza di potenziale (tensione).

Per maggiori dettagli, considera la seguente immagine:

L'immagine qui sopra si dice che sia un più alto più di berpontensial B . Una corrente elettrica si verifica da A a B, questo è dovuto al potenziale sforzo di bilanciamento tra A e B.

Nell'analisi dei circuiti elettrici dinamici che devono essere considerati sono i componenti del circuito come le sorgenti di alimentazione e la resistenza, la disposizione del circuito e le leggi che si applicano al circuito.

Resistenza elettrica

La resistenza (R) è un componente che funziona per regolare la quantità di corrente elettrica che scorre attraverso il circuito.

La quantità del resistore è chiamata resistenza che ha unità di Ohm (Ω). Lo strumento di misura utilizzato per misurare la resistenza è un ohmmetro.

Ogni materiale ha un valore di resistenza diverso. In base alle proprietà di resistività dei materiali, un materiale è diviso in tre, vale a dire

Il conduttore ha una piccola resistenza, quindi può condurre bene l'elettricità. Ad esempio materiali metallici come ferro, rame, alluminio e argento.
Gli isolanti hanno una grande resistenza, quindi non possono condurre l'elettricità. Ad esempio legno e plastica.
Nel frattempo, i semiconduttori sono materiali che possono agire come conduttori, oltre che isolanti. Ad esempio carbonio, silicio e germanio.

Dalle proprietà di questi materiali, che viene spesso utilizzato come barriera conduttiva è un conduttore.

Il valore della resistenza del materiale del conduttore è proporzionale alla lunghezza del filo (l) ed è inversamente proporzionale all'area della sezione trasversale del filo (A). Matematicamente, può essere formulato come segue:

Dove è il tipo di resistenza, L è la lunghezza del conduttore e A è la sezione trasversale del conduttore.

Formule elettriche dinamiche

Formula di corrente elettrica forte (I)

La corrente elettrica si verifica quando c'è un trasferimento di elettroni come descritto sopra. Entrambi gli oggetti sono carichi, se collegati a un conduttore produrrà una corrente elettrica.

La corrente elettrica è simboleggiata dalla lettera I , ha unità di Ampere (A) , quindi la formula per la forza delle correnti nell'elettricità dinamica è:

I = Q / t

Informazione:

I = corrente elettrica (A)
Q = la quantità di carica elettrica (Coulomb)
t = intervallo / i di tempo

Formule per diversi potenziali o sorgenti di tensione (V)

Sulla base della descrizione sopra, la corrente elettrica ha una definizione del numero di elettroni che si muovono in un certo tempo.

La differenza di potenziale causerà il trasferimento di elettroni, la quantità di energia elettrica richiesta per far fluire ogni carica elettrica dall'estremità del conduttore è chiamata tensione elettrica o differenza di potenziale .

La sorgente di tensione o differenza di potenziale ha il simbolo V , in volt . Matematicamente, la formula per la differenza di potenziale elettrico dinamico è:

V = W / Q

Informazione:

V = differenza di potenziale o tensione di alimentazione (Volt)
W = energia (Joule)
Q = carica (Coulomb)

Formula di resistenza elettrica (R)

La resistenza o resistore simboleggiata da R , in ohm, ha la formula:

R = ρ. l / A

Informazione:

R = resistenza elettrica (ohm)
ρ = resistenza specifica (ohm.mm2 / m)
A = area della sezione trasversale del filo (m2)

Formula della legge di Ohm (Ω).

La legge di Ohm è una legge che afferma che la differenza di tensione attraverso il conduttore sarà proporzionale alla corrente che lo attraversa.

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La legge di Ohm collega la forza della corrente elettrica, la differenza di potenziale e la resistenza. Con la formula:

I = V / R o R = V / I o V = I. R

Informazione:

I = corrente elettrica (A)
V = differenza di potenziale o tensione di alimentazione (Volt)
R = resistenza elettrica (ohm)

Per rendere più facile ricordare questa formula, la relazione delle tre variabili può essere descritta dal triangolo seguente:

Legge dei circuiti di Kirchoff

La legge del circuito di Kirchoff è una legge che stabilisce i fenomeni di correnti e tensioni in un circuito elettrico. La legge del circuito di Kirchoff 1 si occupa del flusso di corrente fino al punto del circuito e la legge del circuito di Kirchoff 2 si occupa delle differenze di tensione.

Legge sui circuiti di Kirchoff 1

Il suono della legge del circuito Kirchoff 1 è "In qualsiasi punto della diramazione in un circuito elettrico, la quantità di corrente che entra in quel punto è uguale alla quantità di corrente che esce da quel punto o la quantità totale di corrente in un punto è 0"

Matematicamente la legge di Kirchoff 1 è espressa dalla seguente equazione:

Al valore del deflusso viene dato segno negativo, mentre al valore del deflusso viene dato segno positivo.

Maggiori dettagli, guarda la seguente immagine:

L'immagine sopra mostra l'applicazione Kirchoff 1 nell'analisi del circuito elettrico, dove la quantità di correnti in ingresso i ₂ e i ₃ sarà la stessa della somma dei deflussi i ₁ e i ₄ .

Legge dei circuiti di Kirchoff 2

Il suono della legge del circuito di Kirchoff 2 è "La somma direzionale (guardando l'orientamento dei segni positivo e negativo) della differenza di potenziale elettrico (tensione) attorno a un circuito chiuso è uguale a 0, o più semplicemente, la somma della forza elettromotrice in un ambiente chiuso è equivalente al numero di diminuzioni. potenziale in quel cerchio "

Matematicamente la legge di Kirchoff 2 è espressa dalla seguente equazione:

Analisi dinamica del circuito elettrico

Nell'analisi dinamica del circuito elettrico, ci sono diversi termini importanti che devono essere considerati, vale a dire:

Ciclo continuo

Un ciclo è un ciclo chiuso che ha un punto iniziale e un punto finale nello stesso componente. In un loop scorre solo una corrente elettrica e il valore della differenza di potenziale nei componenti elettrici del loop può essere diverso.

Giunzione

La giunzione o nodo è il punto di incontro tra due o più componenti elettrici. I nodi sono i punti di incontro per correnti elettriche di diversa ampiezza e ad ogni nodo si applica la Legge 1 di Kirchoff

L'analisi dei circuiti elettrici dinamici inizia identificando gli anelli e le giunzioni nel circuito. Per analizzare i loop, è possibile utilizzare la legge di Kirchoff 2 e per analizzare giunzioni o nodi, viene utilizzata la legge di Kirchoff 1

La direzione del loop può essere determinata indipendentemente, ma generalmente la direzione del loop è nella direzione della corrente dalla sorgente di tensione che è più dominante nel circuito. La corrente ha un segno positivo se è nella stessa direzione del loop e un segno negativo se è opposta alla direzione del loop.

Nel componente con EMF, è positivo se si trova il polo positivo per il loop e viceversa è negativo se il polo negativo si trova per primo nel loop.

Un esempio di analisi del circuito elettrico può essere eseguito con la figura seguente:

Informazione:

I ₃ è la corrente dal punto A al punto B.

Loop 1

Una sorgente di tensione di 10 V (V1) che ha un GGL negativo perché si incontra per primo il polo negativo
La corrente I1 è nella direzione del loop e la corrente I3 è nella direzione del loop
C'è un componente R1 che scorre con la corrente I1
C'è una componente R2 che scorre con la corrente I3
Equazione di Kirchoff 2 nel ciclo 1:

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Loop 2

Sorgente di tensione 5V (V2) che ha un GGL positivo perché si incontra per primo il polo positivo
La corrente I2 è nella direzione del loop e la corrente I3 è nella direzione del loop
C'è una componente R2 che scorre con la corrente I3
C'è un componente R3 che è eccitato dalla corrente I2
Equazione di Kirchoff 2 nel ciclo 2:

Nodo A

C'è uno spunto I1
Sono presenti le uscite I2 e I3
Equazione 1 di Kirchoff sul nodo A:

Esempi di problemi elettrici dinamici

Problema 1:

Guarda la foto sotto!

Qual è il flusso di corrente elettrica contenuta nella resistenza R2?

Discussione

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

Chiesto: I2 =?

Risposta:

Questo esempio di problemi di elettricità dinamica può essere risolto trovando prima il numero totale di resistenze. Per fare ciò, puoi utilizzare i passaggi seguenti:

1 / Rp = 1 / R2 + 1 / R3

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

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

= 4/9

Rp = 9/4 Ω

Resistenza totale (Rt) = R1 + Rp

= 1 + 9/4

= 13/4 Ω

Il prossimo passo è trovare la corrente totale con la legge di Ohm come di seguito:

I = V / Rt

= 8 / (13/4)

= 32/13 A.

Il passaggio finale consiste nel calcolare la corrente che scorre in R2 con una formula come la seguente:

I2 = R3 / (R2 + R3) x I

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

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

= 1,7 A

Quindi nella resistenza R2 c'è una corrente elettrica che scorre a 1,7 A.

Problema 2:

La quantità di ciascuna resistenza, che ammonta a 3 in serie, è 4 Ω, 5 Ω e 7 Ω. Poi c'è una batteria che è collegata ad entrambe le estremità con un grande GGL di 6 Volt e una resistenza interna di 3/4 Ω. Calcola la tensione sul circuito?