חשמל דינמי: דיון חומרים מלא + בעיה לדוגמא

חשמל דינמי הוא זרם של חלקיקים טעונים בצורת זרם חשמלי שיכול לייצר אנרגיה חשמלית.

חשמל יכול לזרום מנקודה עם פוטנציאל גבוה יותר לנקודה של פוטנציאל נמוך יותר אם שתי הנקודות מחוברות במעגל סגור.

זרם חשמלי מגיע מזרימת אלקטרונים שזורמים ברציפות מהקוטב השלילי לקוטב החיובי, מפוטנציאל גבוה לפוטנציאל נמוך ממקור ההפרש הפוטנציאלי (מתח).

לפרטים נוספים, שקול את התמונה הבאה:

התמונה למעלה אומרתA עשוי להיות גבוה מ- B. זרם חשמלי מתרחש מ- A ל- B, זאת בגלל מאמץ האיזון הפוטנציאלי בין A ו- B.

בניתוח של מעגלים חשמליים דינמיים שיש לקחת בחשבון הם רכיבי מעגל כגון מקורות כוח והתנגדות, סידור המעגלים והחוקים החלים על המעגל.

התנגדות חשמלית

ההתנגדות (R) היא רכיב המתפקד לווסת את כמות הזרם החשמלי הזורם במעגל.

כמות הנגד נקראת התנגדות שיש בה יחידות אוהם (Ω). מכשיר המדידה המשמש למדידת התנגדות הוא מד אוהם.

לכל חומר ערך התנגדות שונה. בהתבסס על תכונות ההתנגדות של חומר, חומר מחולק לשלושה, כלומר

למוליך יש התנגדות קטנה, כך שהוא יכול להוביל חשמל היטב. למשל חומרי מתכת כמו ברזל, נחושת, אלומיניום וכסף.
לבידדים יש עמידות גדולה, ולכן הם לא יכולים להוביל חשמל. למשל עץ ופלסטיק.
בינתיים, מוליכים למחצה הם חומרים שיכולים לשמש כמוליכים, כמו גם מבודדים. למשל פחמן, סיליקון וגרמניום.

מהתכונות של חומרים אלה, אשר משמש לעתים קרובות כמחסום מוליך הוא מוליך.

הערך של התנגדות חומר המוליך פרופורציונאלי לאורך החוט (l), והוא פרופורציונלי הפוך לשטח החתך של החוט (A). מתמטית, ניתן לנסח אותו באופן הבא:

איפה התנגדות הסוג, L הוא אורך המוליך, ו- A הוא חתך רוחב של המוליך.

נוסחאות חשמל דינמיות

נוסחת זרם חשמלי חזק (I)

זרם חשמלי מתרחש כאשר יש העברה של אלקטרונים כמתואר לעיל. שני האובייקטים טעונים, אם הם מחוברים למוליך יפיקו זרם חשמלי.

הזרם החשמלי מסומל באותיותאני, יש יחידותאמפר (A)ולכן הנוסחה לחוזק הנוכחי בחשמל דינמי היא:

אני = Q / t

מֵידָע:

אני = זרם חשמלי (A)
ש = כמות המטען החשמלי (קולומב)
t = מרווח זמן

נוסחאות לפוטנציאלים שונים או למקורות מתח שונים (V)

בהתבסס על התיאור לעיל, לזרם החשמלי יש הגדרה של מספר האלקטרונים הנעים בזמן מסוים.

ההבדל הפוטנציאלי יגרום להעברת אלקטרונים, כמות האנרגיה החשמלית הנדרשת להזרים כל מטען חשמלי מקצה המוליך נקראת מתח חשמלי או הפרש פוטנציאלי.

למקור המתח או להבדל הפוטנציאלי יש סמלו, עם יחידותווֹלט. מתמטית, הנוסחה להבדל פוטנציאל חשמלי דינמי היא:

V = W / Q

מֵידָע:

V = הפרש פוטנציאל או מתח מקור כוח (וולט)
W = אנרגיה (ג'ול)
ש = מטען (קולומב)

נוסחת התנגדות חשמלית (R)

ההתנגדות או הנגד מסומלים על ידי ר, עם יחידות אוהם, יש את הנוסחה:

R = ρ. l / A

מֵידָע:

R = התנגדות חשמלית (אוהם)
ρ = התנגדות ספציפית (אוהם.ממ 2 / מ ')
A = שטח חתך של החוט (מ"ר)

נוסחת החוק של אוהם (Ω).

החוק של אוהם הוא חוק שקובע שהפרש המתח על פני המוליך יהיה פרופורציונאלי לזרם העובר דרכו.

קרא גם: תמונה של רשתות קוביות, שלמות + דוגמאות

החוק של אוהם מחבר בין חוזק הזרם החשמלי, ההבדל הפוטנציאלי וההתנגדות. עם הנוסחה:

אני = V / R או R = V / I, או V = I. ר

מֵידָע:

אני = זרם חשמלי (A)
V = הפרש במתח הפוטנציאלי או במקור החשמל (וולט)
R = התנגדות חשמלית (אוהם)

כדי להקל על זכירת הנוסחה הזו, ניתן לתאר את הקשר בין שלושת המשתנים על ידי המשולש הבא:

חוק המעגלים של קירשוף

חוק המעגלים של קירשוף הוא חוק הקובע את תופעות הזרמים והמתחים במעגל חשמלי. חוק המעגלים 1 של קירכוף עוסק בזרימת הזרם לנקודת המעגל, וחוק המעגלים של קירכוף 2 עוסק בהפרש המתח.

חוק המעגלים של קירשוף 1

צליל חוק המעגלים קירשוף 1 הוא "בכל נקודת הסתעפות במעגל חשמלי, כמות הזרם הנכנסת לאותה נקודה שווה לכמות הזרם היוצאת מאותה נקודה או לכמות הזרם הכוללת בנקודה היא 0 "

מבחינה מתמטית חוק קירשוף 1 מתבטא במשוואה הבאה:

אוֹ

ערך הזרימה מקבל סימן שלילי, ואילו ערך הזרימה מקבל סימן חיובי.

לפרטים נוספים, עיין בתמונה הבאה:

התמונה לעיל מציגה את היישום Kirchoff 1 בניתוח מעגלים חשמליים, שם כמות הזרימה i₂ ואני₃ ישווה לסכום ההזרמות i₁ ואני₄.

חוק המעגלים של קירשוף 2

הצליל של חוק המעגלים 2 של קירשוף הוא "סכום הכיוון (בהסתכלות על כיוון הסימנים החיוביים והשליליים) של הפרש הפוטנציאל החשמלי (מתח) סביב מעגל סגור שווה ל 0, או בפשטות יותר לסכום האלקטרו-מנוע. כוח בסביבה סגורה שווה ערך למספר הירידות. פוטנציאל במעגל ההוא "

מבחינה מתמטית חוק קירכוף 2 מתבטא במשוואה הבאה:

אוֹ

ניתוח מעגלים חשמליים דינמיים

בניתוח של מעגלים חשמליים דינמיים, ישנם כמה מונחים חשובים שיש לקחת בחשבון, כלומר:

לוּלָאָה

לולאה היא מחזור סגור שיש בו נקודת התחלה ונקודת סיום באותו רכיב. בלולאה אחת זורם זרם חשמלי אחד בלבד, וערך ההפרש הפוטנציאלי ברכיבי החשמל של הלולאה יכול להיות שונה.

צוֹמֶת

צומת או צומת הם נקודת המפגש בין שני רכיבים חשמליים או יותר. צמתים הם מקומות המפגש לזרמים חשמליים בסדרי גודל שונים ובכל צומת יחול חוק 1 של קירשוף

ניתוח מעגלים חשמליים דינמיים מתחיל בזיהוי לולאות וצמתים במעגל. החוק של קירכוף 2 יכול לשמש לניתוח לולאות ולניתוח צמתים או צמתים משתמשים בחוק קירכוף 1.

ניתן לקבוע את כיוון הלולאה באופן עצמאי, אך בדרך כלל כיוון הלולאה הוא בכיוון הזרם ממקור המתח הדומיננטי ביותר במעגל. לזרם יש סימן חיובי אם זה אותו כיוון כמו הלולאה וסימן שלילי אם הוא מנוגד לכיוון הלולאה.

ברכיב עם EMF, הסימן החיובי הוא אם הקוטב החיובי נמצא הלולאה ראשונה ולהיפך הוא שלילי אם הקוטב השלילי נמצא הלולאה תחילה

דוגמה לניתוח מעגלים חשמליים יכולה להיעשות באיור הבא:

מֵידָע:

אני₃ הוא הזרם מנקודה A עד B.

לולאה 1

מקור מתח של 10V (V1) שיש לו EMF שלילי מכיוון שהקוטב השלילי נתקל ראשון
זרם I1 הוא בכיוון הלולאה, והזרם I3 הוא בכיוון הלולאה
יש רכיב R1 שזורם עם זרם I1
יש רכיב R2 שזורם עם I3 הנוכחי
משוואת קירשוף 2 בלולאה 1:

קראו גם: שרירים חלקים: הסבר, סוגים, תכונות ותמונות

לולאה 2

מקור מתח 5V (V2) שיש לו GGL חיובי מכיוון שהקוטב החיובי נתקל ראשון
זרם I2 הוא בכיוון הלולאה, והזרם I3 הוא בכיוון הלולאה
יש רכיב R2 שזורם עם I3 הנוכחי
יש רכיב R3 שמופעל באמצעות I2 הנוכחי
משוואת קירשוף 2 בלולאה 2:

צומת א

יש כניסה I1
יש יציאות I2 ו- I3
משוואת 1 של קירשוף על צומת A:

דוגמאות לבעיות חשמל דינמיות

בעיה 1:

הבט בתמונה שלמטה!

מה זרימת הזרם החשמלי הכלול בהתנגדות R2?

דִיוּן

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

נשאל: I2 =?

תשובה:

דוגמה זו לבעיות חשמל דינמיות ניתן לפתור על ידי מציאת תחילה את מספר ההתנגדויות הכולל. לשם כך, תוכל להשתמש בשלבים להלן:

1 / Rp = 1 / R2 + 1 / R3

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

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

= 4/9

Rp = 9/4 Ω

התנגדות מוחלטת (Rt) = R1 + Rp

= 1 + 9/4

= 13/4 Ω

השלב הבא הוא למצוא את הזרם הכולל עם חוק אוהם להלן:

אני = V / Rt

= 8/(13/4)

= 32/13 א.

השלב האחרון הוא חישוב הזרם הזורם ב- R2 עם הנוסחה הבאה:

I2 = R3 / (R2 + R3) x I

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

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

= 1.7 א.

אז בהתנגדות R2 יש זרם חשמלי שזורם ב 1.7 A.

בעיה 2:

כמות כל נגדים, המסתכמת ב -3 בסדרה, היא 4 Ω, 5 Ω ו- 7 Ω. ואז יש סוללה שמחוברת בשני הקצוות עם GGL גדול של 6 וולט והתנגדות פנימית של 3/4 Ω. חשב את המתח במעגל?