الكهرباء الديناميكية: مناقشة المواد الكاملة + مثال على المشكلة

الكهرباء الديناميكية هي تدفق للجسيمات المشحونة على شكل تيار كهربائي يمكن أن ينتج طاقة كهربائية.

يمكن أن تتدفق الكهرباء من نقطة ذات إمكانات أعلى إلى نقطة ذات جهد أقل إذا تم توصيل النقطتين في دائرة مغلقة.

يأتي التيار الكهربائي من تدفق الإلكترونات التي تتدفق بشكل مستمر من القطب السالب إلى القطب الموجب ، من الجهد العالي إلى الجهد المنخفض من مصدر فرق الجهد (الجهد).

لمزيد من التفاصيل ، انظر إلى الصورة التالية:

وقالت الصورة أعلاه هو أن تكون  أعلى أكثر berpontensial من B . يحدث تيار كهربائي من A إلى B ، وذلك بسبب جهد الموازنة المحتمل بين A و B.

في تحليل الدوائر الكهربائية الديناميكية التي يجب أخذها في الاعتبار هي مكونات الدائرة مثل مصادر الطاقة والمقاومة وترتيب الدائرة والقوانين التي تنطبق على الدائرة.

المقاومة الكهربائية

المقاومة (R) هي مكون يعمل على تنظيم كمية التيار الكهربائي المتدفق عبر الدائرة.

تسمى كمية المقاوم المقاومة التي تحتوي على وحدات أوم (Ω). أداة القياس المستخدمة لقياس المقاومة هي الأومتر.

كل مادة لها قيمة مقاومة مختلفة. بناءً على خصائص المقاومة للمادة ، يتم تقسيم المادة إلى ثلاثة ، وهي

1. الموصل لديه مقاومة صغيرة ، لذلك يمكنه توصيل الكهرباء بشكل جيد. على سبيل المثال المواد المعدنية مثل الحديد والنحاس والألمنيوم والفضة.
2. تتمتع العوازل بمقاومة كبيرة ، لذا لا يمكنها توصيل الكهرباء. على سبيل المثال الخشب والبلاستيك.
3. وفي الوقت نفسه ، فإن أشباه الموصلات عبارة عن مواد يمكن أن تعمل كموصلات وعوازل. على سبيل المثال الكربون والسيليكون والجرمانيوم.

من خصائص هذه المواد ، والتي غالبًا ما تستخدم كحاجز موصل ، يوجد موصل.

تتناسب قيمة مقاومة مادة الموصل مع طول السلك (لتر) ، وتتناسب عكسياً مع مساحة المقطع العرضي للسلك (أ). رياضيا ، يمكن صياغتها على النحو التالي:

أين توجد مقاومة النوع ، L طول الموصل ، و A هي المقطع العرضي للموصل.

الصيغ الكهربائية الديناميكية

صيغة التيار الكهربائي القوية (I)

يحدث التيار الكهربائي عندما يكون هناك انتقال للإلكترونات كما هو موضح أعلاه. يتم شحن كلا الجسمين ، إذا تم توصيلهما بموصل سينتج تيارًا كهربائيًا.

يرمز التيار الكهربائي بالحرف  I ، به وحدات من  الأمبير (A) ، وبالتالي فإن صيغة قوة التيارات في الكهرباء الديناميكية هي:

أنا = س / ر

معلومات:

• أنا = التيار الكهربائي (أ)
• س = مقدار الشحنة الكهربائية (كولوم)
• ر = الفاصل الزمني (فترات)

صيغ لمختلف الإمكانات أو مصادر الجهد (V)

بناءً على الوصف أعلاه ، يحتوي التيار الكهربائي على تعريف لعدد الإلكترونات التي تتحرك في وقت معين.

سيؤدي فرق الجهد إلى نقل الإلكترونات ، وتسمى كمية الطاقة الكهربائية المطلوبة لتدفق كل شحنة كهربائية من نهاية الموصل الجهد الكهربائي أو فرق الجهد .

مصدر التيار الكهربائي أو فرق الجهد ديه رمز  V ، بوحدات  فولت . رياضياً ، صيغة فرق الجهد الكهربائي الديناميكي هي:

V = W / Q

معلومات:

• V = فرق الجهد أو جهد مصدر الطاقة (فولت)
• W = الطاقة (جول)
• س = تهمة (كولوم)

صيغة المقاومة الكهربائية (R)

المقاومة أو المقاوم الذي يرمز له بـ R ، بالأوم ، له الصيغة:

R = ρ. ل / أ

معلومات:

• R = المقاومة الكهربائية (أوم)
• ρ = مقاومة محددة (ohm.mm2 / m)
• أ = مساحة المقطع العرضي للسلك (م 2)

صيغة قانون أوم (Ω).

قانون أوم هو قانون ينص على أن الفرق في الجهد عبر الموصل سيكون متناسبًا مع التيار الذي يمر عبره.

اقرأ أيضًا: صورة Cube Nets ، أمثلة كاملة +

يربط قانون أوم بين قوة التيار الكهربائي وفرق الجهد والمقاومة. مع الصيغة:

أنا = V / R أو R = V / I ، أو V = أنا. ر

معلومات:

• أنا = التيار الكهربائي (أ)
• V = الفرق في الجهد أو مصدر الطاقة (فولت)
• R = المقاومة الكهربائية (أوم)

لتسهيل تذكر هذه الصيغة ، يمكن وصف علاقة المتغيرات الثلاثة بالمثلث التالي:

قانون حلبة كيرشوف

قانون دائرة كيرشوف هو قانون ينص على ظاهرة التيارات والفولتية في الدائرة الكهربائية. يتعامل قانون Kirchoff's Circuit 1 مع تدفق التيار إلى نقطة الدائرة ، ويتعامل قانون Kirchoff 2 Circuit مع اختلافات الجهد.

قانون حلبة كيرتشوف 1

صوت قانون الدائرة Kirchoff 1 هو "في أي نقطة من التفرع في دائرة كهربائية ، يكون مقدار التيار الذي يدخل تلك النقطة مساويًا لكمية التيار الخارج من تلك النقطة أو إجمالي كمية التيار عند نقطة ما تساوي 0"

رياضيا ، يتم التعبير عن قانون كيرشوف 1 بالمعادلة التالية:

أو

تُعطى قيمة التدفق الخارج علامة سالبة ، بينما تُعطى قيمة التدفق الداخل علامة موجبة.

لمزيد من التفاصيل ، انظر إلى الصورة التالية:

توضح الصورة أعلاه تطبيق Kirchoff 1 في تحليل الدائرة الكهربائية ، حيث تكون كمية التيارات الواردة i ₂ و i ₃ هي نفسها مجموع التدفقات الخارجة i ₁ و i ₄ .

قانون دائرة كيرشوف 2

صوت قانون دائرة كيرشوف 2 هو "مجموع الاتجاه (بالنظر إلى اتجاه الإشارات الإيجابية والسلبية) لفرق الجهد الكهربائي (الجهد) حول دائرة مغلقة يساوي 0 ، أو بشكل أكثر بساطة ، مجموع القوة الدافعة الكهربائية في بيئة مغلقة يعادل عدد النقصان. المحتملة في تلك الدائرة "

رياضيا ، يتم التعبير عن قانون Kirchoff 2 بالمعادلة التالية:

أو

تحليل الدائرة الكهربائية الديناميكية

في تحليل الدوائر الكهربائية الديناميكية هناك عدة مصطلحات مهمة يجب مراعاتها وهي:

عقدة

الحلقة هي دورة مغلقة لها نقطة بداية ونقطة نهاية في نفس المكون. في حلقة واحدة ، يوجد تيار كهربائي واحد فقط يتدفق ، ويمكن أن تختلف قيمة فرق الجهد في المكونات الكهربائية للحلقة.

تقاطع طرق

الوصلة أو العقدة هي نقطة الالتقاء بين مكونين أو أكثر من المكونات الكهربائية. العقد هي أماكن التقاء التيارات الكهربائية ذات الأحجام المختلفة وفي كل عقدة سيتم تطبيق قانون كيرشوف 1

يبدأ تحليل الدوائر الكهربائية الديناميكية بتحديد الحلقات والوصلات في الدائرة. لتحليل الحلقات ، يمكن استخدام قانون كيرشوف 2 ، ولتحليل الوصلات أو العقد ، يتم استخدام قانون كيرشوف 1

يمكن تحديد اتجاه الحلقة بشكل مستقل ، ولكن بشكل عام يكون اتجاه الحلقة في اتجاه التيار من مصدر الجهد الأكثر انتشارًا في الدائرة. للتيار إشارة موجبة إذا كان هذا هو نفس اتجاه الحلقة وإشارة سلبية إذا كان عكس اتجاه الحلقة.

في المكون مع EMF ، يكون موجبًا إذا تم العثور على القطب الموجب للحلقة والعكس بالعكس سالب إذا تم العثور على القطب السالب في الحلقة أولاً.

يمكن عمل مثال لتحليل الدائرة الكهربائية بالشكل التالي:

معلومات:

• I ₃ هو التيار من النقطة A إلى B.

الحلقة 1

• مصدر جهد 10 فولت (V1) له GGL سالب لأن القطب السالب يتم مواجهته أولاً
• التيار I1 في اتجاه الحلقة ، والتيار I3 في اتجاه الحلقة
• يوجد مكون R1 يتدفق مع I1 الحالي
• يوجد مكون R2 يتدفق مع I3 الحالي
• معادلة كيرشوف 2 في الحلقة 1:

اقرأ أيضًا: العضلات الملساء: الشرح والأنواع والميزات والصور

الحلقة 2

• مصدر جهد 5V (V2) له EMF موجب لأن القطب الموجب يتم مواجهته أولاً
• التيار I2 في اتجاه الحلقة ، والتيار I3 في اتجاه الحلقة
• يوجد مكون R2 يتدفق مع I3 الحالي
• يوجد مكون R3 يتم تنشيطه بواسطة I2 الحالي
• معادلة كيرشوف 2 في الحلقة 2:

العقدة أ

• هناك اندفاع I1
• هناك مخارج I2 و I3
• معادلة كيرشوف 1 على العقدة أ:

أمثلة على المشكلات الكهربائية الديناميكية

المشكلة 1:

ننظر إلى الصورة أدناه!

ما هو تدفق التيار الكهربائي الموجود في المقاومة R2؟

نقاش

أنت تعرف: R1 = 1 Ω ؛ R2 = 3 Ω ؛ R3 = 9 Ω ؛ الخامس = 8 فولت

سئل: I2 =؟

إجابة:

يمكن حل هذا المثال لمشاكل الكهرباء الديناميكية من خلال إيجاد العدد الإجمالي للمقاومات أولاً. للقيام بذلك ، يمكنك استخدام الخطوات على النحو التالي:

1 / Rp = 1 / R2 + 1 / R3

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

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

= 4/9

روبية = 9/4 Ω

المقاومة الإجمالية (Rt) = R1 + Rp

= 1 + 9/4

= 13/4 Ω

الخطوة التالية هي إيجاد التيار الكلي بقانون أوم على النحو التالي:

أنا = V / Rt

= 8 / (13/4)

= 32/13 أ.

الخطوة الأخيرة هي حساب التدفق الحالي في R2 باستخدام صيغة مثل ما يلي:

I2 = R3 / (R2 + R3) × أنا

= (9 / (3 + 9)) × (32/13)

= (9/13) × (32/13)

= 1.7 أ

لذلك في مقاومة R2 يوجد تيار كهربائي يتدفق عند 1.7 أ.

المشكلة 2:

مقدار كل مقاوم ، والذي يبلغ 3 في سلسلة ، هو 4 و 5 و 7. ثم هناك بطارية موصلة من كلا الطرفين بسعة GGL كبيرة تبلغ 6 فولت ومقاومة داخلية تبلغ 3/4 Ω. احسب الجهد على الدائرة؟

نقاش

أنت تعرف: R1 = 4 Ω ؛ R2 = 5 Ω ؛ R3 = 7 Ω ؛ V = 6 فولت ؛ R = 3/4 Ω

سئل: V يتخبط =؟

إجابة:

مثال على مشكلة الكهرباء الديناميكية يمكن حلها من خلال الخطوات التالية:

مجموع R = R1 + R2 + R3 + R

= 4 + 5 + 7 + 3/4

= 16.75

أنا = V / R.

= 6 / 16.75

= 0.35 أ.

ثابت V = I x R ثابت

= 0.35 × (4 + 5 + 7)

= 5.6 فولت

لذا فإن جهد المشبك في الدائرة هو 5.6 فولت.

مشكلة 3:

الطاقة المشتتة في كل مصباح في الصورة أدناه هي نفسها. نسبة المقاومة R1: R2: R3…. (SNMPTN 2012)

نقاش

معروف:

P1 = P2 = P3

إجابة:

سئل: R1: R2: R3؟

يتم دمج R1 و R2 في مقاوم Rp واحد ، مع تدفق التيار من خلاله Ip.

المشكلة 4:

التيار الذي يتدفق عبر المقاومة 6 في الصورة أدناه هو

إجابة:

إجمالي R = 8 أوم

أنا = V / R = 12/8 = 1.5

I6 = 1.5 / 2 = 0.75 أ.

المشكلة 5:

الطاقة المشتتة من كل مصباح في الصورة أدناه هي نفسها.

مقارنة المقاومة R ₁ : R ₂ : R ₃ هي ...

نقاش:

معروف:

P ₁ = P ₂ = P ₃

إجابة:

سئل: R ₁ : R ₂ : R ₃ ؟

R ₁ و R _{2 و} دمجها في واحد المقاوم R _ص ، مع تدفق الحالية من خلال ذلك وأنا _ص .

هذه مناقشة للمواد وأمثلة للأسئلة المتعلقة بالكهرباء الديناميكية. ربما يكون مفيدا.