Dinamik Elektrik: Eksiksiz Malzeme Tartışması + Örnek Problem

Dinamik elektrik, elektrik enerjisi üretebilen bir elektrik akımı biçimindeki yüklü parçacıkların akışıdır.

İki nokta kapalı bir devrede bağlanırsa, elektrik daha yüksek potansiyelli bir noktadan daha düşük potansiyelli bir noktaya akabilir.

Elektrik akımı, negatif kutuptan pozitif kutba, yüksek potansiyelden düşük potansiyele, potansiyel farkının kaynağından (voltaj) sürekli olarak akan elektron akışından gelir.

Daha fazla ayrıntı için aşağıdaki resme bakın:

Yukarıdaki resmin B'den daha fazla berpontensiyal olduğu söyleniyor . A'dan B'ye bir elektrik akımı oluşur, bunun nedeni A ve B arasındaki potansiyel dengeleme çabasıdır.

Dinamik elektrik devrelerinin analizinde dikkat edilmesi gereken güç kaynakları ve direnç gibi devre bileşenleri, devre düzenlemesi ve devreye uygulanan yasalardır.

Elektrik direnci

Direnç (R), devreden akan elektrik akımı miktarını düzenleme işlevi gören bir bileşendir.

Direnç miktarı, Ohm (Ω) birimlerine sahip direnç olarak adlandırılır. Direnci ölçmek için kullanılan ölçüm cihazı bir ohmmetredir.

Her malzemenin farklı bir direnç değeri vardır. Malzemelerin özdirenç özelliklerine göre, bir malzeme üçe ayrılır:

İletkenin küçük bir direnci vardır, bu nedenle elektriği iyi iletebilir. Örneğin demir, bakır, alüminyum ve gümüş gibi metal malzemeler.
İzolatörlerin direnci yüksektir, bu nedenle elektrik iletemezler. Örneğin ahşap ve plastik.
Yarı iletkenler, iletkenlerin yanı sıra yalıtkan olarak da hareket edebilen malzemelerdir. Örneğin karbon, silikon ve germanyum.

Bu malzemelerin özelliklerinden, genellikle iletken bir bariyer olarak kullanılan bir iletkendir.

İletken malzeme direncinin değeri telin (l) uzunluğuyla orantılıdır ve telin (A) enine kesit alanıyla ters orantılıdır. Matematiksel olarak şu şekilde formüle edilebilir:

Tip direnci nerede, L iletkenin uzunluğudur ve A, iletkenin kesitidir.

Dinamik Elektrik Formülleri

Güçlü Elektrik Akımı Formülü (I)

Elektrik akımı, yukarıda anlatıldığı gibi bir elektron transferi olduğunda ortaya çıkar. Her iki nesne de şarj edilir, eğer bir iletkene bağlanırsa bir elektrik akımı üretir.

Elektrik akımı I harfi ile sembolize edilir, Amper (A) birimlerine sahiptir , bu nedenle dinamik elektrikte akımların gücü için formül şu şekildedir:

I = Q / t

Bilgi:

I = elektrik akımı (A)
Q = elektrik yükü miktarı (Coulomb)
t = zaman aralığı (s)

Farklı potansiyeller veya voltaj kaynakları için formüller (V)

Yukarıdaki açıklamaya göre, elektrik akımının belirli bir zamanda hareket eden elektron sayısının bir tanımı vardır.

Potansiyel farkı elektron transferine neden olur, her bir elektrik yükünü iletkenin ucundan akması için gereken elektrik enerjisi miktarına elektrik voltajı veya potansiyel farkı denir .

Gerilim kaynağı veya potansiyel farkı, Volt birimlerinde V sembolüne sahiptir . Matematiksel olarak, dinamik elektrik potansiyeli farkının formülü şöyledir:

V = W / Q

Bilgi:

V = potansiyel fark veya güç kaynağı voltajı (Volt)
W = enerji (Joule)
Q = yük (Coulomb)

Elektriksel Direnç Formülü (R)

R ile sembolize edilen direnç veya direnç , ohm cinsinden aşağıdaki formüle sahiptir:

R = ρ. l / A

Bilgi:

R = elektrik direnci (ohm)
ρ = özgül direnç (ohm.mm2 / m)
A = telin kesit alanı (m2)

Ohm Yasası Formülü (Ω).

Ohm kanunu, iletkendeki voltaj farkının içinden geçen akımla orantılı olacağını belirten bir yasadır.

Ayrıca şunu okuyun: Küp Ağlarının Görüntüsü, Tam + Örnekler

Ohm yasası, elektrik akımının gücünü, potansiyel farkı ve direnci birbirine bağlar. Formül ile:

I = V / R veya R = V / I veya V = I. R

Bilgi:

I = elektrik akımı (A)
V = potansiyel veya güç kaynağı voltajındaki fark (Volt)
R = elektrik direnci (ohm)

Bu formülü hatırlamayı kolaylaştırmak için, üç değişkenin ilişkisi aşağıdaki üçgenle açıklanabilir:

Kirchoff'un Devre Yasası

Kirchoff'un devre yasası, bir elektrik devresindeki akım ve gerilim olaylarını belirten bir yasadır. Kirchoff'un Devre Yasası 1, akımın devrenin noktasına kadar akışıyla, Kirchoff 2 Devre Yasası ise voltaj farklarıyla ilgilenir.

Kirchoff'un Devre Kanunu 1

Kirchoff 1 devre yasasının sesi "Bir elektrik devresindeki herhangi bir dallanma noktasında, bu noktaya giren akım miktarı o noktadan çıkan akım miktarına eşittir veya bir noktadaki toplam akım miktarı 0'dır"

Matematiksel olarak Kirchoff yasası 1 aşağıdaki denklemle ifade edilir:

veya

Çıkış değerine negatif bir işaret verilirken, içeri akışın değerine pozitif bir işaret verilir.

Daha fazla ayrıntı, aşağıdaki resme bakın:

Yukarıdaki görüntü, elektrik devresi analizinde Kirchoff 1 uygulamasını göstermektedir; burada gelen akımların toplamı i ₂ ve i ₃ , çıkış akımlarının toplamı i ₁ ve i _{4 ile} aynı olacaktır .

Kirchoff'un devre yasası 2

Kirchoff'un 2 devre yasasının sesi "Kapalı bir devre etrafındaki elektrik potansiyeli farkının (voltajın) yönlü toplamı (pozitif ve negatif işaretlerin yönüne bakıldığında) 0'a eşittir veya daha basitçe, kapalı bir ortamdaki elektromotor kuvvetinin toplamı azalma sayısına eşittir. bu çevrede potansiyel "

Matematiksel olarak Kirchoff 2 Yasası aşağıdaki denklemle ifade edilir:

veya

Dinamik Elektrik Devre Analizi

Dinamik elektrik devresi analizinde dikkate alınması gereken birkaç önemli terim vardır:

Döngü

Döngü, aynı bileşende bir başlangıç noktası ve bir bitiş noktası olan kapalı bir döngüdür. Bir döngüde akan yalnızca bir elektrik akımı vardır ve döngünün elektrik bileşenlerindeki potansiyel farkın değeri farklı olabilir.

Kavşak noktası

Bağlantı veya düğüm, iki veya daha fazla elektrikli bileşen arasındaki buluşma noktasıdır. Düğüm, farklı büyüklükteki elektrik akımları için bir buluşma yeri haline gelir ve her düğümde Kirchoff Yasası 1 geçerli olacaktır

Dinamik elektrik devrelerinin analizi, devredeki döngüleri ve bağlantıları belirleyerek başlar. Döngüleri analiz etmek için Kirchoff Yasası 2 kullanılabilir ve kavşakları veya düğümleri analiz etmek için Kirchoff Yasası 1 kullanılır.

Döngünün yönü bağımsız olarak belirlenebilir, ancak genellikle döngünün yönü, devrede en baskın olan voltaj kaynağından gelen akım yönündedir. Akım, döngünün bu yönüyse pozitif bir işarete ve döngünün yönünün tersi ise negatif bir işarete sahiptir.

EMF'li bileşende, döngü için pozitif kutup bulunursa pozitiftir ve döngüde negatif kutup bulunursa tersi negatiftir.

Bir elektrik devresi analizi örneği aşağıdaki şekil ile yapılabilir:

Bilgi:

I ₃ , A noktasından B noktasına akımdır.

Döngü 1

Önce negatif kutupla karşılaşıldığı için negatif GGL'ye sahip 10V (V1) voltaj kaynağı
I1 akımı döngü yönündedir ve I3 akımı döngü yönündedir
Akım I1 ile akan bir R1 bileşeni var
Akım I3 ile akan bir R2 bileşeni var
Kirchoff 2'nin Döngü 1'deki Denklemi:

Ayrıca şunu okuyun: Pürüzsüz Kaslar: Açıklama, Türler, Özellikler ve Resimler

Döngü 2

İlk önce pozitif kutupla karşılaşıldığı için pozitif EMF'ye sahip 5V (V2) voltaj kaynağı
Akım I2 döngü yönündedir ve akım I3 döngü yönündedir
Akım I3 ile akan bir R2 bileşeni var
Akım I2 tarafından enerjilenen bir R3 bileşeni vardır.
Kirchoff 2'nin Döngü 2'deki Denklemi:

Düğüm A

Kalkış var I1
I2 ve I3 çıkışları var
Kirchoff'un Düğüm A'daki Denklem 1:

Dinamik Elektrik Problemlerine Örnekler

Problem 1:

Aşağıdaki resme bakın!

R2 direncinde bulunan elektrik akımının akışı nedir?

Tartışma

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

Sorulan: I2 =?

Cevap:

Bu dinamik elektrik problemleri örneği, önce toplam direnç sayısını bularak çözülebilir. Bunu yapmak için aşağıdaki adımları kullanabilirsiniz:

1 / Rp = 1 / R2 + 1 / R3

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

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

= 4/9

Rp = 9/4 Ω

Toplam direnç (Rt) = R1 + Rp

= 1 + 9/4

= 13/4 Ω

Bir sonraki adım, Ohm yasası ile toplam akımı aşağıdaki gibi bulmaktır:

I = V / Rt

= 8 / (13/4)

= 32/13 A.

Son adım, R2'de akan akımı aşağıdaki gibi bir formülle hesaplamaktır:

I2 = R3 / (R2 + R3) x I

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

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

= 1,7 A

Yani R2 direncinde 1,7 A'da akan bir elektrik akımı vardır.

Problem 2:

Bir seride 3 olan her bir direncin miktarı 4 Ω, 5 Ω ve 7 Ω'dur. Daha sonra, her iki ucunda 6 Volt'luk büyük bir GGL ve 3/4 internal'luk bir iç dirence sahip bir pil vardır. Devredeki voltajı hesaplıyor musunuz?