Verständnis und Beispiele dynamischer Elektrizitätsprobleme

Verständnis und Beispiele dynamischer Elektrizitätsprobleme


gracetzy.com - Dynamische Elektrizität ist der Fluss geladener Teilchen in Form eines elektrischen Stroms, der elektrische Energie erzeugen kann. Strom kann von einem Punkt höheren Potentials zu einem Punkt niedrigeren Potentials fließen, wenn die beiden Punkte in einem geschlossenen Stromkreis verbunden sind.

Bei der Analyse dynamischer elektrischer Schaltungen müssen die Komponenten der Schaltung wie Stromquelle und Widerstand, die Anordnung der Schaltung und die für die Schaltung geltenden Gesetze berücksichtigt werden.

Elektrischer Wiederstand

Barrieren oder Widerstände (R) sind Komponenten, die dazu dienen, die Menge des durch die Schaltung fließenden elektrischen Stroms zu regulieren. Die Größe des Widerstands wird als Widerstand bezeichnet, der Einheiten von Ohm (Ω) hat. Ohm leitet sich vom Namen des deutschen Physikers Georg Simon Ohm ab, der einen direkten Zusammenhang zwischen der Potentialdifferenz und dem erzeugten elektrischen Strom entdeckte. Das Messgerät zur Widerstandsmessung ist ein Ohmmeter.

Jedes Material hat einen anderen Widerstandswert. Basierend auf den Widerstandseigenschaften von Materialien wird ein Material in drei Teile unterteilt, nämlich Leiter, Isolatoren und Halbleiter. Der Leiter hat einen kleinen Widerstand, sodass er Strom gut leiten kann. Beispiele für Metallmaterialien wie Eisen, Kupfer, Aluminium und Silber.

Isolatoren haben einen großen Widerstand und können daher keinen Strom leiten. Beispiele sind Holz und Kunststoff. Während der Halbleiter ein Material ist, das sowohl als Leiter als auch als Isolator fungieren kann. Beispiele sind Kohlenstoff, Silizium und Germanium. Die Regulierung der Halbleitereigenschaften erfolgt durch Zugabe anderer Materialien und Anlegen einer elektrischen Spannung.

Aufgrund der Eigenschaften dieser Materialien ist der häufig als Leiterwiderstand verwendete Widerstand ein Leiter. Der Widerstandswert des Leitermaterials ist proportional zur Länge des Drahtes (l) und umgekehrt proportional zur Querschnittsfläche des Drahtes (A). Mathematisch lässt es sich wie folgt formulieren:
$$ R = p \frac{L}{A} $$
wobei p der spezifische Widerstand, L die Länge des Leiters und A der Querschnitt des Leiters ist.

Ohm'sches Gesetz

Das Ohmsche Gesetz ist das Gesetz, das besagt, dass die Spannungsdifferenz an einem Leiter proportional zum Strom durch ihn ist. Die Konstante, die die Spannungs-Strom-Proportionalität betrifft, wird als Widerstand bezeichnet. Mathematisch wird das Ohmsche Gesetz wie folgt ausgedrückt:
$$V = IR$$
wobei V die Potentialdifferenz (Volt), I der elektrische Strom (Ampere) und R der Widerstand (Ohm) ist. Um sich diese Formel leichter merken zu können, lässt sich die Beziehung zwischen den drei Variablen durch ein Dreieck beschreiben.
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Kirchhoff Circuit Law

Das Kirchhoffsche Stromkreisgesetz ist ein Gesetz, das die Phänomene von Strom und Spannung in einem elektrischen Stromkreis angibt. Kirchoffs Stromkreisgesetz 1 befasst sich mit dem Stromfluss zu einem Schaltungspunkt, und Kirchhoffs Stromkreisgesetz 2 befasst sich mit Spannungsdifferenzen.

Kirchoffsches Kreisgesetz 1

Kirchhoffs 1. Stromkreisgesetz besagt: „An jedem Verzweigungspunkt in einem elektrischen Stromkreis ist die Summe der Ströme, die an diesem Punkt eintreten, gleich der Summe der Ströme, die diesen Punkt verlassen. oder Die Gesamtstrommenge an einem Punkt ist Null”. Mathematisch wird Kirchhoffs 1. Gesetz durch die folgende Gleichung ausgedrückt:
$$\summe ein = \summe aus$$
Der Wert des abgehenden Stroms erhält ein negatives Vorzeichen, während der Wert des ankommenden Stroms ein positives Vorzeichen erhält.

Die folgende Abbildung zeigt die Anwendung von Kirchhoff 1 auf die Analyse von Stromkreisen, bei denen die Summe der eingehenden Ströme i2 und i3 gleich der Summe der ausgehenden Ströme i1 und i4 ist.
Verständnis und Beispiele dynamischer Elektrizitätsprobleme

Kirchhoffsches Schaltungsgesetz 2

Das 2. Stromkreisgesetz von Kirchhoff besagt: „Die Richtungssumme (hinsichtlich der Ausrichtung der positiven und negativen Vorzeichen) der elektrischen Potentialdifferenz (Spannung) um einen geschlossenen Stromkreis herum ist gleich Null oder einfacher die Summe der elektromotorischen Kraft in a geschlossener Kreis ist gleichbedeutend mit der Summe der Tropfenpotentiale auf dem Kreis." Mathematisch wird Kirchhoffs 2. Gesetz durch die folgende Gleichung ausgedrückt:
$$\sum \varepsilon + \sum (IR) = 0$$

Dynamische elektrische Schaltungsanalyse

Bei der Analyse dynamischer elektrischer Schaltungen müssen einige wichtige Begriffe beachtet werden.
  • Eine Schleife ist ein geschlossener Kreislauf, der einen Start- und einen Endpunkt in derselben Komponente hat. In einer Schleife fließt nur ein elektrischer Strom, und der Wert der Potentialdifferenz in den elektrischen Komponenten der Schleife kann unterschiedlich sein.
  • Eine Verbindungsstelle oder ein Knoten ist ein Treffpunkt zwischen zwei oder mehr elektrischen Komponenten. Knoten werden zum Treffpunkt für elektrische Ströme unterschiedlicher Stärke und an jedem Knoten gilt das 1. Gesetz von Kirchoff.
Die Analyse elektrischer Schaltungen beginnt mit der Identifizierung der Schleifen und Übergänge, die in der Schaltung vorhanden sind. Das 2. Kirchhoffsche Gesetz kann zur Analyse von Schleifen verwendet werden, und das 1. Kirchhoffsche Gesetz wird zur Analyse von Knoten oder Knoten verwendet.

Die Richtung der Schleife kann frei bestimmt werden, aber im Allgemeinen ist die Richtung der Schleife in Richtung des Stroms von der dominanten Spannungsquelle in der Schaltung. Der Strom ist positiv, wenn er in Richtung der Schleife fließt, und negativ, wenn er gegen die Richtung der Schleife fließt. Bei Bauteilen mit EMK ist die EMK positiv, wenn der Pluspol zuerst von der Schleife gefunden wird und umgekehrt ist die EMK negativ, wenn der Minuspol zuerst von der Schleife gefunden wird.

Ein Beispiel für eine elektrische Schaltungsanalyse kann mit dem Bild unten durchgeführt werden.
Verständnis und Beispiele dynamischer Elektrizitätsprobleme
Hinweis: I3 ist der Strom von Punkt A nach B
Schleife 1
  • Es gibt eine Spannungsquelle von 10 V (V1), die eine negative EMK hat, weil der negative Pol zuerst angetroffen wird
  • In Schleifenrichtung fließt ein Strom I1 und in Schleifenrichtung ein Strom I3
  • Es gibt eine Komponente R1, die den Strom I1 führt
  • Es gibt eine Komponente R2, die den Strom I3 führt
  • Kirchoffs Gleichung 2 in Schleife 1:
$$\sum V = -V_{1} + I_{1} . R_{1} + I_{3} . R_{2} = 0$$
Schleife 2
  • Es gibt eine 5-V-Spannungsquelle (V2), die eine positive EMK hat, da der positive Pol zuerst angetroffen wird
  • Es gibt einen Strom I2, der in Richtung der Schleife fließt, und einen Strom I3, der der Schleife entgegengesetzt ist
  • Es gibt eine Komponente R2, die den Strom I3 führt
  • Es gibt eine Komponente R3, die den Strom I2 führt
  • Kirchoffs Gleichung 2 in Schleife 2:
$$\sum V = V_{2} + I_{2} . R_{3} - I_{3} . R_{2} = 0$$
Knoten A
  • Es liegt ein Einschaltstrom I1 vor
  • Es gibt die Ausgänge I2 und I3
  • Kirchoffs Gleichung 1 am Knoten A:
$$\sum I = \sum I in + \sum I out$$ $$= I_{1} - I_{2} - I_{3} = 0$$

Beispiele dynamischer elektrischer Probleme und Diskussion

Dynamisches elektrisches Problem 1
Die Verlustleistung in jeder Lampe in der Abbildung unten ist gleich. Widerstandsvergleich R1: R2: R3 ist .... (SNMPTN 2012)
$$Know :$$ $$P_{1} = P_{2} = P_{3}$$ $$Asked : R_{1} : R_{2} : R_{3} ?$$ $$P = \ frac{_V{2}}{R} = I^{2}R$$$$P_{1} = P_{2} \Rightarrow \frac{V{1}^{2}}{R_{1}} = \frac{V{2}^{2}}{R_{2}} \Rightarrow R_{1} = R_{2} = \chi$$
R1 und R2 sind zu einem Widerstand Rp kombiniert, durch den Strom Ip fließt.
$$R_{P}= \frac{R_{1} + R_{2}}{R_{1} + R_{2}} = \frac{X^{2}}{2}$$ $$I_{ P} = I_{3}$$ $$P_{P} = P_{3}$$ $$\Rechtspfeil I_{P}R_{P} = I_{3}^{2}R_{3}$$ $ $\Rightarrow R_{P} = R_{3} = \frac{X}{2}$$$$R_{1} : R_{2} : R_{3} = X : X : \frac{X}{ 2} = 1 : 1 : 0,5$$
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