Elektrik Dinamik: Perbincangan Bahan Lengkap + Contoh Masalah

Tenaga elektrik dinamik adalah aliran zarah bermuatan dalam bentuk arus elektrik yang dapat menghasilkan tenaga elektrik.

Elektrik boleh mengalir dari titik potensi lebih tinggi ke titik potensi rendah jika kedua-dua titik tersebut dihubungkan dalam litar tertutup.

Arus elektrik berasal dari aliran elektron yang mengalir secara berterusan dari kutub negatif ke kutub positif, dari potensi tinggi ke potensi rendah dari sumber perbezaan potensi (voltan).

Untuk lebih jelasnya, pertimbangkan gambar berikut:

Gambar di atas dikatakan lebih tinggi yang lebih berpontensial daripada B . Arus elektrik berlaku dari A ke B, ini kerana usaha pengimbangan yang berpotensi antara A dan B.

Dalam analisis litar elektrik dinamik yang perlu dipertimbangkan adalah komponen litar seperti sumber daya dan rintangan, susunan litar, dan undang-undang yang berlaku pada litar.

Rintangan elektrik

Rintangan (R) adalah komponen yang berfungsi mengatur jumlah arus elektrik yang mengalir melalui litar.

Jumlah perintang dipanggil rintangan yang mempunyai unit Ohms (Ω). Alat ukur yang digunakan untuk mengukur rintangan ialah ohmmeter.

Setiap bahan mempunyai nilai rintangan yang berbeza. Berdasarkan sifat ketahanan bahan, satu bahan terbahagi kepada tiga, iaitu

Konduktor mempunyai rintangan kecil, sehingga dapat mengalirkan elektrik dengan baik. Contohnya bahan logam seperti besi, tembaga, aluminium, dan perak.
Penebat mempunyai daya tahan yang besar, sehingga tidak dapat mengalirkan elektrik. Contohnya kayu dan plastik.
Sementara itu, semikonduktor adalah bahan yang boleh bertindak sebagai konduktor, dan juga penebat. Contohnya karbon, silikon dan germanium.

Dari sifat-sifat bahan ini, yang sering digunakan sebagai penghalang konduktif adalah konduktor.

Nilai rintangan bahan konduktor berkadar dengan panjang wayar (l), dan berkadar songsang dengan luas keratan rentas wayar (A). Secara matematik, dapat dirumuskan sebagai berikut:

Di manakah rintangan jenis, L adalah panjang konduktor, dan A adalah keratan rentas konduktor.

Formula Elektrik Dinamik

Formula Arus Elektrik Kuat (I)

Arus elektrik berlaku apabila berlaku pemindahan elektron seperti yang dijelaskan di atas. Kedua-dua objek dikenakan, jika disambungkan ke konduktor akan menghasilkan arus elektrik.

Arus elektrik dilambangkan dengan huruf I , memiliki unit Ampere (A) , jadi formula kekuatan arus dalam dinamik elektrik adalah:

I = Q / t

Maklumat:

I = arus elektrik (A)
Q = jumlah cas elektrik (Coulomb)
t = selang masa

Rumus untuk pelbagai potensi atau sumber voltan (V)

Berdasarkan keterangan di atas, arus elektrik mempunyai definisi bilangan elektron yang bergerak dalam masa tertentu.

Perbezaan potensi akan menyebabkan pemindahan elektron, jumlah tenaga elektrik yang diperlukan untuk mengalir setiap cas elektrik dari hujung konduktor disebut voltan elektrik atau perbezaan potensi .

Punca voltan atau perbezaan potensi mempunyai simbol V , dalam unit Volt . Secara matematik, formula untuk perbezaan keupayaan elektrik dinamik adalah:

V = W / Q

Maklumat:

V = perbezaan potensi atau voltan sumber kuasa (Volt)
W = tenaga (Joule)
Q = caj (Coulomb)

Formula Rintangan Elektrik (R)

Rintangan atau perintang yang dilambangkan oleh R , dalam ohm, mempunyai formula:

R = ρ. l / A.

Maklumat:

R = rintangan elektrik (ohm)
ρ = rintangan spesifik (ohm.mm2 / m)
A = luas keratan rentas wayar (m2)

Formula Undang-Undang Ohm (Ω).

Undang-undang Ohm adalah undang-undang yang menyatakan bahawa perbezaan voltan pada konduktor akan sebanding dengan arus yang melaluinya.

Baca juga: Gambar Cube Nets, Lengkap + Contoh

Undang-undang Ohm menghubungkan kekuatan arus elektrik, perbezaan potensi, dan rintangan. Dengan formula:

I = V / R atau R = V / I, atau V = I. R

Maklumat:

I = arus elektrik (A)
V = perbezaan voltan sumber atau sumber kuasa (Volt)
R = rintangan elektrik (ohm)

Untuk lebih mudah mengingat formula ini, hubungan ketiga-tiga pemboleh ubah dapat dijelaskan dengan segitiga berikut:

Undang-undang Litar Kirchoff

Undang-undang litar Kirchoff adalah undang-undang yang menyatakan fenomena arus dan voltan dalam litar elektrik. Circuit Law 1 Kirchoff berkaitan dengan arus arus ke titik litar, dan Kirchoff 2 Circuit Law menangani perbezaan voltan.

Undang-undang Litar Kirchoff 1

Suara undang-undang litar Kirchoff 1 adalah "Pada setiap titik bercabang dalam litar elektrik, jumlah arus yang memasuki titik itu sama dengan jumlah arus yang keluar dari titik itu atau jumlah arus pada satu titik adalah 0"

Hukum Kirchoff 1 secara matematik dinyatakan dengan persamaan berikut:

atau

Nilai aliran keluar diberi tanda negatif, sedangkan nilai aliran masuk diberi tanda positif.

Untuk lebih jelasnya, lihat gambar berikut:

Gambar di atas menunjukkan aplikasi Kirchoff 1 dalam analisis litar elektrik, di mana jumlah arus masuk i ₂ dan i ₃ akan sama dengan jumlah aliran keluar i ₁ dan i ₄ .

Undang-undang litar Kirchoff 2

Bunyi undang-undang litar Kirchoff 2 adalah "Jumlah arah (melihat arah arah positif dan negatif) perbezaan keupayaan elektrik (voltan) di sekitar litar tertutup sama dengan 0, atau lebih sederhana, jumlah daya elektromotif dalam persekitaran tertutup setara dengan jumlah penurunan. potensi dalam bulatan itu "

Hukum Kirchoff 2 secara matematik dinyatakan dengan persamaan berikut:

atau

Analisis Litar Elektrik Dinamik

Dalam analisis litar elektrik dinamik, terdapat beberapa istilah penting yang mesti dipertimbangkan, iaitu:

Gelung

Gelung adalah kitaran tertutup yang mempunyai titik permulaan dan titik akhir dalam komponen yang sama. Dalam satu gelung hanya ada satu arus elektrik yang mengalir, dan nilai perbezaan potensi komponen elektrik gelung boleh berbeza.

Persimpangan

Persimpangan atau simpul adalah titik pertemuan antara dua atau lebih komponen elektrik. Node menjadi tempat pertemuan untuk arus elektrik yang berlainan magnitud dan pada setiap simpul Kirchoff's Law 1 akan terpakai

Analisis litar elektrik dinamik bermula dengan mengenal pasti gelung dan simpang di litar. Untuk menganalisis gelung, Kirchoff's Law 2 dapat digunakan, dan untuk menganalisis simpang atau simpul, Kirchoff's Law 1 digunakan

Arah gelung dapat ditentukan secara bebas, tetapi umumnya arah gelung berada pada arah arus dari sumber voltan yang paling dominan dalam litar. Arus mempunyai tanda positif jika arah ini sama dengan gelung dan tanda negatif jika bertentangan dengan arah gelung.

Dalam komponen dengan EMF, positif jika kutub positif dijumpai untuk gelung dan sebaliknya negatif jika kutub negatif dijumpai di gelung terlebih dahulu.

Contoh analisis litar elektrik boleh dilakukan dengan gambar berikut:

Maklumat:

I ₃ adalah arus dari titik A hingga B.

Gelung 1

Sumber voltan 10V (V1) yang mempunyai GGL negatif kerana kutub negatif dijumpai terlebih dahulu
Arus I1 berada di arah gelung, dan arus I3 berada di arah gelung
Terdapat komponen R1 yang mengalir dengan arus I1
Terdapat komponen R2 yang mengalir dengan arus I3
Persamaan Kirchoff 2 dalam Gelung 1:

Baca juga: Otot Lancar: Penjelasan, Jenis, Ciri dan Gambar

Gelung 2

Sumber voltan 5V (V2) yang mempunyai EMF positif kerana kutub positif dijumpai terlebih dahulu
Arus I2 berada di arah gelung, dan arus I3 berada di arah gelung
Terdapat komponen R2 yang mengalir dengan arus I3
Terdapat komponen R3 yang diberi tenaga oleh I2 semasa
Persamaan Kirchoff 2 dalam Gelung 2:

Node A

Terdapat penambahan I1
Terdapat jalan keluar I2 dan I3
Kirchoff's Persamaan 1 pada Node A:

Contoh Masalah Elektrik Dinamik

Masalah 1:

Lihat gambar di bawah!

Berapakah aliran arus elektrik yang terkandung dalam rintangan R2?

Perbincangan

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

Ditanya: I2 =?

Jawapan:

Contoh masalah elektrik dinamik ini dapat diselesaikan dengan mencari jumlah rintangan terlebih dahulu. Untuk melakukan ini, anda boleh menggunakan langkah-langkah seperti di bawah:

1 / Rp = 1 / R2 + 1 / R3

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

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

= 4/9

Rp = 9/4 Ω

Jumlah rintangan (Rt) = R1 + Rp

= 1 + 9/4

= 13/4 Ω

Langkah seterusnya adalah mencari arus keseluruhan dengan undang-undang Ohm seperti di bawah:

I = V / Rt

= 8 / (13/4)

= 32/13 A.

Langkah terakhir adalah mengira arus yang mengalir di R2 dengan formula berikut:

I2 = R3 / (R2 + R3) x I

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

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

= 1.7 A

Jadi dalam rintangan R2 terdapat arus elektrik yang mengalir pada 1.7 A.

Masalah 2:

Jumlah setiap perintang, yang berjumlah 3 dalam satu siri, adalah 4 Ω, 5 Ω dan 7 Ω. Kemudian ada bateri yang disambungkan di kedua hujungnya dengan GGL besar 6 Volt dan rintangan dalaman 3/4 Ω. Hitung voltan pada litar?