Electricidad dinámica: discusión material completa + problema de ejemplo

La electricidad dinámica es un flujo de partículas cargadas en forma de corriente eléctrica que puede producir energía eléctrica.

La electricidad puede fluir desde un punto de mayor potencial a un punto de menor potencial si los dos puntos están conectados en un circuito cerrado.

La corriente eléctrica proviene del flujo de electrones que fluyen continuamente del polo negativo al polo positivo, de alto potencial a bajo potencial de la fuente de la diferencia de potencial (voltaje).

Para obtener más detalles, considere la siguiente imagen:

La imagen de arriba se dice que es un mayor más berpontensial de B . Se produce una corriente eléctrica de A a B, esto se debe al esfuerzo potencial de equilibrio entre A y B.

En el análisis de circuitos eléctricos dinámicos, se deben considerar los componentes del circuito, como las fuentes de energía y la resistencia, la disposición del circuito y las leyes que se aplican al circuito.

Resistencia eléctrica

La resistencia (R) es un componente que funciona para regular la cantidad de corriente eléctrica que fluye a través del circuito.

La cantidad de resistencia se llama resistencia que tiene unidades de ohmios (Ω). El instrumento de medición utilizado para medir la resistencia es un ohmímetro.

Cada material tiene un valor de resistencia diferente. Según las propiedades de resistividad de un material, un material se divide en tres, a saber

El conductor tiene una pequeña resistencia, por lo que puede conducir bien la electricidad. Por ejemplo, materiales metálicos como hierro, cobre, aluminio y plata.
Los aisladores tienen una gran resistencia, por lo que no pueden conducir la electricidad. Por ejemplo madera y plástico.
Mientras tanto, los semiconductores son materiales que pueden actuar como conductores, además de aislantes. Por ejemplo, carbono, silicio y germanio.

De las propiedades de estos materiales, que se utiliza a menudo como barrera conductora es un conductor.

El valor de la resistencia del material del conductor es proporcional a la longitud del cable (l) e inversamente proporcional al área de la sección transversal del cable (A). Matemáticamente, se puede formular de la siguiente manera:

Donde es el tipo de resistencia, L es la longitud del conductor y A es la sección transversal del conductor.

Fórmulas eléctricas dinámicas

Fórmula de corriente eléctrica fuerte (I)

La corriente eléctrica se produce cuando hay una transferencia de electrones como se describe anteriormente. Ambos objetos están cargados, si se conectan a un conductor se producirá una corriente eléctrica.

La corriente eléctrica está simbolizada por la letra I , tiene unidades de Amperio (A) , por lo que la fórmula para la fuerza de las corrientes en la electricidad dinámica es:

Yo = Q / t

Información:

I = corriente eléctrica (A)
Q = la cantidad de carga eléctrica (Coulomb)
t = intervalo (s) de tiempo

Fórmulas para diferentes potenciales o fuentes de voltaje (V)

Según la descripción anterior, la corriente eléctrica tiene una definición de la cantidad de electrones que se mueven en un tiempo determinado.

La diferencia de potencial provocará la transferencia de electrones, la cantidad de energía eléctrica requerida para que fluya cada carga eléctrica desde el extremo del conductor se llama voltaje eléctrico o diferencia de potencial .

La fuente de voltaje o la diferencia de potencial tiene el símbolo V , en unidades de Voltios . Matemáticamente, la fórmula para la diferencia de potencial eléctrico dinámico es:

V = W / Q

Información:

V = diferencia de potencial o voltaje de la fuente de alimentación (voltios)
W = energía (Joule)
Q = carga (Coulomb)

Fórmula de resistencia eléctrica (R)

La resistencia o resistor simbolizado por R , en ohmios, tiene la fórmula:

R = ρ. l / A

Información:

R = resistencia eléctrica (ohmios)
ρ = resistencia específica (ohm.mm2 / m)
A = área de la sección transversal del cable (m2)

Fórmula de la ley de Ohm (Ω).

La ley de Ohm es una ley que establece que la diferencia de voltaje a través del conductor será proporcional a la corriente que lo atraviesa.

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La ley de Ohm conecta la fuerza de la corriente eléctrica, la diferencia de potencial y la resistencia. Con la fórmula:

I = V / R o R = V / I, o V = I. R

Información:

I = corriente eléctrica (A)
V = diferencia de potencial o voltaje de la fuente de alimentación (voltios)
R = resistencia eléctrica (ohmios)

Para que sea más fácil recordar esta fórmula, la relación de las tres variables se puede describir mediante el siguiente triángulo:

Ley de circuito de Kirchoff

La ley de circuitos de Kirchoff es una ley que establece los fenómenos de corrientes y voltajes en un circuito eléctrico. La Ley de circuitos 1 de Kirchoff trata del flujo de corriente al punto del circuito, y la Ley de circuitos de Kirchoff 2 trata de las diferencias de voltaje.

Ley 1 del circuito de Kirchoff

El sonido de la ley del circuito Kirchoff 1 es "En cualquier punto de ramificación en un circuito eléctrico, la cantidad de corriente que ingresa a ese punto es igual a la cantidad de corriente que sale de ese punto o la cantidad total de corriente en un punto es 0".

Matemáticamente, la ley 1 de Kirchoff se expresa mediante la siguiente ecuación:

El valor de la salida tiene un signo negativo, mientras que el valor de la entrada tiene un signo positivo.

Para más detalles, mire la siguiente imagen:

La imagen de arriba muestra la aplicación Kirchoff 1 en el análisis de circuitos eléctricos, donde la cantidad de corrientes entrantes i ₂ e i ₃ será la misma que la suma de las salidas i ₁ e i ₄ .

Ley 2 del circuito de Kirchoff

El sonido de la ley del circuito Kirchoff 2 es "La suma direccional (mirando la orientación de los signos positivo y negativo) de la diferencia de potencial eléctrico (voltaje) alrededor de un circuito cerrado es igual a 0, o más simplemente, la suma de la fuerza electromotriz en un ambiente cerrado es equivalente al número de disminuciones. potencial en ese círculo "

Matemáticamente, la ley de Kirchoff 2 se expresa mediante la siguiente ecuación:

Análisis dinámico de circuitos eléctricos

En el análisis de circuitos eléctricos dinámicos, hay varios términos importantes que deben considerarse, a saber:

Lazo

Un bucle es un ciclo cerrado que tiene un punto de partida y un punto final en el mismo componente. En un bucle, solo fluye una corriente eléctrica, y el valor de la diferencia de potencial en los componentes eléctricos del bucle puede ser diferente.

Unión

La unión o nodo es el punto de encuentro entre dos o más componentes eléctricos. Los nodos son los lugares de encuentro para corrientes eléctricas de diferentes magnitudes y en cada nodo se aplicará la Ley 1 de Kirchoff

El análisis de circuitos eléctricos dinámicos comienza identificando los bucles y uniones en el circuito. Para analizar bucles, se puede utilizar la Ley 2 de Kirchoff, y para analizar uniones o nodos, se utiliza la Ley 1 de Kirchoff

La dirección del bucle se puede determinar de forma independiente, pero generalmente la dirección del bucle es en la dirección de la corriente de la fuente de voltaje que es más dominante en el circuito. La corriente tiene un signo positivo si está en la misma dirección que el lazo y un signo negativo si es opuesta a la dirección del lazo.

En el componente con EMF, es positivo si se encuentra el polo positivo para el bucle y viceversa es negativo si el polo negativo se encuentra en el bucle primero.

Se puede hacer un ejemplo de un análisis de circuito eléctrico con la siguiente figura:

Información:

I ₃ es la corriente del punto A al B.

Bucle 1

Una fuente de voltaje de 10 V (V1) que tiene un GGL negativo porque el polo negativo se encuentra primero
La corriente I1 está en la dirección del bucle y la corriente I3 está en la dirección del bucle
Hay un componente R1 que fluye con la corriente I1
Hay un componente R2 que fluye con la corriente I3
Ecuación de Kirchoff 2 en el bucle 1:

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Bucle 2

Fuente de voltaje de 5 V (V2) que tiene un EMF positivo porque el polo positivo se encuentra primero
La corriente I2 está en la dirección del bucle y la corriente I3 está en la dirección del bucle
Hay un componente R2 que fluye con la corriente I3
Hay un componente R3 que es energizado por la corriente I2
Ecuación de Kirchoff 2 en el bucle 2:

Nodo A

Hay una irrupción I1
Hay salidas I2 e I3
Ecuación 1 de Kirchoff en el nodo A:

Ejemplos de problemas eléctricos dinámicos

Problema 1:

¡Mira la foto de abajo!

¿Cuál es el flujo de corriente eléctrica contenido en la resistencia R2?

Discusión

Ya sabes: R1 = 1 Ω; R2 = 3 Ω; R3 = 9 Ω; V = 8 V

Preguntado: I2 =?

Responder:

Este ejemplo de problemas de electricidad dinámica se puede resolver encontrando primero el número total de resistencias. Para hacer esto, puede seguir los pasos siguientes:

1 / Rp = 1 / R2 + 1 / R3

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

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

= 4/9

Rp = 9/4 Ω

Resistencia total (Rt) = R1 + Rp

= 1 + 9/4

= 13/4 Ω

El siguiente paso es encontrar la corriente total con la ley de Ohm como se muestra a continuación:

I = V / Rt

= 8 / (13/4)

= 32/13 A.

El paso final es calcular la corriente que fluye en R2 con una fórmula como la siguiente:

I2 = R3 / (R2 + R3) x I

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

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

= 1,7 A

Entonces, en la resistencia R2 hay una corriente eléctrica que fluye a 1.7 A.

Problema 2:

La cantidad de cada resistencia, que asciende a 3 en una serie, es 4 Ω, 5 Ω y 7 Ω. Luego hay una batería que está conectada en ambos extremos con un gran GGL de 6 Voltios y una resistencia interna de 3/4 Ω. Calcular el voltaje en el circuito.