Ο ηλεκτροδυναμική είναι ο κλάδος της φυσικής που μελετά το ηλεκτρικά φορτία σε κίνηση. Οι κύριες έννοιες που μελετήθηκαν σε αυτόν τον τομέα είναι το ηλεκτρικό ρεύμα (i), η ηλεκτρική αντίσταση (R) και η ηλεκτρική ισχύς (P).
Ο ηλεκτρικό ρεύμα είναι η διατεταγμένη κίνηση των φορτίων και καθορίζεται από το ποσό της φόρτισης (ΔQ) που περνά σε δεδομένο χρόνο (Δt). Η μονάδα μέτρησής του είναι το αμπέρ (Α).
Ο ηλεκτρική αντίσταση Βρίσκεται μέσω του νόμου του 1ου και του 2ου Ohm, οι οποίοι συσχετίζουν την αντίσταση στην τάση (U) και το ρεύμα (i), καθώς και την αντίσταση στο είδος του υλικού από το οποίο είναι κατασκευασμένος ο αγωγός. Η μονάδα μέτρησής του είναι το Ω (Ω).
Ο ηλεκτρική ενέργεια Είναι η αποτελεσματικότητα της συσκευής να μετασχηματίζει ενέργεια, σε αυτήν την περίπτωση ηλεκτρική ενέργεια. Η μονάδα μέτρησής του είναι τα watt (w).
Διαβάστε επίσης: Νόμοι του Ohm — Θεμελιώδεις νόμοι για τη μελέτη της ηλεκτρικής ενέργειας
Περίληψη
- Η ηλεκτροδυναμική μελετά το φορτίο σε κίνηση.
- Οι τρεις κύριες έννοιες της ηλεκτροδυναμικής είναι: ηλεκτρικό ρεύμα, ηλεκτρική αντίσταση και ηλεκτρική ισχύς.
- Ηλεκτρικό ρεύμα (i) είναι η ποσότητα φορτίου που διέρχεται από έναν αγωγό σε δεδομένο χρόνο.
- Η ηλεκτρική αντίσταση είναι η δυσκολία διέλευσης ρεύματος σε έναν αγωγό.
- Η ηλεκτρική αντίσταση υπακούει στον νόμο του 1ου και του 2ου Ohm, που διατυπώθηκε από τον Georg Simon Ohm.
- Ο 1ος νόμος του Ohm συσχετίζει την τάση (U) με το ηλεκτρικό ρεύμα (i).
- Εάν η αντίσταση ενός αγωγού είναι σταθερή, ονομάζουμε αυτή την αντίσταση ωμική.
- Ο 2ος νόμος του ωμ συσχετίζει την ηλεκτρική αντίσταση με τον τύπο και το σχήμα του υλικού από το οποίο είναι κατασκευασμένος ο αγωγός.
- Η ηλεκτρική ενέργεια είναι η απόδοση της μετατροπής της ενέργειας και μπορεί να βρεθεί μέσω της τάσης και του ρεύματος μιας συσκευής.
Τι είναι η ηλεκτροδυναμική;
Είναι μια υποπεριοχή της Φυσικής που βρίσκεται εντός καιηλεκτρισμού. Ο μέλημα σε αυτόν τον τομέα είναι να μελετηθεί η κίνηση των ηλεκτρικά φορτία. Επομένως, η μελέτη της ηλεκτροδυναμικής συνίσταται στην κατανόηση και εφαρμογή ηλεκτρικού ρεύματος, ηλεκτρικής αντίστασης και ηλεκτρικής ισχύος.
Βασικές έννοιες της ηλεκτροδυναμικής
Η ηλεκτροδυναμική ασχολείται με την κατανόηση των επιπτώσεων των κινούμενων φορτίων. Έτσι, οι κύριες έννοιές του είναι: ηλεκτρικό ρεύμα, ηλεκτρική αντίσταση και ηλεκτρική ισχύς
Ηλεκτρικό ρεύμα
Ο ηλεκτρικό ρεύμα είναι η ομαλή κίνηση των ηλεκτρικών φορτίων μέσα σε έναν αγωγό λόγω διαφοράς δυναμικού (ddp). Η ένταση ρεύματος (i) υπολογίζεται από το ποσό των φορτίων (ΔQ) που περνούν στον αγωγό σε δεδομένο χρόνο (Δt):
i: ηλεκτρικό ρεύμα (C/s ή A)
Ε: ηλεκτρικό φορτίο (C)
t: χρόνο(ες)
→ Κατηγορία βίντεο: Ηλεκτροδυναμική στο Enem — ηλεκτρικό ρεύμα
ηλεκτρική αντίσταση
Ο rαντίσταση καιηλεκτρικόςείναι η δυσκολία στη διέλευση του ηλεκτρικού ρεύματος. Υπακούει στον 1ο και 2ο νόμο του Ohm (νόμοι που διατυπώθηκαν από Georg Simon Ohm σχετικά με τη λειτουργία της ηλεκτρικής αντίστασης).
→ 1ος νόμος του Ohm
Ο1ος νόμος του ωμ καθορίζει ότι το ηλεκτρικό ρεύμα (i) είναι ανάλογο με την τάση (U) στην οποία υπόκειται ο αγωγός. Και αν αυτή η σχέση είναι σταθερή, δηλαδή αν η ηλεκτρική αντίσταση (R) είναι σταθερή, ονομάζουμε αυτές τις αντιστάσεις ωμικές.
i: ηλεκτρικό ρεύμα (Α)
R: ηλεκτρική αντίσταση (Ω)
U: τάση (V)
→ 2ος νόμος του ωμ
ΟΟ δεύτερος νόμος του Ohmκαθορίζει ότι η ηλεκτρική αντίσταση είναι χαρακτηριστικό του σώματος και εξαρτάται από το σχήμα (μήκος και εμβαδόν) και το υλικό από το οποίο είναι κατασκευασμένο το σώμα, αντίσταση (ρ). Ο 2ος νόμος του Ohm συσχετίζει αυτά τα δύο χαρακτηριστικά.
L: μήκος αγωγού (L)
R: ηλεκτρική αντίσταση (Ω)
Α: περιοχή αγωγού (μ2)
ρ: ειδική αντίσταση (Ω. Μ2)
→ Κλάση βίντεο: Ηλεκτροδυναμική στο Enem — ηλεκτρική αντίσταση και νόμοι του Ohm
Ηλεκτρική ενέργεια
Η ισχύς είναι η αποτελεσματικότητα του εξοπλισμού στη μετατροπή της ενέργειας, δηλαδή το πόσο γρήγορα μπορεί η συσκευή να μετατρέψει μια ενέργεια (ΔΕ) σε άλλη. Μετριέται σε watt (W).
Στην περίπτωση της ηλεκτρικής ενέργειας, έχουμε την αποτελεσματικότητα να μετατρέψουμε την ηλεκτρική ενέργεια σε άλλες ενέργειες, όπως π.χ. θερμικός, φωτεινό και ηχητικό.
P: ηλεκτρική ισχύς (A.V ή W)
i: ηλεκτρικό ρεύμα (Α)
U: τάση (V)
Για να βρείτε ηλεκτρική ενέργεια σε αντιστάσεις, μπορούμε να τροποποιήσουμε αυτήν την πρώτη εξίσωση ηλεκτρικής ισχύος μαζί με την εξίσωση ηλεκτρικής αντίστασης. Απομονώνοντας την τάση (U), στην εξίσωση ηλεκτρικής αντίστασης, έχουμε:
Αντικαθιστώντας το U στην εξίσωση ηλεκτρικής ισχύος, έχουμε:
Και μπορούμε ακόμα να βρούμε μια άλλη εξίσωση που απομονώνει το ρεύμα (i) στην εξίσωση ηλεκτρικής αντίστασης και το αντικαθιστά στην εξίσωση ηλεκτρικής ισχύος:
Διαβάστε επίσης: Ηλεκτρικά κυκλώματα — συνδέσεις που επιτρέπουν την κυκλοφορία του ηλεκτρικού ρεύματος
Ηλεκτροδυναμική στο Enem
Η ηλεκτροδυναμική μπορεί να βρεθεί στην καθημερινή ζωή εύκολα σε οποιαδήποτε ηλεκτρική συσκευή χρησιμοποιούμε. Αυτό λοιπόν είναι ένα από τα πιο απαιτητικά μαθήματα, στη Φυσική, στο Ενεμ.
Έχοντας αυτό υπόψη, ζητήματα που αφορούν κυκλώματα, όπως το ηλεκτρικό ντους και οι λαμπτήρες, που περιλαμβάνουν μετασχηματισμό ενέργειας, μεταξύ άλλων, είναι ζητήματα ηλεκτροδυναμικής ανάλυσης. Ας δούμε ένα παράδειγμα παρακάτω.
(Enem 2016) Ένας λαμπτήρας LED (διόδου εκπομπής φωτός), ο οποίος λειτουργεί με 12V και συνεχές ρεύμα 0,45 A, παράγει την ίδια ποσότητα φωτός με έναν λαμπτήρα πυρακτώσεως με ισχύ 60 W.
Ποια είναι η τιμή της μείωσης της κατανάλωσης ρεύματος κατά την αντικατάσταση της λάμπας πυρακτώσεως με τη λάμπα LED;
Ανάλυση
Χρησιμοποιώντας την εξίσωση ισχύος και τοποθετώντας τις πληροφορίες στη δήλωση, έχουμε:
Καθώς η άσκηση ζητά μείωση ισχύος, έχουμε ότι η ισχύς της λάμπας πυρακτώσεως ήταν 60 W και αυτή του LED, 5,4 W. Αφαιρώντας το ένα προς το άλλο, έχουμε μείωση 54,6 W.
Λυμένες Ασκήσεις Ηλεκτροδυναμικής
1. (Enem 2017) Η χωρητικότητα μιας μπαταρίας με συσσωρευτές, όπως αυτή που χρησιμοποιείται στο ηλεκτρικό σύστημα ενός αυτοκινήτου, καθορίζεται σε αμπέρ ώρες (Ah). Μια μπαταρία 12V, 100Ah παρέχει 12J για κάθε κουλόμ φόρτισης που ρέει μέσα από αυτήν.
Εάν μια γεννήτρια, με αμελητέα εσωτερική αντίσταση, η οποία παρέχει μέση ηλεκτρική ισχύ ίση με 600 W, συνδεδεμένο στους ακροδέκτες της μπαταρίας που περιγράφονται, πόσος χρόνος θα χρειαστεί για να επαναφορτιστεί εντελώς?
α) 0,5 ώρα
β) 2 ώρες
γ) 12 h
δ) 50 h
ε) 100 h
Ανάλυση
Εναλλακτική Β.
Για να γνωρίζουμε την ώρα, πρέπει να υπολογίσουμε την ποσότητα της συνολικής ενέργειας όταν ολοκληρωθεί η φόρτιση, δηλαδή πότε το ποσό της χρέωσης Q ισούται με 100A.h. Καθώς το φορτίο φαίνεται κανονικά σε coulomb, ας μετατρέψουμε τη μονάδα του μετρήσει. Όπως σε μια ώρα, έχουμε 3600 δευτερόλεπτα, μπορούμε να πολλαπλασιάσουμε τα 100 A.h επί 3600 δευτερόλεπτα, αφήνοντάς μας 360000 C.
Εάν ο 1 C παρέχει 12 J ενέργειας, για κανόνας του τρία, 360000 C παρέχει 432000 J:
Χρησιμοποιώντας την εξίσωση ισχύος και τον χρόνο απομόνωσης (t):
Μετατρέποντας τα δευτερόλεπτα σε ώρες, έχουμε 7200 δευτερόλεπτα = 2 ώρες.
2. (Enem 2016) Ένας ηλεκτρολόγος πρέπει να εγκαταστήσει ένα ντους με ισχύ 220V - 4400W έως 6800W. Για την τοποθέτηση ντουζιέρας προτείνεται σωστό δίκτυο, με σύρματα επαρκούς διαμέτρου και α διακόπτης κυκλώματος μεγέθους ισχύος και ηλεκτρικού ρεύματος, εφοδιασμένος με ένα στενό περιθώριο ανοχής του 10%. Οι διακόπτες κυκλώματος είναι συσκευές ασφαλείας που χρησιμοποιούνται για την προστασία των ηλεκτρικών εγκαταστάσεων από βραχυκυκλώματα και ηλεκτρικές υπερφορτίσεις και πρέπει να αφοπλίζονται κάθε φορά που υπάρχει διέλευση ηλεκτρικού ρεύματος μεγαλύτερη από αυτή που επιτρέπεται στο συσκευή.
Για να γίνει μια ασφαλής εγκατάσταση αυτού του ντους, η τιμή του μέγιστου ρεύματος του διακόπτη κυκλώματος πρέπει να είναι:
α) 20 Α
β) 25 Α
γ) 30 Α
δ) 35 Α
ε) 40 Α
Ανάλυση
Εναλλακτική Δ.
Για να βρούμε το μέγιστο ρεύμα που μπορεί να διαρρέει τον διακόπτη κυκλώματος, πρέπει να χρησιμοποιήσουμε τη μέγιστη τιμή ισχύος (6800W) στην εξίσωση ηλεκτρικής ισχύος:
Αλλά η δήλωση αναφέρει ότι ο διακόπτης κυκλώματος προβλέπει 10% περισσότερο ρεύμα, έτσι για να υπολογιστεί αυτή η διαφορά:
Προσθέτοντας τα δύο μαζί, έχουμε μια κατά προσέγγιση τιμή 33 Α.
από την Gabriela de Oliveira
Καθηγητής Φυσικής
